Bay qua quỹ đạo Trái Đất là hàng nghìn vệ tinh và hai trạm vũ trụ đang hoạt động, bao gồm Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) nặng ngang 77 con voi. ISS là nơi ở của các nhà khoa học và nhà nghiên cứu trên khắp thế giới khi họ đóng góp vào những phát hiện trong lĩnh vực y khoa, vi sinh vật học, khoa học Trái Đất và vũ trụ... Trạm ISS di chuyển rất nhanh quanh Trái Đất ở tốc độ 8 km/s, có nghĩa nó có thể bay từ Atlanta tới London trong 14 phút. Nhưng cùng lúc, những mẩu đá nhỏ gọi là thiên thạch cũng lao qua không gian và bốc cháy khi tiếp xúc với khí quyển Trái Đất. Tại sao trạm ISS có thể liên tục quay quanh Trái Đất nguyên vẹn trong khi thiên thạch bốc cháy?
Để trả lời câu hỏi tại sao trạm ISS có thể ở trên quỹ đạo hàng thập kỷ mà không bị hư hỏng, đầu tiên chúng ta cần hiểu nguyên nhân thiên thạch bốc cháy khi lao qua khí quyển Trái Đất. Thiên thạch là những mẩu đá và kim loại nhỏ bay quanh Mặt Trời. Chúng có thể di chuyển ở tốc độ 12 - 40 km/s. Mức đó đủ nhanh để bay qua toàn bộ nước Mỹ trong khoảng 5 phút. Đôi khi, quỹ đạo của thiên thạch cắt ngang qua Trái Đất và thiên thạch tiến vào khí quyển, nơi nó bốc cháy và vỡ thành nhiều mảnh.
Dù không thể nhìn thấy, khí quyển chứa đầy các loại hạt, chủ yếu là nitrogen và oxygen. Càng lên cao khỏi mặt đất, mật độ hạt trong khí quyển càng thấp. Khí quyển bao gồm vài lớp. Nếu có thứ gì đó bay từ không gian vào khí quyển Trái Đất, nó phải xuyên qua mỗi lớp trước khi tới mặt đất. Thiên thạch bốc cháy ở tầng trung lưu cách mặt đất 48 - 80 km. Ngay cả khi không khí trên cao rất mỏng, thiên thạch vẫn va chạm với các hạt trong lúc chúng bay qua.
Khi thiên thạch lao qua khí quyển ở tốc độ rất cao, chúng bị phá hủy bởi quá trình khiến chúng nóng lên và vỡ ra. Thiên thạch ép những hạt trong không khí lại với nhau như xe ủi đất. Quá trình này tạo ra nhiều áp suất và nhiệt. Hạt không khí đâm vào thiên thạch ở tốc độ siêu nhanh, nhanh hơn nhiều vận tốc âm thanh, khiến nguyên tử vỡ ra và tạo nhiều vết nứt ở thiên thạch. Áp suất cao và không khí nóng xâm nhập vào vết nứt, làm thiên thạch tan vỡ và bốc cháy trong lúc rơi qua bầu trời.
Trạm ISS không bay qua tầng trung lưu. Thay vào đó, ISS bay ở tầng khí quyển cao và ít đặc hơn nhiều gọi là tầng nhiệt, cách bề mặt Trái Đất 80 - 708 km. Đường Kármán, ranh giới giữa bầu khí quyển và vũ trụ, nằm ở tầng nhiệt, tại độ cao 100 km phía trên mặt đất. Trong khi đó, trạm ISS bay ở độ cao 402 km.
Tầng nhiệt có quá ít hạt để truyền nhiệt. Tại độ cao của trạm ISS, khí quyển mỏng đến mức để thu thập đủ hạt tương đương khối lượng một quả táo, bạn sẽ cần một chiếc hộp lớn ngang hồ Superior. Do đó, trạm ISS không trải qua tương tác với các hạt trong không khí cũng như nhiệt độ và áp suất cao mà thiên thạch bay gần Trái Đất hơn gặp phải, vì vậy trạm không bốc cháy.
Dù không bốc cháy, trạm ISS vẫn trải qua dao động nhiệt độ lớn. Khi quay quanh Trái Đất, trạm luân phiên tiếp xúc với ánh sáng Mặt Trời trực tiếp và bóng tối. Nhiệt độ có thể lên tới 121 độ C khi trạm tiếp xúc với ánh sáng Mặt Trời, sau đó giảm xuống -156 độ C khi ở trong bóng tối trên quỹ đạo. Các kỹ sư thiết kế trạm đã cẩn thận lựa chọn vật liệu để giải quyết sự biến động nhiệt độ này. Không gian bên trong trạm được duy trì ở nhiệt độ thoải mái dành cho phi hành gia.
NASA lên kế hoạch duy trì hoạt động của trạm ISS tới năm 2030. Khi tất cả phi hành gia đã quay trở lại Trái Đất, trạm ISS sẽ tự rời khỏi quỹ đạo hoặc sử dụng một tàu vũ trụ thiết kế đặc biệt. Trong quá trình hồi quyển, trạm sẽ bay qua tầng trung lưu, nhiều bộ phận của nó sẽ nóng lên và tan vỡ.
An Khang (Theo Conversation)