Charles Anderson và chuyến bay đón nhật thực trên tầng mây

Muốn quan sát nhật thực toàn phần, các nhà khoa học không chỉ cần tính đúng đường đi của Mặt Trăng. Họ còn phải có mặt đúng nơi, đúng lúc và nhìn được bầu trời. Năm 1963, Charles E. Anderson cùng một nhóm nghiên cứu đã giải bài toán ấy bằng cách biến chiếc DC-8 thành đài quan sát bay: máy bay đi theo bóng Mặt Trăng thay vì đứng yên dưới một bầu trời có thể bị mây che. [1]

Kế hoạch này vừa là một thử nghiệm khoa học, vừa là một cuộc chạy đua với thời tiết và khả năng định vị. Nó cho thấy một chuyến đi đặc biệt không chỉ hình thành từ ý tưởng lớn, mà còn nhờ sự kết nối giữa nhà khí tượng học, kỹ sư hàng không, phi hành gia, nhà thiên văn và các tổ chức sẵn sàng cùng tham gia. [1]

Vì sao phải đưa nhật thực lên máy bay?

Đứng trên mặt đất, người quan sát chỉ có thể theo dõi nhật thực trong thời gian bóng tối toàn phần đi qua vị trí của mình. Mây thấp và mây tầng cao có thể che mất Mặt Trời, dù việc tính toán quỹ đạo đã chính xác. Anderson nhìn thấy một lợi thế rõ ràng ở máy bay: nếu bay cùng hướng với chuyển động biểu kiến của Mặt Trời, nhóm nghiên cứu có thể kéo dài thời gian quan sát so với việc đứng cố định trên mặt đất. [1]

Lợi thế thứ hai còn thực tế hơn. Máy bay có thể vượt lên trên lớp mây. Trong kế hoạch APEQS, viết tắt của Aerial Photography of the Eclipse of the Quiet Sun, một chiếc DC-8 được bố trí lại để làm nơi quan sát. Ghế ở một phía được tháo ra, cửa sổ đặc biệt được lắp thêm, còn thiết bị được đặt tại các vị trí phù hợp với công việc của từng nhóm. [1]

Một nhà khí tượng học bước vào thời đại vũ trụ

Anderson bắt đầu sự nghiệp khí tượng trong Thế chiến thứ hai, khi làm sĩ quan thời tiết cho Tuskegee Airmen. Ban đầu ông học hóa học, nhưng sau đó chuyển hướng sang nghiên cứu động lực học mây. Luận án về sự phát triển theo nhịp của mây tích, hoàn thành năm 1960, đưa ông trở thành người Mỹ gốc Phi đầu tiên nhận bằng tiến sĩ khí tượng học. [1]

Sau đó, tại Los Angeles, Anderson lập một nhóm phân tích khí quyển cho bộ phận tên lửa và không gian của Douglas Aircraft. Công việc của ông là giúp các nhà khoa học tên lửa hiểu lớp không khí mà tên lửa phải bay qua. Nhóm này cũng xây dựng những mô phỏng máy tính ban đầu về mây và biên soạn tài liệu về Sao Hỏa, Sao Kim trong giai đoạn thăm dò liên hành tinh mới bắt đầu. [1]

Ý tưởng được ghép từ nhiều mạng lưới

Ý tưởng dùng máy bay quan sát nhật thực xuất hiện khi các nhà nghiên cứu tại China Lake nói với Anderson về một lần nhật thực sắp tới. Họ đặt câu hỏi liệu có thể đưa thiết bị lên cao để nghiên cứu Mặt Trời, rồi đề nghị ông tìm một chiếc DC-8 của Douglas làm nền tảng. Anderson đem đề xuất đến Wolfgang Klemperer, nhà khoa học trưởng của Douglas, và Klemperer nhận lời làm giám đốc khoa học. [1]

Từ đó, kế hoạch nhanh chóng vượt khỏi phạm vi của một công ty. National Geographic Society ủng hộ dự án, cùng 11 tổ chức nghiên cứu khác. Phi hành gia Scott Carpenter tham gia, còn nhà thiên văn Jocelyn Gill có nhiệm vụ giúp ông nhận diện những hiện tượng ánh sáng mờ có thể gặp trong quá trình quan sát. Anderson được chỉ định làm nhà khí tượng của đoàn, gồm 55 nhà khoa học trên máy bay. [1]

Trên đường đến vùng bóng tối

Nhật thực toàn phần diễn ra ngày 20 tháng 7 năm 1963. Đoàn bay khởi hành từ Edmonton, Canada, hướng về vùng phía trên Bắc Cực Canada, nơi bóng tối toàn phần dự kiến đi qua. Thách thức lúc này không còn chỉ là thiết kế thiết bị. Khu vực đó khi ấy thiếu các phương tiện dẫn đường vô tuyến như LORAN, nên phi công muốn nhìn thấy một dấu mốc trên mặt đất để đối chiếu với phép định vị dựa trên thời gian và hướng bay. [1]

Tuy nhiên, khi Anderson đến văn phòng thời tiết ở sân bay Edmonton, một frông thời tiết từ Thái Bình Dương đang tiến vào. Ông không biết lớp mây bên dưới sẽ dày đến đâu. Máy bay vẫn cất cánh, bay qua khu vực Great Slave Lake rồi tăng dần độ cao. Ở độ cao 41.000 feet, phi hành đoàn cuối cùng thoát khỏi mây; bên dưới là một lớp mây tầng cao dày đến mức không thể nhìn thấy địa hình. [1]

Một khoảng trống nhỏ quyết định cả chuyến đi

Đoàn bay phải tìm đúng vị trí được tính toán, gần một khu định cư biệt lập nằm ở chỗ hợp lưu của hai con sông. Đây là điểm then chốt của kế hoạch: muốn quan sát toàn phần, máy bay phải đi vào trung tâm vùng bóng tối, chứ không chỉ bay gần đường đi của nó. Không có mặt đất để đối chiếu, các phi công phải tiếp tục dựa vào tính toán trong khi mây che kín mọi dấu mốc. [1]

Ngay khi máy bay đến gần vị trí dự kiến, một lỗ hổng bất ngờ mở ra trong mây. Qua khoảng trống ấy, phi công nhìn thấy đúng nơi hai con sông gặp nhau. APEQS đã ở đúng điểm cần đến và nhóm nghiên cứu có 142 giây trong tổng số 144 giây có thể quan sát toàn phần. Sai lệch chỉ vài giây hoặc một quãng đường ngắn có thể làm mất phần quý giá nhất của chuyến bay. [1]

Điều họ muốn nhìn thấy trên bầu trời

Các nhóm trên máy bay không chỉ muốn ghi lại hình ảnh nhật thực. Họ đo bức xạ hồng ngoại của Mặt Trời ở những dải chưa từng được ghi nhận trước đó, đồng thời nghiên cứu vai trò của các nguyên tử natri trong tầng điện ly, vùng khí quyển có ý nghĩa đối với liên lạc vô tuyến đường dài. Một thiết bị quang học rất nhạy khác được dùng để đo ánh sáng khí quyển, thứ vốn không thể quan sát vào ban ngày. [1]

Điểm đáng chú ý là chiếc máy bay không làm thay đổi bản thân nhật thực. Nó chỉ thay đổi vị trí của người quan sát và thời gian có thể làm việc trong điều kiện thuận lợi. Có thể hình dung bằng một ví dụ đời thường: thay vì đứng dưới mái hiên chờ một khoảng trời quang ngắn ngủi, người quan sát di chuyển theo vùng trời ấy. Cách làm này không loại bỏ mọi rủi ro, nhưng biến mây và thời lượng quan sát thành những bài toán có thể tính đến.

May mắn không thay thế cho chuẩn bị

Ký ức Anderson về chuyến bay luôn gắn với may mắn: đúng lúc cần một dấu mốc, mây mở ra một khoảng trống vừa đủ. Nhưng khoảng trống ấy chỉ có giá trị vì cả đoàn đã chuẩn bị đường bay, thiết bị, nhiệm vụ và vị trí quan sát từ trước. May mắn giúp họ nhìn thấy địa hình; kế hoạch khoa học giúp họ biến khoảnh khắc đó thành dữ liệu. [1]

Vì vậy, câu chuyện của Charles Anderson không chỉ là chuyện một nhà khí tượng học săn nhật thực. Đó còn là câu chuyện về cách một kỹ năng được hình thành trong quân đội, nghiên cứu mây, công nghiệp tên lửa và mạng lưới khoa học có thể gặp nhau trong một nhiệm vụ duy nhất. Trên chuyến bay trở về, Anderson chơi bài bridge cùng Scott Carpenter. Chi tiết đời thường ấy làm chuyến đi bớt giống một huyền thoại xa xôi: phía sau những phép tính chính xác vẫn là những con người đang chờ bầu trời mở lối. [1]