Kẽm "chảy" trong ống nối cáp – nguyên nhân gốc khiến kính viễn vọng Arecibo sụp đổ năm 2020

Kính viễn vọng vô tuyến 305 mét tại Đài quan sát Arecibo (Puerto Rico), công trình gắn bó 57 năm với giới khoa học Mỹ, đã sụp đổ vào tháng 12/2020. Đến nay, một báo cáo của Viện Hàn lâm Khoa học, Kỹ thuật và Y học Quốc gia Mỹ (National Academies) mới chỉ rõ thủ phạm: hiện tượng kẽm bị biến dạng chậm theo thời gian (zinc creep) trong các ống nối cáp đỡ toàn bộ nền tảng thu tín hiệu.

Chuỗi sự kiện bắt đầu từ bão Maria

Theo báo cáo, nền tảng chính của kính viễn vọng được treo lơ lửng phía trên đĩa phản xạ 305 mét bằng một hệ thống cáp. Mỗi đầu cáp được neo trong một ống nối đổ đầy kẽm nóng chảy, và chính lớp kẽm này giữ cáp cố định.

Quá trình phá hủy khởi đầu từ cơn bão Maria, hơn ba năm trước ngày sụp đổ. Báo cáo cho biết kẽm dần mất khả năng bám giữ cáp, khiến nhiều sợi cáp bị tuột khỏi ống nối. Cuối cùng, nền tảng rơi thẳng xuống đĩa phản xạ.

Trước bão Maria, các dấu hiệu cáp tuột gần như không đáng kể. Nhưng sau bão, các đợt kiểm tra bằng mắt đã ghi nhận hiện tượng tuột cáp quy mô lớn và ngày càng lan rộng — điều mà báo cáo khẳng định lẽ ra phải kích hoạt các biện pháp khắc phục ngay lập tức.

Một kiểu hỏng chưa từng có tiền lệ

Điều đáng chú ý là loại ống nối đổ kẽm này đã được sử dụng hơn một thế kỷ. Báo cáo gọi vụ Arecibo là "trường hợp đầu tiên được ghi nhận về hỏng hóc do kẽm biến dạng chậm trong dài hạn, bất chấp lịch sử sử dụng lâu đời suốt hơn 100 năm".

Các tính toán hệ số an toàn được thực hiện sau lần đứt cáp đầu tiên đã không tính đến quá trình phá hủy vật liệu phụ thuộc thời gian, vốn diễn ra với tốc độ ngày càng nhanh và là yếu tố quyết định dẫn đến việc kẽm tuột khỏi cáp.

Giả thuyết "điện dẻo" gây tranh cãi

Báo cáo đưa ra một cách lý giải tiềm năng cho việc quá trình biến dạng bị tăng tốc: hiện tượng điện dẻo (electroplastid) dòng thấp trong dài hạn, do chính sóng điện từ của kính viễn vọng Arecibo phát ra, có thể đã đẩy nhanh tốc độ biến dạng của kẽm.

Đây là giả thuyết khá bất ngờ, bởi lẽ chính thiết bị quan sát vũ trụ lại có thể đã góp phần vào sự diệt vong của chính nó. Báo cáo khuyến nghị NSF (Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ) cung cấp các đoạn ống nối và cáp còn sót lại để cộng đồng nghiên cứu tiếp tục khảo sát.

Bài học cho các công trình khoa học độc nhất

Ở tầm rộng hơn, báo cáo nhấn mạnh việc xây dựng và vận hành các cơ sở nghiên cứu tiên tiến, thiết kế riêng đặt ra những thách thức đặc thù. Các thiết kế và kinh nghiệm trước đây không phải lúc nào cũng là kim chỉ nam đáng tin cậy, và những kiểu hỏng chưa từng có tiền lệ không bao giờ có thể lường trước đầy đủ.

Khi cơ sở vật chất già đi, cần tăng cường giám sát một cách hợp lý để phát hiện xuống cấp và các kiểu hỏng mới tiềm ẩn.

Báo cáo cũng khuyến nghị NSF phải bố trí ngân sách rõ ràng cho việc bảo trì và giám sát tình trạng chi tiết, liên tục. Trước đây, NSF vận hành các hoạt động nghiên cứu tại Arecibo thông qua Trung tâm Thiên văn và Tầng điện ly Quốc gia (National Astronomy and Ionosphere Center).

Ủy ban soạn thảo báo cáo đã xem xét các cuộc điều tra pháp chứng do Đại học Central Florida và NSF đặt hàng, thu thập thông tin từ nhân viên Đài quan sát Arecibo, nghiên cứu các tài liệu liên quan, tham vấn chuyên gia và phân tích các bản phân tích kết cấu, bản vẽ kỹ thuật, báo cáo kiểm tra, ảnh chụp cùng các đề xuất sửa chữa.

Báo cáo đầy đủ mang tên Failure Analysis of the Arecibo Observatory 305-Meter Telescope Collapse, công bố năm 2024, còn bao gồm các khuyến nghị về sổ tay vận hành – bảo trì, quy trình kiểm tra định kỳ và kiểm toán độc lập.

Ý nghĩa với Việt Nam

Câu chuyện Arecibo là lời nhắc nhở cho bất kỳ quốc gia nào đang đầu tư vào hạ tầng khoa học quy mô lớn, trong đó có Việt Nam với các dự án như tổ hợp quan sát thiên văn hay hệ thống trạm nghiên cứu biển đảo. Việc đầu tư xây dựng chỉ là khởi đầu — chi phí duy trì, giám sát và kiểm tra định kỳ theo thời gian mới là yếu tố quyết định tuổi thọ công trình.

Khi một công trình đã vận hành hàng chục năm, những kiểu hỏng "chưa từng có tiền lệ" có thể xuất hiện bất cứ lúc nào, và chỉ có dữ liệu giám sát liên tục cùng một chế độ bảo trì được cấp ngân sách đầy đủ mới giúp phát hiện sớm nguy cơ trước khi quá muộn.