Nguyên lý hoạt động của la bàn trên Trái Đất
La bàn là một trong những phát minh quan trọng của nhân loại trong hàng ngàn năm qua. La bàn được phát minh đầu tiên ở Trung Quốc vào khoảng năm 1000 trước Công Nguyên. Tuy nhiên, suốt một thời gian dài, la bàn được sử dụng cho các mục đích bói toán, phong thủy… chứ không nhằm mục đích định hướng và chỉ đường.
Đến khoảng năm 1190, loại la bàn chỉ hướng được phát minh tại châu Âu, đóng vai trò quan trọng giúp các nhà thám hiểm châu Âu giong thuyền ra biển để khám phá những vùng đất mới.
La bàn hoạt động nhờ vào từ trường của Trái Đất, giúp người dùng xác định các phương hướng một cách chính xác (Ảnh: PRT).
Ngày nay, la bàn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ tìm hướng đi, xây dựng, xác định hướng gió…
Loại la bàn phổ biến được sử dụng trên Trái Đất là la bàn từ (gọi đơn giản là la bàn), hoạt động dựa trên từ trường của Trái Đất. 2 cực từ trên Trái Đất sẽ tạo ra từ trường với các đường sức từ chạy từ cực Nam từ (gần Nam Cực Trái Đất) đến cực Bắc từ (gần Bắc Cực Trái Đất).
Kim la bàn là một thanh nam châm nhỏ, định hướng theo các đường sức từ này, với đầu bắc của kim luôn chỉ về hướng Bắc, đầu còn lại chỉ về hướng Nam của Trái Đất. Trên bề mặt la bàn sẽ có các hình vẽ phân chia 360 độ và dựa vào hướng của kim la bàn sẽ giúp người dùng xác định được phương hướng.
La bàn giúp tìm hướng đi và sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau trong cuộc sống (Ảnh: ODG).
Kim la bàn sẽ chỉ hướng nào khi đưa vào không gian?
Như trên đã đề cập, kim la bàn được định hướng cố định nhờ vào từ trường của Trái Đất. Vậy nếu khi đưa la bàn vào bên trong không gian, nơi không còn tác động của từ trường Trái Đất, kim la bàn sẽ chỉ theo hướng nào?
Khi đưa la bàn vào trong không gian, nó sẽ không còn hoạt động như ở trên Trái Đất nữa do la bàn đã nằm ngoài phạm vi ảnh hưởng của từ trường Trái Đất. Không chịu tác động của từ trường, kim la bàn sẽ trôi tự do và chỉ theo hướng ngẫu nhiên.
Khi đưa la bàn lên vị trí đủ cao, không còn chịu tác động của từ trường Trái Đất, kim la bàn sẽ trôi tự do và chỉ hướng ngẫu nhiên (Ảnh minh họa: Contentstrack).
Tuy nhiên, một điều thú vị đó là từ trường trong vũ trụ không hoàn toàn biến mất. Mặt Trời và các thiên thể khác cũng tạo ra từ trường của riêng chúng.
La bàn định hướng theo đường sức từ của từ trường mạnh nhất tác động lên nó, do vậy kim la bàn có thể sẽ bị ảnh hưởng bởi từ trường của hành tinh đó. Tuy nhiên, đó phải là hành tinh có từ trường đủ mạnh để tác động lên kim la bàn.
Sao Mộc là hành tinh có từ trường mạnh nhất hệ Mặt trời, do vậy kim la bàn sẽ có xu hướng chỉ về cực từ của sao Mộc nếu tàu vũ trụ di chuyển đến gần ngôi sao này. Nhưng nếu ở khoảng cách quá xa, lực tác động hầu như sẽ không còn.
Ngoài ra, Mặt Trời đôi khi cũng có thể tác động đến la bàn trong vũ trụ thông qua các cơn bão từ. Khi xảy ra bão từ mạnh (do hoạt động của Mặt trời), la bàn sẽ chịu tác động mạnh bởi từ trường do Mặt Trời gây ra làm kim la bàn bị nhiễu loạn và thay đổi hướng chỉ.
Từ trường do bão Mặt Trời gây ra có thể ảnh hưởng đến kim la bàn trong không gian (Ảnh: Getty).
Trong vũ trụ, các phi hành gia sử dụng thiết bị gì để định hướng?
Do la bàn thông thường không thể sử dụng trong vũ trụ, các phi hành gia sẽ sử dụng nhiều hệ thống định hướng hiện đại và phức tạp hơn.
Đầu tiên đó là Hệ thống Định vị Quán tính (INS – Inertial Navigation System), hoạt động dựa trên các con quay hồi chuyển và gia tốc kế để theo dõi chuyển động của tàu vũ trụ.
Điều này cũng tương tự như bạn đang mò mẫm trong một căn phòng tối, bạn sẽ dựa vào cảm giác chuyển động của cơ thể để biết được mình đã đi bao xa và theo hướng nào. INS cũng có nguyên lý hoạt động tương tự, nhưng chính xác hơn rất nhiều.
INS là một thiết bị quan trọng giúp các phi hành gia xác định phương hướng trong không gian (Ảnh: Vectornav).
Ngoài ra, các phi hành gia còn có thể sử dụng Thiết bị theo dõi sao (Star Tracker) hay Cảm biến mặt trời (Sun sensors) để chụp ảnh bầu trời và so sánh vị trí các ngôi sao với một cơ sở dữ liệu để biết được hướng di chuyển hiện tại của tàu vũ trụ.
Các phi hành gia sẽ sử dụng kết hợp nhiều hệ thống này cùng lúc để đảm bảo độ chính xác cao nhất có thể, giúp xác định hướng đi và vị trí của tàu vũ trụ, cũng tương tự như con người có thể sử dụng cả ứng dụng bản đồ, hệ thống định vị và các biển chỉ đường để xác định hướng đi chính xác nhất.
