Hình ảnh 'quái vật' Milton được chụp và gửi về Trái Đất như thế nào

Timelapse mắt bão Milton. Ảnh: Matthew Dominick.

Ngày 8/10, phi hành gia Matthew Dominick của NASA đã chia sẻ một đoạn timelapse (video tua nhanh), quay lại toàn cảnh cơn bão Milton nhìn từ Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Những hình ảnh ngoạn mục này khiến nhiều người thắc mắc: Làm thế nào các phi hành gia NASA đang cách xa hàng trăm km so với Trái Đất, lại có thể chụp những bức ảnh ngoạn mục như vậy và gửi chúng về Trái đất trong tích tắc?

Không dễ để chụp ảnh từ không gian

Khi nói đến chụp ảnh, nhiều người thường hình dung đến những khung cảnh tĩnh lặng, nhưng trong không gian, mọi thứ lại hoàn toàn khác biệt. Trạm vũ trụ ISS đang di chuyển với tốc độ hơn 28.000 km/h, nghĩa là cứ 90 phút, nó lại hoàn thành một vòng quay quanh Trái Đất. Trong khi đó, phi hành đoàn trên đó cách mặt đất khoảng 400 km. Bấy nhiêu đó đã đủ để khiến việc chụp ảnh và truyền gửi dữ liệu trở thành một thách thức lớn.

Trả lời phỏng vấn tờ DIY Photography, phi hành gia Randy Bresnik từng chia sẻ rằng một trong những khó khăn lớn nhất khi chụp ảnh từ ISS là làm sao để bức ảnh thể hiện đúng như những gì mắt thường nhìn thấy.

Bởi ánh sáng và bóng tối trong không gian hoàn toàn khác biệt so với trên Trái Đất. Không có bầu khí quyển để làm dịu ánh sáng, ánh sáng mặt trời ngoài vũ trụ sáng gấp nhiều lần so với ánh sáng trên Trái Đất và tương phản giữa các vùng sáng tối rất rõ ràng.

Theo Randy Bresnik, khi ở trạng thái không trọng lực, các phi hành gia cần sử dụng tính năng chống rung của camera. Thông số chụp thường ở chế độ ưu tiên màn trập, với tốc độ màn trập được đặt thành 1/độ dài tiêu cự. Tức là dùng ống kính 50 mm, phải chụp ít nhất là 1/50 giây để hình không bị mờ. Còn nếu dùng ống kính 500 mm, phải chụp ít nhất là 1/500 giây.

Hình ảnh từ sứ mệnh tàu con thoi của NASA chụp Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) trên quỹ đạo. Trạm vũ trụ có kích thước bằng một sân bóng đá. Ảnh: NASA.

Các phi hành gia trên ISS thường phải sử dụng nhiều loại máy ảnh khác nhau, chủ yếu là các dòng Nikon D4 và D5 được NASA trang bị sẵn. Để có thể chụp được những hình ảnh đẹp về Trái Đất, họ phải chuẩn bị sẵn 3-4 máy ảnh cùng lúc với các tiêu cự khác nhau, từ ống kính góc rộng 14 mm đến ống kính tele 800 mm, theo phi hành gia NASA Donald Pettit. Ông được gọi là bậc thầy về nhiếp ảnh khi chụp ảnh từ Trạm vũ trụ quốc tế (ISS).

Điều này giúp các phi hành gia có thể nhanh chóng chuyển đổi khi trạm vũ trụ chỉ có vài giây ở đúng vị trí cần chụp. Đôi khi, lỡ tay tắt máy hay quên bỏ nắp ống kính cũng đồng nghĩa với việc bỏ lỡ một cơ hội chụp hình duy nhất trong vòng 10 giây ngắn ngủi.

“Các camera được đặt bên cạnh cửa sổ trạm vũ trụ và luôn trong trạng thái sẵn sàng hoạt động. Bởi vì khi bạn chụp ảnh, bạn không có thời gian để thay đổi ống kính. Vì vậy, bạn chỉ cần lấy một camera, ‘tách tách tách’, đặt nó xuống, lấy một camera khác, ‘tách tách tách’, lấy một camera khác, ‘tách tách tách’”, phi hành gia NASA Donald Pettit nói với tờ Time năm 2014.

Như đoạn timelapse mắt bão Milton được phi hành gia Matthew Dominick chụp liên tiếp ở tốc độ màn trập 1/6400 giây, ống kính 14 mm, ISO 500 với khoảng thời gian chụp 0,5 giây và tốc độ 30 khung hình/giây.

Hành trình các bức ảnh từ trạm vũ trụ về đến Trái đất

Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để những bức ảnh này có thể được gửi từ không gian về Trái Đất?

Mỗi khi phi hành gia chụp một bức ảnh trên ISS, dữ liệu từ máy ảnh sẽ được truyền qua một hệ thống phức tạp. Đầu tiên, hình ảnh được gửi từ ISS qua dải tần số Ku (Ku band) - một hệ thống truyền dữ liệu tốc độ cao, có khả năng gửi dữ liệu với băng thông lên tới hàng trăm GB mỗi ngày.

“Vào thời điểm tôi ở đó, tốc độ truyền tải là 50 Mb/giây. Nhưng có rất nhiều dữ liệu khác cần được xử lý nên chúng tôi không thể sử dụng toàn bộ băng thông đó chỉ cho hình ảnh. Khi tôi đến đó lần cuối vào năm 2012, chúng tôi có thể tải xuống khoảng 100 Gb hình ảnh mỗi ngày. Tôi nghĩ hiện tại nó có thể nhanh hơn gấp 4-5 lần vì họ đã nâng cấp băng tần Ku kể từ khi tôi bay”, phi hành gia Donald Pettit chia sẻ.

Qua dải tần Ku, những dữ liệu hình ảnh được truyền đến hệ thống vệ tinh Tracking and Data Relay Satellite (TDRS) của NASA. Đây là một mạng lưới vệ tinh đặt ở quỹ đạo địa tĩnh, giúp duy trì liên lạc với các phi hành gia trên trạm vũ trụ. Mạng lưới này không chỉ truyền tải hình ảnh chất lượng cao mà còn cả video và âm thanh từ trạm vũ trụ về các trạm mặt đất chỉ trong vài phút hoặc vài giờ, tùy thuộc vào khối lượng dữ liệu và điều kiện kết nối.

Ảnh chụp sao chạy từ ISS. Ảnh: Donald Pettit.

Tuy nhiên, ngay cả với hệ thống hiện đại như vậy, việc liên lạc không phải lúc nào cũng suôn sẻ. ISS mất tín hiệu liên lạc mỗi 20-30 phút do trạm di chuyển và vị trí của các vệ tinh. Điều này đặt ra hàng loạt khó khăn, đặc biệt là trong các chương trình truyền hình trực tiếp từ không gian.

Đội ngũ kỹ thuật phải dự đoán các khoảng thời gian mất tín hiệu và điều chỉnh kế hoạch phát sóng sao cho không làm gián đoạn chương trình, nhà sản xuất Al Berman của chương trình Live from Space nói với Space năm 2014.

Không chỉ chụp ảnh, quay video cho mục đích thẩm mỹ, những hình ảnh từ ISS còn đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học. Với tốc độ di chuyển nhanh của ISS, các phi hành gia có thể ghi lại những góc nhìn khác nhau về cùng một cơn bão trong thời gian ngắn.

Đây là điều mà các vệ tinh địa tĩnh không thể làm được. Sau đó, những hình ảnh này sẽ được gửi đến các trường đại học và trung tâm nghiên cứu để phân tích, dự báo các hiện tượng thời tiết cực đoan.

Một ví dụ điển hình là các bức ảnh chụp sự thay đổi của sông Amazon qua 10 năm đã giúp các nhà khoa học theo dõi những biến động về môi trường và khí hậu mà không thể quan sát được từ mặt đất. Từ không gian, phi hành gia có thể chụp ảnh những khu vực khó tiếp cận trên mặt đất, hay các hiện tượng hiếm gặp như mây dạ quang (noctilucent clouds), phi hành gia NASA Donald Pettit cho biết.

Không chỉ vậy, những bức ảnh này còn mang giá trị dữ liệu thô, giúp các nhà khoa học lập bản đồ địa lý và nghiên cứu sự biến đổi của Trái Đất qua thời gian. Nathan Bergey, một nhà phân tích dữ liệu tại Đại học Bang Portland, từng tải về 1,2 triệu bức ảnh từ ISS và lập bản đồ toàn cầu dựa trên vị trí GPS của từng bức ảnh.

“Tập dữ liệu này có giá trị khoa học thậm chí còn vượt xa cả hình ảnh. Việc ai đó chụp một bức ảnh tại một điểm nhất định trên Trái đất bản thân nó đã trở thành dữ liệu khoa học”, phi hành gia NASA cho hay.

Là người từng có nhiều kinh nghiệm chụp ảnh từ ISS, Don Pettit từng chế tạo một thiết bị gọi là barn door tracker - một loại giá xích đạo đơn giản dành cho chụp ảnh thiên văn bằng máy ảnh thường.

Thiết bị này dùng để bù đắp cho chuyển động nhanh của trạm vũ trụ, giúp chụp ảnh với thời gian phơi sáng dài mà không bị nhòe. Các bức ảnh thành phố ban đêm với độ phân giải cao mà Pettit và các phi hành gia khác chụp được đã giúp nghiên cứu ánh sáng đô thị và tác động của nó đến môi trường.