Có gì bên ngoài các hành tinh?

Hành Tinh X. Đây là tên mà nhà thiên văn Percival Lowell đã đặt cho một hành tinh lúc đó chưa được phát hiện; ông nghi là hành tinh này bay trong quỹ đạo bên ngoài sao Hải Vương. Ông bắt đầu tìm kiếm Hành Tinh X vào năm 1905 tại đài thiên văn ở Flagstaff, bang Arizona. Mặc dù Lowell chết trước khi tìm ra Hành Tinh X, cuộc tìm kiếm mà ông đã bắt đầu, vẫn tiếp tục sau đó. Cuối cùng, vào năm 1930, tại đài thiên văn của Lowell, Clyde Tombaugh phát hiện hành tinh Diêm Vương. Quả đã có Hành Tinh X!

Ngay lập tức các nhà thiên văn bắt đầu tự hỏi: ‘Có thể tìm thấy một Hành Tinh X khác không?’ Tiếp theo là sáu thập kỷ tìm kiếm gắt gao, và trong những năm sau của cuộc tìm kiếm, người ta sử dụng ngay cả phi thuyền không gian. Mặc dù phát hiện được hàng ngàn hành tinh nhỏ, tinh tú, thiên hà và tinh vân, nhưng người ta không khám phá ra được những hành tinh mới nào.

Tuy vậy, cuộc tìm kiếm không chấm dứt. Các khoa học gia bắt đầu sử dụng những kỹ thuật mới và kính thiên văn mạnh hơn để dò tìm những vật bay theo quỹ đạo, hàng triệu lần mờ hơn những gì mắt thường có thể nhận ra. Cuối cùng các nỗ lực của họ đã có kết quả. Lạ lùng thay, cho đến nay người ta đã thấy hàng chục tiểu hành tinh bên ngoài sao Diêm Vương!

Những tiểu hành tinh đó ở đâu? Người ta còn có thể tìm được bao nhiêu nữa? Chúng có phải là những vật xa nhất trong thái dương hệ của chúng ta không?

Những vật xa nhất

Thái dương hệ gồm có chín hành tinh bay trên quỹ đạo chung quanh mặt trời. Ngoài ra, hàng ngàn hành tinh nhỏ bằng đá bay vùn vụt qua không gian, hầu hết ở trong một vành đai giữa sao Hỏa và sao Mộc. Người ta cũng đã phát hiện gần một ngàn sao chổi.

Trong các vật này, vật nào bay ra xa mặt trời nhất? Thật ra thì những sao chổi bay xa nhất, xa thật xa.

Từ ngữ “sao chổi” trong tiếng Hy Lạp là ko·meʹtes, nghĩa là “có lông dài”—điều này  nói đến cái đuôi dài và xòe ra, kéo lê đằng sau cái đầu sáng rực. Sao chổi là nguồn gây ra nhiều dị đoan và sợ hãi. Tại vài nước, những người xem sao chổi vẫn gọi chúng là bóng. Điều này nảy sinh từ những niềm tin thời xưa cho rằng các sao chổi là bóng ma. Tại sao người ta quá sợ chúng? Một lý do là đôi lúc sự xuất hiện của sao chổi trùng với các biến cố bi thảm.

Sao chổi vẫn khích động sự cuồng tín. Vào tháng 3, 1997, ở bang California, Hoa Kỳ, 39 thành viên của giáo phái Thiên Môn tự sát tập thể khi sao chổi Hale-Bopp tiến về phía mặt trời. Tại sao thế? Bởi vì họ cho là có một phi thuyền không gian xa lạ núp đằng sau sao chổi và mong chờ nó đến đón họ.

Không phải ai cũng xem sao chổi một cách thiếu suy xét. Trong thế kỷ thứ tư TCN, Aristotle đề xuất ý kiến cho rằng sao chổi là đám khí phát sáng cao tít trên bầu trời. Vài thế kỷ sau, triết gia người La Mã Seneca đưa ra ý kiến sắc sảo cho rằng sao chổi là thiên thể bay theo quỹ đạo.

Nhờ sự phát minh kính thiên văn và phát hiện luật Newton về trọng lực, mà việc nghiên cứu sao chổi trở nên một khoa học chính xác hơn. Vào năm 1705, Edmond Halley xác định rằng sao chổi bay quanh mặt trời theo quỹ đạo dài hình ellip. Ngoài ra, ông nhận xét rằng các sao chổi xuất hiện vào năm 1531, 1607 và 1682 có quỹ đạo tương tự và cách nhau những khoảng thời gian đều đặn độ 75 năm. Halley nói đúng khi đề nghị rằng cùng một sao chổi đã xuất hiện vào những lần này; về sau nó được đặt tên là Sao Chổi Halley.

Ngày nay các nhà nghiên cứu biết rằng sao chổi có một nhân rắn đặc, thường là từ 1 đến 20 kilômét bề ngang. Nhân sao chổi có thể được mô tả đúng nhất là một tảng băng dơ bẩn màu sẫm, gồm có hầu hết là nước đá trộn lẫn với bụi. Những ảnh do phi thuyền không gian Giotto chụp, khi tiếp cận Sao Chổi Halley vào năm 1986, cho thấy những luồng khí và bụi phát ra từ sao chổi. Những luồng này tạo thành cái đầu và chiếc đuôi sáng rực của sao chổi, như ta thấy từ mặt đất.

 Họ sao chổi

Có hai họ sao chổi bay trên quỹ đạo quanh mặt trời. Sao chổi được phân loại tùy theo chu kỳ chuyển động trên quỹ đạo, hay khoảng thời gian phải mất để bay đủ một vòng chung quanh mặt trời. Các sao chổi có chu kỳ ngắn hay tuần hoàn—như Sao Chổi Halley—bay một vòng chung quang mặt trời mất một khoảng thời gian dưới 200 năm. Chúng bay theo những đường quỹ đạo gần mặt phẳng hoàng đạo, tức mặt phẳng thiên thể chứa quỹ đạo trái đất và quỹ đạo của các hành tinh khác bay chung quanh mặt trời. Có thể có đến một tỷ sao chổi tuần hoàn, mà hầu hết đều bay trên quỹ đạo bên ngoài những hành tinh xa nhất là sao Hải Vương và sao Diêm Vương, cách mặt trời hàng tỷ kilômét. Thỉnh thoảng, khi một số sao chổi này, chẳng hạn như Sao Chổi Encke, bay gần các hành tinh, thì quỹ đạo của chúng bị kéo gần đến mặt trời hơn.

Còn quỹ đạo của sao chổi có chu kỳ dài thì sao? Khác với những cái có chu kỳ ngắn, sao chổi có chu kỳ dài bay vòng quanh mặt trời từ mọi phía. Trong số này có hai sao chổi Hyakutake và Hale-Bopp; chúng bày ra cảnh tượng ngoạn mục trong những lần xuất hiện gần đây. Tuy nhiên, phải đến hàng ngàn năm nữa chúng mới trở lại!

Có một số rất lớn các sao chổi với chu kỳ dài chuyển động ở phần ngoài cùng của thái dương hệ. Đám sao chổi này được đặt tên là đám mây Oort, theo tên của nhà thiên văn người Hà Lan; vào năm 1950, ông là người đầu tiên cho rằng có đám mây ấy. Có bao nhiêu sao chổi trong đám mây này? Các nhà thiên văn ước lượng rằng con số này hơn một ngàn tỷ! Một số trong những sao chổi này bay đến những nơi xa mặt trời một năm ánh sáng hay hơn nữa. * Xét những khoảng cách đó, bay chỉ một vòng quỹ đạo có thể mất đến hơn hẳn mười triệu năm!

Vô số tiểu hành tinh

Những tiểu hành tinh mới được phát hiện, đề cập đến trong phần mở đầu, có chung  phạm vi bên ngoài sao Diêm Vương với các sao chổi có chu kỳ ngắn. Từ năm 1992 đến nay, các nhà thiên văn đã phát hiện khoảng 80 các thiên thể nhỏ giống như hành tinh. Có thể có hàng chục ngàn cái như vậy với bề ngang rộng hơn 100 kilômét. Những tiểu hành tinh này hợp thành vành đai Kuiper, gọi theo tên một nhà khoa học; ông đã suy đoán về vành đai này cách đây gần 50 năm. Rất có thể là những vật trong vành đai Kuiper được cấu tạo bằng hỗn hợp đá và nước đá.

Những phát hiện gần đây về những tiểu hành tinh này có thay đổi quan điểm của khoa học về phần trong của thái dương hệ không? Quả là có! Ngày nay các nhà thiên văn nghĩ rằng sao Diêm Vương, mặt trăng Charon của nó, vệ tinh Triton của sao Hải Vương và một số vật băng giá khác nơi phần trong của thái dương hệ là những vật trước kia thuộc vành đai Kuiper. Một số nhà thiên văn thậm chí nghĩ rằng sao Diêm Vương không còn đủ tư cách là một hành tinh lớn nữa!

Chúng từ đâu đến?

Do đâu mà có nhiều sao chổi và tiểu hành tinh trong vành đai Kuiper? Các nhà thiên văn gợi ý rằng những vật này lúc đầu sinh ra từ đám mây gồm những hạt bụi và nước đá đông đặc; chúng kết dính lại với nhau tạo thành các vật lớn hơn. Tuy nhiên, những vật này phân tán ra quá rải rác, nên không thể tiếp tục phát triển thành hành tinh lớn.

Các sao chổi có chu kỳ dài cũng tạo thành phần khá lớn của thái dương hệ. Những sao chổi này có khối lượng tổng cộng khoảng 40 lần khối lượng trái đất. Các khoa học gia nghĩ rằng hầu hết những sao chổi này đã hình thành vào giai đoạn đầu của lịch sử thái dương hệ trong vùng ngoài, nơi có các hành tinh khí khổng lồ.

Lực nào đã đẩy những sao chổi này ra tận quỹ đạo hiện nay cách xa mặt trời như vậy? Khi bất cứ sao chổi nào tiến đến gần những hành tinh lớn, chẳng hạn như sao Mộc, thì xem chừng trọng lực của các hành tinh đó tác dụng vào sao chổi một lực mạnh đẩy chúng bắn ra xa.

Thám hiểm sao chổi

Thành phần cấu tạo của sao chổi bao gồm những vật liệu thô sơ nhất trong thái dương hệ. Làm sao khoa học có thể thám hiểm thêm về những vật có sức lôi cuốn này? Thỉnh thoảng một số sao chổi bay ngang qua phần trong của thái dương hệ khiến các khoa học gia có thể tiệm cận nghiên cứu chúng. Các cơ quan hàng không khác nhau dự định phóng một số phi thuyền không gian lên để thám hiểm sao chổi trong nhiều năm tới.

Ai mà biết được có thể tìm ra những vật nào khác trong thái dương hệ của chúng ta? Những phát hiện và hiểu biết mới về các vật xa xăm bay trên quỹ đạo vòng quanh mặt trời tăng thêm sức thuyết phục cho đoạn Kinh Thánh nơi Ê-sai 40:26: “Hãy ngước mắt lên cao mà xem: Ai đã tạo những vật nầy? Ấy là Đấng khiến các cơ-binh ra theo số nó, và đặt tên hết thảy”.

[Chú thích]

[Khung nơi trang 27]

SAO CHỔI VÀ HIỆN TƯỢNG MƯA SAO BĂNG

Khi thấy một cảnh sao băng ngoạn mục lóe lên ngang bầu trời, bạn có tự hỏi rằng có phải nó sinh ra từ một sao chổi không? Có thể là vậy. Khi sao chổi tiến gần đến mặt trời, cái nhân băng đá của nó dần dần tan rã, rải ra những cục đá, hay thiên thạch, thành một dải. Những cục này không nhẹ như bụi trong phần đuôi sao chổi và vì thế không bị gió thái dương thổi vào không gian. Thay vì vậy, chúng tạo thành một dải các mảnh vụn bay quanh mặt trời theo quỹ đạo của sao chổi mẹ.

Mỗi năm, một số luồng thiên thạch bay ngang qua trái đất. Trận mưa sao Leonid sắp xảy ra vào giữa tháng 11 là vật liệu văng ra từ sao chổi Tempel-Tuttle. Trận mưa này diễn ra một cách ngoạn mục mỗi 33 năm. Những người quan sát bầu trời đã chứng kiến trận mưa Leonid vào năm 1966 thuật lại rằng họ thấy hơn 2.000 sao băng mỗi phút—một trận bão thật! Vào năm 1998 nó phát ra những quả cầu lửa sáng rực, và chắc chắn nó đáng cho chúng ta quan sát vào tháng 11 này.

[Biểu đồ/​Các hình nơi trang 24-26]

1. Sao Chổi Hale-Bopp vào năm 1997

2. Edmond Halley

3. Percival Lowell

4. Sao Chổi Halley vào năm 1985

5. Sao Chổi Halley vào năm 1910

6. Những luồng khí và bụi phát ra từ Sao Chổi Halley

[Nguồn tư liệu]

1) Tony and Daphne Hallas/Astro Photo; 2) Culver Pictures; 3) Courtesy Lowell Observatory/Dictionary of American Portraits/Dover

4) Courtesy of Anglo-Australian Observatory, photograph by David Malin; 5) National Optical Astronomy Observatories; 6) the Giotto Project, HMC principal investigator Dr. Horst Uwe Keller, the Canada-France-Hawaii telescope

[Biểu đồ]

(Để có thông tin đầy đủ, xin xem ấn phẩm)

7. Quỹ đạo của vài sao chổi

Sao Chổi Kohoutek

Sao Chổi Halley

Mặt trời

Trái đất

Sao Chổi Encke

Sao Mộc

[Các hình]

8. Trước khi đâm xuống sao Mộc vào năm 1994, Sao Chổi Shoemaker-Levy 9 đã vỡ tan thành 21 mảnh

9. Bề mặt của sao Diêm Vương

10. Sao Chổi Kohoutek, 1974

11. Hành tinh nhỏ Ida với mặt trăng Dactyl

[Nguồn tư liệu]

8) Dr. Hal Weaver and T. Ed Smith (STScI), and NASA; 9) A. Stern (SwRI), M. Buie (Lowell Obs.), NASA, ESA; 10) NASA photo; 11) NASA/JPL/Caltech