Khám phá Đám Mây Oort - Thiên Văn Học Tập 22 _ Tri thức nhân loại

Đám Mây Oort Thiên Văn Học Tập 22 Hãy nhìn xem chúng ta đang ở đâu. Quay lưng lại với mặt trời và các hành tinh, tiểu hành tinh và sao chổi phía sau chúng ta. Chúng ta phải đối mặt với không gian sầu thẳm. Không có gì giữa chúng ta và các vị sao. Rất xa. Khoảng trống phía trước sao hải vương không hoàn toàn trống rỗng. Trong tập 21, tôi đã đề cập rằng sao chổi có hai loại. Sao chổi có chu kỳ quỹ đạo dưới 200 năm, có xu hướng quay quanh mặt trời theo cùng một mặt phẳng với các hành tinh. Và những sao chổi có chu kỳ dài hơn, có quỹ đạo nghiêng theo mọi hướng. Đây là một vấn đề. Sao chổi mất vật chất khi chúng đến gần mặt trời. Trong hàng triệu năm, những ngôi sao chổi này sẽ bốc hơi. Nhưng chúng ta đang ở đây, 4,56 tỷ năm sau khi hệ mặt trời ra đời, và sao chổi vẫn xuất hiện trên bầu trời của chúng ta. Vậy, chúng đến từ đâu? Để trả lời, chúng ta sẽ phải quay ngược đồng hồ lại một chút. Chẳng hạn như 4,5 tỷ năm trước. Tại thời điểm đó, hệ mặt trời đang hình thành. Kết hợp một đĩa vật chất phẳng xung quanh mặt trời. Các hành tinh bên trong ấm hơn, nhỏ hơn, và nhiều đá hơn. Trong khi các hành tinh bên ngoài nằm trong vùng lạnh hơn và lớn hơn. Ngoài kia, ở phần lạnh hơn của hệ mặt trời, nước ở dạng băng trộn với bụi, và các thứ khác. Các hỗn hợp này sẽ va chạm và dính vào nhau ngày càng lớn hơn, một số to lên đến hàng trăm km. Nhưng có một vấn đề. Những hành tinh bên ngoài đó, chúng có rất nhiều lực hấp dẫn. Và bất kỳ khối băng nào đến quá gần sẽ rơi vào hành tinh và bị đồng hóa, hoặc bị đá vào một quỹ đạo khác. Sau đó, nó có thể lao về phía mặt trời, hoặc bay ra ngoài không gian sâu. Hàng nghìn nghìn tỷ quả bóng băng như vậy đã bị các hành tinh ném ra xung quanh. Mặc dù chúng rất nhỏ so với các hành tinh, nhưng chúng vẫn có một chút khối lượng và trọng lực. Vì vậy, mỗi khi hành tinh kéo mạnh lên chúng, chúng cũng kéo ngược lại một chút lên các hành tinh. Nó không nhiều, nhưng với hàng nghìn tỷ vật thể, lực kéo ngược lại này sẽ tăng lên. Một mô hình hiện tại về những gì đã xảy ra, được gọi là mô hình Nis, theo tên thành phố ở Pháp nơi nó được đề xuất, nói rằng tác động tổng thể của tất cả những cuộc gặp gỡ này là sao thổ, sao thiên vương và sao hải vương từ từ di chuyển ra ngoài mặt trời, trong khi sao mộc di chuyển vào trong. Sao hải vương sẽ có ảnh hưởng lẫn nhất đến những quả cầu băng này, bởi vì nó giáp với phần không gian lẫn nhất nơi chúng sinh sống. Khi sao hải vương di chuyển ra bên ngoài, những cuộc chạm tráng gần gũi với những khối băng này đã ném rất nhiều chúng vào những quỹ đạo điên rồ, có hình ellipse cao và nghiêng so với các hành tinh. Các cuộc gặp gỡ xa hơn lập đi lập lại có xu hướng làm tăng kích thước quỹ đạo của các quả cầu băng. Chúng ta nghĩ rằng sự xáo trộn xung quanh các hành tinh bên ngoài là nguyên nhân gây ra vụ ném bom hạng đạn muộn, trận mưa dữ dội của các vật thể phát ra từ bên ngoài hệ mặt trời, tạo sẹo cho các hành tinh và mặt trăng, vài trăm triệu năm sau khi các hành tinh này tự hình thành. Nó không được biết chắc chắn, nhưng tất cả các giả thuyết ăn khớp với nhau thật sự tốt. Cuối cùng, ngày nay, có ba quần thể khá khác biệt của những đối tượng này. Một là khu vực có hình dạng giống như một cái đĩa hoặc một cái bánh tráng, thẳng hàng với mặt phẳng của các hành tinh. Các vật thể bằng giả ở đó có quỹ đạo ổn định, không bị ảnh hưởng bởi sao hải vương. Chúng ta gọi đây là Bành đai Cooper, được đặt theo tên nhà thiên văn học người Hà Lan Gerard Cooper, một trong nhiều người ban đầu đã suy đoán về sự tồn tại của khu vực này. Bành đai Cooper bắt đầu ít nhiều ngay bên ngoài quỹ đạo của sao hải vương, kéo dài từ khoảng 4,5 đến 7,5 tỷ km tính từ mặt trời. Vùng thứ hai được gọi là đĩa phân tẳng. Nó bao gồm các quả cầu băng được gửi bởi sao hải vương vào những quỹ đạo có độ nghiêng cao kỳ lạ đó. Lớp này trồng lên bành đai Cooper ở rìa bên trong của nó và kéo dài ra có lẽ tới 150 tỷ km tính từ mặt trời, xa hơn 25 lần so với sao hải vương. Cuối cùng, bên ngoài hai khu vực đó có một đám mây hình cầu gồm các vật thể bằng giả bắt đầu cách xa khoảng 300 tỷ km, xa hơn 70 lần so với sao hải vương, gấp 2.000 lần khoảng cách đáng kinh ngạc của trải đất so với mặt trời. Và đó mới chỉ là nơi bắt đầu. Nó mở rộng ra xa hơn thế, có lẽ nhiều như một năm ánh sáng, 10.000 tỷ km. Đây được gọi là đám mây Oort, theo tên nhà thiên văn học John Oort, người đầu tiên đề xuất nó. Đám mây Oort là nguồn gốc của các sao chổi có chủ kỳ quỹ đạo dài. Vì chúng quay quanh mặt trời trên một hình cầu không có định hướng rõ ràng, chúng đi về phía bên trong hệ mặt trời từ các hướng ngẫu nhiên trên bầu trời. Nhiều sao chổi mới được phát hiện thuộc loại này. Quỹ đạo của chúng có thể cực kỳ dài. Chúng bắt đầu rơi từ rất xa. Chúng xoay quanh mặt trời với vận tốc gần như thoát ra, và quỹ đạo của chúng gần giống parabol. Đĩa phân tán là nguồn gốc của sao chổi chủ kỳ quỹ đạo ngắn. Chúng vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi sao hải vương, khiến chúng có thể thay đổi quỹ đạo để xuống gần mặt trời hơn. Chúng có thể quay quanh mặt trời trên các con đường giữa sao mộc và sao hải vương. Nghĩa là cuối cùng, chúng sẽ có một cuộc chạm trán với sao mộc. Điều này có thể đưa chúng đến gần mặt trời hơn, và chúng trở thành sao chổi chua kỳ nhắn. Đó là cách sao chổi được tạo ra. Nhưng làm thế nào để chúng ta biết tất cả những điều này? Cho đến năm 1930, nó chỉ là phỏng đoán. Nhưng sau đó, một nhà thiên văn học người Mỹ, Clyde Tumble, đã phát hiện ra vật thể vành đai Cooper đầu tiên. Đó là sao diêm vương. Sao diêm vương quay quanh mặt trời theo một đường ellipse, hơi nghiêng. Quỹ đạo của nó thực sự đưa nó đến gần mặt trời hơn so với sao hải vương. Vậy tại sao nó không bao giờ va chạm với hành tinh lớn hơn? Quỹ đạo của sao diêm vương ít nhiều có đi qua sao hải vương. Bởi vì quỹ đạo bị nghiêng, chúng không bao giờ thực sự giao nhau. Khi sao diêm vương ở điểm gần nhất, gần mặt trời nhất, nó ở phía trên mặt phẳng của hệ mặt trời, cách xa quỹ đạo của hải vương tinh. Không chỉ vậy, sao diêm vương quay quanh mặt trời 2 lần trong mỗi 3 lần sao hải vương quay. Do đó, bất cứ khi nào sao diêm vương ở gần mặt trời nhất, sao hải vương luôn ở cách 90 độ trong quỹ đạo của nó. Đó là khoảng cách hàng tỷ km, quá xa để ảnh hưởng đến sao diêm vương. Đây hầu hết là một sự trùng hợp. Chúng ta đã thấy cách cộng hưởng quỹ đạo có thể bị ép bởi thủy triều và trọng lực. Ngày xửa ngày xưa, hàng tỷ năm trước, có lẽ đã có rất nhiều vật thể do sao diêm vương đẩy ra ngoài, với quỹ đạo có đủ hình dạng và độ nghiêng khác nhau. Nhưng những vật thể ở quá gần sao hải vương bị điều chỉnh lực hấp dẫn thành các quỹ đạo khác nhau, biến chúng thành sao chổi hoặc ném chúng vào sâu hơn trong không gian. Những vật thể duy nhất có thể sống sót chỉ là do tình cờ có cộng hưởng quỹ đạo 3-2 hoặc 2-1 với sao hải vương, giữ chúng cách xa ảnh hưởng của sao hải vương. Ngày nay, đó là những loại vật thể duy nhất chúng ta nhìn thấy với quỹ đạo gần sao hải vương. Chúng ta gọi những vật thể này là Plutinus. Chúng thật sự không phải là một lớp vật thể riêng biệt. Chúng vẫn là các vật thể thuộc vành đai Kubert, nhưng là một tập hợp còn vui nhộn và thú vị. Sau khi sao diêm vương được tìm thấy, các nhà thiên văn học tự hỏi liệu nó có thể bảo trước một lớp vật thể bằng giá mới trong quá khứ hải vương tinh hay không. Tuy nhiên, phải mất hơn sáu thập kỷ để tìm ra cái tiếp theo. Một 992 QB1 được phát hiện vào năm 1992, và điều đó đã mở ra một cân số tìm kiếm vàng của vành đai Kubert. Bây giờ, chúng ta biết hơn một nghìn vật thể của vành đai Kubert. Một trong số đó được gọi là Eris, rất gần với kích thước của sao diêm vương và lớn hơn. Nó có thể có nhiều đá hơn sao diêm vương bằng giá. Sao diêm vương là một vật thể thú vị. Một mặt trăng được phát hiện vào năm 1978, được đặt tên là Charon. Nó thực sự có khối lượng bằng một phần tám sao diêm vương. Trong khi Charon quay quanh sao diêm vương, mặt trăng có khối lượng đủ để có thể nói rằng sao diêm vương cũng quay quanh Charon một cách đáng chú ý. Trong thực tế, cả hai đều quay quanh khối tầm tường hộ của chúng, nằm giữa cả hai. Bốn mặt trăng nữa đã được phát hiện trong hình ảnh của Hubble về sao diêm vương vào năm 2005 và 2012. Có thể còn nhiều hơn thế nữa. Sao diêm vương quá nhỏ và xa xôi, nên chúng ta không biết nhiều về nó. Nhưng điều đó có thể sẽ thay đổi. Một tàu thăm dò không gian có tên là New Horizons đã tiếp cận sao diêm vương ở khoảng cách 12.500 km. Vào ngày 14 tháng 7 năm 2015, trở thành tàu thăm dò đầu tiên khám phá hệ thống diêm vương tinh và vành đai Kewper. Chắc chắn, quan điểm của chúng ta về sao diêm vương sẽ thay đổi. Có thể có nhiều mặt trăng được phát hiện hơn. Chúng ta sẽ thấy các đặc điểm bề mặt lần đầu tiên, và hơn thế nữa. Sao diêm vương được tìm thấy vào năm 1930, rất lâu trước bất kỳ vật thể vành đai Kewper nào khác. Vì nó sáng hơn nhiều so với bất kỳ vật thể nào khác. Khi nó được phát hiện, nó được cho là có kích thước tương đương với trái đất. Nhưng qua nhiều năm, các quan sát tốt hơn cho thấy, nó nhỏ hơn nhiều so với suy nghĩ đầu tiên. Trên thực tế, nó nhỏ hơn mặt trăng của trái đất. Bề mặt của nó phản chiếu bất thường, sáng bóng, khiến nó trồng lớn hơn nhiều so với vẻ ngoài. Hầu hết các cư dân khác của vành đai Kewper ít phản xạ hơn, nên mờ nhạt hơn. Nếu sao diêm vương là vua của các vật thể vành đai Kewper, thì nó có rất nhiều thần dân trung thành. Chúng ta cho rằng, vành đai Kewper có thể có 100.000 vật thể lớn hơn 100km trong đó. Nếu điều đó nghe có vẻ nhiều, hãy hiểu điều này. Đám mày ôi, bào quan hệ mặt trời, có thể có hàng nghìn tỷ thiền thể bằng giá trong đó. Mặc dù chúng ta biết rất nhiều vật thể trong vành đai Kewper, nhưng chúng ta không biết chắc chắn về bất kỳ vật thể nào trong đám mày ôi. Hai thiền thể rất thú vị đã được tìm thấy, Sedna và VP113. Quỹ đạo của Sedna cách mặt trời 140 tỷ km, trong khi VP113 cách xa khoảng một nửa. Cả hai đều nằm trên quỹ đạo hình ellipse. Tuy nhiên, cả hai đều không đến gần sao hải vương, vì vậy hoàn toàn không rõ bằng cách nào chúng có được vị trí đó. Chúng có thể là các vật thể của đám mày ôi đã bị nhiễu bởi các ngôi sao đi qua từ lâu, đẩy chúng vào gần mặt trời hơn. Nói về điều này, chúng ta có thể tính toán có bao nhiêu vật thể trong đám mày ôi còn sót lại sau khi hình thành hệ mặt trời, và con số đó là khoảng 6 tỷ. Tuy nhiên, nếu tính toán xem có bao nhiêu cuộc quan sát sao chổi trong thời gian dài, bạn sẽ nhận được khoảng 400 tỷ. Đó là một sự khác biệt lớn. Bây giờ hãy hiểu. Một ý tưởng để giải quyết sự khác biệt này là mặt trời đã đánh cắp sao chổi từ các ngôi sao khác. Sao chổi hình thành ở bất cứ nơi nào có ngôi sao, và đôi khi mặt trời đi qua gần các ngôi sao khác. Khi chúng ta nhìn thấy một sao chổi chu kỳ quỹ đạo dài quét ngang bầu trời của chúng ta, liệu chúng ta có thể nhìn thấy một vật thể từ một hệ mặt trời ngoài hành tinh không? Có lẽ. Có một cách giải thích khác, nhưng nó mang đặc tính suy đoán cao. Có lẽ có một hành tinh khác trong hệ mặt trời, ngoài sao hải vương. Nó có thể. Một số nghiên cứu sơ bộ đã chỉ ra rằng, một số sao chổi quỹ đạo dài không đến một cách ngẫu nhiên, mà thay vào đó, quỹ đạo của chúng được căng chỉnh theo cách bạn có thể mong đợi nếu một hành tinh ở rất xa quấy giữ chúng. Có một số ít các vật thể thuộc vành đài Kuiper được căng chỉnh theo cách tương tự. Đài quan sát WISE của NASA đã quét bầu trời bằng tiêng hồng ngoài, và sẽ nhìn thấy bất cứ thứ gì lớn như sao mọc hoặc sao thổ ở khoảng cách cực kỳ lớn. Vì vậy, bất kỳ hành tinh giả định nào cũng phải nhỏ hơn, và rất xa, chắc là hàng chục tỷ km. Chúng ta đã nhìn thấy những ngôi sao khác với hành tinh ở xa như vậy. Vì vậy, điều đó hoàn toàn có thể xảy ra. Chúng ta không thể nói cách giải thích nào là đúng vào lúc này. Khu vực này của hệ mặt trời chưa được khám phá một cách nghiêm túc. Nó xa xôi, khó tiếp cận, và hơn hết là vô cùng lớn và rỗng rỗng. Bạn có thể giấu cả một hành tinh ngoài kia, và sẽ rất khó tìm. Điểm mấu chốt là vẫn còn rất nhiều hệ mặt trời để khám phá. Hôm nay, bạn đã biết rằng, sao hải vương trong quá khứ là những hồ chữa rộng lớn của các thiên thể bằng giá, có thể trở thành sao chổi nếu chúng bị chọc vào hệ mặt trời bên trong. Vành đai cuber là một hình dạng bánh rán thẳng hàng với mặt phẳng của hệ mặt trời. Đĩa phân tán lệch tầm hơn, và là nguồn gốc của các sao chổi chu kỳ quỹ đạo ngắn. Và đám mày ôi bao quanh hệ mặt trời ở khoảng cách rất xa là nguồn gốc của các sao chổi chu kỳ quỹ đạo dài. Tất cả các thiên thể này có thể hình thành gần mặt trời hơn, và bị văng ra vùng ngoại ô của hệ mặt trời do tương tác hấp dẫn với các hành tinh bên ngoài.