Đi tìm Mặt trăng thứ 2 của trái đất - Vật Lý Thiên Văn

1.Bắt đầu truyền thuyết

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 1: Cảnh tượng trăng tròn mọc hùng vĩ, một điểm nhấn của bầu trời đêm trên cao. Credit & Copyright: Stefan Seip (Astro Meeting)

Năm 1846, Frederic Petit, giám đốc đài quan sát tại Toulouse, đã tuyên bố mặt trăng thứ 2 của Trái Đất đã được phát hiện. Nó được phát hiện bới hai nhà quan sát, Lebon và Dassier, tại Toulouse và người thứ ba, Lariviere, tại Artenac, vào đầu buổi tối 21 tháng ba 1846. Petit thấy quỹ đạo của nó có hình elip, với chu kỳ 2 giờ 44 phút 59 giây, với khoảng cách trung bình là 3570 km và cận điểm chỉ có 11.4km (!). Le Verrier, ngay trước công luận, đã cằn nhằn về việc phải tính đến sức cản không khí, nhưng đáng tiếc là thời đó không có ai tính toán được việc này. Petit bị hấp dẫn bởi mặt trăng thứ hai này, và 15 năm sau đã công bố tính toán của mình về mặt trăng nhỏ của Trái Đất sẽ gây ra nhiều ảnh hưởng kỳ lạ không giải thích được đến đường đi của Mặt Trăng chính của chúng ta. Các nhà thiên văn học hầu như làm ngơ với vấn đề này, và nó có thể bị lãng quên nếu một nhà văn trẻ người Pháp, Jules Verne, không viết một tác phẩm khoa học viễn tưởng mang tên “Từ Trái Đất đến Mặt Trăng”. Trong đó Verne để một thiên thể nhỏ đi ngang khoang tàu của các nhà du hành vũ trụ, nhờ đó khoang tàu bay vòng quanh Mặt Trăng chứ không đâm vào đó:

-“Chính nó”, Barbicane nói, “một thiên thạch bình thường nhưng bất thường, đó là một vệ tinh của Trái Đất.”
-“Thật sao?”, Michel Ardan la lên, “Trái Đất có hai mặt trăng?”
-“Đúng vậy, bạn của tôi, nó có hai mặt trăng, mặc dù từ trước đến nay ai cũng nghĩ nó chỉ có một. Nhưng mặt trăng thứ hai này quá nhỏ và có vận tốc quá lớn đến nỗi không một sinh vật sống nào trên Trái Đất có thể thấy nó. Tuy nhiên nhờ sự xáo động của nó mà một nhà thiên văn người Pháp, Monsieur Petit, có thể tính toán ra quỹ đạo của vệ tinh thứ hai này. Theo ông chu kỳ quay của nó quanh Trái Đất là ba giờ và hai mươi phút…”
-“Vậy các nhà thiên văn học khác có tin vào sự tồn tại của vệ tinh này không?, Nicholl hỏi.
-“Không”, Barbicane trả lời, “nhưng cũng như chúng ta, họ sẽ không thể nghi ngờ nếu họ được gặp nó…. Nhưng nó tạo điều kiện cho chúng ta tính toán được vị trí của mình trong không gian… và vì vậy, vệ tinh này và chúng ta cách Trái Đất 7480 km khi chúng ta gặp nó.”

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 2: Trăng tròn được chụp vào ngày 10-22-2010 ở Madison, Alabama, USA. Author: Gregory H. Revera

Tiểu thuyết của Jules Verne ngay sau đó được cả triệu người biết đến, đến 1942 mới có người phát hiện ra các mâu thuẫn trong tác phẩm của ông:

1. Một vệ tinh cách Trái Đất 7480km phải có chu kỳ là 4 giờ 48 phút chứ không phải 3 giờ 20 phút.
2. Khi nó tiến lại cửa sổ khoang tàu thì đồng thời lúc đó Mặt Trăng cũng tiến tới, như vậy chúng có quỹ đạo ngược chiều nhau, điều này rất đáng giá. Verne lại không đề cập đến.
3. Dù gì đi nữa thì những nhà du hành không thể thấy được vệ tinh này vì bị Trái Đất che bởi phải một lúc lâu sau đó tàu du hành mới rời khỏi vùng bóng đen của Trái Đất.
Giáo sư R.S. Richardson, đài quan sát Mount Wilson, năm 1952 đã cố sửa lỗi trên bằng cách cho cận điểm là 5010 km và viễn điểm là 7480 km, độ lệch tâm 0,1784.

Dù sao đi nữa thì Junes Verne đã làm cho mặt trăng của Petit được cả thế giới biết đến. Các nhà thiên văn nghiệp dư đã tham gia vào việc tìm kiếm nó với giải thưởng – tên của mình sẽ được ghi vào lịch sử khoa học nếu phát hiện ra mặt trăng này. Không có đài quan sát lớn nào tham gia vào việc tìm kiếm mặt trăng thứ hai của Trái Đất, hoặc họ có làm nhưng giấu đi. Các nhà nghiệp dư người Đức cũng tìm kiếm thứ họ gọi là Kleinchen (mẩu nhỏ) – tất nhiên là họ chưa bao giờ thành công.

2.Tiếp nối, Lilith-một dấu ấn

W.H.Pickering đã giành sự quan tâm của mình vào giả thuyết: nếu vệ tinh này có quỹ đạo cách trái đất 320km và nó có đường kính 0.3m, với sức phản chiếu bằng Mặt Trăng thì chắc chắn một kính viễn vọng 3 inch có thể thấy được nó. Một vệ tinh 3m sẽ có độ sáng biểu kiến là 5. Mặc dù Pickering không tìm thiên thể của Petit, nhưng ông cũng đưa ra một nghiên cứu cho một mặt trăng thứ hai – vệ tinh của Mặt Trăng của chúng ta (“On a photographic search for a satellite of the Moon"(Tìm kiếm vệ tinh của Mặt Trăng bằng ảnh chụp), Popular Astronomy, 1903). Tuy nhiên kết quả lại không được như mong đợi nên Pickering kết luận bất kỳ vệ tinh nào của Mặt Trăng, nếu có, phải nhỏ hơn 3m.

Bài báo của Pickering về khả năng của sự tồn tại mặt trăng thứ hai của Trái Đất, “Một Vệ tinh cỡ Thiên thạch”, xuất hiện trên Popular Astronomy năm 1922 đã tạo ra làn sóng ngắn khác trong cộng đồng thiên văn học nghiệp dư vì lẽ: “Một kính thiên văn 3-5 inch với thị kính có công suất vừa phải cũng có thể tìm được nó. Đây là một cơ hội cho các nhà nghiệp dư.” Nhưng một lần nữa, mọi cuộc tìm kiếm đều vô vọng.

Ý tưởng ban đầu để tìm mặt trăng thứ hai là trường hấp dẫn của nó sẽ gây ra những sai lệch nhỏ trong chuyển động của Mặt Trăng. Điều đó có nghĩa là thiển thể này phải có đường kính vài dặm – nhưng nếu một mặt trăng thứ hai lớn như vậy tồn tại thì nó phải được nhìn thấy ngay từ thời Babylon. Ngay cả khi nó quá nhỏ để tạo ra hình tròn nhưng với khoảng cách gần nó sẽ có vận tốc lớn và vì vậy rất dễ chú ý, tương tự như các vệ tinh nhân tạo hay máy bay ngày nay vậy.

Tuy nhiên vẫn còn một cách khác để phát hiện ra một vệ tinh tự nhiên thứ hai của Trái Đất. Năm 1898 giáo sư Georg Walthemath từ Hamburg tuyên bố đã tìm ra không chỉ một mà là một hệ thống mặt trăng nhỏ. Waltermath đưa ra các thông số quỹ đạo của một trong các mặt trăng này: cách Trái Đất 1,03 triệu km, đường kính 700km, chu kỳ 119 ngày. “Đôi khi”, Waltemath nói, “nó tỏa sáng trên bầu trời đêm như Mặt Trời” và ông ta cho rằng mặt trăng này đã được thấy tại Greenland vào 24 tháng mười 1881 bởi Lieut Greely, mười ngày sau khi Mặt Trời lặn vào mùa đông. Sự quan tâm của công chúng được gia tăng khi Waltemath thông báo rằng mặt trăng thứ hai của mình sẽ đi ngang qua Mặt Trời vào ngày 2, 3 hoặc 4 tháng hai 1898. Vào ngày 4 tháng 2, 12 người tại bưu điện Greifswald (Herr Postdirektor Ziegel, các thành viên trong gia đình ông ta và người làm thuê) đã quan sát Mặt Trời bằng mắt trần mà không có dụng cụ lọc sáng. Khi kể về việc này, họ nói rằng có một thiên thể tối cỡ một phần năm đường kính Mặt Trời đi ngang qua đĩa Mặt Trời từ 1:10 đến 2:10 giờ Berlin. Cũng không lâu sau đó lời khai của những nhân chứng này bị nhận định là sai lầm, vì ngay vào lúc đó cũng có hai nhà thiên văn dày kinh nghiệm quan sát Mặt Trời tại Áo là W.Winkler và Baron Ivo. Cả hai đều báo cáo rằng đó chỉ là vài vết đen bình thường trên bề mặt Mặt Trời. Nhưng tin này không làm nhụt chí Waltemath, ông ta vẫn tiếp tục cuộc nghiên cứu này. Những nhà thiên văn học thời đó liên tục phải nghe những câu hỏi từ công chúng đại loại là “À nhân tiện, có phát hiện gì mới về những mặt trăng thêm chưa?”. Nhưng những nhà chiêm tinh thì thực sự quan tâm đến vấn đề này, thậm chí năm 1918 nhà chiên tinh Sepharial đã đặt tên cho mặt trăng này là Lilith. Ông ta cho rằng nó tối đến nỗi hầu như ít khi được phát hiện chỉ trừ những lúc đi qua Mặt Trời hoặc ở gần vị trí xung đối. Sepharial đã xây dựng những đặc tính của Lilith, dựa trên vài quan sát của Walthemath. Ông ta cho rằng Lilith phải có khối lượng gần bằng Mặt Trăng mà không hề có ý thức về việc nếu mà có vệ tinh đso thật, dù có tàng hình đi nữa cũng phải để lại dấu hiệu của sự tồn tại của mình bằng cách gây xáo trộn chuyển động của Trái Đất. Tuy vậy cho đến tận ngày nay, “mặt trăng tối” Lilith vẫn được các nhà chiêm tinh dùng trong các là tử vi của mình.

3.Hoàn toàn thất bại?

Liên tục những năm sau đó, các báo cáo về mặt trăng thứ 2 được tuyên bố. Càng về sau chúng càng được đặt vào các “công nghệ tối tân” hơn như là vệ tinh của Mặt Trăng, nằm khoảng giữa Mặt Trăng và Trái Đất, hoặc thậm chí là các vệ tinh Trojan (vệ tinh cùng Trái Đất và Mặt Trăng nằm trên các điểm Lagrange).

Nói thêm về vệ tinh Trojan, vì ở các vị trí khác, các mặt trăng “thêm” sẽ gây ra các xáo trộn cho chuyển động của Trái Đất hoặc Mặt Trăng mà thực tế quan sát không tồn tại, nhưng nếu nằm ở vị trí điểm Lagrange, trong trường hợp này là nằm trên quỹ đạo của Mặt Trăng, cách nó 60 độ phía trước hoặc sau so với Trái Đất. Năm 1956, Kordylewski lần đầu tiên đã phát hiện ra một dải mờ tại một trong hai vị trí nói trên. Nó không nhỏ chút nào, với góc nhìn 2 độ (lớn hơn Mặt Trăng 4 lần!), và cực kỳ mờ, chỉ bằng nửa so với Gegenschein lừng danh (ánh sáng đối – một dải sáng trong ánh sáng hoàng đạo nằm ở vị trí xung đối so với Mặt Trời, là dải sáng do các vật liệu trong vũ trụ phản chiểu lại ánh sáng Mặt Trời). Tháng ba và tháng tư 1961, Kordylewski đã chụp ảnh thành công hai đám mây tại vị trí dự đoán. Chúng có kích thước khác nhau, nhưng có thể là do độ phản chiếu khác nhau. J.Roach đã phát hiện ra các đám mây vệ tinh này vào năm 1975 bằng tàu thăm dò OSO 6. Năm 1990 chúng lại được chụp bởi nhà thiên văn Ba Lan Winiarski, ông phát hiện ra chúng có đường kính biểu kiến là vài độ và “lơ lửng” khoảng 10 độ so với điểm “trojan” và dường như chúng đỏ hơn ánh sáng hoàng đạo.

Như vậy, trong hơn một thể kỷ dài dằng dặc đi tìm mặt trăng thứ hai của Trái Đất đã có vẻ thành công, mặc dù “mặt trăng” này khác xa so với mong đợi của tất cả mọi người và chúng quá khó để phát hiện.

Tuy nhiên cần nhớ Mặt Trăng không phải là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất! Trái Đất thực sự có các vệ tinh tự nhiên “ngắn hạn” ở khoảng cách rất gần: Các thiên thạch khi đi vào tầng trên của khí quyển của Trái Đất bị giảm tốc độ có thể trở thành một vệ tinh của Trái Đất. Tuy nhiên khi đi vào cận điểm quỹ đạo trong tầng trên của khí quyển Trái Đất chúng sẽ không tồn tại được lâu, có thể là một, hai hay thậm chí là vài trăm vòng quanh Trái Đất (khoảng 150 giờ) trước khi hoàn toàn vỡ ra từng mảnh. Một giả thuyết là Petit (người được nhắc tới đầu bài) đã quan sát được loại vệ tinh này.

Năm 1997, Paul Wiegert và đồng nghiệp phát hiện ra thiên thạch gần Trái Đất là 3753 Cruithne có quỹ đạo rất kỳ lạ, hiện nay được gọi là bạn đồng hành (companion) vì nó không quay quanh Trái Đất. 2002 AA29,được phát hiện năm 2003, có một mối liên hệ đặc biệt với Trái Đất. Vậy những “người bạn” này có gì đặc biệt? Và chúng thực sự là cái gì?

Trịnh Khắc Duy
Nguồn: dịch và chỉnh sửa từ http://www.nineplanets.org

Đọc thêm: Gegenschein, điểm Lagrange (Lagrange points), vệ tinh Troijan (Troijan satellite), xung đối (opposition), đám mây Kordylewski (Kordylewski clo

Cựu thành viên CLB Thiên văn Bách khoa - PAC (nay là CLB Thiên văn học Đà Nẵng - DAC); Cựu sinh viên trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng (khoá 06).


Bài viết cùng chuyên mục

Bài viết xem nhiều

Bài viết nổi bật

Bài viết ngẫu nhiên