Trong số năm mặt trăng của Sao Diêm Vương, Charon là lớn nhất và làm cho hành tinh lùn này trở nên  độc nhất. Charon lớn đến mức cặp đôi Charon - Sao Diêm Vương được coi là một hệ hành tinh nhị phân. Trong chuyến bay lịch sử năm 2015,  tàu thăm dò không gian New Horizons của NASA đã thu được rất nhiều dữ liệu về mặt trăng kì diệu này.

Hình 1. Sao Diêm Vương và mặt trăng lớn nhất của nó được nhìn bằng màu sắc tự nhiên bởi tàu thăm dò không gian New Horizons của NASA trong chuyến bay lịch sử vào tháng 7 năm 2015. (Ảnh: © NASA/JUAPL/SwRI).

Món quà của người chồng

Mặc dù Sao Diêm Vương được phát hiện vào năm 1930 nhưng tới tận năm 1978, mặt trăng lớn nhất của nó mới được quan sát bởi nhà thiên văn học James Christy tại Đài thiên văn Hải quan quan (Naval Observatory) ở Washington, DC. Theo một bài viết trên  Tạp chí bầu trời và kính viễn vọng (Sky & Telescope magazine), Christy lần đầu tiên nghĩ đến việc đặt tên mặt trăng theo tên của vợ ông, Charlene. Bài báo nói rằng ông đã có ý tưởng và nói với vợ, “Tôi có thể gọi tên nó theo tên của mình! Cái tên Charon thì thế nào?”. Ông đã phát âm nó  như là SHAR-on. Thêm hậu tố “on” làm cho nó nghe khá khoa học, giống như electron hoặc neutron.

Tuy nhiên, các đồng nghiệp của ông muốn gọi mặt trăng là Persephone, theo tên con gái của Zeus và Demeter, người đã bị Pluto bắt cóc và trở thành nữ hoàng của thế giới ngầm. Muốn cho đề nghị của mình có cơ hội, Christy đã thực hiện một số nghiên cứu và phát hiện ra rằng Charon là người lái đò đưa các linh  hồn qua sông Styx đến thế giới ngầm. Mặc dù nó sẽ chính thức được phát âm là “KAR-on” hoặc “KAR-en”, Christy - và những người khác muốn tôn vinh khám phá của ông - phát âm nó là “SHAR-on”.

Hệ đôi

Chu kỳ Charon quay quanh hành tinh của nó là 6.4 ngày Trái Đất,  cũng chính là chu kỳ tự quay của Sao Diêm Vương. Hai vật thể được coi là khóa thủy triều, với một mặt luôn quay về phía vật thể còn lại.

Hệ Sao Diêm Vương - Charon được coi là hệ hành tinh đôi duy nhất trong Hệ Mặt Trời. Với đường kính 1200 km (khoảng 750 dặm), Charon rộng bằng một nửa Sao Diêm Vương, vì thế khối tâm của hai vật thể nằm bên ngoài bề mặt của hành tinh lùn.

Scott Kenyon, nhà vật lý thiên văn lý thuyết tại Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian cho biết: “Về mặt động lực của các hành tinh hình thành xung quanh các hệ sao nhị phân, Sao Diêm Vương là ví dụ gần nhất mà chúng ta quan sát được.”

Cặp đôi có khả năng hình thành cùng một thời điểm, khi hai vật thể va chạm vào nhau. Không giống như hầu hết các hành tinh và mặt trăng quay quanh Mặt Trời, hệ Sao Diêm Vương - Charon nghiêng về phía nó và Sao Diêm Vương có chiều quay  ngược so với các hành tinh còn lại. Điều này cho thấy một khởi đầu dữ dội. Các tiền-Sao Diêm Vương và tiền-Charon lúc mới được hình thành sau va chạm có thể khá khác nhau, dẫn đến hai thế giới khác nhau. Các mảnh vụn còn lại tạo thành bốn mặt trăng nhỏ hơn của Sao Diêm Vương.

Cực Nam của Charon bước vào đêm cực vào năm 1989 và sẽ không thấy ánh sáng Mặt Trời cho tới năm 2107. Phi thuyền thăm dò không gian New Horizons đã nghiên cứu một số cảnh quan ban đêm ở Charon nhờ được chiếu sáng rất nhẹ bởi Sao Diêm Vương. Ánh trăng của Charon cũng giúp các nhà khoa học nghiên cứu Sao Diêm Vương khi tàu vũ trụ rời khỏi vùng ban ngày. Họ quan sát kĩ lưỡng vào hành tinh lùn dưới ánh trăng phản chiếu của Charon, thu thập thêm nhiều thông tin về hành tinh này với sự giúp đỡ từ người bạn đồng hành Charon.

Hình 2. Hình ảnh màu với độ phân giải cao của mặt trăng Charon, được chụp bởi tàu thăm dò không gian New Horizons ngay trước khi tiếp cận gần nhất vào ngày 14 tháng 7 năm 2015. (Ảnh: © NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute).

Bề mặt và thành phần

New Horizons tiết lộ một đặc tính lạ, một sự hình hành đỏ đáng ngạc nhiên tại cực Bắc của Charon. Ánh đỏ này tới từ bầu khí quyển của Sao Diêm Vương. Bản thân Sao Diêm Vương quá nhỏ để giữ bầu khí quyển của chính nó, vì vậy nitơ, metan và carbon monoxide thoát khỏi bề mặt và bị Charon hút lấy, tạo nên xoáy dạng phễu. Trong lúc đó, các tia vũ trụ và tia cực tím từ Mặt Trời tương tác với nhau tạo ra tholin, các phức hợp hình thành nhờ sự chiếu xạ các hợp chất hữu cơ đơn giản.

Trong khi Sao Diêm Vương có thể giữ được bầu không khí mỏng manh, Charon lại không đủ lớn. Mặt trăng này vô cùng lạnh, với nhiệt độ ở cực dao động từ -258 tới -23 độ C (-433 tới -351 độ F). Theo một số nghiên cứu, các khí khi chạm tới Charon có khả năng đóng băng trực tiếp, bỏ qua pha lỏng.

Phần còn lại của bề mặt mặt trăng lớn này được tạo bởi nước đá, tạo ra một màu trắng xám. Charon bị phá huỷ nhiều hơn Sao Diêm Vương, cho thấy bề mặt già hơn so với người bạn đồng hành của nó.

Chỉ có một ngọn núi đơn kì lạ nằm trong một cái hố sâu trên mặt trăng, vì thế nó được gọi là "ngọn núi trong một cái rãnh".

"Đây là một đặc điểm khiến các nhà địa chất choáng váng và bối rối" theo Jeff Moore - Trung tâm nghiên cứu NASA Ames tại California, trưởng nhóm địa chất, địa vật lý và hình ảnh của New Horizons.

Theo các thành viên của nhóm New Horizons, Charon cũng rất nổi bật với một hẻm núi ngoạn mục trải dài hơn 1600 km (1000 dặm) trên bề mặt,dài hơn ít nhất là bốn lần so với Grand Canyon của Arizona và sâu gấp đôi ở một số nơi. Lát cắt khổng lồ này có khả năng bao bọc xung quanh mặt tối chưa từng thấy của Charon.

John Spencer, thuộc viện nghiên cứu Tây Nam ở Boulder, Colorado, cho biết: “Có vẻ như toàn bộ lớp vỏ của Charon đã bị tách ra”.

Ở phía Nam của hẻm núi khổng lồ là một đồng bằng bằng phẳng hơn được gọi là Vulcan Planum. Bề mặt ở khu vực này có ít miệng núi lửa hơn khu vực phía Bắc. Rãnh và những rặng núi mờ trên đồng bằng cho thấy sự tái tạo bề mặt trên diện rộng, có thể đến từ hoạt động núi lửa lạnh gọi là “núi lửa băng” (cryovolcanism).

“Nhóm nghiên cứu đang thảo luận về khả năng một đại dương nước bên trong có thể đã đóng băng từ lâu và sự thay đổi thể tích có thể dẫn đến sự rạn nứt của Charon, cho phép các dung nham nước tiếp cận bề mặt vào thời điểm đó”, Paul Schenk, thành viên nhóm New Horizons từ Viện Mặt trăng và Hành tinh tại Houston cho biết trong một phát biểu.

Các nhà khoa học cũng cho rằng Sao Diêm Vương từng chứa một đại dương lỏng bên dưới lớp vỏ của nó.

Tham khảo: Space.com

Tham khảo

Author: Lan Anh DINH
Sinh viên thạc sĩ Vật Lý - Đại học Paris Saclay (2017-2019); thực tập sinh tại Khoa Khoa học địa chất - École Normale Supérieure de Paris (2019)