Những sự thật về Hệ Mặt Trời

Banner được lưu thành công.: Chuyên mục: Hệ Mặt Trời; By Tien; 09.Apr

Đọc tiếp

Từ thuở xa xưa, con người ta đã luôn quan sát những vì sao tỏa sáng trên bầu trời đêm rộng lớn. Các nhà thiên văn học cổ đại, bằng cách quan sát Mặt Trời, Mặt Trăng và hàng ngàn ngôi sao khác, đã tính toán được chuyển động của chúng. Đây chính là những bước đầu tuy “tập tễnh” nhưng lại là nền tảng cho Thiên văn học hiện đại ngày nay.

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, lượng thông tin về sự chuyển động, các tính chất và cấu tạo của hàng ngàn ngôi sao đã lên đến một con số khổng lồ. Bên cạnh đó, sự đa dạng trong các công cụ quan sát cũng đã đưa “tầm nhìn” của con người tiến ra ngoài Hệ Mặt Trời, đến các thiên hà khác, và thậm chí là tận cùng của vũ trụ. Tuy nhiên, Hệ Mặt Trời và ranh giới bên ngoài của nó vẫn đang là rào cản giới hạn “tầm với” của nhân loại.

Chính vì vậy, bài viết này sẽ giúp chúng ta nhìn sâu hơn và tìm hiểu thêm về Hệ Mặt Trời.

HỆ MẶT TRỜI TRÔNG NHƯ THẾ NÀO ?

Để biết được hình dạng, cấu trúc Hệ Mặt Trời, tên và những đặc điểm của từng vật thể chứa trong Hệ Mặt Trời, trước hết, ta cần phải biết một vài “quy tắc” đã được đặt ra trong việc phân loại từng vật thể.

Từ thuở xa xưa, các nhà thiên văn học cổ đại đã tìm ra Mặt Trời, Mặt Trăng cùng 5 hành tinh khác bao gồm: Sao Thủy, Sao Kim, Sao Hỏa, Sao Mộc và Sao Thổ. Vào thời điểm đó, Mặt Trời cùng Mặt Trăng vẫn được xem là “hành tinh”, và tên của 7 hành tinh vẫn phản ánh các ngày trong tuần. Cùng với sự ra đời của kính thiên văn, các vật thể khác như Sao Thiên Vương, Sao Hải Vương hay Sao Diêm Vương cũng lần lượt được tìm thấy. Tuy nhiên, lúc bấy giờ, vì chưa có một định nghĩa rõ ràng mà nhiều vật thể mới tìm thấy cũng được liệt vào danh sách hành tinh. Do đó, vào năm 2006, Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU) đã đưa ra ba điều kiện cần để một vật thể được gọi là hành tinh:

Vật thể này quay quanh Mặt Trời
Vật thể này có khối lượng đủ lớn để trọng lực của nó có thể “lấn át” các lực khác và đạt trạng thái “cân bằng thủy tĩnh” (có dạng hình phỏng cầu)
Trọng lực của vật thể này đủ lớn để xóa bỏ tất các vật thể khác nằm trong khu vực lân cận quanh quỹ đạo của nó.

Nếu một vật thể có thể thỏa mãn được điều kiện (1) và (2) nhưng lại không thỏa mãn điều kiện (3), vật thể này sẽ được gọi là hành tinh lùn (dwarf planet). Bởi vì không đạt được yêu cầu cuối cùng, Sao Diêm Vương đã bị hạ cấp xuống thành một hành tinh lùn. Hiện tại, chúng ta đã biết đến năm hành tinh lùn: Sao Diêm Vương, tiểu hành tinh đầu tiên Ceres và Haumea, Makemake, Eris được tìm thấy trong khoảng các năm 2004 - 2005. Tất cả những vật thể khác quay quanh Mặt Trời sẽ được gọi chung là các Vật thể Nhỏ trong Hệ Mặt Trời (Small Solar System Bodies). Những vật thể này bao gồm: các tiểu hành tinh (asteroid), Vật thể bên ngoài quỹ đạo Sao Hải Vương (Trans-Neptunian), sao chổi và các vật thể nhỏ khác. Nếu trung tâm của vật thể ấy không phải là Mặt Trời, chúng sẽ được gọi là mặt trăng hoặc một vệ tinh độc lập tuỳ thuộc vào các tính chất của riêng nó.

Một vệ tinh là một vật thể quay quanh một vật thể chính khác, vậy nên trung tâm khối lượng (barycentre, khối tâm) sẽ ở bên trong vật thể chính. Nếu là ngoại lệ thì hệ sẽ được gọi là hệ vật thể đôi (binary system). Lấy ví dụ, trong trường hợp Trái Đất và Mặt Trăng, khối tâm của hệ nằm bên trong Trái Đất nên Mặt Trăng là một vệ tinh của Trái Đất. Trong hệ Sao Diêm vương và mặt trăng Charon của nó, trung tâm khối lượng nằm bên ngoài Sao Diêm Vương, và do đó, chúng được gọi là hệ vật thể đôi.

Nằm trong Dải Ngân Hà, Hệ Mặt Trời chứa hàng ngàn vật thể: 8 hành tinh với hơn 210 vệ tinh tự nhiên; các tiểu hành tinh, trong đó một số có vệ tinh riêng của chúng; sao chổi và thiên thạch đến từ vành đai tiểu hành tinh (asteroid belt), vành đai Kuiper hoặc đám mây Oort; một khoảng rộng lớn được tạo thành từ khí và bụi được gọi là không gian liên hành tinh (interplanetary space) và đám mây Oort chứa hàng tỉ vật thể băng nằm ở ngoài cùng.

Mặt Trời, nằm ở trung tâm Hệ Mặt Trời, là một ngôi sao khổng lồ phát sáng, cung cấp ánh sáng, nhiệt và năng lượng cho các hành tinh cũng như các vật thể khác ở xung quanh. Quay quanh Mặt trời, theo định nghĩa hiện tại, lần lượt là tám hành tinh lớn: Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất, Sao Hỏa, Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương với những đặc điểm và tính chất riêng. Các nhà khoa học cũng dự đoán rằng sẽ khó có thể phát hiện được thêm nhiều hành tinh hơn nữa trong tương lai.

Dựa vào quỹ đạo của hành tinh, người ta chia chúng thành hai dạng: hành tinh hạ cấp (inferior planet) và hành tinh cao cấp (superior planet). Người ta định nghĩa rằng quỹ đạo của các hành tinh hạ cấp sẽ nằm bên trong quỹ đạo Trái Đất, và ngược lại, bên ngoài sẽ là các hành tinh cao cấp. Dựa theo định nghĩa này, Sao Thủy và Sao Kim được xem là những hành tinh hạ cấp, và từ Sao Hỏa đến Sao Hải Vương được xem là những hành tinh cao cấp.

Ngoài ra, các nhà khoa học cũng phân loại các hành tinh dựa vào tính chất vật lý của chúng. Nằm trong nhóm các hành tinh có bề mặt rắn với kích thước tương tự nhau (đường kính từ 5000 - 12 000 km), Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất và Sao Hỏa được gọi là các hành tinh đất đá (terrestrial planet). Nhóm các hành tinh từ Sao Mộc cho đến Sao Hải Vương được gọi là Jovian hay các hành tinh khí khổng lồ. Các hành tinh này có đường kính gấp nhiều lần các hành tinh đất đá và phần lớn thể tích là chất lỏng.

Quay quanh các hành tinh là số lượng lớn các mặt trăng - hay còn gọi là vệ tinh tự nhiên. Một số hành tinh có thể có đến hàng chục vệ tinh tự nhiên với kích thước đa dạng, mà trong đó tồn tại nhiều bằng chứng về các hoạt động địa chất ở hiện tại và quá khứ. Bên cạnh các hành tinh lùn, như Sao Diêm Vương hoặc hành tinh lùn Eris, Hệ Mặt Trời cũng chứa nhiều tiểu hành tinh và sao chổi. Những vật thể tuy nhỏ này đóng vai trò vô cùng quan trọng trong sự hình thành và tiến hóa của Hệ Mặt Trời, và tiếp tục là trọng tâm của nghiên cứu khoa học.

HỆ MẶT TRỜI ĐÃ HÌNH THÀNH NHƯ THẾ NÀO ?

Khoảng 4,5 tỷ năm trước, một đám mây được tạo thành chủ yếu từ khí hydro và bụi bắt đầu tự sụp đổ. Đám mây này quay ngày càng nhanh hơn, và trải phẳng ra tạo thành một cái đĩa với tâm dày đặc. Phần tâm đĩa nóng đến mức bắt đầu phát sáng và từ đây, Mặt Trời ra đời. Xung quanh Mặt trời vừa mới sinh ra vẫn còn lại một đĩa từ khí và bụi quay tròn - gọi là đĩa tiền hành tinh. Theo thời gian, đĩa khí và bụi này nguội đi và kết hợp lại với nhau nhờ vào từ tính và trọng lực.

Ở gần Mặt Trời, kim loại và đá bắt đầu hình thành; tuy nhiên, lúc này vẫn còn quá nóng để các vật chất rắn lại nên chúng vẫn tồn tại ở dạng khí. Ở nơi xa Mặt Trời hơn, vì nhiệt độ thấp hơn, nước và các loại băng khác đã có thể hình thành. Chúng kết hợp với nhau và tạo ra những mảnh vật chất lớn hơn được gọi là vi thể hành tinh (planetesimal), sau đó các vi thể hành tinh này lại tiếp tục kết hợp với nhau và tạo thành những hành tinh lớn.

Những hành tinh lớn này đã có đủ lực hấp dẫn để có thể thu khí xung quanh chúng, từ đó trở thành những hành tinh khí khổng lồ (Sao Mộc và Sao Thổ). Một số nhà khoa học cho rằng Sao Mộc hình thành trước và bị hút về phía Mặt Trời bởi các vật chất xoáy ở đĩa khí bên trong. Sau khi Sao Thổ hình thành, nó cũng di chuyển vào trong. Kích thước lớn của Sao Mộc đã ngăn các vật liệu đá kết tụ lại với nhau; từ đó hình thành nên vành đai tiểu hành tinh chứa đầy những mảnh đá vụn của Hệ Mặt Trời.

Phía bên trong của Hệ Mặt Trời, các khối kim loại và đá dần dần kết hợp với nhau để tạo ra các hành tinh đá. Trong vòng 100 triệu năm, các hành tinh sơ khai quay quanh Mặt Trời với rất nhiều vật chất còn sót lại ở giữa. Mặt Trời có lúc sẽ giải phóng những cơn gió mạnh và thổi lượng khí thừa ra bên ngoài, ngăn chặn các hành tinh đá và những hành tinh khí khổng lồ sơ khai tiếp tục phát triển. Lượng khí thừa chuyển động ra bên ngoài này bị hút vào xung quanh lõi của các hành tinh băng khổng lồ.

Trong một tỷ năm đầu tiên, nhiều mảnh đá cũng như băng sẽ bay xung quanh và tạo ra nhiều va chạm. Các nhà khoa học tin rằng những va chạm này đã tạo ra Mặt Trăng của Trái Đất, đảo ngược vòng quay của Sao Kim,... Một số vi thể hành tinh còn lại trôi nổi xung quanh đã bị các hành tinh khổng lồ hút lại và trở thành mặt trăng của chúng.

*Hệ Mặt Trời đã hình thành như thế nào? Credit: NASA.*

HÀNH TRÌNH CỦA LOÀI NGƯỜI TRONG HỆ MẶT TRỜI

Từ trước đến nay, loài người đã thực hiện vô số nhiệm vụ nhằm tìm hiểu và nghiên cứu Hệ Mặt Trời. Tuy nhiên, trong bài viết này, chúng ta sẽ chỉ đề cập đến một vài nhiệm vụ nổi tiếng và đóng vai trò quan trọng trong công cuộc khai phá vũ trụ, gồm có:

Tàu thăm dò Mặt Trời Parker (Parker solar probe)

Tàu thăm dò Mặt Trời Parker của NASA được phóng vào tháng Tám năm 2018 với mục đích nghiên cứu về tầng khí quyển bên ngoài của Mặt Trời, hay còn được gọi là vầng hào quang (solar corona). Con tàu được đặt theo tên nhà Vật lý Thiên văn Eugene Parker, tàu Parker có thể tiến gần tới Mặt Trời hơn bất kì con tàu vũ trụ nào khác, chỉ cách bề mặt chưa đến 4 triệu dặm (xấp xỉ 6,4 triệu km).

*Tàu thăm dò Mặt Trời Parker. Credit: NASA.*

Mục tiêu chính của tàu Parker là thu thập các dữ liệu về gió mặt trời, từ trường của Mặt Trời và hạt năng lượng được phát ra từ Mặt Trời. Bằng cách nghiên cứu kỹ hơn các hiện tượng này, các nhà khoa học sẽ có thể hiểu rõ hơn về hoạt động của Mặt Trời và tác động của nó đối với toàn bộ Hệ Mặt Trời, bao gồm cả những ảnh hưởng đối với môi trường không gian của Trái Đất.

Tàu Voyager 1 và Voyager 2

Hai tàu Voyager 1 và 2 của NASA được phóng vào năm 1977 nhằm thực hiện sứ mệnh thám hiểm các hành tinh ở rìa Hệ Mặt Trời, bao gồm Sao Mộc, Sao Thổ, cũng như các mặt trăng, vành đai và từ trường của chúng. Hai con tàu này sẽ cung cấp những hiểu biết chưa từng có về những nơi xa xôi này, cũng như bên ngoài Hệ Mặt Trời.

Một số thành tựu quan trọng của tàu Voyager bao gồm: bay ngang qua Sao Mộc và Sao Thổ, chạm trán với Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, và đi vào không gian giữa các vì sao (Interstellar space). Tàu Voyager mang theo Đĩa ghi vàng (Golden Record) chứa âm thanh và hình ảnh từ Trái đất, đóng vai trò như một thông điệp tới bất kỳ dạng sống ngoài Trái Đất tiềm năng nào có thể chạm trán với tàu vũ trụ.

Các tàu Voyager vẫn tiếp tục hoạt động và gửi về những dữ liệu có giá trị, khiến chúng trở thành một trong những sứ mệnh kéo dài nhất và thành công nhất trong lịch sử thám hiểm không gian của loài người.

Xe thám hiểm Sao Hỏa (Mars rover)

Các tàu thám hiểm sao Hỏa của NASA bao gồm: Sojourner, Spirit, Opportunity, Curiosity, Perseverance. Chúng là những chiếc xe robot được thiết kế và vận hành để khám phá bề mặt Sao Hỏa. Những chiếc xe tự hành này chính là công cụ giúp nâng cao hiểu biết của chúng ta về Hành tinh Đỏ.

*Xe thám hiểm Sao Hỏa Perseverance. Credit: NASA.*

Xe thám hiểm Sao Hỏa giúp các nhà khoa học tìm hiểu những phần khác nhau của hành tinh được tạo thành từ đâu. Một chiếc rover có thể lái vòng quanh các khu vực khác nhau, nghiên cứu các chất hóa học khác nhau trong mỗi tảng đá. Những hóa chất này có thể cho các nhà khoa học biết môi trường đã thay đổi tảng đá đó như thế nào theo thời gian.