Lý giải hệ mặt trời đang ngày càng mở rộng

Nhưng tất cả những gì chúng ta biết về các khu vực tối bên ngoài đều góp phần vào câu chuyện tiến hóa của hệ mặt trời chúng ta, và quan trọng hơn, là câu chuyện về sự thay đổi của nó trong tương lai.


Bạn có nhận ra tên các hành tinh: Vulcan, Hải Vương, Diêm Vương, Nemesis, Tyche, và Hành tinh X? Tất cả có một điểm chung: sự tồn tại của chúng đều đã được dự đoán là nguyên nhân gây ra các hiện tượng không giải thích được trong hệ mặt trời của chúng ta.

Trong khi những dự đoán về các hành tinh Hải Vương và Diêm Vương được chứng minh là đúng, thì các hành tinh Nemesis và Tyche có lẽ không tồn tại. Bây giờ chúng ta có thêm một ứng cử viên khác, Hành tinh số Chín – Các nhà thiên văn học đã dự đoán về sự tồn tại của hành tinh này vào tháng 3 – nhưng chúng ta có thể cần phải chờ đợi khoảng mười năm trở lên để có được sự xác nhận về nó.

Hãy so sánh điều này với Vulcan. Trong khi nhiều người tuyên bố đã quan sát được hành tinh dự đoán đó, phải mất 75 năm cộng với thuyết tương đối rộng của Einstein thì mới đưa được nó vào thùng rác lịch sử.

Đâu đó ngoài kia

Các nhà thiên văn luôn tìm kiếm những hành tinh mới ngoài hệ mặt trời ở những phần khác của thiên hà. Vì vậy, đâu là lý do khiến họ gặp khó khăn trong việc xác định chính xác những gì đang quay quanh mặt trời của chúng ta?

Một lý do là rất nhiều các phương pháp khác nhau đã được sử dụng để xác định các hành tinh ở các hệ mặt trời khác. Hầu hết liên quan đến việc quan sát những thay đổi định kỳ trong ánh sáng của ngôi sao khi hành tinh quay quanh nó, như thu được bởi kính thiên văn như Kepler.

Bên trong hệ mặt trời của chúng ta, chúng ta không thể nhìn thấy những hiệu ứng này khi chúng ta đang nhìn vào bóng tối chứ không phải về hướng mặt trời. Thay vào đó, những người săn tìm các hành tinh sử dụng các phương tiện gián tiếp. Những dao động nhỏ và các nhiễu loạn trong quỹ đạo của các hành tinh, sao chổi và các thiên thể khác có thể cho thấy sự hiện diện của lực hấp dẫn từ những thiên thể trong bóng tối mà chúng ta không biết về sự tồn tại của chúng trước đây.

Phương pháp này đã được sử dụng thường xuyên trong hai thế kỷ qua để dự đoán về các hành tinh mới.

Hành tinh đến muộn

Năm 1843, nhà toán học người Pháp Urbain Le Verrier công bố lý thuyết tạm của mình về chuyển động quỹ đạo của hành tinh Sao Thủy.

Ba năm trong lúc được viết ra, lý thuyết ấy đáng lẽ đã được kiểm nghiệm trong một lần sao Thủy đi ngang qua mặt trời vào năm 1845. Nhưng dự đoán từ lý thuyết của Le Verrier đã không phù hợp với các quan sát. Sao Thủy trễ mất 16 giây!

Một bức tranh ghép quang học các hình ảnh được thu thập bởi Mariner 10 khi nó bay qua Sao Thủy. Nhưng liệu có một hành tinh nào khác gần đó không? (NASA)
Le Verrier không nản chí. Nghiên cứu thêm cho thấy rằng điểm cận nhật của Sao Thủy (thời điểm khi nó gần mặt trời nhất) rút ngắn dần một mức rất nhỏ mỗi vòng quay của nó, thuật ngữ gọi là tuế sai điểm cận nhật.

Nhưng mức tuế sai điểm cận nhật được dự đoán bởi máy móc cơ giới cổ điển có sự khác biệt so với các giá trị quan sát được ở mức rất nhỏ là 43 cung giây mỗi thế kỷ.

Ban đầu, Le Verrier đề xuất rằng mức tuế sai dư đó có thể được giải thích bởi sự hiện diện của một vành đai tiểu hành tinh bên trong quỹ đạo của sao Thủy. Các tính toán sau đó đã khiến ông nghiêng về quan điểm rằng có một hành tinh nhỏ, mà ông đặt tên là Vulcan theo vị thần lửa của thần hoại La Mã.

Cuộc tìm kiếm Vulcan

Đó là một tuyên bố đáng tin cậy, vì vào năm 1845, Le Verrier cũng đã dự đoán thành công vị trí của sao Hải Vương trên cơ sở các nhiễu loạn quỹ đạo của Sao Thiên Vương. Lúc này, các nhà thiên văn cần phải tìm được Vulcan.

Khi cơn sốt tìm kiếm hành tinh tràn lên mặt báo chí, các nhà thiên văn chuyên nghiệp và nghiệp dư lao vào quan sát các bức ảnh mặt trời để xem liệu những lần đi qua mặt trời của Vulcan có bị xem nhầm là vệt đen mặt trời hay không.

Vụ “có khả năng chứng kiến” đầu tiên đã ngay lập tức xảy ra. Năm 1859, Edmond Lescarbault, một bác sĩ vùng nông thôn và đồng thời là một nhà thiên văn học tại Pháp, tuyên bố đã nhìn thấy Vulcan đi ngang qua mặt trời.

Lại tiếp tục có thêm các phát hiện, và vào giữa những năm 1860, Cuốn sổ Đăng ký Thiên văn đã liệt kê Vulcan là hành tinh trong cùng.

Thời huy hoàng của Vulcan đã đến mức tới hạn vào năm 1869. Các quan sát về các vật thể chuyển động băng qua mặt trời vào tháng Ba, tháng Tư và nhật thực vào tháng Tám đã không phát hiện ra hành tinh khó nắm bắt này.

Mặc dù vậy, không phải tất cả đều từ bỏ. Tại Đài quan sát Sydney, nhà thiên văn Henry Chamberlain Russell đã quan sát mặt trời trong ba ngày vào tháng 3 năm 1877, theo một báo cáo tại tờ Sydney’s Evening News thứ Sáu ngày 23 tháng 3, trong đó cho biết:

Không có dấu hiệu nào của Vulcan xuất hiện trong suốt ngày 20 và 21. Nhưng trong quá trình quan sát để tìm kiếm hành tinh này, nhiều phát hiện thú vị đã diễn ra liên quan tới các đốm đen trên mặt trời.

Lời giải thích cho những giây bị thiếu đến từ một hướng hoàn toàn khác. Sau khi Einstein công bố thuyết tương đối rộng vào năm 1915, mới vỡ lẽ rằng sự khác biệt ấy là do biến dạng thời không gây ra bởi mặt trời.

Bên ngoài Hành tinh X

Năm 1905, nhà thiên văn học người Mỹ Percival Lowell bắt đầu săn tìm một Hành tinh X. Ông dự đoán nó sẽ nằm bên ngoài hành tinh Hải Vương, cũng giống như Hải Vương nằm ngoài Thiên vương. Các tính toán của ông đã dẫn các nhà thiên văn tại đài quan sát trùng tên ông là Lowell tìm được hành tinh Diêm Vương vào năm 1930.

Những suy đoán về các hành tinh chưa được nhìn thấy chưa bao giờ hoàn toàn dừng lại trong cộng đồng thiên văn, nhưng hàng thập kỷ đã trôi qua mà không có bất kỳ bước đột phá lớn nào.

Mặc dù vậy, vào những năm 1950, hệ mặt trời đã mở rộng tới một khoảng cách cỡ 100.000 lần quỹ đạo của Trái đất. Nhà thiên văn học người Hà Lan Jan Hendrik Oort đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của sự phân phối hình cầu các thiên thể băng giá. Đám mây Oort được cho là nguồn gốc của sao chổi có chu kỳ xuất hiện dài, có quỹ đạo kỳ dị và có chu kỳ xuất hiện từ 200 đến nhiều ngàn năm.

Năm 1951, nhà thiên văn học Mỹ gốc Hà Lan Gerard Kuiper đề xuất rằng một vành đai tương tự của các thiên thể băng giá bên ngoài quỹ đạo hành tinh Hải Vương có thể là nguyên nhân tạo ra các sao chổi có chu kỳ ngắn và xuất hiện chớp nhoáng. Năm 1992 các nhà thiên văn David Jewittvà Jane Luu phát hiện những thiên thể đầu tiên trong các thiên thể Vành đai Kuiper (KBO) – lúc đầu gọi là “Smiley”, giờ đây được phân mục khô khan hơn là 1992 QB1.

Các KBO nổi tiếng nhất là Eris, Sedna và hành tinh lùn Diêm Vương. Sau khi bay qua hành tinh Diêm Vương vào ngày 15 tháng 7 năm 2015, phi thuyền New Horizons dự kiến gặp KBO-2014 MU69 vào ngày 01 tháng 1 năm 2019.

Suy đoán và đo đạc

Các dự đoán khác về những thiên thể mới trong hệ mặt trời đến từ việc quan sát hồ sơ hóa thạch trên mặt đất, chứ không phải là bầu trời.

Trên cơ sở phân tích thống kê về sự tuyệt chủng hàng loạt, các nhà cổ sinh học Mỹ là David Raup và Jack Sepkoski đã đề xuất vào năm 1984 rằng chúng trùng hợp với những sự kiện có tác động lớn. Làm việc độc lập, hai nhóm các nhà thiên văn cho rằng một ngôi sao lùn, sau này được đặt tên Nemesis, đã đi qua hệ mặt trời 26 triệu năm một lần, trên đường đi ngang qua, đã bắn các sao chổi khiến chúng tác động lên Trái đất.

Sao chổi cung cấp bằng chứng quan trọng trong các nghiên cứu này. Phân tích các nhiễu loạn trong quỹ đạo sao chổi đã khiến các nhà thiên văn đưa ra ý kiến rằng một ngôi sao lùn nâu (lớn hơn một hành tinh nhưng nhỏ hơn một ngôi sao) tồn tại ở rìa hệ mặt trời. Nó có tên là Tyche, em gái tốt của Nemesis.

Một cuộc tìm kiếm dữ liệu vệ tinh của Tàu Thăm dò Khảo sát Hồng ngoại Trường Rộng (WISE) vào năm 2014 đã bác bỏ sự tồn tại của cả Nemesis và Tyche.

Năm 2003, “Sát thủ Diêm Vương tinh” Michael Brown là một thành viên trong nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra thứ mà ông gọi là “nơi xa xôi nhất và lạnh giá nhất được biết đến trong hệ mặt trời”, gọi là Sedna. Việc phát hiện ra thiên thể vành đai Kuiper này đã kích hoạt thêm các cuộc tìm kiếm và nhiều suy đoán về nguồn gốc của nó – đặc biệt là quỹ đạo kỳ lạ của nó.

Khi ngày càng nhiều thiên thể được xác định trong vành đai Kuiper thì có thể quan sát được các bất thường của quỹ đạo một cách chính xác hơn. Cách đơn giản nhất để giải thích chúng là một hành tinh khác.

Các tính toán quỹ đạo của Konstantin Batygin và Mike Brown trong năm 2016 đã củng cố thêm khái niệm về một hành tinh chưa được nhìn thấy, mà họ gọi Hành tinh số Chín.

Hành tinh số Chín từ không gian bên ngoài

Có điều gì khác biệt nếu có một hành tinh khác đang lượn lờ ngoài kia? Chúng ta cũng không thể nhìn thấy được trong tương lai gần.

Tại điểm tiếp cận gần nhất với Trái đất, Hành tinh được dự đoán là số Chín này vẫn sẽ cách trái đất 200 đơn vị thiên văn (khoảng 30 tỷ km). Hãy so sánh điều này với quỹ đạo của sao Diêm Vương. Nó cách mặt trời trung bình 39 đơn vị thiên văn (5,8 tỷ km). Chúng ta thậm chí không biết hiện nay Hành tinh số Chín đang ở đâu, nếu nó có tồn tại đi nữa.

Nhưng tất cả những gì chúng ta biết về các khu vực tối bên ngoài đều góp phần vào câu chuyện tiến hóa của hệ mặt trời chúng ta, và quan trọng hơn, là câu chuyện về sự thay đổi của nó trong tương lai.

Năm 1957, nhà báo John Barbour đã châm biếm:

Nhờ Sputniks của Nga, và các khả năng màu mè về du hành liên hành tinh sắp tới, hệ mặt trời của chúng ta dường như được thu hẹp kiểu như Trái đất bị thu hẹp khi máy bay được đưa vào sử dụng.

Bây giờ, điều ngược lại mới đúng: khu vực bí ẩn bên kia sao Hải Vương của hệ mặt trời vẫn còn nhiều thứ khiến chúng ta ngạc nhiên.

Kevin Orrman-Rossiter là nghiên cứu sinh khoa lịch sử và triết học tại Đại học Melbourne. Alice Gorman là một giảng viên cao cấp bộ môn khảo cổ học và nghiên cứu không gian tại Đại học Flinders. Bài viết này được xuất bản lần đầu tại The Conversation.

Nội Dung Khác

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *