mardi 4 août 2015

CHÚNG TA BIẾT GÌ VỀ SAO DIÊM VƯƠNG TINH - Trần-Đăng Hồng, PhD


Diêm Vương Tinh, tức Pluto, được nhà thiên văn học Hoa Kỳ Clyde Tombaugh khám phá vào ngày 18/2/1930, và được xếp hạng là hành tinh thứ 9 trong thái dương hệ của Mặt Trời chúng ta (Mercury, Venus, Trái đất Earth, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptune và Pluto). Có khoảng 1000 cái tên đề nghị cho hành tinh mới này. Tên Pluto (god of the underworld, Thần Diêm Vương) do một cô bé 11 tuổi người Anh ở Oxford đề nghị và được chấp nhận ngày 24/3/1930 sau khi ủy ban đặt tên chọn từ danh sách chung kết gồm 3 tên là Minerva, Cronus và Pluto. Cô bé được thưởng 5 Anh Kim, tương đương 450 Đô La Mỹ thời giá 2015. Tên Pluto được chính thức từ ngày 1/5/1930.


Hình 1. Thái dương hệ


Kể từ năm 1992, danh xưng hành tinh của Pluto bị đặt dấu hỏi sau khi khám phá thêm nhiều vật thể có kích thước tương đương với Pluto trong vành đai Kuiper. Cần nhắc lại là năm 1992, hai nhà Thiên văn học Dave Jewitt và Jane Luu (Người Mỹ gốc Việt) đã xác định một liên tục các vật thể có quỉ đạo giống như Sao Diêm Vương. Năm 2004 hai nhà khoa học này khám phá có nước đá và ammonia hydrate trên vật thể Quaoar trong vành đai Kuiper Belt, và một vật thể nhỏ khác được mang tên “asteroid5430 Luu” để vinh danh bà. Các vật thể này thảy đều là thành viên của Vành Đai Kuiper Belt. Năm 2005, vật thể Eris được khám phá có khối lượng lớn hơn Pluto 27%. Do cơ quan IAU (International Astronomical Union) có định nghĩa mới cho từ hành tinh (planet), Pluto mất danh hiệu hành tinh mà trở thành “Hành Tinh Lùn” (Dwarf planet).
Vì Pluto ở quỹ đạo ngoài tận cùng, lại nhỏ, cho hình ảnh mù mờ nên hiểu biết về Pluto rất hạn chế. Hiện tại (Tháng 7/2015) nhờ cuộc hành trình của phi thuyền liên hành tinh New Horizons khi bay ngang qua Pluto, chúng ta mới biết thêm nhiều về Pluto. New Horizons còn tiếp tục bay trong 16 tháng nữa, và cần nhiều thời gian để phân tích, chắc chắn chúng ta sẽ còn nhiều tin cập nhật nóng bõng trong tương lai.
Phi thuyền New Horizons được phóng lên không gian vào ngày 19/1/2006 từ Cape Canaveral. Mục đích của chuyến viễn hành không gian của phi thuyền New Horizons khi bay qua hành tinh Pluto là tìm hiểu hệ thống hành tinh Pluto, vành đai Kuiper Belt và Thái Dương Hệ. Phi thuyền sẽ nghiên cứu và thực hiện các nhiệm vụ sau đây:
Vẽ bản đồ bề mặt của Pluto và mặt trăng Charon
Địa hình và địa chất của Pluto và Charon
Khí quyển trên Pluto
Khí quyển của Charon
Nhiệt độ trên bề mặt của Pluto và Charon
Tìm các vật thể vệ tinh bay quanh Pluto
Khảo sát tương tự như vậy cho các vật thể khác trong vành đai Kuiper Belt

Hình 2. Hỏa tiễn Atlas V 551 được phóng ngày 19/1/2006 mang theo phi thuyền không gian liên hành tinh New Horizons trang bị đài quan sát và nhiều thiết bị khoa học thăm dò vũ trụ.
Sau khi tách rời hỏa tiễn Atlas V551, phi thuyền New Horizons bay qua điểm gần Mặt Trăng nhất vào ngày 20/1/2006 (cách Mặt Trăng 189.916 km), qua điểm gần Jupiter nhất (2.300.000 km) vào ngày 28/2/2007, và bay gần Pluto nhất (12,500 km) vào ngày 14/7/2015. Như vậy, mất 9 năm 6 tháng để bay đến điểm gần Pluto nhất để có thể cung cấp thông tin và hình ảnh rõ ràng nhất như hiện nay.
Hình 3. Thái dương hệ trong vành đai Kuiper Belt. Điểm trắng ở trung tâm là vị trí Mặt Trời. Các chấm xanh li ti là các tinh tú trong vành đai Kuiper Belt.

Pluto cách xa Trái Đất bao nhiêu? Bởi vì Pluto bay trên quỹ đạo có hình gần tròn ở bên ngoài nhất mà Mặt Trời không phải là tâm điểm, trong khi Trái Đất bay trên quỹ quỹ đạo hình ellipse, ở gần trái đất hơn, nên khoảng cách giữa hai hành tinh này thay đổi rất nhiều. Khi Pluto ở vị trí “perihelion”, là vị trí gần nhất, thì cách xa Trái Đất 4,4 tỉ km, tức 30 lần khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trời. Pluto đã đến điểm này vào ngày 5/9/1989. Khi Pluto đến điểm xa nhất, mang tên “aphelion”, thì cách xa Trái Đất 7,3 tỉ km, tức 49 lần khoảng cách giữa Mặt Trời và Trái Đất, sẽ vào ngày 23/8/2113.
Tính đến ngày 14/7/2015, New Horizons đã bay được 4,88 tỉ km, lúc này cách Pluto 12.600 km, là lúc gần Pluto nhất để chụp hình rõ ràng, phân tích dữ kiện và gởi tín hiệu thông tin về đài quan sát ở Trái Đất. Vận tốc tín hiệu radio (bằng vận tốc ánh sáng) sẽ mất 4,6 giờ để từ trái đất đến Pluto, và phải mất 4,6 giờ nữa mới nhận được tín hiệu hay hình ảnh từ Pluto gởi về lại Trái Đất.
Trọng khối. Vì ở quĩ đạo ngoài cùng, Pluto thấy lờ mờ trên viễn vọng kính đặt ở Trái Đất hay đặt trên vệ tinh nhân tạo, việc ước tính trọng khối dựa vào toán học đưa nhiều kết quả khác nhau. Chẳng hạn ước tính năm 1931 là 1 Trái Đất (= trọng lượng của Trái Đất), năm 1948 là 0.1 Trái Đất (=1/10), năm 1976 là 0.01 Trái Đất (=1/100), năm 1978 là 0.02 Trái Đất (=1/500), năm 2006 là 0.00218 Trái Đất (1/459), và năm 2015 do NASA công bố dựa trên thông tin do phi thuyền New Horizons cung cấp vào giữa tháng 7/2015 là 0.00220 Trái Đất (1/455). Theo ước tính mới nhất do New Horizons cung cấp, trọng lượng Pluto là 1.31×1022 kg, nhỏ hơn Trái Đất 0,24%, Đường kính của Pluto là 2370 km. Diện tích bề mặt của Pluto là7013166500000000000♠1.665×107 km2, bằng diện tích của Russia. Trọng lực ước tính tại mặt là 0,063 g, so với 1 g ở Trái Đất. Nhiệt độ trung bình trên mặt là -230°C (43K)
Quỹ đạo. Diêm Vương Tinh có quỹ đạo hình “gần” tròn quanh Mặt Trời, còn các hành tinh kia, như Trái Đất, có hình ellipse (bầu dục). Vì quỹ đạo gần hình tròn nhưng Mặt Trời không phải là tâm điểm, nên vào ngày 5/9/1989, Pluto gần mặt trời nhất. Một năm của Pluto (chạy tròn một quỹ đạo) dài 248 năm Trái Đất.
Ngày. Ngày trên Pluto dài 6,39 lần Ngày Trái Đất vì quay quanh trục của nó rất chậm, và trục quay ngã nghiên với 1 góc 120° nên cách biệt giữa 4 mùa rất lớn (Trục Trái Đất ngã nghiên một góc 23°24’). Vào ngày chí (solstices, như hạ chí 21/6, đông chí 21/12 của Trái Đất), 1/4 bề mặt Pluto có ánh sáng, 3/4 chìm trong bóng đêm. Ánh sáng của ban ngày trên Pluto rất yếu, tương đương với ánh sáng lờ mờ lúc rạng đông ở Trái Đất.
Địa chất và địa hình. Bề mặt Pluto cấu tạo bởi hơn 98% lớp nitrogen đông đá (nitrogen ice), ít dấu vết methane và carbon monoxide đông đá. Mặt hướng phía mặt trăng Charon chứa nhiều methane đông đá, ngược lại mặt đối diện chứa nhiều nitrogen và carbon đông đá. Màu bề mặt Pluto rất thay đổi giữa màu đen, màu cam sậm và trắng. Đặc biệt gần vùng xích đạo có một vùng lớn, màu nhạt, có hình dạng trái tim nên mang tên “Heart”, dài khoảng 1.600 km, nay được mang tên “Tombaugh Regio” để tưởng niệm người khám phá ra Pluto.
Hình 4. Ảnh Pluto chụp ngày 13/7/2015, với vùng “Heart” mang tên “Tombaugh Regio”. Màu ở hình này gần đúng với thật tế.
Hình 5. Hình ảnh chi tiết đầu tiên của vùng rộng lớn có hình trái tim mang tên Tombaugh Regio’ gần xích đạo cho thấy có rặng núi với đỉnh cao tới 3.500 m nằm trên mặt băng giá.
Rặng núi cao nằm trên lớp băng giá nitrogen, methane và monoxide đông đá là điều chưa từng thấy ở các hành tinh khác trong thái dương hệ. Rặng núi cao lớn như vậy không thể nào trụ trên lớp băng giá mềm như vậy, mà phải có nền là lớp nước đá dày hay đá cứng (rock).
Dưới lớp nitrogen đông đá là lớp nước đá (water ice), và trong cùng là lỏi gồm đá (rock), lỏi có đường kính khoảng 1.700 km. Tỷ trọng của Pluto là 2.03±0.06 g/cm3.

Hình 6. Kiến trúc bên trong Pluto

Không xa rặng núi này là một bình nguyên băng giá mà bề mặt nỗi lên các khối giống như vảy rắn, mang tên “Sputnik Planum” gồm nhiều đồi núi mà chiều cao chưa xác định, có những vùng có vật liệu màu đen lắng tụ như do gió mang đến.
Mời xem video bình nguyên “Sputnik Planum” do New Horizons chụp ngày 17/7/015:http://www.space.com/29981-flying-over-pluto-ice-mountain-and-young-plains-video.html
Một khám phá kỳ lạ khác, không giống như các hành tinh khác trong thái dương hệ, là không tìm thấy một lỗ hũng nào, dấu vết của thiên thạch trong vũ trụ rơi xuống Pluto. Dựa trên các hình ảnh này, các nhà khoa học thiên văn cho rằng bề mặt Pluto còn rất trẻ, có lẻ tuổi dưới 100 triệu năm, so với 4,5 tỉ năm của thái dương hệ mà Pluto là một thành phần. Có lẻ Pluto còn trong thời kỳ đang hoạt động địa chất.
Khí quyển của Pluto. Pluto có một lớp khí quyển mỏng gồm khí nitrogen, methane và monoxide, số lượng cân bằng với dạng đông đá của nitrogen, methane và monoxide cấu tạo bề mặt của Pluto. Lớp khí quyển dày tới 1.600 km so với 120 km của Trái Đất. Cũng trong ngày 17/7/2015, New Horizons khám phá một đám mây khí nitrogen ở độ cao 109.000 km với cái đuôi dài, chứng tỏ đám mây nitrogen của Pluto bị gió mặt trời lôi cuốn bay mất ra ngoài vũ trụ, với cường độ mất khoảng 500 tấn nitrogen/giờ, rất lớn so với 1 tấn nitrogen/giờ của Hỏa Tinh. Lý do là trọng lực ở Pluton rất thấp (0,063g), không giữ được lớp khí quyển của mình,
Áp xuất của khí quyển rất thấp (6.5 to 24 μbar), bằng 1 phần triệu đến 1 phần trăm ngàn áp xuất không khí của Trái Đất.
Các vệ tinh (mặt trăng) của Pluto. Pluto có 5 mặt trăng bay quanh nó: Charon (khám phá năm 1978), Nix, Hydra (cùng khám phá năm 2005), Kerberos (khám phá năm 2011) và Styx (khám phá năm 2012). Các mặt trăng được thành hình là do nỗ vỡ của một vật thể khá lớn trong vành đại Kuiper Belt khi va chạm với Pluto.
Hình 7. Pluto và 5 mặt trăng bay quanh, New Horizons chụp vào tháng 6/2015

Mặt trăng Charon. Là mặt trăng lớn nhất trong số 5 mặt trăng của Pluto, có đường kính 1.200 km, gần bằng nửa đường kính của Pluto, là mặt trăng lớn nhất trong thái dương hệ nếu so sánh với hành tinh mẹ. Khối lượng của nó bằng 11,6% của Pluto.
Khác với bề mặt của Pluto bao phủ bởi nitrogenm methane và monoxide đông đá, bề mặt của Charon bao phủ bởi nước đá (water ice). Kiến trúc bên trong là một lỏi bằng đá cứng bao bọc bởi lớp vỏ nước đá. Khoảng cách trung bình giữa Pluto và Charon là 19.570 km. Nhiệt độ bề mặt Charon trung bình -230°C.
Hình ảnh mới nhất do New Horizon chụp ngày 14/7 cho thấy có một ngọn núi ngoi lên từ một hố sâu 4,8 km và rộng 1.200 km trên mặt trăng Charon (Hình 8). Ngoài ra, hình ở góc mặt cho thấy có các hố sâu từ 6 đến 10 km.
Ở phần cực bắc có một vùng màu đậm, được đặt tên “Mordor”. Ở gần trung tâm Mordor thấy các điểm trắng của các hố do thiên thạch rơi xuống tạo thành.
Hình 8. Pluto và Charon chụp ngày 13/7/2015 (trái). Ảnh chi tiết mặt trăng Charon chụp ngày 14/7/2015 (phải) với ngọn núi cao nằm trong khe vực sâu 10 km (vùng sậm ở góc trái trên chóp của hình phụ). Ảnh chụp từ New Horizons lúc cách Pluto 466.000 km.

Dọc theo đường chéo Tây Bắc xuống Đông Nam là một vùng lớn chạy dài tới 1.000 km nhấp nhô như gợn sóng gồm một loạt các máng và vách đá, có lẻ là hậu quả do hoạt động của lực bên trong lòng đất.
Bên dưới dãi máng và vách đá là một vùng bằng phẳng thỉnh thoảng chỉ có vài hố thiên thạch, điều này chứng tỏ mặt trăng Charon còn rất trẻ, và còn đang hoạt động địa chất.

Mặt trăng Hydra
Hình 9. Hình dạng Hydra

Hydra là một mặt trăng nhỏ, hình xoan, kích thước 43 x 33 km, cấu tạo hầu hết là nước đá. Hydra phản chiếu 45% ánh sáng đến từ mặt trời vì nhờ bề mặt nước đá như một kính soi mặt. Trọng khối ước tính 4,2×1017 kg. Nhiệt độ -240°C đến -218°C (33-55K).
Mặt trăng Nix. Hình ảnh sơ khởi cho thấy mặt trăng Nix nhỏ, rộng 40 km.
Trong vài ba ngày nữa, New Horizons sẽ gởi thêm nhiều hình rõ hơn của các mặt trăng.
Các thông tin mới nhất được công bố trên đây chỉ chiếm khoảng 2% thông tin mà New Horizons gởi về và sẽ được giới chuyên viên phân tích và công bố trong tương lai. 
Reading, 20/7/2015
Trần-Đăng Hồng, PhD