Hơn 400 năm, vành đai sao Thổ đã “lừa dối” chúng ta như thế nào?

Nó có thể “đánh lừa” chúng ta, từ những quan sát trên kính viễn vọng thô sơ ở thể kỷ 17, cho đến những tàu thăm dò hiện đại ở thế kỷ 21.

Sao Thổ, hành tinh thứ 6 trong Hệ Mặt Trời, có một vành đai mở rộng rất đặc trưng. Được nghiên cứu lần đầu tiền từ thế kỷ 17 bởi Galileo, nó đã không ít lần “lừa dối” các nhà khoa học. Thậm chí, cho đến nay vành đai sao Thổ vẫn có thể tạo ra điều bất ngờ.

Mới đây, dữ liệu từ tàu Cassini cho biết rằng trong suốt nhiều thập kỷ của thiên văn học hiện đại, nó đã “lừa” được cả kính thiên văn Hubble, tàu Pioneer 11, Voyager 1 và Voyager 2. Hóa ra, phần đục nhất trong hệ vành đai không nhất thiết phải là phần dày đặc vật chất nhất.

Ảnh sao Thổ được chụp bởi tàu Cassini năm 2013

Những vụ “lừa đảo” trong quá khứ

Trở lại lịch sử nghiên cứu sao Thổ, vành đai của nó có thể được gọi là một “kẻ lừa đảo” chuyên nghiệp. Nó được Galileo phát hiện từ năm 1610. Tuy nhiên, ông không nhận ra nó là một vành đai. Thay vào đó, Galileo mô tả nó là hai hành tinh con và gọi chúng là hai chiếc “tai” của sao Thổ.

Năm 1612, vành đai sao Thổ hướng trực diện với Trái Đất, Galileo đã rất ngạc nhiên khi hai chiếc tai của nó biến mất. Ông tự hỏi “phải chăng sao Thổ đã nuốt chửng hai đứa con của mình?”. Một năm sau đó, vành đai xuất hiện trở lại, Galileo một lần nữa không tìm được lời giải thích.

Mãi cho đến năm 1659, nhà thiên văn học người Hà Lan Christiaan Huygens mới xác định được thứ mà Galileo quan sát là một vành đai. Ông mô tả nó “tách ra từ sao Thổ và giữ một khoảng cách quanh hành tinh”.

Mười năm sau, Giovanni Cassini xác định vành đai sao Thổ thực chất hình thành từ rất nhiều dải nhỏ, với những khoảng cách giữa chúng. Ranh giới lớn nhất giữa các vành đai nhỏ sau này được đặt tên theo ông.

Một bức vẽ sao Thổ năm 1666 của Robert Hooke

Mặc dù vành đai sao Thổ đã dần lộ diện dần, nó vẫn “lừa” được cả Huygens và Cassini. Họ đều tin rằng nó là một vành đai rắn và dày đặc, giống như một chiếc nhẫn.

Năm 1660, nhà thiên văn người Pháp Jean Chapelain đề nghị vành đai này phải được cấu tạo nên từ những hạt nhỏ trong quỹ đạo sao Thổ. Tuy nhiên, điều này đã không được xác nhận cho tới những năm 1850. Nhà vật lý nổi tiếng James Maxwell, bằng tính toán của mình, đã chứng minh vành đai sao Thổ không thể là một chiếc nhẫn.

Nếu nó đặc quánh, lực hấp dẫn tác động nên một đối tượng như vậy không thể ổn định. Maxwell ghi trong báo cáo của mình: “Các vòng phải gồm nhiều hạt bị ngắt kết nối. Chúng có thể ở dạng rắn hay lỏng nhưng nhất thiết phải độc lập”.

Cho tới hiện tại

Sau hơn 400 năm kể từ khi Galileo quan sát vành đai sao Thổ bằng một chiếc kính thiên văn tự chế, ngày nay chúng ta có được dữ liệu của nó từ hàng ngàn đài quan sát khổng lồ trên mặt đất. Cùng với đó là kính viễn vọng Hubble trong quỹ đạo, các tàu thám hiểm Pioneer 11, Voyager 1 và 2. Tàu không gian Cassini cũng đã được phóng lên trong nhiệm vụ quan sát sao Thổ từ gần 10 năm nay.

Vành đai sao Thổ và cách các nhà khoa học phân chia nó

Các nhà thiên văn cuối cùng cũng có thể nhận ra sự phức tạp vô cùng trong vành đai sao Thổ. Nó được chia thành các khu vực riêng biệt. Lần lượt các vành đai nhỏ được đặt tên theo thứ tự xa dần bề mặt hành tinh: D, C, B, A, F, G và E.

Các đai được cấu thành từ các hạt đóng băng. Kích thước của chúng rất đa dạng, từ những hạt bụi li ti như khói nến, đến những tảng băng to bằng một ngôi nhà. Độ rộng của các vành dao động từ vài ngàn cho đến hàng trăm ngàn km. Tuy nhiên, độ dày của chúng chỉ khoảng 10 mét.

Trong các vành đai này, từ lâu các nhà khoa học đã để ý đến vành B. Tất cả các quan sát nói nên một điều rằng: nó trông đục hơn các vành đai còn lại. Điều này thể hiện trong cách vành đai B phản xạ ánh sáng Mặt Trời và ngăn cản ánh sáng từ các ngôi sao khác xuyên qua nó.

Dựa trên đặc điểm này, các nhà thiên văn nhanh chóng kết luận, vòng B dường như chứa một lượng vật chất dày đặc và có khối lượng đáng kể hơn các vòng còn lại. Tuy nhiên, họ đã bị đánh lừa.

Phân tích dữ liệu mới nhất từ tàu Cassini của NASA, tiến sĩ Matthew Hedman đến từ Đại học Idaho và tiến sĩ Phil Nicholson đến từ Đại học Cornell phát hiện ra rằng khối lượng tổng thể của vành đai B thấp đến bất ngờ.

Họ xác định mật độ khối lượng ở trung tâm vành đai B dựa trên sóng mật độ xoắn ốc. Sóng này được tạo ra bởi lực hấp dẫn tác dụng lên các hạt trong đai B gây ra bởi hai tác nhân: bản thân sao Thổ và mặt trăng của nó.

Vành đai B( bên trái) đậm hơn hẳn vành đai A( bên phải)

“Ước tính mật độ khối lượng bề mặt của vành B nằm trong khoảng 40 đến 140 g/cm². Mặc dù, độ sâu quang học của khu vực này dao động từ 1,5 đến 5”, hai tác giả viết trong nghiên cứu. “Điều này cho thấy tổng khối lượng của vành B sao Thổ chỉ bằng một đến hai phần ba khối lượng mặt trăng Mimas của nó”.

“Thật đáng ngạc nhiên bởi một số phần vành B đục hơn 10 lần so với các vành còn lại”, tiến sĩ Hedman nói. Đồng nghiệp của anh thì cảm thấy thú vị: “Vẻ bề ngoài của nó đã lừa gạt chúng ta. Nó tương tự như cách một đồng cỏ đầy sương mù vẫn đục hơn một hồ bơi. Dù cho hồ bơi là dày đặc và chứa nhiều nước hơn rất nhiều”.

Việc xác định khối lượng của một vành đai rất quan trọng. Qua đó, các nhà khoa học có thể đoán được độ tuổi và cách nó phát triển. Với một khối lượng nhẹ hơn, vành đai B được cho là trẻ hơn dự đoán trước đó.

“Bằng cách cân vành đai B của sao Thổ trong lần đầu tiên, nghiên cứu này là một bước tiến có ý nghĩa. Nó sẽ giúp chúng ta tìm kiếm những mảnh ghép cho câu hỏi về độ tuổi cũng như nguồn gốc của vành đai sao Thổ”, Linda Spilker, một nhà khoa học trong dự án tàu thăm dò Cassini tại NASA bình luận.

Kết luận

Vành đai sao Thổ có thể được gọi là một “kẻ lừa đảo” chuyên nghiệp.

Có thể thấy rằng, vành đai sao Thổ không chỉ xứng đáng là một biếu tượng cho hành tinh này. Trong suốt 400 năm qua, không ít lần nó khiến các nhà khoa học đi từ bất ngờ này tới bất ngờ khác. Nó có thể “đánh lừa” chúng ta, từ những quan sát trên kính viễn vọng thô sơ ở thể kỷ 17, cho đến những tàu thăm dò hiện đại ở thế kỷ 21.

Tuy nhiên, để xác định chính xác xem liệu chúng ta có bị mắc lừa một lần nữa, các nhà khoa học sẽ phải chờ đến giai đoạn cuối sứ mệnh Cassini. Dữ liệu tiếp theo trong hành trình của tàu thăm dò sẽ giúp họ tính chính xác hơn khối lượng trên các vành đai. Dự kiến, sứ mệnh Cassini sẽ kết thúc vào năm 2017. Hi vọng sẽ có thêm nhiều điều bí ẩn hơn nữa được hé lộ về sao Thổ và vành đai của nó.

Tham khảo Universetoday, Sci-news, Wikipedia

Nguồn: GenK