Thiên Vương Tinh - Hành tinh kỳ lạ nhất Hệ Mặt Trời

Nhân dịp kỷ niệm 30 năm sau chuyến hành trình của Voyager 2 tới Thiên Vương Tinh, VnReview xin lược dịch lại bài viết của Gizmodo về hành tinh thứ 7 này của hệ Mặt Trời.

Thiên Vương Tinh là hành tinh thứ 7 trong Thái Dương hệ với cấu tạo chủ yếu từ khí hydrogen và helium

Ngày 24/1/1986, tàu vũ trụ không người lái liên hành tinh mang tên Voyager 2 quét qua hành tinh thứ 7 của hệ Mặt Trời, Thiên Vương Tinh, trên đường vượt qua hệ Mặt Trời. Đó là lần đầu tiên và cũng là lần cuối cùng chúng ta ghé thăm một hành tinh khí khổng lồ. Nó nằm ở một vị trí rất lạ trong hệ Mặt Trời của chúng ta.

Trong suốt thời kỳ cổ đại, các học giả chỉ công nhận sự tồn tại của 6 hành tinh: Thủy Tinh (Mercury), Kim Tinh (Venus), Trái Đất (Earth), Hoả Tinh (Mars), Mộc Tinh (Jupiter) và Thổ Tinh (Saturn), những hành tinh mà chúng ta có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Chỉ đến khi con người phát minh ra những kính thiên văn tiên tiến thì chúng ta mới phát hiện thêm được những hành tinh khác cùng nằm trong hệ Mặt Trời.

Mặc dù chúng ta có thể thấy Thiên Vương Tinh bằng mắt thường và đã quan sát hành tinh này trong suốt quá trình lịch sử. Nhưng ở thời cổ đại, người ta coi nó là một ngôi sao (star) chứ không phải một hành tinh (planet) thuộc hệ Mặt Trời. Mãi cho đến ngày 13/3/1781, nhà thiên văn William Hershel đã quan sát và tưởng đó là một sao chổi (comet). Ông mô tả kết quả quan sát của mình:

Ban đầu, nhân loại nghĩ Thiên Vương Tinh là một ngôi sao. Sau đó, William Hershel lại nhầm hành tinh này là một sao chổi

"Lần đầu tiên tôi quan sát sao chổi này, độ phóng đại của kính thiên văn là 227. Từ kinh nghiệm của mình, tôi biết rằng đường kính các ngôi sao cố định không tăng lên khi độ phóng đại của kính thiên văn tăng, nhưng các hành tinh thì có. Do đó, tôi tăng độ phóng đại của kính lên 460 và 932 và đã phát hiện ra rằng đường kính của sao chổi này tăng tỷ lệ thuận với cường độ sang. Và như vậy, trên giả thiết nó không phải là một ngôi sao cố định, trong khi đường kính các ngôi sao tôi dùng để so sánh không tăng theo tỷ lệ như vậy.

Hơn nữa, qua kính thiên văn, sao chổi có độ sáng phóng đại lớn hơn so với lượng ánh sáng mà nó có thể phát ra, khiến nó xuất hiện mờ ảo và không rõ ràng với độ phóng đại lớn này. Trong khi các ngôi sao thường giữ nguyên độ sáng và tính khác biệt mà qua hàng ngàn các quan sát, tôi biết những yếu tố đó luôn được duy trì. Hệ quả chỉ ra rằng những phỏng đoán của tôi hoàn toàn có căn cứ, chứng tỏ nó là một sao chổi như những quan sát sau này".

Chú thích: Tuy có từ "sao" trong tiếng Việt nhưng sao chổi không phải là "sao" đúng nghĩa. Sao chổi chỉ là những thiên thể di chuyển trong hệ Mặt Trời với quỹ đạo thường là hình parabol và kích thước của chúng khá nhỏ so với các hành tinh. Do độ lệch tâm quỹ đạo rất lớn nên khi bay tới gần Mặt Trời chúng mới bắt đầu phát sáng và độ sáng tăng dần khi khoảng cách với Mặt Trời càng gần. Ngược lại khi bay xa Mặt Trời thì chúng tối dần và gần như biến mất khi ở điểm xa nhất.

Tên tiếng Anh của hành tinh này đôi khi mang đến chút "rắc rối"

Mãi cho đến khi Hershel đem phát hiện này của mình kể cho một nhà thiên văn học khác, Nevil Maskelyne, họ mới nhận ra rằng đó không phải là một ngôi sao chổi, nó quay quanh mặt trời giống một hành tinh. Những quan sát từ các nhà thiên văn học khác đã giúp ông khẳng định phát hiện của mình và ông đã vinh dự được đặt tên cho hành tinh này. Ông gọi nó là "Georgium Sidus", hay sao George để tôn vinh đức vua của mình.

Tuy nhiên, điều này không làm hài lòng cộng đồng thiên văn học châu Âu và vào 1872, nhà thiên văn học người Đức Johann Elert Bode đã đề xuất cái tên Uranus, tên Latin hoá từ vị thần Ouranos của Hy Lạp. Tuy nhiên, phải đến hàng thập kỷ sau, cái tên này mới được sử dụng rộng rãi.

Việc phát hiện ra một hành tinh mới này trở thành một tin động trời trong giới thiên văn, mở ra cuộc đua khám phá các hành tinh mới khác trong hệ Mặt Trời.

Khoảng cách từ Mặt Trời đến 7 hành tinh đầu tiên tính bằng AU, trong đó 1 AU = khoảng cách Trái Đất - Mặt Trời

Trong suốt những thế kỷ tiếp theo, các nhà thiên văn đã đưa ra những quan sát về quỹ đạo, phát hiện ra 5 mặt trăng, hệ thống vành đai và độ nghiêng khác thường của hành tinh này. Không giống như các hành tinh khác trong hệ Mặt Trời, Thiên Vương Tinh có độ nghiêng trục quay 97,77° và có một cực đối diện với Mặt Trời.

Tuy nhiên, phải đến tận thế kỷ 20 thì Thiên Vương Tinh mới nhận được sự chú ý từ giới thiên văn học.

Năm 1965, Gary Flandro, một sinh viên tại học viện công nghệ California đồng thời là nhân viên tại phòng thí nghiệm động cơ phản lực, bắt đầu dự án lập bản đồ những địa điểm NASA nên nỗ lực khám phá. Khám phá hành tinh này là mục tiêu chính. Anh bắt đầu vạch ra quỹ đạo của Thiên Vương Tinh để xem những điều khả thi. Sau đó anh đã nhận ra rằng "Mộc Tinh, Thổ Tinh, Thiên Vương Tinh và Hải Vương Tinh trong 14 năm nữa sẽ sắp xếp thẳng hàng về 1 phía của Mặt Trời", theo Jay Gallentine trong Đại Sứ từ Trái Đất: Những khám phá tiên phong bằng tàu vũ trụ không người lái.

Những hiểu biết hiện tại của nhân loại về Thiên Vương Tinh

Đây là bước đầu tiên trong việc nhận ra một chương trình không gian mới, một chương trình mà cuối cùng sẽ khám phá phần ngoài cùng của hệ Mặt Trời - Voyager. Đây là một dự án đầy tham vọng và 2 tàu vũ trụ đã được phát triển cho chuyến đi đến phần ngoài cùng hệ Mặt Trời này.

Năm 1977, cả hai tàu vũ trụ đều cất cánh và bay thẳng tới Thổ Tinh. Vào ngày 5/9, Voyager 1 bay qua Mộc Tinh và Thổ Tinh trước khi bay tiếp ra khỏi hệ Mặt Trời. Voyager 2 cất cánh ngày 20/8, bay qua Mộc Tinh, Thổ Tinh, Thiên Vương Tinh và Hải Vương Tinh rồi mới ra khỏi hệ Mặt Trời.

Ngày 24/1/1986, Voyager 2 đạt đến điểm gần hành tinh thứ 7 nhất của hệ Mặt Trời, cách bề mặt 50.600 dặm (khoảng hơn 80.000 km).

Khi có mặt tại đó, Voyager 2 đã phát hiện ra cả một kho tàng những thông tin mới về hành tinh này - ngoài việc kiểm tra những vệ tinh tự nhiên đã được phát hiện trước đó, bao gồm Miranda, Ariel, Umbriel, Titania và Oberon, nó cũng phát hiện ra một số vệ tinh khác như: Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Julliet, Portia, Rosalind, Belinda, Perdita và Puck.

Cũng như Mộc Tinh và Thổ Tinh, Thiên Vương Tinh có rất đông "vợ con"

Tàu thăm dò này cũng phát hiện ra những điều rất thú vị về khí quyển của Thiên Vương Tinh. Thời tiết ở đây cực kỳ lạnh, với thành phần chủ yếu là khí hydrogen và helium. Một trong những phát hiện quan trọng là từ trường của hành tinh này rất kỳ lạ.

Cuộc gặp kéo dài 5,5 tiếng đồng hồ trước khi Voyager 2 tiếp tục lên đường tới hành tinh tiếp theo - Hải Vương Tinh - với sự trợ giúp của lực hấp dẫn.

Sau đó, con người vẫn tiếp tục tìm hiểu về hành tinh này. Chúng ta đã thấy cực quang trong khí quyển của hành tinh. Ngoài ra, chúng ta cũng mới biết được rằng khí quyển của hành tinh này đang nóng lên đột ngột. Vẫn còn rất nhiều điều khác cần phải tìm hiểu về Thiên Vương Tinh nữa.

Liệu bao giờ nhân loại sẽ lại ghé thăm hành tinh "không giống ai" này một lần nữa?

Cho đến nay, vẫn chưa có tàu thăm dò nào khác được gửi lên Thiên Vương Tinh. Đã có một số sứ mệnh được đề xuất mặc dù không có sứ mệnh nào trong số đó được đề cao như các sứ mệnh đến Hoả Tinh, Mộc Tinh hay Thổ Tinh. Tính đến 2015, NASA đã bắt đầu xem xét một sứ mệnh mới, có thể sẽ được tiến hành vào những năm 2020. Một sứ mệnh khác lên Thiên Vương Tinh có khả năng sẽ cần đến 1 tàu quỹ đạo, cung cấp những thông tin chi tiết về hành tinh bí ẩn này.