Cấu trúc hệ Mặt Trời. Suy đoán hành tinh thứ 9

A- Lớp ngoài hệ Mặt Trời

Lớp ngoài hệ Mặt Trời theo quan niệm trước giờ thì gần như chả có gì đặc biệt với kiến thức phổ thông. Chính vì thế ta quen thuộc với lớp trong hệ Mặt Trời hơn với Mặt trời là trung tâm và 8 hành tinh quay chung quanh hầu như cùng mặt phẳng quỹ đạo. Hệ luận là ít người tường tận về lớp ngoài hệ Mặt Trời.

1-   Đám mây Oort: (Tầm nhìn từ khoảng cách Mặt Trời hơn 1 năm ánh sáng)

Trích: Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Đám mây Oort là một đám mây bụi khí, sao chổi và vẩn thạch khổng lồ, có tên chính xác là Đám mây tinh vân Oort, bao quanh Hệ Mặt Trời với đường kính 1 năm ánh sáng (Nas). Nó gồm có hai phần: đám mây phía trong và đám mây phía ngoài cách mặt trời khoảng 30.000 đến 50.000 đơn vị thiên văn (đvtv). Theo giả thuyết, các sao chổi được hình thành tại đây, và 50% số sao chổi trong Hệ Mặt Trời được tạo thành từ đám mây phía trong.

Đám mây Oort được hình thành từ thời khi Hệ Mặt Trời còn là những đám mây bụi khí. Khi lực hấp dẫn lớn dần lên, nó kéo các khí và bụi lại gần nhau, tạo thành Mặt Trời và các hành tinh. Nhưng phần bên ngoài, do lực hấp đẫn không đủ mạnh, nên chúng vẫn còn lơ lửng trong vũ trụ. Chúng hình thành nên đám mây Oort, ranh giới cuối cùng của Hệ Mặt Trời.

Hình 1: Hình đám mây Oort được mô tả dạng cầu gồm đám mây bụi khí, sao chổi và vẩn thạch khổng lồ màu trắng. Hình trên được cắt 2 nhát 90^o. Vì bán kính khối cầu đến 1 Nas, nên diện tích nhỏ ở trung tâm khối cầu (vòng màu xanh) được phóng đại lên phía trên với Mặt Trời và quỹ đạo các hành tinh bên ngoài.

Hình 2: Mặt cắt ngang phía trong đám mây Oort: Từ đấy đến trung tâm (Mặt Trời) cũng chừng 30.000 đvtv. Hình elip màu đỏ ở trung tâm là quỹ đạo tiểu hành tinh Sedna, đại diện cho nhóm tiểu hành tinh có quỹ đạo rất xa.

Ghi chú: 1 Nas ≈ 9,46 pêtamét ≈ 10.000.000.000.000.000m = 10 ngàn tỉ km

                    1 Nas = 63.241 đvtv

                    1 đvtv = khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời = 150.000.000km

2-   Tiểu hành tinh Sedna (90377 Sedna) (Tầm nhìn từ khoảng cách Mặt Trời hơn vài chục ngàn đvtv)

Trích: Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Sedna có quỹ đạo elip cực kì dẹt, với viễn điểm là 975 AU và cận điểm là 76.16 AU (AU: đơn vị thiên văn).

Chu kì quay của Sedna chưa được tính chính xác, chỉ được ước đoán ở khoảng 10.5 tới 12 nghìn năm.

Hình 3: Hình elip màu đỏ là quỹ đạo Sedna. Các vòng tròn nhỏ là quỹ đạo các hành tinh quanh Mặt trời.

Thực ra có rất nhiều tiểu hành tinh ngoài quỹ đạo Hải vương tinh (Neptune), vì thế hình quỹ đạo Sedna chỉ là hình vẽ đại diện cho nhóm tiểu hành tinh có quỹ đạo rất xa:

Hình 4: Hình trên vẽ quỹ đạo Sedna màu tím. Bọn tiểu hành tinh nầy mới được khám phá gần đây vì khối lượng nhỏ, lại ở quá xa. Sedna tìm được vào năm 2003 (mã hiệu trước đó là 2003 VB12). Tương tự như thiên thể 2000 CR105 cũng có quỹ đạo tựa như Sedna nhưng ít dẹt hơn, cận điểm ở 44.3 AU và viễn điểm ở 394 AU. Chu kì quay là 3240 năm. (Hình trên không vẽ quỹ đạo 2000 CR105)

B- Lớp trong hệ Mặt Trời với Mặt Trời và 8 hành tinh:

Hình 5: Hình lớn gồm 4 hình con. Từ tầm nhìn cách Mặt Trời hơn 1 Nas ta đã xem hình dưới trái là đám mây Oort. Vòng elip màu đỏ ở giữa được phóng đại qua hình dưới phải, là quỹ đạo Sedna. Nhiều vòng tròn nhỏ ở hình dưới phải được phóng đại qua trên hình trên phải.

1-   Nhóm hành tinh xa: Xem hình trên phải:

-        Vòng tròn màu xanh nhạt: quỹ đạo sao Hải vương (Neptune). Là hành tinh xa nhất.

-        Vòng tròn màu lục: quỹ đạo sao Thiên vương (Uranus).

-        Vòng tròn màu vàng: quỹ đạo sao Thổ (Saturn).

Phía ngoài quỹ đạo sao Hải vương là quỹ đạo màu tím của sao Diêm vương (Pluto). Trước đó là hành tinh thứ 9. Năm 2006 nó bị giáng cấp thành tiểu hành tinh, hay hành tinh lùn.

Ngoài quỹ đạo Pluto là vành đai Kuiper: là vô số các thiên thạch hay tiểu thiên thể. Đây cũng là nơi xuất phát các sao chổi chu kỳ ngắn.

Xa xa là hình tròn đỏ tiểu thiên thể Sedna.

Trung tâm các hình quỹ đạo tím, xanh, lục vàng của hình trên phải được phóng đại thành hình trên trái, đó là:

2-   Nhóm hành tinh gần: Xem hình trên trái:

-        Vòng tròn màu cam: qũy đạo sao Mộc (Jupiter).

-        Vòng tròn màu đỏ: qũy đạo sao Hỏa (Mars).

-        Vòng tròn màu lục: qũy đạo Trái Đất (Earth).

-        Vòng tròn màu xanh: qũy đạo sao Kim (Venus).

-        Vòng tròn màu lục non: qũy đạo sao Thủy (Mercury).

Giữa quỹ đạo sao Hỏa và sao Mộc có vành đai tiểu hành tinh. Đây có lẽ là tồn tại của một hành tinh ở vị trí đó tan vỡ dưới sự kéo xé của lực hấp dẫn giữa Mặt Trời và sao Mộc to lớn gần đó. Vành đai tiểu hành tinh nầy là nơi xuất phát thiên thạch hay tiểu hành tinh, thỉnh thoảng xẹt ngang Trái Đất do giao thoa quỹ đạo.

C- Nhóm quỹ đạo bất thường: Có lẽ có hành tinh thứ 9

Hình 6: Mike Brown (trái) và Konstantin Batygin.

Xem quỹ đạo của các hành tinh, chúng gần như tròn và gần như cùng mặt phẳng. Điều nầy là mô hình quỹ đạo khá ổn định. Lực hấp dẫn tương tác giữa chúng không cao.

Nhưng ở hình 3, hình 4. Điều gì khiến tụi tiểu hành tinh lại có quỹ đạo bất thường như thế?

-        Quỹ đạo bị kéo dài, ví dụ Sedna có quỹ đạo elip cực kì dẹt, với viễn điểm là 975 AU và cận điểm là 76.16 AU.

-        Nhóm quỹ đạo lệch về một phía.

Suy nghĩ nghiêm túc điều nầy và nhờ máy tính (siêu máy tính) xây dựng mô hình thích hợp, Mike Brown và Konstantin Batygin đi đến giả thuyết táo bạo:

Hình 7: Có lẽ có hành tinh thứ 9 (quỹ đạo dự toán màu vàng)

Có lẽ có một hành tinh thứ 9 ở rất xa. Để cân bằng khối lượng nhóm tiểu hành tinh có quỹ đạo lệch một hướng, hành tinh thứ 9 có khối lượng khoảng 10 lần khối lượng Trái Đất. Quỹ đạo hành tinh thứ 9 có hướng ngược nhóm tiểu hành tinh. Nhờ khối lượng rất lớn, hành tinh thứ 9 sẽ đủ sức kéo dẹt (gia tốc) quỹ đạo nhóm tiểu hành tinh khi quỹ đạo chúng giao thoa. Điểm cận nhật khoảng 200 đvtv và điểm viễn nhật khoảng 1200 đvtv. Vì quỹ đạo quá lớn nên một chu kỳ phải tốn cỡ 15.000 năm.