Những điều chưa biết về vành đai tiểu hành tinh

• Tại sao NASA lại chọn hành tinh Bennu là một tiểu hành tinh kiểu mẫu?
• Khoa học vũ trụ: Hệ sao TRAPPIST-1 không "tồn tại" Mặt Trăng lớn
• Stephen Hawking cảnh báo: "Loài người chỉ còn 100 năm để rời khỏi Trái Đất"

Nằm rải rác trong các quỹ đạo quay xung quanh Mặt trời là các mảnh đá nhỏ và hòn đá còn sót lại từ tia sáng đầu tiên của hệ Mặt trời. Hầu hết các vật thể này, được gọi là hành tinh nhỏ (planetoids) hoặc tiểu hành tinh (asteroids) - nghĩa là "giống ngôi sao" - quỹ đạo giữa sao Hỏa và sao Mộc trong một nhóm được gọi là Vùng đai thiên thạch chính (Main Asteroid Belt).

Vùng đai thiên thạch chính nằm cách Mặt Trời hơn 2,5 lần so với khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt trời. Nó chứa hàng tỷ - thậm chí hàng nghìn tỷ - các tiểu hành tinh. Hầu hết các tiểu hành tinh này tương đối nhỏ, có kích thước từ bằng một tảng đã cho đến đường kính dài vài nghìn feet. Tuy nhiên, một số tiểu hành tinh khác có kích thước lớn hơn đáng kể.

Nguồn ảnh: MPC, CBAT, CARD Harvard, IAU

Các quỹ đạo bên trong hành tinh được hiển thị dưới dạng các vòng tròn lớn trong ảnh chụp nhanh trên máy tính - tạo ra từ các vật thể được biết đến thực tế từ ngày 20 tháng 7 năm 2002. Chấm xanh đại diện cho các tiểu hành tinh ở vành đai chính giữa sao Hỏa và sao Mộc. Chấm đỏ là các tiểu hành tinh đi lạc trên vành đai chính, tạo ra một nguy cơ nhỏ nhưng có thể xảy ra nguy hiểm khi va vào Trái Đất.

Nguồn gốc

Trong thời gian đầu hình thành hệ Mặt trời, bụi và đá quanh Mặt trời được "hút" vào nhau bằng trọng lực của các hành tinh. Nhưng không phải tất cả các thành phần đó tạo ra hành tinh mới. Một vùng giữa sao Hỏa và sao Mộc trở thành tiểu hành tinh.

Đôi khi, mọi người thắc mắc liệu rằng vành đai được tạo thành từ phần còn lại của một hành tinh bị phá hủy hay một hành tinh chưa hình thành. Tuy nhiên, theo NASA cho biết, tổng trọng lượng của vành đai thấp hơn Mặt trăng, có khối lượng quá nhỏ để cân nhắc là một hành tinh. Thay vào đó, các mảnh vỡ được dẫn vào bởi sao Mộc, giữ cho nó không bị dính vào các hành tinh đang phát triển khác.

Các quan sát của hành tinh khác giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về hệ Mặt trời. Theo một lý thuyết phát triển được biết đến với cái tên Grand Tack, trong 5 triệu năm đầu tiên của hệ Mặt trời, sao Mộc và sao Thổ được cho là đã di chuyển hướng về phía Mặt trời trước khi chuyển hướng và quay trở lại hướng ra ngoài hệ Mặt trời. Trên đường di chuyển, chúng sẽ phân tán vành đai tiểu hành tinh ban đầu về phía trước, sau đó gửi vật liệu bay trở lại để nạp lại nó.

"Trong mô hình Grand Tack, vành đai tiểu hành tinh được làm sạch ở giai đoạn đầu và các thành viên sống sót đã thử nghiệm một vùng lớn hơn của tinh vân Mặt trời", John Chambers thuộc Viện Khoa học Carnegie viết trong một bài báo "Perspectives" được đăng tải trên Tạp chí Khoa học.

Hệ Mặt trời của chúng ta không phải là hành tinh duy nhất tự hào có một vành đai tiểu hành tinh. Một đám mây bụi xung quanh một ngôi sao được gọi là hệ sao zeta Leporis, giống như một vành đai trẻ. "Zeta Leporis là một ngôi sao tương đối trẻ - khoảng bằng tuổi Mặt trời khi Trái đất hình thành. Hệ thống quan sát xung quanh hệ sao zeta Leporis tương tự như những gì chúng ta nghĩ đến trong những năm đầu của hệ Mặt trời khi các hành tinh và tiểu hành tinh được tạo ra", Michael Jura - giáo sư tại trường Đại học California, Los Angeles có nói trong một tuyên bố. Hiện giáo sư Michael Jura đã qua đời.

Các ngôi sao khác cũng có dấu hiệu của các vành đai tiểu hành tinh, cho thấy rằng điều này có thể phổ biến. Đồng thời, các nghiên cứu về sao lùn trắng, những ngôi sao giống Mặt trời ở giai đoạn cuối, cho thấy các dấu hiệu của vật liệu đá rơi xuống bề mặt của chúng và các vành đai như vậy phổ biến xung quanh các hệ thống chết.

Các tiểu hành tinh, chẳng hạn như Itokawa, được mô tả ở đây, được coi là những đống đổ nát lỏng lẻo gắn chặt với nhau, hơn so với những tảng đá cứng. Nguồn ảnh: ISAS / JAXA

Thành phần

Hầu hết các tiểu hành tinh trong Vành đai chính được tạo ra từ những hòn đá nhỏ và tảng đá, nhưng một phần nhỏ trong đó có chứa sắt và các kim loại niken. Những tiểu hành tinh còn lại được tạo ra bởi sự kết hợp của chúng với các vật liệu giàu cacbon. Một số tiểu hành tinh xa hơn có khuynh hướng chứa nhiều ion hơn. Mặc dù bản thân tiểu hành tinh đó không đủ lớn để duy trì bầu không khí nhưng có bằng chứng cho thấy một số tiểu hành tinh có thể chứa nước.

Được xây dựng và quản lý bởi Phòng Thí nghiệm Vật lý Ứng dụng tại trường Đại học Johns Hopkins, Laurel, Maryland, NEAR là phi thuyền đầu tiên được phóng lên trong Chương trình khám phá của NASA về các nhiệm vụ hành tinh quy mô nhỏ chi phí thấp. Nguồn ảnh: NASA / JPL / JHUAPL

Một số tiểu hành tinh có cấu tạo lớn và rắn - hơn 16 vành đai với đường kính lớn hơn 150 dặm (240 km). Các tiểu hành tinh lớn nhất như Vesta, Pallas và Hygiea có đường kính dài 250 dặm (400 km) và có thể lớn hơn. Khu vực này cũng chứa các hành tinh lùn Ceres. Với đường kính dài 590 dặm (950 km), tương đương khoảng một phần tư kích thước của Mặt trăng, hành tinh lùn Ceres chưa tròn được coi là quá nhỏ để có thể trở thành một hành tinh chính thức. Tuy nhiên, nó chiếm khoảng một phần ba trọng lượng của vành đai tiểu hành tinh.

Ngoài ra, các tiểu hành tinh khác là những đống gạch vụn được giữ bởi lực hấp dẫn. Hầu hết các tiểu hành tinh không đủ lớn để đạt được dạng hình cầu và thay vào đó là không đều, trông giống như một củ khoai tây nâu. Đặc biệt, tiểu hành tinh 216 Kleopatra có hình dạng giống với xương chó.

Tiểu hành tinh được phân thành một số loại dựa trên thành phần hóa học và độ phản chiếu của chúng, hay còn gọi là hệ số phản xạ:

• Tiểu hành tinh loại C chiếm hơn 75% các tiểu hành tinh được biết đến hiện nay. "C" là viết tắt của carbon và bề mặt của các tiểu hành tinh cực tối này có màu xám. Thiên thạch chondrite cacbon trên Trái Đất có một thành phần tương tự và được cho là những mảnh bị phá vỡ bởi các tiểu hành tinh lớn hơn. Theo Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, mặc dù các tiểu hành tinh loại C chiếm ưu thế trong vành đai, nhưng chúng chỉ chiếm khoảng 40% các tiểu hành tinh nằm gần Mặt trời, gồm có các phân nhóm B, F, và G.
• Tiểu hành tinh loại S là loại phổ biến thứ hai, chiếm khoảng 17% số tiểu hành tinh được biết đến hiện nay và thống trị vùng bên trong của vành đai tiểu hành tinh. Chúng sáng hơn, có kim loại sắt-niken trộn với sắt và magiê-silicat. "S" là viết tắt của silicaceous.
• Tiểu hành tinh loại M ("M" viết tắt của từ "metallic" kim loại) là loại chính cuối cùng, chiếm gần 8% còn lại và ngụ cư ở khu vực giữa vành đai chính. Những tiểu hành tinh này khá sáng và hầu hết chúng được tạo từ sắt-niken tinh khiết.
• Các loại tiểu hành tinh hiếm hoi còn lại là loại A, loại D, loại E, loại P, loại Q và loại R.

Vào năm 2007, NASA đã đưa ra một sứ mệnh, Dawn, tới thăm thiên thể Ceres và Vesta. Dawn đến Vesta vào năm 2011 và ở lại đó trong hơn một năm trước khi đi đến Ceres vào năm 2015. Nó sẽ vẫn ở quỹ đạo quay quanh hành tinh lùn cho đến khi kết thúc nhiệm vụ.

Trong khi hầu hết các tiểu hành tinh được tạo thành từ các vật thể đá, Ceres là một vật thể băng giá. Những gợi ý chất hữu cơ được phát hiện bởi Dawn cho thấy nó có thể đã hình thành lâu hơn trong hệ Mặt trời trước khi hạ cánh trong vành đai. Khi các chất hữu cơ chỉ được nhìn thấy trên bề mặt, điều đó không có nghĩa là vật liệu nhiều hơn có thể nằm trên hành tinh lùn này.

Maria Cristina De Sanctis, thuộc Viện Vật lý thiên văn vũ trụ và Vũ trụ Không gian tại Rome, có trả lời trang Space.com bằng email rằng: "Chúng tôi không thể loại trừ được những địa điểm giàu chất hữu cơ khác không được khảo sát, hoặc thấp hơn giới hạn phát hiện".

Xây dựng vành đai

Vành đai chính nằm giữa sao Hỏa và sao Mộc, nằm cách khoảng 2-4 lần khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt trời và trải dài khoảng 140 triệu dặm. Các vật thể trong vành đai được chia thành 8 phân nhóm và đặt tên theo các tiểu hành tinh chính trong mỗi nhóm. Tên các nhóm này là Hungarias, Floras, Phocaea, Koronis, Eos, Themis, Cybeles và Hildas.

Mặc dù Hollywood thường trưng bày các tàu thuyền thực hiện cuộc gọi gần gũi thông qua các vành đai tiểu hành tinh, chuyến đi nhìn chung là không có nhiều sự kiện quan trọng. Một số tàu vũ trụ đã đi qua dải tiểu hành tinh một cách an toàn mà không có bất kỳ sự cố nào, gồm có sứ mệnh New Horizons của NASA tới Sao Diêm Vương.

Nhà nghiên cứu Alan Stern của New Horizons đã viết: "May mắn thay, vành đai tiểu hành tinh rất lớn, mặc dù trọng lượng của nó nhỏ, nhưng cơ hội đi vào nó gần như nhẹ nhàng - ít hơn một phần tỷ. Nếu muốn đến gần một tiểu hành tinh để nghiên cứu chi tiết về tiểu hành tinh đó, bạn cần phải nhắm đến nó."

Trong vành đai tiểu hành tinh là những vùng trống, được gọi là khoảng trống Kirkwood. Những khoảng trống này tương ứng với cộng hưởng quỹ đạo với sao Mộc. Trọng lực hấp dẫn của hành tinh khí khổng lồ giữ cho những vùng này nằm xa hơn so với các đai còn lại. Trong các cộng hưởng khác, tiểu hành tinh có thể tập trung nhiều hơn.

Khám phá vành đai tiểu hành tinh

Johann Titius, nhà thiên văn học người Đức của thế kỷ 18, đã lưu ý một mô hình toán học trong cách bố trí các hành tinh và sử dụng nó để dự đoán sự tồn tại của sao Hỏa và sao Mộc. Các nhà thiên văn đã "lục lọi" bầu trời để tìm kiếm bộ phận bị mất tích này. Vào năm 1800, 25 nhà thiên văn học đã thành lập một nhóm được gọi là "Celestial Police - Cảnh sát Trời", mỗi người tìm kiếm ở 15 độ của Zodiac cho hành tinh bị mất tích. Tuy nhiên, khám phá về hành tinh đầu tiên trong vùng này đến từ một nhà thiên văn học người Ý tên là Giuseppe Piazzi, ông đặt tên nó là Ceres. Hành tinh thứ hai - Pallas, đã được tìm thấy chưa đến một năm sau đó.

Trong một khoảng thời gian, cả hai vật thể này đều được gọi là hành tinh. Nhưng tỷ lệ khám phá của các vật thể này tăng lên, và vào đầu thế kỷ 19, đã có hơn 100 hành tinh đã được tìm thấy. Các nhà khoa học nhanh chóng nhận ra rằng những hành tinh này quá nhỏ để được coi là các hành tinh và chúng bắt đầu được gọi là tiểu hành tinh.

Xem thêm: Khám phá những sự thật đáng kinh ngạc về hành tinh vũ trụ của chúng ta

Chúc các bạn vui vẻ!