Nhìn ra thế giới: Tìm kiếm hành tinh thứ 9 – hành trình khám phá hệ Mặt trời

Điều này đã giúp cho các nhà toán học tính toán được chính xác vị trí của hành tinh thứ 8 trong hệ mặt trời – Sao Hải Vương. Khám phá này đã khơi nguồn một cuộc chạy đua điên cuồng để để tìm ra thêm các hành tinh khác với cách thức tương tự. 

Ông KONSTANTIN BATYGIN, Giáo sư Khoa học hành tinh, Viện Công nghệ California: “Theo ước tính, gần như tất cả mọi người đều đã từng thử tìm kiếm những hành tinh khác bên ngoài Sao Hải Vương. Ngay vào thời khắc Sao Hải Vương được tìm ra, tất cả mọi người đều muốn tìm kiếm thêm các hành tinh khác nữa, vì đó là một minh chứng rõ ràng rằng, bạn có thể sử dụng toán học để khám phá ra các vật thể.”

Đáng tiếc là, kể từ thời điểm đó, con người chưa tìm ra thêm một hành tinh lớn nào khác trong hệ Mặt trời. Nhưng nhờ vào các kính viễn vọng hiện đại, hàng nghìn vật thể nhỏ hơn bên ngoài Sao Hải Vương đã được tìm thấy trong nhiều thập kỷ qua. Chúng được gọi là các vật thể trans – Neptunian, hay vật thể xuyên Sao Hải Vương, viết tắt là TNO. Ví dụ như Sedna, vật thể còn được biết đến với cái tên The Goblin hay Biden. Các nhà khoa học hành tinh tại Viện công nghệ California (Caltech) đã phát hiện ra một số điều dị thường liên quan đến các vật thể này. 

Ông KONSTANTIN BATYGIN, Giáo sư Khoa học hành tinh, Viện Công nghệ California: “Đầu tiên là quỹ đạo của các hành tinh này đều nằm trên một mặt phẳng. Điều thứ hai là chúng tỏa ra theo cùng một hướng. Và điều thứ ba mà chúng tôi phát hiện được vô cùng thú vị. Quỹ đạo của các hành tinh này tỏa ra tạo thành một hình dạng như thể chúng được sắp xếp và phân tách từ quỹ đạo của Sao Hải Vương.”

Giả thuyết được đặt ra là gì? Đó là trên lý thuyết, có một hành tinh khổng lồ bên ngoài sao Hải Vương là nguyên nhân gây ra những điều dị thường này. Hành tinh thứ 9. 

Nhờ vào một kính thiên văn mới, được trang bị camera kĩ thuật số lớn nhất từng được chế tạo, có thể con người đang dần tiến tới việc tìm ra hành tinh thứ 9 trong hệ Mặt trời.

Tiến sĩ LYNNE JONES, Khoa Thiên văn học, Đại học Washington: “Chiếc kính thiên văn này có thể thay đổi cuộc chơi vì nó có kích thước rất lớn và có thể phát hiện ra những vật thể vô cùng mờ nhạt. Chúng ta sẽ có thể tìm thấy mọi thứ, từ các tiểu hành tinh gần trái đất, cho tới các vật thể xuyên sao Hải Vương và hơn thế nữa.”

Sau khi tìm thấy sao Hải Vương, các nhà khoa học nghĩ rằng, chắc hẳn còn một hành tinh khác nữa tác động đến quỹ đạo bất thường của Sao Thiên Vương. Họ gọi đó là Hành tinh X. Các nhà khoa học đã nỗ lực không ngừng nghỉ để tìm kiếm hành tinh còn thiếu này trong hàng thập kỷ. Nhưng cuối cùng, họ đã sai. Các nhà thiên văn học đã nhầm lẫn khi tính toán khối lượng của Sao Hải Vương. Chương trình khám phá vũ trụ Voyager của Mỹ đã thừa nhận điều này vào năm 1989. Chính Sao Hải Vương đã tạo ra những tác động đối với Sao Thiên Vương. 

Ông KONSTANTIN BATYGIN, Giáo sư Khoa học hành tinh, Viện Công nghệ California: “Lý do ban đầu khiến Sao Diêm Vương được công nhận là một hành tinh là vì đó là một vật thể xuất hiện ở đúng vị trí trên bầu trời khi nhà thiên văn học người Mỹ Clyde Tombaugh đang tìm kiếm hành tinh X, vốn là vật thể được dự đoán rằng sẽ đưa ra lời giải đáp cho những bất thường còn lại trong quỹ đạo của Sao Thiên Vương.”

Mặc dù sau đó Sao Diêm Vương chỉ được phân loại là một hành tinh lùn vì nó có kích thước quá nhỏ và ở quá xa để có thể ảnh hưởng đến các hành tinh xung quanh. Đây vẫn được coi là khởi đầu của một kỷ nguyên mới, kỷ nguyên khám phá những vật thể ở phía ngoài của hệ Mặt trời. Sao Diêm Vương là một trong số hàng trăm, hàng nghìn vật thể xuyên sao Hải Vương. Và càng nhiều các vật thể như vậy được khám phá, thì càng có nhiều dữ liệu dẫn tới hành tinh thứ chín. 

Ông KONSTANTIN BATYGIN, Giáo sư Khoa học hành tinh, Viện Công nghệ California: “Chúng ta nhìn thấy nhóm quỹ đạo này, tất cả những mảnh vụn nhỏ này đang lơ lửng bên trong một quần thể các hành tinh băng giá bên ngoài Sao Hải Vương. Tất cả các quỹ đạo của chúng có xu hướng xếp thẳng hàng theo một cách rất cụ thể. Rất khó để thay đổi các quỹ đạo này hay mô tả chúng theo bất kỳ cách nào khác, trừ khi thừa nhận rằng, phải có sự hiện diện của một hành tinh lớn nào đó bên ngoài kia, trong hệ Mặt trời.”

Quỹ đạo của các vật thể xếp thẳng hàng với nhau được cho là vì có một hành tinh lớn hơn kéo chúng theo cùng một hướng. Các vật thể xuyên sao Hải Vương cũng nghiêng trên một trục theo cách khá giống nhau. Và điều này không phải do sao Hải Vương gây ra. 

Ông KONSTANTIN BATYGIN, Giáo sư Khoa học hành tinh, Viện Công nghệ California: “Tất cả các quỹ đạo này lẽ ra phải ôm lấy quỹ đạo của sao Hải Vương, nhưng có nhiều quỹ đạo lại không như vậy. Vì sao lại thế? Trong trường hợp này, chúng ta lại phải suy nghĩ về sự hiện diện của Hành tinh thứ 9. Cần phải có lực hấp dẫn của Hành tinh thứ 9 để loại bỏ các đối tượng này ra khỏi quỹ đạo của sao Hải Vương.”

Ngoài ra còn có các bằng chứng gián tiếp khác. Nếu bạn so sánh kích thước của các ngoại hành tinh đã được phát hiện, các hành tinh bên ngoài hệ Mặt trời của chúng ta, phần lớn các hành tinh này được xếp vào loại siêu Trái đất hoặc tiểu sao Hải Vương. 

Ông KONSTANTIN BATYGIN, Giáo sư Khoa học hành tinh, Viện Công nghệ California: “Trung bình, cứ mỗi ngôi sao mà bạn nhìn thấy trên bầu trời đêm, thì có ít nhất một hành tinh. Và hầu hết các hành tinh trong thiên hà này là các siêu Trái đất. Những vật thể này có khối lượng bằng một vài trái đất. Điều này thực sự đáng lưu ý. Hệ mặt trời, vốn rất hiệu quả trong việc tạo ra các hành tinh, dường như lại thiếu các vật thể siêu Trái đất, vốn rất phổ biến ở những nơi khác. Vì vậy nếu hành tinh thứ 9 thực sự tồn tại và có kích thước như các siêu Trái đất, nó sẽ khiến cho hệ mặt trời của chúng ta có đặc điểm tương tự như phần lớn các trường hợp mà chúng tôi đã quan sát.”

Để thực hiện tất cả các tính toán và xác định quỹ đạo tiềm năng của Hành tinh thứ 9, nhóm nghiên cứu tại Caltech đã đưa tất cả dự liệu thu thập được thành các mô phỏng trên máy tính. 

Ông KONSTANTIN BATYGIN, Giáo sư Khoa học hành tinh, Viện Công nghệ California: “Theo những gì mà chúng tôi tính toán được, hành tinh này có khối lượng gấp khoảng 5 lần trái đất. Vì vậy nó ở giữa một hành tinh giống như trái đất và một khối băng khổng lồ, tương tự như Sao Thiên Vương hoặc Sao Hải Vương.”

Họ cũng ước tính rằng hành tinh này nằm trên quỹ đạo 20.000 năm quay quanh Mặt trời. Nghĩa là so với sao Hải Vương, thì nó xa mặt trời hơn gấp 10 lần. 

Ông KONSTANTIN BATYGIN, Giáo sư Khoa học hành tinh, Viện Công nghệ California:  “Chúng tôi có thể tính toán quỹ đạo và khối lượng của Hành tinh thứ 9 với sai số rất ít. Nhưng điều chúng tôi không thể làm được là nói với bạn vị trí chính xác của nó trên bầu trời. Về cơ bản, tất cả chỉ là lực hấp dẫn. Chúng tôi phải sử dụng một kiểu động lực khác để đưa ra kết luận về sự tồn tại của Hành tinh thứ 9. Điều này khác với trường hợp của Sao Hải Vương. Đối với sao Hải Vương, bạn có thể nói rằng, nó ở ngay đó, nhưng có thể xác định sai quỹ đạo của nó. Còn ở đây, bạn có thông tin về quỹ đạo của Hành tinh thứ 9, nhưng lại không có mấy thông tin để biết rằng nó ở đâu trên bầu trời kia. Đó là lý do vì sao chúng tôi mắc kẹt với việc phải quan sát toàn bộ bầu trời. Đây là công việc tốn nhiều thời gian và thực sự rất khó để thực hiện.”

Bầu trời mênh mông khiến cho việc tìm kiếm một vật thể xa xôi, mờ nhạt trở nên khó khăn như mò kim đáy bể. 

Ông KONSTANTIN BATYGIN, Giáo sư Khoa học hành tinh, Viện Công nghệ California: : “Hành tinh thứ 9 tối hơn hàng triệu lần so với Sao Hải Vương. Nó thực sự rất, rất le lói. Ý tôi là, nếu bạn thực sự suy nghĩ về điều này. Sao Hải Vương không phải là một vật thể mà bạn có thể quan sát bằng mắt thường. Chúng ta cần kính viễn vọng để có thể nhìn thấy nó. Và hành tinh thứ 9 còn khó quan sát hơn như vậy đến hàng triệu lần.”

Các nhà phê bình cho rằng nhóm nghiên cứu tại Caltech có thiên kiến đối với việc quan sát, rằng nhóm này đã không quan sát bầu trời ở đủ các góc độ khác nhau, vào các thời điểm trong năm để. Theo các nhà phê bình, trên thực tế, đã có sự phân nhóm về quỹ đạo. Về cơ bản, chúng ta cần nhiều dữ liệu hơn. 

Ông KONSTANTIN BATYGIN, Giáo sư Khoa học hành tinh, Viện Công nghệ California:  “Tin tốt là chúng ta đang bước vào một giai đoạn mới của việc thu thập thông tin, với việc xây dựng kính thiên văn Vera Rubin tại Chile. Tôi nghĩ rằng đây sẽ là yếu tố giúp thay đổi cuộc chơi.”

Đài quan sát Vera Rubin là một kính thiên văn mới, dự kiến sẽ được đưa vào vận hành trong một vài năm tới, với mục tiêu tiến hành khảo sát về bầu trời một cách chi tiết nhất, trên quy mô rộng nhất từng được thực hiện. 

Dự án Khảo sát Di sản về Không gian và Thời gian, được thực hiện bởi kính viễn vọng Vera Rubin, có thể sẽ đưa ra cho chúng ta câu trả lời cuối cùng, liệu Hành tinh thứ 9 có thực sự tồn tại hay không. 

Tiến sĩ LYNNE JONES, Khoa Thiên văn học, Đại học Washington: “Đài quan sát Rubin là một kính thiên văn khảo sát thuộc thế hệ tiếp theo, được tạo ra để quan sát toàn bộ bầu trời đêm. Việc quan sát được tiến hành vài đêm một lần, liên tục trong vòng 10 năm. Ý tưởng là chúng ta có thể xây dựng nên, không chỉ là hình ảnh sâu thẳm của bầu trời, mà còn là một bộ phim nhiều màu sắc.”

Không giống như các kính thiên văn thông thường, ví dụ như Kính viễn vọng không gian Hubble, Đài thiên văn Rubin có tầm nhìn cực kỳ rộng. Nhờ vào chiếc camera khổng lồ với độ phân giải 3 gigapixel, bằng với kích thước của một chiếc ô tô cỡ nhỏ, kính thiên văn này có thể phát hiện ra những vật thể cực kỳ mờ nhạt ẩn nấp trong các vùng bên ngoài của hệ mặt trời. Sau đó, các kính thiên văn có tầm nhìn hẹp hơn, ví dụ như Hubble có thể tiến hành xem xét kĩ lưỡng hơn. 

Ông KONSTANTIN BATYGIN, Giáo sư Khoa học hành tinh, Viện Công nghệ California: “Vì đây là một kính thiên văn khảo sát, nên chúng tôi có kế hoạch tiến hành khảo sát toàn bộ bầu trời đêm, nhưng sau đó cũng xử lý tất cả các hình ảnh, sắp xếp chúng vào các danh mục. Từ đó, các nhà thiên văn học có thể xem xét các danh mục này để tìm ra các vật thể bất thường phù hợp với những gì mà họ đang tìm kiếm.” 

Điều đó sẽ giúp cho các nhà khoa học giải đáp các bí ẩn liên quan đến vật chất tối, năng lượng tối, lập bản đồ Dải ngân hà và kiểm kê các đối tượng di chuyển khắp hệ mặt trời, ví dụ như các vật thể xuyên sao Hải Vương.”

Tiến sĩ LYNNE JONES, Khoa Thiên văn học, Đại học Washington: “Ví dụ như trong hệ mặt trời chẳng hạn, với hầu hết mọi đối tượng mà bạn có thể nghĩ đến trong hệ mặt trời, chúng tôi có thể khám phá ra số lượng vật thể lớn hơn gấp 10, hay thậm chí là 100 lần. Chúng tôi sẽ chụp 2 triệu hình ảnh trong vòng 10 năm, trên thực tế, sẽ có tất cả 4 triệu hình ảnh về bầu trời đêm được ghi lại. Mỗi hình ảnh có độ phân giải 3,2 gigapixel, và có khoảng 1.600 bức ảnh được chụp mỗi đêm. Tức là có tổng cộng khoảng 20 terabyte dữ liệu được ghi lại mỗi đêm.”

Để tìm kiếm các vật thể trong hệ mặt trời, kính thiên văn sẽ chụp 2 hình ảnh đối với mỗi phần của bầu trời, cách nhau 1 giờ đồng hồ. Và từ chuyển động của các điểm sáng trong vòng 1 giờ đồng hồ đó, họ sẽ có thể phân biệt các vì sao le lói và các vật thể trong hệ mặt trời của chúng ta. Đó là một vấn đề trong việc tìm kiếm Hành tinh thứ 9. Các vật thể vượt qua sao Hải Vương sẽ khó được phát hiện thông qua các chuyển động chỉ trong 1 giờ đồng hồ. Một vấn đề khác là Hành tinh thứ 9 có thể ở trên bầu trời Bắc bán cầu. Do bầu trời thường xuyên quang đãng, với mức độ ô nhiễm ánh sáng thấp, Đài quan sát Rubin được đặt ở vị trí chiến lược, phía dưới đường xích đạo tại Chile, và chủ yếu sẽ nhìn thấy bầu trời ở phía Nam Bán cầu. Nhưng nếu Hành tinh thứ 9 thực sự tồn tại, Đài thiên văn Rubin có đủ các trang thiết bị cần thiết để tìm ra nó. 

“Tôi có các đồng nghiệp tin vào sự tồn tại của Hành tinh thứ 9, và cũng có các đồng nghiệp không tin rằng hành tinh này có tồn tại. Rất khó để khẳng định chắc chắn rằng hành tinh này đang hiện diện ở ngoài kia. Chúng ta cần phải tìm kiếm. Một trong những điều mà kính thiên văn này có thể làm là đóng góp cho quá trình tìm kiếm đó bằng cách khảo sát bầu trời nhiều hơn nữa. Mọi người đã và đang tìm kiếm Hành tinh thứ 9. Trên thực tế, điều này có nghĩa là bạn sẽ phải nhìn vào bầu trời vô cùng rộng lớn và tìm kiếm các vật thể rất mờ nhạt. Quá trình này sẽ cần nhiều thời gian, và kính thiên văn Rubin có thể giúp đẩy nhanh quá trình này. Sau khi kính thiên văn này thực hiện khảo sát bầu trời 1 năm đầu tiên, chúng ta có thể đưa ra kết luận rằng liệu có Hành tinh thứ 9 hay không, dựa vào các dữ liệu thu thập được. Một điều nữa chúng ta có thể thực hiện với kính thiên văn này là thu hẹp quỹ đạo của Hành tinh thứ 9, vì các dữ liệu hiện nay mà chúng ta có để xác định quỹ đạo của hành tinh này đều dựa vào các vật thể ở rất xa. Chúng ta sẽ tìm ra thêm nhiều vật thể như vậy. Chúng tôi cũng sẽ có thể xác định được rằng, liệu các dữ liệu quan sát có thực sự mang tính thiên vị hay không.” 

Ngay cả khi không tìm thấy một hành tinh mới, thì các nhà thiên văn học cũng được cung cấp thêm nhiều dữ liệu để tìm kiếm Hành tinh thứ 9 trong các cuộc khảo sát trong tương lai. Hoặc chúng ta có thể tìm ra được những cách khác để giải thích về quỹ đạo và độ nghiêng của các vật thể xuyên sao Hải Vương, như một số nhà khoa học đã từng tranh luận. Dù thế nào đi chăng nữa, cuộc săn tìm Hành tinh thứ 9 chắc chắn sẽ dẫn đến vị trí của các vật thể xuyên sao Hải Vương mới, chưa từng được khám phá, và cả những điều mới mẻ khác nữa.

“Từ quan điểm của cuộc sống hàng ngày, sẽ không có một ai thay đổi thói quen hàng ngày của họ, ví dụ như đánh răng nhiều hơn, chỉ vì có một hành tinh đang tồn tại bên ngoài vũ trụ kia, với khoảng cách tới mặt trời thậm chí còn xa hơn hàng trăm lần so với trái đất. Nhưng đồng thời, hãy suy nghĩ mà xem. Ý tôi là, bản chất tự nhiên của con người là khát khao khám phá. Một phần bản chất của chúng ta là không ngừng đặt câu hỏi.
Cái gì đang ở ngoài đó?
Điều gì nằm ngoài đại dương?
Có gì ở phía bên kia ngọn đồi này? 
Điều gì nằm bên ngoài hành tinh này? 
Thứ gì nằm ngoài rìa của hệ mặt trời? 
Hỏi và trả lời những câu hỏi này sẽ mang lại một cảm giác vô cùng thỏa mãn Tôi nghĩ rằng đây thực sự là yếu tố quan trọng đối với những trải nghiệm của loài người chúng ta”.