.jpg){kind=link}
Thực đơn
Sao_Diêm_Vương
Khoảng cách từ Sao Diêm Vương tới Trái Đất khiến việc nghiên cứu sâu về hành tinh này rất khó khăn. Nhiều chi tiết về Sao Diêm Vương sẽ vẫn chưa được biết tới cho đến năm 2015, khi tàu vũ trụ New Horizons tới đó.[46]
Độ sáng biểu kiến bên ngoài của Sao Diêm Vương trong khoảng 15,1, lên tới 13,65 ở điểm cận nhật.[2] Để quan sát được nó, một kính viễn vọng phải có độ mở khoảng 30 cm (12 in).[47] Sao Diêm Vương trông không rõ ràng và giống sao thậm chí khi được quan sát bằng kính viễn vọng lớn bởi đường kính góc của nó chỉ là 0,11". Nó có màu xám sáng pha chút vàng.[48]
Phân tích quang phổ bề mặt Sao Diêm Vương cho thấy nó có thành phần gồm hơn 98% băng nitơ, với các dấu hiệu của methane và carbon monoxide.[49][50] Khoảng cách và những giới hạn về hiện tại trong kỹ thuật kính viễn vọng khiến không thể chụp ảnh trực tiếp các chi tiết bề mặt Sao Diêm Vương. Các hình ảnh từ Kính viễn vọng không gian Hubble không thể hiện bất kỳ một đặc điểm hay dấu hiệu bề mặt có thể phân biệt nào.[51]
Những hình ảnh tốt nhất về Sao Diêm Vương có từ các bản đồ sáng được tạo ra từ các quan sát gần các lần thực của nó với vệ tinh lớn nhất, Charon. Sử dụng quá trình xử lý máy tính, những quan sát được tiến hành bằng những yếu tố sáng khi Sao Diêm Vương bị Charon che khuất. Ví dụ, việc che khuất một điểm sáng trên Pluto sẽ tạo ra một sự thay đổi tổng độ sáng lớn hơn khi che khuất một điểm tối. Sử dụng kỹ thuật này, ta có thể đo đạc tổng độ sáng của hệ Sao Diêm Vương-Charon và theo dõi những thay đổi độ sáng theo thời gian.[52] Những bản đồ được Kính viễn vọng không gian Hubble tổng hợp cho thấy bề mặt Sao Diêm Vương có đặc điểm ở sự không đồng nhất, một sự thực cũng được chứng nhận bởi sự làm cong ánh sáng và bởi những thay đổi định kỳ trong các phổ của nó. Bề mặt Sao Diêm Vương hướng về phía Charon chứa nhiều băng methane hơn, trong khi phía bề mặt đối diện chứa nhiều nitơ và băng carbon monoxit. Điều này biến Sao Diêm Vương thành vật thể có sự trái ngược lớn thứ hai trong Hệ Mặt Trời sau Iapetus.[53]
Kính viễn vọng không gian Hubble cho rằng mật độ Sao Diêm Vương ở trong khoảng 1.8 và 2.1 g/cm³, cho thấy thành phần bên trong của nó gồm khoảng 50–70 phần trăm đá và 30–50 phần trăm băng.[50] Vì sự phân rã phóng xạ của các khoáng chất cuối cùng sẽ làm nóng băng tới mức đủ để chúng tách khỏi đá, các nhà khoa học chờ đợi kết cấu bên trong của Sao Diêm Vương có sự khu biệt, với vật liệu đá lắng xuống thành một lõi đặc bao quanh bởi một áo băng. Có thể quá trình nóng lên đó đang diễn ra ở thời điểm hiện tại, tạo ra một biển nước ngầm bên dưới bề mặt.[54]
Sao Diêm Vương không những nhỏ hơn tất cả các hành tinh khác trong Thái Dương Hệ mà còn nhỏ hơn các vệ tinh sau đây: Ganymede, Titan, Callisto, Io, Mặt Trăng, Europa và Triton. Trong khi đó, Sao Diêm Vương lại lớn hơn tất cả các tiểu hành tinh của vòng đai chính, giữa Sao Hoả và Sao Mộc, hay của vòng đai Kuiper. Điều này làm cho các nhà khoa học tin rằng Sao Diêm Vương không phải là một hành tinh chính thức mà thuộc một loại thiên thể nhiều người gọi là plutino – loại hành tinh nhỏ giống Pluto.
Khối lượng của Sao Diêm Vương không được biết hàng chục năm sau khi nó được khám phá. Việc đo lường quỹ đạo vệ tinh Charon đã giúp các nhà khoa học tính được khối lượng của Sao Diêm Vương, dùng một công thức của Isaac Newton dựa vào các định luật của Johannes Kepler.[55]
Khí quyển Pluto là lớp khí mỏng thành phần gồm khí nitơ, mêtan, và cacbon mônôxít. Chúng có nguồn gốc từ băng trên bề mặt bốc hơi tạo thành.[56] Áp suất bề mặt trong khí quyển thay đổi từ 6,5 tới 24 μbar.[57] Người ta cho rằng quỹ đạo elip dẹt của Pluto có ảnh hưởng lớn đến khí quyển của nó: khi Diêm Vương Tinh chuyển động ra xa Mặt Trời, bầu khí quyển của nó bị đóng băng dần và rơi trở lại bề mặt. Khi Pluto đến gần Mặt Trời hơn, nhiệt độ bề mặt tăng lên, băng trên bề mặt thăng hoa thành khí. Quá trình này tạo ra hiệu ứng nhà kính ngược; giống như mồ hôi làm lạnh cơ thể khi nó toát ra bề mặt da, sự thăng hoa này làm lạnh bề mặt của Pluto. Các nhà khoa học sử dụng mảng kính thiên văn vô tuyến Submillimeter Array gần đây đã phát hiện ra rằng nhiệt độ trên bề mặt Pluto vào khoảng 43 K (−230 °C), lạnh hơn 10 K so với giá trị trước đó.[58]
Do có mặt mêtan, một loại khí nhà kính mạnh, hiện tượng đảo ngược nhiệt độ trong khí quyển của Pluto đã xảy ra, với nhiệt độ trung bình ấm hơn 36 K ở độ cao trên 10 km so với bề mặt.[59] Tầng khí quyển thấp hơn có độ tập trung mêtan cao hơn so với tầng khí quyển trên cao.[59]
Chứng cứ đầu tiên cho thấy Sao Diêm Vương có bầu khí quyển được tìm thấy tại Đài quan sát trên không Kuiper (Kuiper Airborne Observatory) năm 1985, dựa trên quá trình quan sát một ngôi sao bị che khuất bởi Pluto. Khi một thiên thể không có bầu khí quyển di chuyển ra phía trước ngôi sao thì ánh sáng từ ngôi sao bị biến mất một cách đột ngột; trong trường hợp của Diêm Vương Tinh, ngôi sao mờ dần dần đi.[60] Từ tốc độ mờ dần, người ta tính ra được áp suất khí quyển bằng 0,15 pascal, xấp xỉ 1/700.000 so với của Trái Đất.[61] Những kết quả này được củng cố mạnh mẽ bằng những quan sát mở rộng trong quá trình che khuất xảy ra vào năm 1988.
Năm 2002, sự kiện Pluto che khuất một ngôi sao khác đã được quan sát và phân tích bởi đội đứng đầu là Bruno Sicardy ở Đài quan sát Paris,[62] James L. Elliot ở MIT,[63] và Jay Pasachoff ở Williams College.[64] Kết quả họ thu được thật ngạc nhiên, áp suất khí quyển ước tính bằng 0,3 pascal, cho dù thời điểm này Pluto nằm xa Mặt Trời hơn so với thời điểm năm 1988 và do đó bầu khí quyển phải lạnh và loãng hơn. Một cách giải thích cho sự khác biệt này là năm 1987, cực nam của Sao Diêm Vương bắt đầu đi ra khỏi bóng tối trong suốt 120 năm, gây ra hiện tượng nitơ thăng hoa từ băng ở cực nam. Phải mất hàng thập kỉ để khí nitơ dư thừa ngưng tụ lại trong bầu khí quyển khi nó bị đóng băng trên chỏm băng tối vĩnh cửu ở cực bắc.[65] Các đỉnh nhọn trong biểu đồ dữ liệu từ các nghiên cứu này cho thấy khả năng có gió thổi trong khí quyển của Sao Diêm Vương.[65] Đội MIT-Williams College gồm James Elliot, Jay Pasachoff, và đội do Leslie Young dẫn đầu từ Viện nghiên cứu Tây Nam Southwest Research Institute cũng quan sát sự che khuất của Pluto vào ngày 12 tháng 6 năm 2006 tại Australia.[66]
Tháng 10 năm 2006, Dale Cruikshank ở Trung tâm nghiên cứu Ames thuộc NASA (người đồng lãnh đạo dự án New Horizons) và các đồng nghiệp thông báo họ phát hiện ra dấu vết của êtan trong quang phổ trên bề mặt của Sao Diêm Vương. Lượng êtan này được sinh ra từ sự quang phân hay sự phân ly do bức xạ (sự chuyển đổi hợp chất hóa học do ánh sáng hay bức xạ) của mêtan đóng băng trên bề mặt Pluto hay lơ lửng trong bầu khí quyển của nó.[67]
Quỹ đạo của Sao Diêm Vương khác với các hành tinh khác do có độ nghiêng quỹ đạo >17° và tâm sai ~0,25.[68] Chỉ quỹ đạo của Sao Thủy có độ nghiêng đáng kể là ~7° và tâm sai là ~0,2; còn các hành tinh khác thì có quỹ đạo elip với tâm sai rất bé. Tâm sai lớn có nghĩa là một phần của quỹ đạo Sao Diêm Vương gần với Mặt Trời hơn quỹ đạo của Sao Hải Vương. Khi đến gần điểm cận nhật, Sao Diêm Vương ở gần Mặt Trời hơn Sao Hải Vương. Nhưng do độ nghiêng quỹ đạo, điểm cận nhật của nó ở phía bên trên (~8.0 AU) mặt phẳng hoàng đạo.[69][70][71] Các sơ đồ trên hai hình bên biểu diễn vị trí tương đối của quỹ đạo Sao Diêm Vương so với mặt phẳng hoàng đạo (mặt cắt vuông góc mặt phẳng hoàng đạo - ecliptic view), và hình chiếu từ trên xuống vuông góc với mặt phẳng hoàng đạo (polar view) với vị trí hiện hành của Sao Diêm Vương và Sao Hải Vương. Các đoạn quỹ đạo phía trên mặt phẳng hoàng đạo được tô màu sáng hơn, các đoạn nằm dưới thì có màu tối hơn; điểm cận nhật và điểm viễn nhật được đánh dấu lần lượt bằng các chữ q và Q.
Dù rõ ràng quỹ đạo của Sao Diêm Vương cắt quỹ đạo Sao Hải Vương khi quan sát trực tiếp từ phía trên hoàng đạo, hai vật thể này không thể va chạm. Điều này bởi các quỹ đạo của chúng được sắp thẳng hàng sao cho Sao Diêm Vương và Sao Hải Vương không bao giờ tiếp cận gần. Nhiều yếu tố tác động tới việc này.
Ở mức độ đơn giản nhất, một người có thể xem xét hai quỹ đạo và thấy rằng chúng không giao nhau. Khi Sao Diêm Vương ở vị trí cận nhật, và vì thế cũng ở điểm gần nhất với quỹ đạo của Sao Hải Vương như được quan sát ở hình chiếu từ trên xuống, nó cũng ở điểm xa nhất phía trên hoàng đạo. Điều này có nghĩa thực tế quỹ đạo Sao Diêm Vương chạy qua phía trên quỹ đạo Sao Hải Vương, khiến chúng không thể va chạm.[69] Quả vậy, phần quỹ đạo Sao Diêm Vương ở gần Mặt Trời hơn quỹ đạo Sao Hải Vương nằm khoảng 8 AU phía trên hoàng đạo,[70] và cũng cách một khoảng tương tự với quỹ đạo Sao Hải Vương.[71] Giao điểm lên của quỹ đạo của Sao Diêm Vương, điểm tại đó quỹ đạo cắt ngang hoàng đạo, hiện cách khỏi quỹ đạo Sao Hải Vương hơn 21°;[72] các giao điểm xuống của chúng cũng cách nhau một khoảng cách góc tương tự (xem biểu đồ). Bởi quỹ đạo Sao Hải Vương hầu như phẳng so với mặt phẳng hoàng đạo, Sao Diêm Vương luôn cách xa phía trên khi hai hành tinh ở gần nhau trên quỹ đạo.
Chỉ riêng điều này không đủ để bảo vệ Sao Diêm Vương; các nhiễu loạn (ví dụ, tiến động quỹ đạo) từ các hành tinh, đặc biệt là Sao Hải Vương, sẽ làm thay đổi quỹ đạo Sao Diêm Vương, vì thế trong hàng triệu năm một vụ va chạm có thể xảy ra. Một số cơ cấu khác hay các cơ cấu sẽ hoạt động từ đó. Cơ cấu đáng chú ý nhất là một cộng hưởng chuyển động trung bình với Sao Hải Vương.
Biểu đồ này thể hiện các vị trí quan hệ của Sao Diêm Vương (màu đỏ) và Sao Hải Vương (màu xanh) tại các thời điểm được lựa chọn. Kích thước Sao Hải Vương và Sao Diêm Vương được thể hiện như nghịch đảo tỷ lệ với khoảng cách giữa chúng để nhấn mạnh lần tiếp cận gần nhất năm 1896.Sao Diêm Vương nằm ở 3:2 cộng hưởng khoảng cách chuyển động trung bình với Sao Hải Vương: cứ ba lần Sao Hải Vương quay xung quanh Mặt Trời, Sao Diêm Vương thực hiện điều đó 2 lần. Hai vật thể sau đó sẽ quay trở lại các vị trí ban đầu của chúng và chu kỳ lặp lại, mỗi chu kỳ kéo dài 500 năm. Mô hình này được xác định sao cho, trong mỗi chu kỳ 500 năm, lần đầu tiên Sao Diêm Vương gần điểm cận nhật Sao Hải Vương ở hơn 50° phía sau Sao Diêm Vương. Ở lần cận nhật thứ hai của Sao Diêm Vương, Sao Hải Vương sẽ hoàn thành một vòng nữa và một nửa vòng riêng trên quỹ đạo của nó, và vì thế sẽ ở một khoảng cách tương tự phía trước Sao Diêm Vương. Trên thực tế, khoảng cách tối thiểu giữa Sao Diêm Vương và Sao Hải Vương là hơn 17 AU; Sao Diêm Vương thực tế có thời điểm ở gần (11 AU) Sao Thiên Vương hơn Sao Hải Vương.[71]
Sự cộng hưởng 3:2 giữa hai vật thể rất ổn định, và không thay đổi trong hàng triệu năm.[73] Điều này khiến quỹ đạo của chúng không thể thay đổi so với nhau— chu kỳ luôn lặp lại theo cùng cách— và hai vật thể không bao giờ đến được gần nhau. Vì thế, thậm chí khi quỹ đạo của Sao Diêm Vương không quá nghiêng, hai vật thể cũng không bao giờ va chạm nhau.[71]
Những nghiên cứu số đã cho thấy rằng sau những chu kỳ hàng triệu năm, hình thức tổng thể của sự thẳng hàng giữa quỹ đạo của Sao Diêm Vương và Sao Hải Vương không thay đổi.[69][74] Tuy nhiên, có nhiều sự cộng hưởng và tác động khác ảnh hưởng tới các chi tiết chuyển động tương đối của chúng, và tăng cường tính ổn định của Sao Diêm Vương. Chúng xuất hiện chủ yếu từ hai cơ cấu phụ trợ (ngoài sự cộng hưởng chuyển động trung bình 3:2).
Đầu tiên, cuộc tranh cãi về điểm cận nhật của Sao Diêm Vương, góc giữa điểm nơi nó cắt hoàng đạo và điểm nó ở gần Mặt Trời nhất, đu đưa quanh 90°.[74] Điều này có nghĩa khi Sao Diêm Vương ở gần Mặt Trời nhất, nó đang ở điểm xa nhất phía trên mặt phẳng hoàng đạo của Hệ Mặt Trời, ngăn cản va chạm với Sao Hải Vương. Đây là hậu quả trực tiếp của cơ cấu Kozai,[69] liên quan tới sự lệch tâm của một quỹ đạo với độ nghiêng của nó, liên hệ với một vật thể làm nhiễu động lớn hơn — trong trường hợp này là Sao Hải Vương. Liên quan tới Sao Hải Vương, biên độ dao động là 38°, và vì thế sự chia tách góc của điểm cận nhật của Sao Diêm Vương với quỹ đạo của Sao Hải Vương luôn lớn hơn 52° (= 90°–38°). Sự chia tách nhỏ nhất này diễn ra mối 10,000 năm.[73]
Thứ hai, các kinh độ của giao điểm lên của hai vật thể — các điểm khi chúng cắt mặt phẳng hoàng đạo - ở cộng hưởng gần với sự đu đưa bên trên. Khi hai kinh độ trùng nhau — có nghĩa, khi một kinh độ có thể vẽ một đường thẳng xuyên qua cả hai điểm giao và Mặt Trời — điểm cận nhật của Sao Diêm Vương nằm chính xác tại 90°, và nó ở gần Mặt Trời Nhật khi ở đỉnh phía trên quỹ đạo Sao Hải Vương. Nói cách khác, khi Sao Diêm Vương nằm gần nhất các giao điểm của mặt phẳng quỹ đạo Sao Hải Vương, nó cũng ở xa nhất phía trên nó. Điều này được gọi là siêu cộng hưởng 1:1.Để hiểu tình trạng của sự đu đưa, tưởng tượng một điểm quan sát phía trên cực, nhìn xuống đường hòng đạo từ một điểm ưu thế ở xa nơi các hành tinh chuyển động theo quỹ đạo ngược chiều kim đồng hồ. Sau khi vượt qua điểm giao lên, Sao Diêm Vương ở bên trong quỹ đạo Sao Hải Vương và chuyển động nhanh hơn, tiếp cận với Sao Hải Vương từ phía sau. Lực hút hấp dẫn mạnh giữa hai vật thể khiến động lượng góc từ Sao Hải Vương được chuyển sang Sao Diêm Vương. Điều này khiến Sao Diêm Vương đi vào một quỹ đạo hơi lớn hơn, nơi nó đi hơi chậm lại, tuân theo Định luật thứ ba của Kepler. Khi quỹ đạo thay đổi, nó dần tạo hiệu ứng thay đổi pericentre và các kinh độ của Sao Diêm Vương (và, ở mức độ nhỏ hơn, của Sao Hải Vương). Sau nhiều lần lặp lại như vậy, Sao Diêm Vương đã bị hãm lại ở mức đủ, và Sao Hải Vương cũng tăng tốc ở mức đủ, khiến Sao Hải Vương bắt đầu bắt Sao Diêm Vương tại phía đối diện quỹ đạo của nó (gần điểm giao đối diện nơi chúng ta bắt đầu). Quá trình này sau đó lại đảo ngược, và Sao Diêm Vương mất động lượng góc cho Sao Hải Vương, cho tới khi Sao Diêm Vương tăng tốc đủ để nó bắt đầu bắt Sao Hải Vương một lần nữa ở điểm ban đầu. Toàn bộ quá trình hoàn thành trong khoảng 20,000 năm.[71][73]
Thực đơn
Sao_Diêm_VươngLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Sao_Diêm_Vương