Vén màn bí ẩn Eris – hành tinh em út của hệ mặt trời

Cơ hội bắt được ánh sáng phát ra từ một ngôi sao ở xa đã cung cấp cho các nhà thiên văn dồi dào thông tin về Eris – một “hành tinh lùn” hiện ở cách Mặt trời xa hơn Trái đất 100 lần. Bằng cách sử dụng nhiều kính thiên văn theo dõi Eris chuyển động phía trước ngôi sao đó, một đội nhà khoa học quốc tế đã tính ra đường kính của hành tinh lùn trên và đã đo khả năng phản xạ ánh sáng của nó. Các quan sát cho thấy Eris cùng kích cỡ như Pluto, nhưng đặc hơn và sáng hơn, với độ sáng cho thấy Eris bị bao phủ một lớp băng dày một mm tự làm mới trong một chu kì 500 năm.

Được phát hiện ra vào năm 2005, Eris là một trong những vật thể xa xôi nhất từng được biết trong hệ mặt trời. Bằng cách nghiên cứu chuyển động tương đối của Eris và vệ tinh đồng hành của nó, Dysnomia, các nhà thiên văn đã tính ra Eris có khối lượng bằng một phần tư Mặt trăng của chúng ta, khiến nó nặng hơn Pluto khoảng 27%. Vì thế, các nhà thiên văn đã nghĩ Eris cũng có đường kính lớn hơn Pluto – nhưng không thể có thêm ước tính đáng tin cậy nào vì Eris ở quá xa nên nó chỉ là một điểm sáng ngay cả khi nhìn qua những chiếc kính thiên văn mạnh nhất.

Kính thiên văn 50 cm Caisey Harlingten tại San Pedro de Atacama, Chile, nơi đã thu một trong những đường cong ánh sáng che khuất của Eris. (Ảnh: A Maury)

Tác dụng che khuất

Tuy nhiên, nay Bruno Sicardy thuộc Đài thiên văn LESIA Paris cùng các đồng nghiệp vừa sử dụng một số kính thiên văn ở Nam Mĩ để theo dõi Eris khi nó chuyển động giữa một ngôi sao và Trái đất, cho thấy Eris thật ra cùng kích cỡ như Pluto. Khi một sự che khuất như thế xảy ra, những người quan sát trong một dải hẹp trên mặt đất nhìn thấy ngôi sao biến mất trong chừng một phút đồng hồ - giống hệt như nhật thực. Bằng cách đo thời gian ánh sáng bị chặn ở một vài điểm khác nhau trên dải hẹp đó, đội nghiên cứu có thể tính ra bán kính của Eris. Theo Sicardy, thách thức chính không phải là thực hiện phép đo, mà là dự đoán chính xác khi nào và ở đâu có thể nhìn thấy sự che khuất đó.

Lần này, những tính toán cần cù của đội đã mang lại thành quả vì ba chiếc kính thiên văn ở Chile – hai ở San Pedro de Atacama và chiếc kia ở La Silla cách đó vài trăm km – đã nhìn thấy một sự mờ đi nổi bật trong ánh sáng phát ra từ ngôi sao khi Eris đi ngang qua nó vào tháng 11 năm 2010. Một chiếc kính thiên văn thứ tư ở Argentina, cách La Silla vài trăm km, không nhìn thấy sự mờ đi nào – và phối hợp với nhau, những thông tin này cho phép đội tính ra đường kính của Eris là khoảng 2314 đến 2338 km. Con số này chính xác hơn ước tính hiện nay của chúng ta cho đường kính của Pluto (2300 – 2400 km), vì khí quyển Pluto làm nhòe ảnh nên rất khó ước tính. Thật vậy, nghiên cứu sự che khuất có thể tìm thấy chẳng có bằng chứng nào của một bầu khí quyển trên Eris.

Bằng cách đo ánh sáng phát ra từ Eris trong lần che khuất trên, đội khoa học còn có thể xác định bao nhiêu ánh sáng mặt trời bị phản xạ từ bề mặt của nó. Các nhà nghiên cứu đã có thể xác nhận những quan sát trước đây rằng Eris rất sáng, cho thấy nó có “suất phản biểu trắc địa khả kiến” là 0,96. Giá trị này lớn hơn nhiều so với của Pluto, khoảng 0,6. Độ sáng như thế có phần bất ngờ vì, do phơi ra trước gió mặt trời nên người ta nghĩ Eris tối hơn nhiều.

Bọt thăng hoa

Sicardy tin rằng suất phản chiếu cao như thế là do một lớp cực mỏng “bọt” nitrogen đông đặc chỉ dày một mm trên bề mặt Eris. Mặc dù Eris hiện nay ở xa Mặt trời gần 100 đơn vị thiên văn (AU), nhưng nó có quỹ đạo rất lệch tâm sẽ mang nó đến gần 38 AU trong khoảng 250 năm. Khi nó ở gần Mặt trời, Sicardy tin rằng lớp mỏng nitrogen trên sẽ thăng hoa để tạo ra một bầu khí quyển giống hệt như của Pluto. Sau đó, khi Eris chuyển động ra xa Mặt trời, chất khí ddos sẽ đông đặc trở lại thành một bề mặt mới phản chiếu mạng. Mike Brown thuộc Viện Công nghệ California, người từng thuộc đội khoa học đã khám phá ra Eris, đồng ý với quan điểm thay băng mới như thế. “Đó dường như là một giả thuyết rất tự nhiên để lí giải suất phản chiếu cao lẫn sự thiếu những biến thiên bề mặt khả kiến”, ông nói.

Khi kết hợp kết quả mới trên với khối lượng đã biết của Eris, người ta thấy tỉ trọng của hành tinh lùn này là khoảng 2,5 g/cm³ – so với Pluto là 2,0 và 5,5 đối với Trái đất. Theo Sicardy, điều này có nghĩa là Eris chủ yếu là đá phủ trong một lớp dày 100 km gồm nitrogen và methane đông đặc. Mặt khác, Pluto dường như có ít đá và nhiều băng hơn. Brown, nhưng không dính dáng gì với nghiên cứu mới nhất này, cho biết ông thấy “lượng đá cao đáng kể này trong lõi Eris so với Pluto” là “cái bất ngờ nhất” ở quan sát trên.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature 478 493.

Nguồn: physicsworld.com