Sau cuộc chạm trán gần của nó tại vật thể Vành đai Kuiper Arrokoth vào ngày đầu năm mới 2019, tàu vũ trụ New Horizons hiện đang di chuyển qua Hệ Mặt trời bên ngoài với tốc độ 50.000 km/h. Vào tháng 12 năm 2020, nó dành vài ngày để quay một trong các máy ảnh của mình về phía một số thiên thể nhỏ, băng giá sống trong các hốc sâu của Vành đai Kuiper.
Mặc dù những bức ảnh được trả về bởi tập hợp các quan sát mới này sẽ chỉ là những chấm nhỏ trên nền đầy sao, nhưng chúng có thể giúp các nhà nghiên cứu tìm hiểu lịch sử sâu xa của khu vực lân cận hành tinh của chúng ta.
Đọc thêm:
Khi ra mắt vào năm 2006, mục tiêu chính của New Horizons là hệ thống Sao Diêm Vương. Hành tinh một thời và các mặt trăng của nó nằm cách Trái đất khoảng 5,75 tỷ km, trong một khu vực lân cận hành tinh của chúng ta mà các nhà thiên văn học gọi là Vành đai Kuiper.
Ở đây ngoài quỹ đạo của sao Hải Vương khổng lồ khí, không chỉ có Sao Diêm Vương và một số thế giới băng giá khác có đường kính hơn 1.100 km, mà còn có hàng nghìn vật thể băng giá nhỏ hơn.
Cuộc thám hiểm Sao Diêm Vương của New Horizons là bước đột phá đầu tiên của loài người vào khu vực bí ẩn này và khi tàu vũ trụ bay qua quả địa cầu băng giá của hành tinh lùn vào năm 2015, nó đã thu được những khung cảnh đầy mê hoặc của những ngọn núi băng được chiếu sáng xiên và những đồng bằng rộng lớn, đóng băng với những miệng núi lửa.
Nhưng nhóm điều khiển tàu vũ trụ cũng để mắt đến những gì nằm trong bóng tối phía bên kia.
Sau một cuộc tìm kiếm chi tiết vào năm 2014, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một cư dân ở Vành đai Kuiper cách Sao Diêm Vương hơn 1,3 tỷ km, ở vị trí mà tàu thăm dò hướng ra ngoài liên tục có thể trả cho nó một chuyến bay thoáng qua.
Vì vậy, trong vài giờ đầu tiên của năm 2019, khi những người vui chơi mắt lờ mờ chào đón, New Horizons đã chiếu những hình ảnh về nhà và các phép đo khoa học về ‘Arrokoth’ – một vật thể kỳ lạ, dài khoảng 30 km dường như được tạo thành từ hai vật thể băng giá đã va chạm vào nhau. và trở thành một.
Việc kiểm tra và giải thích các kết quả thu thập được trong những giờ quý giá đó tại Arrokoth đã chiếm lĩnh nhiều nhà khoa học của sứ mệnh Chân trời mới kể từ đó.
Để biết thêm về điều này, hãy đọc cuộc phỏng vấn của chúng tôi với nhà khoa học Carey Lisse của New Horizons.
Giáo sư Anne Verbiscer, một nhà khoa học trợ lý dự án trong nhóm New Horizons, cho biết: “Đó là một cơn lốc giảm thiểu và phân tích dữ liệu. “Có một lượng thông tin khổng lồ mà chúng tôi đã học được từ chuyến bay đó.”
Một phần ý nghĩa của các quan sát bay ngang qua Arrokoth là chúng đại diện cho lần đầu tiên
các nhà nghiên cứu đã nhìn thấy một trong những vật thể Vành đai Kuiper nhỏ và cực xa này một cách chi tiết như vậy.
Verbiscer nói: “Thật sự rất ngạc nhiên khi thấy thứ gì đó ở xa Mặt trời trông như thế nào khi ở gần.
Arrokoth là một phần của quần thể các vật thể trong Vành đai Kuiper được gọi là ‘Cold Classicals’.
Mặc dù đây là những thực thể bị đóng băng, nhưng do khoảng cách quá xa so với ngôi sao của chúng ta, từ ‘lạnh’ trong tên của chúng thực sự đề cập đến việc chúng vẫn không bị xáo trộn qua hàng nghìn năm.
Verbiscer giải thích: “Vị trí hoặc quỹ đạo của chúng không bị thay đổi theo bất kỳ cách nào.
“Chúng đã di chuyển quanh Mặt trời trong bốn tỷ năm và chúng không nhúc nhích. Vì vậy, chúng nằm ở nơi chúng được hình thành và không bị thay đổi bởi bất kỳ hình thức di cư hay ảnh hưởng nào của các hành tinh bên ngoài, đặc biệt là Sao Hải Vương. “
Thật vậy, người ta cho rằng các vật thể thuộc Vành đai Kuiper Cổ điển Lạnh là tàn dư nguyên thủy của đĩa tiền hành tinh, từ đó các hành tinh mà chúng ta biết ngày nay xuất hiện.
Verbiscer cho biết: “Đây là cái nhìn cận cảnh đầu tiên của chúng tôi về một thứ được coi là khối xây dựng cho Hệ Mặt trời.
Dữ liệu khoa học từ chuyến bay ngang qua Arrokoth rất phong phú với manh mối về cách một số vật thể trong Vành đai Kuiper cổ xưa nhất – và nói rộng ra là các thế giới rộng lớn hơn trong gia đình hành tinh của chúng ta – được cấu tạo.
Hình ảnh từ New Horizons cho thấy hai phần của Arrokoth có cùng thành phần, cùng màu sắc và cùng mức độ sẹo do tác động của thiên thạch.
Điều đó cho các nhà khoa học biết rất nhiều về lịch sử của cặp vật thể hiện đã được nối này.
Verbiscer giải thích: “Sự giống nhau của các thùy của Arrokoth cho thấy rằng chúng được hình thành ở cùng một nơi, từ cùng một loại vật liệu và chúng đã trải qua quá trình tiến hóa giống nhau trong thời đại của Hệ Mặt trời”.
Các quan sát vào tháng 12 năm 2020 của New Horizons sẽ nâng cao bức tranh về Vành đai Kuiper của các nhà thiên văn học, cung cấp bối cảnh cho dữ liệu được thu thập tại Arrokoth và các nghiên cứu khác về các vật thể trong Vành đai Kuiper được thực hiện trong sứ mệnh.
Verbiscer nói: “Chúng tôi đang bắt đầu xem xét đủ số lượng chúng – và lấy đủ mẫu thống kê – để đưa ra kết luận về một loại đối tượng này so với loại đối tượng khác.
Hơn nữa, một số mục tiêu mới có thể là một phần của tập hợp các vật thể có câu chuyện rất khác với các vật thể thuộc Vành đai Kuiper Cổ điển Lạnh.
Đây là những vật thể có quỹ đạo – không giống như quỹ đạo của Arrokoth và họ hàng của nó – bị nhiễu loạn rất nhiều trong thời kỳ đầu của sự sống của Hệ Mặt Trời.
Chúng được cho là đã bị đẩy ra ngoài do tương tác hấp dẫn với các hành tinh khí khổng lồ, và hiện đang cư trú trong vùng được gọi là vùng ‘Đĩa phân tán’ của Vành đai Kuiper.
Verbiscer giải thích: “Chúng sẽ nghiêng về đường hoàng đạo, hoặc mặt phẳng mà tất cả các hành tinh và Vành đai Cổ điển Lạnh quay quanh. “Chúng tôi chắc chắn rất mong được nhìn thấy những vật thể nằm rải rác này bởi vì chúng tôi chưa quan sát quá nhiều trong số chúng cho đến nay.”
Các mỏ đá của New Horizons cho đợt quan sát mới của nó đã được tìm thấy vào đầu năm 2020, không phải bởi các thiết bị của tàu vũ trụ, mà bởi một cuộc khảo sát trên mặt đất có sự tham gia của các nhà nghiên cứu từ Canada, Nhật Bản và chính nhóm New Horizons.
Tiến sĩ Simon Porter, một đồng điều tra viên làm việc trong nhiệm vụ cho biết: “Tất cả chúng đều được phát hiện bằng kính viễn vọng Subaru của Nhật Bản ở Hawaii, đặc biệt là với Máy ảnh Hyper SuPrime, có trường quan sát rất lớn.
Tổng cộng có khoảng 90 vật thể Vành đai Kuiper đã được phát hiện nhờ cuộc tìm kiếm chi tiết này, nhưng chỉ có 9 vật thể nằm trong khả năng quan sát của phi thuyền NASA.
Porter nói: “Thách thức lớn nhất hiện nay là chiến đấu với thời gian. “New Horizons đang nhanh chóng di chuyển ra khỏi trung tâm Vành đai Kuiper, vì vậy số lượng vật thể Vành đai Kuiper gần tàu vũ trụ đang giảm dần theo thời gian.
“Điều đó có nghĩa là hầu hết các vật thể mà chúng tôi tìm thấy đều có thể nhìn thấy sớm hơn và chúng tôi cần phải làm việc nhanh chóng để xác định quỹ đạo của chúng đủ tốt để quan sát chúng bằng New Horizons.”
Để đạt được điều này, Porter và các đồng nghiệp của ông dự định sử dụng quang học mạnh mẽ của Kính viễn vọng Không gian Hubble để chịu đựng chín thiên thể ở xa.
“Sau đó, chúng tôi có thể sử dụng dữ liệu Hubble có độ chính xác cao để hướng dẫn các quan sát của New Horizons về các vật thể này vào tháng 12 hoặc loại trừ chúng vì chúng quá mờ nhạt [để tàu thăm dò có thể nhìn thấy],” ông nói thêm.
Do khoảng cách lớn mà New Horizons sẽ quan sát các mục tiêu – tàu vũ trụ đã bay cách Arrokoth khoảng 3.500 km, nhưng chúng sẽ cách khoảng 150 triệu km và có khả năng xa hơn – camera tầm xa nhạy cảm LORRI của tàu thăm dò sẽ thực hiện những quan sát mới.
Ngay cả khi đó, các vật thể băng giá sẽ chỉ xuất hiện dưới dạng một vệt sáng trên nền các ngôi sao. Nhưng điểm nhỏ bé đó chứa nhiều thông tin hơn bạn nghĩ.
Dữ liệu có thể cho phép các nhà khoa học kiểm tra cách vật thể Vành đai Kuiper đó tán xạ ánh sáng. Một bí ẩn hiện chưa được giải đáp là các thế giới lớn hơn của Vành đai Kuiper – như Sao Diêm Vương, MakeMake, Eris và Haumea – dường như tán xạ ánh sáng khác với các thiên thể nhỏ hơn, chẳng hạn như Arrokoth.
Điều này có thể là do sự khác biệt về kết cấu bề mặt hay nó có liên quan gì đến hình dạng của các vật thể?
“Tôi nghi ngờ rằng đó là sự kết hợp của cả hai,” Anne Verbiscer nói. “Câu hỏi đặt ra là liệu chúng ta có thể tách rời hai thứ đó và nói rằng phần lớn thứ này được cho là do hình dạng bất thường và phần lớn những gì chúng ta thấy là do bề mặt thực sự là một thứ gì đó khác biệt.”
Thu thập thêm các quan sát có thể giúp làm sáng tỏ câu trả lời.
Đối với một số đối tượng Vành đai Kuiper sáng hơn mà nó sẽ nghiên cứu, New Horizons sẽ thực hiện các quan sát lặp lại trong suốt 18 giờ.
Bằng cách kiểm tra độ sáng của các mục tiêu dao động như thế nào, các nhà nghiên cứu trong nhiệm vụ sẽ có thể tạo ra cái gọi là ‘đường cong ánh sáng’ cho các vật thể.
Verbiscer giải thích: “Những gì bạn muốn thấy sau đó là mô hình lặp đi lặp lại sáng, tối, sáng, tối,” Verbiscer giải thích, mô tả mô hình độ sáng thay đổi khi mục tiêu quay. Cô ấy nói thêm: “Bạn có thể khớp nó [và] gấp nó lại với chính nó, và đó là cách bạn có được khoảng thời gian quay,” cô ấy nói thêm.
Các đường cong ánh sáng thu được từ phối cảnh độc đáo của Chân trời mới cũng có thể được phân tích cùng với những đường cong được tạo ra từ các nghiên cứu trên mặt đất, có khả năng tiết lộ những hiểu biết sâu sắc về hình dạng của một số vật thể trong Vành đai Kuiper ở xa này.
“Khi bạn nhìn từ vị trí thuận lợi mà New Horizons có được ở bên ngoài Hệ Mặt trời, so với hình dạng xem bạn sẽ có ở đây từ Trái đất [các quan sát dựa trên], những đường cong ánh sáng đó trông khá khác so với các vật thể có hình dạng bất thường “, Verbiscer nói.
Thật đáng kinh ngạc, các phép đo đường cong ánh sáng và tán xạ ánh sáng thậm chí có thể đưa ra manh mối về bản chất bề mặt của mục tiêu.
Ví dụ, một thuộc tính mà nhóm có thể kiểm tra là độ xốp của vật liệu trên vật thể – tức là mặt đất ‘mềm’ như thế nào.
Verbiscer cho biết: “Chúng tôi nghĩ rằng các vi thiên thạch bắn phá bề mặt là thứ khiến nó trở nên bông xốp. “Vì vậy, đó sẽ là thước đo xem nó đã trải qua bao nhiêu cuộc oanh tạc trong suốt cuộc đời của nó.”
Trong bối cảnh các quan sát của sứ mệnh ở Vành đai Kuiper, vẫn còn một chút hy vọng còn sót lại rằng Chân trời mới có thể thực hiện một chuyến thăm gần theo phong cách Arrokoth khác tới một đối tượng Vành đai Kuiper ở xa hơn.
Tuy nhiên, cả Porter và Verbiscer đều nhấn mạnh rằng tỷ lệ tìm được điểm đến phù hợp dường như rất mong manh.
Porter nói: “Chúng tôi đang kiểm tra mọi đối tượng để chắc chắn tuyệt đối. “Giống như đối với Arrokoth, các quan sát của Hubble rất quan trọng để biết quỹ đạo của [các vật thể] đủ rõ để biết liệu chúng có phải là mục tiêu bay ngang tiềm năng hay không.”
Đối với một nhiệm vụ đã tạo ra rất nhiều bất ngờ cho đến nay, một phát hiện như vậy chắc chắn sẽ được xếp hạng là một trong những nhiệm vụ được hoan nghênh nhất.
Will Gater là một nhà báo thiên văn học và người dẫn chương trình khoa học. Bài viết này ban đầu xuất hiện trong số tháng 12 năm 2020 của Tạp chí BBC Sky at Night .