Bạn đã bao giờ tự hỏi rìa của Hệ mặt trời ở đâu và ngoài kia có gì chưa? Các nhiệm vụ mới và gần đây đang tiết lộ rằng còn rất nhiều điều cần khám phá ở những vùng bên ngoài của khu vực vũ trụ của chúng ta.
Khi hầu hết mọi người mô tả Hệ Mặt trời, họ chỉ nghĩ đến 8 hành tinh quay quanh Mặt trời của chúng ta và hành tinh lùn Pluto. Tuy nhiên, trên thực tế, khu phố của chúng tôi còn vượt xa điều đó. Bên ngoài quỹ đạo của chúng là một khoảng không gian rộng lớn và vô hình mà các nhà thiên văn học đang bắt đầu chiếu sáng.
Không dễ để đo khoảng cách trong không gian, nhưng các nhà thiên văn học đã có thể xác định rằng bên ngoài Sao Hải Vương có một vành đai các vật thể băng giá còn sót lại từ quá trình hình thành Hệ Mặt trời, được gọi là Vành đai Kuiper. Vùng này kéo dài từ 30 đến 50 AU (trong đó 1 AU là khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời).
Các nhà lý thuyết lần đầu tiên đề xuất sự tồn tại của nó sau khi Clyde Tombaugh phát hiện ra Sao Diêm Vương vào năm 1930 khiến các nhà thiên văn học tự hỏi liệu các thế giới khác có thể ẩn náu ở đó hay không.
Chỉ gần đây, công nghệ mới có thể tiết lộ hàng loạt các vật thể băng giá này, và giờ đây, các kính thiên văn như PanSTARRS và Kính viễn vọng Vera Rubin sắp ra mắt sẽ quét bầu trời mỗi đêm, tìm kiếm các đốm xa của các vật thể Vành đai Kuiper (KBO) di chuyển trên nền ngôi sao.
Trong những năm qua, đã có một số cuộc điều tra có mục tiêu xem xét sâu về các khu vực cụ thể trong khu vực.
Một trong số này đang tìm kiếm mục tiêu tiềm năng cho một trong số ít tàu vũ trụ đã mạo hiểm vào không gian bí ẩn này: New Horizons.
Tàu thăm dò đã bay qua Sao Diêm Vương vào ngày 14 tháng 7 năm 2015, trước khi đi ngang qua KBO thứ hai, Arrokoth, vào ngày 1 tháng 1 năm 2019.
Alan Stern, điều tra viên chính của New Horizons cho biết: “Chúng tôi đã tìm kiếm một mục tiêu mới trong bốn năm, bắt đầu từ năm 2011, đỉnh điểm là vào năm 2014 với việc Hubble phát hiện ra Arrokoth.
“Chúng tôi đã tìm thấy hàng chục vật thể trong Vành đai Kuiper, nhưng chỉ có hai vật thể nằm trong tầm với của nhiên liệu. Chúng tôi hiện đang bắt đầu một cuộc tìm kiếm mới bằng cách sử dụng các kính thiên văn lớn trên mặt đất để tìm mục tiêu bay ngang qua thứ ba.”
Cùng với việc có được những cái nhìn cận cảnh về những thế giới xa xôi này, New Horizons cũng đã sử dụng kính viễn vọng Máy ảnh Trinh sát tầm xa (LORRI) để kiểm tra một số KBO lân cận khi đi qua khu vực lân cận, mang lại bối cảnh rộng hơn cho các chế độ xem chi tiết từ các điểm bay ngang qua .
Stern cho biết: “Những vật thể này quá nhỏ để có thể nhìn thấy chi tiết từ bất kỳ kính viễn vọng nào trên Trái đất hoặc thậm chí là Kính viễn vọng Không gian Hubble.
“Với New Horizons, chúng tôi có thể xác định các đường cong ánh sáng, chu kỳ quay và hình dạng của chúng. Chúng ta có thể tìm kiếm các vệ tinh và nâng cao kiến thức về số lượng KBO có mặt trăng. Ngoài ra, chúng ta có thể nghiên cứu các tính chất vật lý vi mô của bề mặt, chẳng hạn như độ nhám. Điều đó chỉ có thể được thực hiện từ New Horizons.”
Trong suốt hành trình của mình qua Vành đai Kuiper, New Horizons đã đo lường sự phân bố của bụi trong không gian dường như trống rỗng. Cuối cùng, các nhà thiên văn học hy vọng tàu vũ trụ sẽ nhận thấy các mức bụi này giảm đi, báo hiệu rằng thời gian của nó trong Vành đai đã kết thúc.
Stern nói: “Vành đai Kuiper chỉ chạy trong một khoảng cách hữu hạn. “Đến cuối những năm 2020, khoảng năm 2027, chúng ta sẽ thoát khỏi
Thắt lưng. Nó không phải là kết thúc của nhiệm vụ mặc dù. Có rất nhiều nhu cầu về Chân trời mới bởi vì chúng ta đang ở rất xa trong Hệ Mặt trời mang theo một khối lượng khoa học đáng kinh ngạc.”
Các nhà nghiên cứu đã yêu cầu thời gian quý báu trên tàu vũ trụ để quan sát nhật quyển, bong bóng khí được tạo ra bởi gió mặt trời bao quanh Hệ Mặt trời của chúng ta, được giữ nguyên bởi từ trường của Mặt trời.
Hiện tại, New Horizons đã phát hiện ra các ion thu nhận – các hạt có nguồn gốc từ không gian giữa các vì sao, nhưng hiện đang bị mắc kẹt trong nhật quyển.
New Horizons không phải là tàu vũ trụ duy nhất tìm kiếm các hạt từ rìa Hệ Mặt trời của chúng ta.
Kể từ năm 2008, Nhà thám hiểm ranh giới giữa các vì sao (IBEX) quay quanh Trái đất đã chụp ảnh
các vùng bên ngoài của nhật quyển nơi từ trường của Mặt trời gặp nhau với Dải Ngân hà.
Nó đang kiểm tra các nguyên tử trung hòa năng lượng, các hạt có nguồn gốc bên trong nhật quyển, nhưng đã tương tác với từ trường thiên hà và bị phân tán ngược lại.
Bằng cách lập bản đồ các nguyên tử trung tính này, các nhà nghiên cứu sau đó có thể trích xuất thông tin chi tiết về cấu trúc của nhật quyển bên ngoài.
David McComas, điều tra viên chính của IBEX cho biết: “Một khám phá lớn là cấu trúc được gọi là Dải băng IBEX, một cấu trúc có số lượng hạt phát ra từ nó nhiều gấp hai đến ba lần. “Dải băng đã mờ dần theo thời gian khi áp suất của gió mặt trời thay đổi.”
IBEX đã hoạt động đủ lâu để theo dõi nhật quyển trong suốt toàn bộ chu kỳ 11 năm của mặt trời, quan sát Dải băng mờ đi và sáng lên khi hoạt động của mặt trời dao động.
Các nhà thiên văn học vẫn đang cân nhắc điều gì tạo ra Dải băng, nhưng nó được cho là có liên quan đến sự tương tác của nhật quyển với từ trường giữa các vì sao.
IBEX chỉ có thể quan sát cấu trúc kỳ lạ này khi tàu vũ trụ đưa ra cái nhìn tổng quan toàn cầu về khu vực. Nhưng những gì nó không thể cung cấp là thông tin chi tiết về các điều kiện tại bất kỳ thời điểm nào.
Để thực hiện các phép đo đó, bạn cần phải có mặt tại chỗ. Bốn tàu vũ trụ đã đến thăm khu vực này. Pioneer 10 và 11 không có khả năng đọc bất kỳ bài đọc nào, chỉ còn lại hai nhà thám hiểm: Du khách.
Khi tàu thăm dò Du hành tăng tốc ngày càng xa Trái đất, họ đã thu thập dữ liệu, cho phép các nhà thiên văn xây dựng bản đồ 3D của nhật quyển, hiển thị các đặc điểm khác nhau khi tàu thăm dò đi qua chúng.
Du hành 1 bắt đầu thoát khỏi nhật quyển vào năm 2004, khi nó đi qua cú sốc kết thúc, điểm đánh dấu ranh giới của từ trường của Mặt trời, nơi ảnh hưởng của nó bắt đầu mất dần ảnh hưởng đối với từ trường thiên hà xung quanh.
“Cú sốc kết thúc là nơi gió mặt trời gặp môi trường giữa các vì sao và đột ngột chậm lại”, Ed Stone, nhà khoa học dự án cho các sứ mệnh Du hành cho biết.
Giống như với Dải băng IBEX, người ta cho rằng cú sốc kết thúc có liên quan đến chu kỳ mặt trời, di chuyển vào trong và ra ngoài cùng với hoạt động của mặt trời, do đó khi Du hành 1 trải qua cú sốc kết thúc vào năm 2004, nó cách Mặt trời 94 AU, và khi Du hành 2 đã vượt qua nó ba năm sau đó, nó phát hiện ra cú sốc kết thúc chỉ là 84 AU, cho thấy hình dạng của nhật quyển phức tạp hơn nhiều so với tưởng tượng trước đây.
Với dữ liệu chung của hai tàu vũ trụ này, các nhà thiên văn học đã tìm thấy không gian bên ngoài cú sốc kết thúc chứa đầy các bong bóng từ tính được tạo ra bởi trường của Mặt trời gấp và xoắn khi nó tương tác với trường Thiên hà, trước khi cuối cùng vượt qua rìa của nhật quyển, được gọi là heliopause, điểm không gian giữa các vì sao bắt đầu.
Tầm nhìn của Du hành bị hạn chế. Mỗi người chỉ nhìn thấy một con đường xuyên qua khu vực, mặc dù theo các hướng khác nhau.
“Du hành 1 ở bán cầu bắc của nhật quyển và Du hành 2 ở phía nam. Du hành 1 đang hướng ra ngoài theo kinh tuyến – nói cách khác là đi vào gió giữa các vì sao – trong khi Du hành 2 đang ở rìa của dòng chảy,” nói Cục đá.
Du hành 1 đã vượt qua nhật ký vào năm 2012, trong khi Du hành 2 đã làm như vậy vào năm 2018, một lần nữa cho thấy nhật quyển thay đổi như thế nào trong suốt chu kỳ mặt trời.
Stone nói: “Chúng tôi tin rằng Du hành 1 đã rời khỏi nhật quyển khi nó đang co lại và ranh giới đang dịch chuyển về phía Mặt trời một chút. Khi Du hành 2 rời đi, nó đang mở rộng ra”.
Cả hai tàu vũ trụ hiện đang hành trình qua khu vực ngoài cùng của Hệ Mặt trời của chúng ta, nơi từ trường và các hạt từ Mặt trời của chúng ta bắt đầu kết hợp với các hạt của Dải Ngân hà.
“Bên trong nhật quyển, từ trường đến từ Mặt trời, nhưng bên ngoài nó đến từ Dải Ngân hà,
vì vậy có một sự chuyển đổi đột ngột và đó là một trong những điều chúng tôi đang đo lường,” Stone nói.
“Du hành 2 cũng có một thiết bị plasma đang hoạt động có thể cho chúng ta biết gió mặt trời tương tác với môi trường giữa các vì sao như thế nào.”
Cặp đôi này đã tạo ra một số khúc quanh bất ngờ cho câu chuyện của nhật quyển, chẳng hạn như phát hiện ra rằng từ trường giữa các vì sao bất ngờ hướng thẳng hàng với từ trường của mặt trời.
Tuy nhiên, đây có thể chỉ là một triệu chứng của việc hai tàu vũ trụ vẫn đang ở trong vùng hỗn loạn nơi môi trường giữa các vì sao và gió mặt trời gặp nhau.
Stone hy vọng nguồn cung cấp năng lượng đang cạn kiệt của Du hành sẽ tồn tại đủ lâu để đi vào vùng nước giữa các vì sao yên tĩnh hơn.
Stone nói: “Chúng ta sẽ không hoàn toàn tự do, nhưng chúng ta sẽ thấy từ trường giữa các vì sao trở nên mượt mà hơn và đại diện hơn cho Dải Ngân hà.
Ngay cả khi họ sống để đến được không gian nguyên sơ giữa các vì sao, thì sẽ phải mất khoảng 40.000 năm nữa trước khi các Nhà du hành thoát khỏi ảnh hưởng hấp dẫn của Mặt trời và chính thức rời khỏi Hệ Mặt trời.
Trước đó, tàu vũ trụ sẽ đi qua Đám mây Oort, một khu vực rộng lớn cách Mặt trời 2.000 AU, nơi các sao chổi dài hạn được cho là bắt nguồn.
Nhóm Du hành đang cố gắng thu thập càng nhiều dữ liệu từ cặp này càng tốt trước khi chúng mất điện, vì chúng sẽ là những cái nhìn thoáng qua cuối cùng của chúng ta về khu vực trong một thời gian dài.
Mặc dù New Horizons cũng đang đi về hướng nhật thực, nhưng gần như chắc chắn nó sẽ cạn kiệt năng lượng trước khi đến được đó.
Đã có một số nhiệm vụ mới được đề xuất sẽ khám phá vùng mờ và xa ở rìa ảnh hưởng của Mặt trời – từ các tàu thăm dò sẽ điều tra các hành tinh bên ngoài và Sao Diêm Vương, đến tàu vũ trụ có mục đích duy nhất là nhìn xa hơn quỹ đạo nhật thực – nhưng hiện tại chưa có nhiệm vụ nào được thực hiện. lên kế hoạch.
Ngay cả với tầm nhìn hạn chế của chúng ta về rìa rộng lớn của Hệ Mặt trời, rõ ràng là khu vực này không phải là nơi trống rỗng, trơ lì như thoạt nhìn.
Thay vào đó, nó là một khu vực gồm những tảng đá băng giá, nơi các hạt đang tăng tốc và từ trường hỗn loạn kết nối ngôi sao của chúng ta với khoảng không gian giữa các vì sao bên ngoài.
Ezzy Pearson là Biên tập viên Tin tức của Tạp chí BBC Sky at Night. Bài viết này ban đầu xuất hiện trong số tháng 8 năm 2020 của Tạp chí BBC Sky at Night .