Ceres

Ceres là thiên thể lớn nhất trong vành đai tiểu hành tinh và là hành tinh lùn duy nhất quay quanh Mặt Trời ở khoảng cách gần hơn Sao Hải Vương. Với đường kính khoảng 940 km, nó chiếm khoảng một phần tư đến một phần ba tổng khối lượng của toàn bộ vành đai, nhưng lại nhỏ đến mức khoảng năm thiên thể Ceres xếp thẳng hàng mới trải dài bằng chiều rộng của lục địa Hoa Kỳ. Nó chiếm một vị trí trung gian kỳ lạ: quá lớn và quá tròn để chỉ là một tiểu hành tinh đơn thuần, nhưng quá nhỏ và quá xa để là một hành tinh, và đủ giàu nước để một số nhà khoa học hành tinh xem nó không hẳn là một khối đá mà giống một thế giới đại dương băng giá đã lang thang vào bên trong.

Quay quanh Mặt Trời một vòng mỗi 4,6 năm ở khoảng cách trung bình 2,77 đơn vị thiên văn, Ceres tự quay nhanh — một ngày trọn vẹn chỉ kéo dài hơn chín giờ một chút — và gần như đứng thẳng, chỉ nghiêng khoảng 4 độ trên trục của nó. Trục quay gần như thẳng đứng đó, kết hợp với quỹ đạo nghiêng 10,6 độ, hóa ra lại có ý nghĩa rất lớn đối với nơi băng của nó có thể tồn tại.

Tiểu hành tinh đầu tiên, và hành tinh lùn đầu tiên

Ceres được phát hiện vào đêm đầu tiên của thế kỷ 19 — ngày 1 tháng 1 năm 1801 — bởi nhà thiên văn người Ý Giuseppe Piazzi tại Đài quan sát Palermo ở Sicily. Ban đầu ông tưởng đó là một sao chổi, sau đó nghi ngờ là một hành tinh nhỏ sau khi theo dõi chuyển động chậm rãi của nó trên nền các vì sao qua nhiều tuần. Piazzi đặt tên nó là Ceres Ferdinandea theo tên nữ thần nông nghiệp và ngũ cốc của La Mã, vị thần bảo trợ của Sicily; phần tôn vinh Vua Ferdinand sau đó bị lược bỏ, chỉ còn lại đơn giản là Ceres.

Trong nhiều thập kỷ, Ceres được xem là một hành tinh, cho đến khi việc phát hiện ra Pallas, Juno, Vesta và một đám đông ngày càng nhiều các thiên thể tương tự khiến tất cả chúng bị phân loại lại thành tiểu hành tinh. Ceres giữ ký hiệu 1 Ceres với tư cách là tiểu hành tinh đầu tiên từng được tìm thấy. Sau đó vào năm 2006, Liên minh Thiên văn Quốc tế lại thăng hạng nó một lần nữa: đủ nặng để lực hấp dẫn của chính nó kéo nó thành hình cầu, nhưng không thể dọn sạch làn quỹ đạo đông đúc của mình khỏi các mảnh vụn, Ceres trở thành một hành tinh lùn — cùng năm Sao Diêm Vương bị phân loại lại vào danh mục mới đó.

Một thế giới băng giá trá hình

Ceres còn hơn cả một khối đá bị bào mòn. Các phép đo trọng lực từ tàu vũ trụ cho thấy nó chỉ chiếm khoảng 30 đến 40 phần trăm là đá tính theo khối lượng, ngụ ý một lớp ngoài giàu băng sâu bao quanh một lõi đá lẫn bùn — nước có thể chiếm khoảng một phần tư toàn bộ thiên thể. Điều đó khiến nó trở thành một trong những thiên thể giàu nước nhất ở phần bên trong Hệ Mặt Trời, chỉ sau Trái Đất.

Năm 2014, Đài quan sát Không gian Herschel của Cơ quan Vũ trụ châu Âu phát hiện những luồng hơi nước mờ nhạt thoát ra từ Ceres, dấu hiệu rõ ràng đầu tiên về hiện tượng thoát nước từ một thiên thể trong vành đai tiểu hành tinh. Hơi nước này được cho là đến từ băng gần bề mặt thăng hoa trực tiếp ra không gian. Ở những nơi ánh sáng mặt trời không bao giờ chiếu tới — trong đáy các hố va chạm bị che khuất vĩnh viễn gần các cực, được duy trì như những bẫy lạnh nhờ độ nghiêng trục nhỏ bé đó — băng nước có thể tồn tại ngay trên bề mặt, tương tự như các kho băng được tìm thấy trong bóng tối của Sao Thủy và Mặt Trăng.

Các đốm sáng của Occator

Đặc điểm nổi tiếng nhất của Ceres là một loạt các mảng trắng chói lóa từng khiến các nhà khoa học bối rối khi hình ảnh trở nên sắc nét hơn. Cụm sáng nhất nằm bên trong Occator, một hố va chạm tương đối trẻ rộng khoảng 92 km và sâu 4 km. Lớp trầm tích trung tâm của nó, Cerealia Facula, cùng với Vinalia Faculae gần đó là những đốm phản chiếu ánh sáng mạnh nhất trên toàn bộ thiên thể — sáng đến mức lấp lánh ngay cả trong những bức ảnh tiếp cận sớm, còn mờ nhòe.

Những đốm sáng này hóa ra là muối, chủ yếu là natri cacbonat, còn sót lại khi chất lỏng mặn dâng lên từ bên dưới, chạm tới bề mặt, rồi đóng băng và bốc hơi vào không gian, để lại lớp vỏ khoáng chất phía sau. Sự tồn tại của chúng cho thấy có các bể chứa chất lỏng mặn — những túi tàn dư của một đại dương nước mặn ngầm — vẫn còn chuyển động gần đây xét theo thời gian địa chất. Ceres cũng mang các hợp chất chứa chất hữu cơ và đất sét trên bề mặt tối hơn của nó, những nguyên liệu thô khiến nó trở nên thú vị đối với các câu hỏi về khả năng sống được.

Núi lửa băng và bề mặt đầy sẹo

Vươn cao hơn 4 km so với địa hình bằng phẳng xung quanh, Ahuna Mons là ngọn núi cao nhất của Ceres và là một trong những địa hình kỳ lạ nhất trong Hệ Mặt Trời: một vòm đơn độc, sườn dốc đứng với các vệt sáng chạy xuống hai bên sườn, được nhiều người diễn giải là một núi lửa băng đã rỉ ra một hỗn hợp sệt gồm băng mặn lẫn bùn thay vì đá nóng chảy. Vẻ ngoài còn trẻ của nó cho thấy Ceres đã có hoạt động địa chất tương đối gần đây.

Vết sẹo va chạm lớn nhất của hành tinh lùn này là Kerwan, một bồn địa cổ xưa, mờ nhạt rộng khoảng 280 km — gần một phần ba chiều rộng của chính Ceres. Đáng chú ý, Ceres có ít hố va chạm cực lớn hơn dự kiến, gợi ý rằng lớp vỏ băng, chậm chạp tự san bằng của nó đã làm mờ đi những vết thương lớn nhất, cổ xưa nhất qua hàng tỷ năm.

Dawn: sứ mệnh đã lập bản đồ nó

Gần như tất cả những gì nêu trên đều đến từ một tàu vũ trụ duy nhất. Tàu thăm dò Dawn của NASA, sử dụng động cơ đẩy ion hiệu quả, trở thành sứ mệnh đầu tiên quay quanh hai điểm đến riêng biệt bên ngoài Trái Đất — đầu tiên là tiểu hành tinh khổng lồ Vesta, sau đó là Ceres, nơi nó đến vào ngày 6 tháng 3 năm 2015. Đây cũng là tàu vũ trụ đầu tiên từng quay quanh một hành tinh lùn, đến nơi vài tháng trước khi New Horizons bay ngang qua Sao Diêm Vương.

Trong hơn ba năm, Dawn xoáy trôn ốc tiến dần lại gần hơn, cuối cùng bay thấp tới khoảng 35 km trên bề mặt để chụp ảnh chi tiết các đốm muối của Occator. Sứ mệnh kết thúc vào ngày 1 tháng 11 năm 2018 khi Dawn cạn kiệt lượng hydrazine cần thiết để định hướng ăng-ten và các tấm pin mặt trời, im lặng trên một quỹ đạo ổn định nơi nó sẽ tiếp tục quay quanh Ceres như một tượng đài bị bỏ hoang trong nhiều thập kỷ tới.

Cách để quan sát Ceres

Ceres là hành tinh lùn duy nhất mà một người quan sát nghiệp dư tại nhà có thể thực sự săn tìm được. Vào thời điểm tốt nhất, khoảng mỗi 15 đến 16 tháng khi ở vị trí đối diện, nó sáng lên tới khoảng cấp sao 6,7 — vừa vượt qua ngưỡng có thể nhìn thấy bằng mắt thường đối với người bình thường, nhưng là mục tiêu dễ dàng với ống nhòm từ một địa điểm tối trời. Nó trông giống một ngôi sao mờ, ổn định, vì vậy mẹo là phác họa lại vùng trời hoặc ghi chú vị trí của nó so với một bản đồ sao rồi quay lại một hai đêm sau để bắt được chuyển động của nó. Ngay cả những kính thiên văn lớn nhất cũng chỉ cho thấy nó như một đĩa nhỏ, không có đặc điểm gì rõ rệt — đó chính xác là lý do vì sao những bức chân dung cận cảnh của Dawn lại là một điều mặc khải đến vậy.