Charon

Charon là mặt trăng lớn nhất của Sao Diêm Vương và, xét theo tỷ lệ với thiên thể mà nó quay quanh, là vệ tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời. Với bán kính khoảng 606 km, nó trải rộng bằng khoảng một nửa đường kính của Sao Diêm Vương, và hai thiên thể này có kích thước tương đồng đến mức chúng hoạt động ít giống một hành tinh và mặt trăng của nó hơn là giống một cặp đôi liên kết. Khối tâm chung của chúng nằm trong khoảng không gian trống giữa hai thiên thể, vì vậy mỗi thiên thể quay quanh một điểm nằm ngoài bề mặt của chính nó — đây là lý do Sao Diêm Vương và Charon thường được mô tả là một hệ hành tinh lùn đôi hơn là một mặt trăng và hành tinh chủ đơn giản.

Trong gần bốn thập kỷ sau khi được phát hiện, Charon chỉ là một chấm sáng mờ nhạt bên cạnh Sao Diêm Vương. Điều đó thay đổi vào tháng 7 năm 2015, khi tàu vũ trụ New Horizons của NASA lướt qua hệ thống này và gửi về những bức chân dung sắc nét đầu tiên về một thế giới mà không ai ngờ lại có hoạt động địa chất kịch tính đến vậy.

Được phát hiện qua một chỗ phình trên tấm ảnh chụp

Charon được James Christy phát hiện vào ngày 22 tháng 6 năm 1978 tại Trạm Flagstaff của Đài quan sát Hải quân Hoa Kỳ ở Arizona, cùng làm việc với nhà thiên văn đồng nghiệp Robert Harrington. Christy hoàn toàn không đi tìm một mặt trăng — ông đang đo các tấm ảnh chụp để tinh chỉnh quỹ đạo của Sao Diêm Vương thì nhận thấy hình ảnh của Sao Diêm Vương bị kéo dài một cách kỳ lạ, một chỗ phình mờ nhạt xuất hiện rồi biến mất theo một nhịp điệu đều đặn. Vệt mờ có tính chu kỳ đó hóa ra là một vệ tinh nằm quá gần Sao Diêm Vương để có thể tách biệt rõ ràng bằng kính thiên văn thời bấy giờ.

Christy đề xuất cái tên Charon theo tên người lái đò đưa linh hồn sang thế giới bên kia do Diêm Vương cai trị — một sự liên hệ thần thoại phù hợp — đồng thời cũng gợi nhớ đến biệt danh của vợ ông, Charlene, là 'Char.' Liên minh Thiên văn Quốc tế chính thức thông qua tên gọi này vào năm 1985. Phát hiện này ngay lập tức làm rõ hơn bức tranh của các nhà thiên văn về hệ thống: việc theo dõi quỹ đạo của Charon cuối cùng đã xác định được khối lượng và kích thước thực của Sao Diêm Vương, cho thấy nó nhỏ hơn nhiều so với các ước tính trước đó.

Một cái ôm khóa chặt lẫn nhau

Charon quay quanh Sao Diêm Vương ở khoảng cách chỉ dưới 19.600 km — gần hơn nhiều vệ tinh so với hành tinh khổng lồ của chúng — và hoàn thành một vòng quỹ đạo mỗi 6,39 ngày Trái Đất trên một quỹ đạo gần như tròn hoàn hảo, gần như không nghiêng. Chu kỳ đó không phải ngẫu nhiên: nó khớp chính xác với chu kỳ tự quay của chính Sao Diêm Vương. Hệ thống này bị khóa thủy triều kép, hay khóa lẫn nhau, nghĩa là mỗi thiên thể luôn hướng cùng một mặt về phía thiên thể kia.

Hệ quả của điều này thật kỳ lạ khi tưởng tượng. Từ bán cầu của Charon hướng về phía Sao Diêm Vương, Sao Diêm Vương treo lơ lửng bất động trên bầu trời, không bao giờ mọc cũng không bao giờ lặn, chỉ từ từ xoay qua các đặc điểm bề mặt và các pha của nó tại chỗ. Từ bán cầu đối diện của cả hai thiên thể, đối tác kia hoàn toàn không bao giờ được nhìn thấy. Đây là ví dụ hoàn chỉnh nhất về một vũ điệu đồng bộ giữa hành tinh và mặt trăng ở bất cứ đâu trong Hệ Mặt Trời.

Một lớp vỏ bị nứt toác

New Horizons đã hé lộ một bề mặt bận rộn hơn nhiều so với khối băng đồng nhất, đầy vết tích va chạm mà nhiều nhà khoa học từng dự đoán. Đặc điểm nổi bật nhất của Charon là một vành đai khổng lồ gồm các khe nứt và rãnh sâu chạy ngang bề mặt của nó — bao gồm hẻm núi được đặt tên không chính thức là Serenity Chasma — trải dài hơn 1.600 km, gấp khoảng bốn lần chiều dài của Grand Canyon, và ở một số chỗ sâu gấp khoảng hai lần, lao sâu tới vài km, có nơi tới 7 km. Các nhà địa chất của sứ mệnh mô tả nó như thể toàn bộ lớp vỏ của mặt trăng này đã bị bửa toác ra.

Vết nứt này có thể ghi lại dấu tích của một đại dương bên trong cổ xưa. Nếu Charon từng có một lớp nước lỏng bên dưới lớp vỏ băng, việc nó đóng băng hẳn đã buộc mặt trăng phải giãn nở, làm nứt lớp vỏ ngoài từ bên trong. Phía nam các hẻm núi lớn là Vulcan Planitia, một đồng bằng rộng, tương đối phẳng và ít hố va chạm, dường như đã được tái tạo bề mặt — nhiều khả năng bị ngập trong 'dung nham' núi lửa băng gồm nước và amoniac từng trào lên qua các vết nứt rồi đông cứng lại từ lâu.

Vết đỏ mang tên Mordor

Cực bắc của Charon được phủ bởi một mảng màu nâu đỏ mờ nhạt mà đội New Horizons đặt biệt danh là Mordor Macula, theo tên vùng đất tăm tối trong thế giới Trung Địa của Tolkien. Nguồn gốc của nó là một trong những kết quả tinh tế nhất từ chuyến bay ngang qua. Các khí thoát ra từ bầu khí quyển mỏng manh của Sao Diêm Vương — chủ yếu là mêtan — trôi dạt sang Charon và bị giữ lại trong cái lạnh sâu thẳm của cực mùa đông, nơi nhiệt độ hạ xuống đủ thấp để đóng băng chúng.

Trong suốt các mùa dài của Charon, khí mêtan đông cứng đó bị bắn phá bởi ánh sáng cực tím và bức xạ, khiến chúng phân rã và nấu chín phần còn lại thành các hợp chất hữu cơ nặng hơn, màu đỏ được gọi là tholin. Qua hàng triệu năm, chúng tích tụ thành vết ố sẫm màu mà chúng ta nhìn thấy. Trên thực tế, một thế giới đang lặng lẽ tô màu lên cực của thiên thể đồng hành của nó — một mối liên hệ hóa học giữa Sao Diêm Vương và Charon được viết lên trên bề mặt.

Một thế giới băng giá, không khí quyển

Không giống Sao Diêm Vương, Charon không có bầu khí quyển đáng kể và cho thấy rất ít sự đa dạng màu sắc như Sao Diêm Vương. Bề mặt của nó chủ yếu là băng nước, với các mảng hợp chất chứa amoniac gợi ý về quá khứ núi lửa băng, và nó có màu xám và đầy hố va chạm trên phần lớn địa hình, ngoại trừ mũ cực màu đỏ. Với đường kính bằng một nửa Sao Diêm Vương nhưng khối lượng ít hơn nhiều so với một nửa, Charon là một thiên thể mật độ thấp, giàu băng — phù hợp với việc hình thành từ mảnh vỡ bắn ra từ một Sao Diêm Vương còn trẻ trong một vụ va chạm khổng lồ, cùng kịch bản tổng quát được đề xuất cho Mặt Trăng của Trái Đất.

Cách để thoáng thấy nó

Charon là một thách thức thực sự đối với người quan sát nghiệp dư tại nhà. Ở khoảng cách của Sao Diêm Vương, cặp đôi này sáng ở mức gần cấp sao 14, vượt xa tầm mắt thường và kính thiên văn nhỏ, và Charon nằm quá gần Sao Diêm Vương đến mức việc tách rời hai thiên thể bằng mắt đòi hỏi một thiết bị nghiệp dư cỡ lớn, điều kiện khí quyển tuyệt vời và kỹ thuật kiên nhẫn. Hầu hết những người đam mê thay vào đó theo dõi Sao Diêm Vương và Charon như một điểm sáng không thể phân giải, trôi chậm rãi trên nền các vì sao của dải Ngân Hà mùa hè. Để có cái nhìn thực sự về các hẻm núi của Charon và cực đỏ tối của nó, những hình ảnh mà New Horizons gửi về năm 2015 hiện vẫn là cửa sổ duy nhất chúng ta có.