Haumea

Haumea là một trong những thế giới lớn kỳ lạ nhất trong Hệ Mặt Trời: một hành tinh lùn trong vành đai Kuiper, ngoài Sao Hải Vương, đã bị quay nhanh đến mức không còn hình cầu nữa. Thay vì một khối cầu, nó là một hình elipxôit ba trục kéo dài — gần giống hình dạng một quả bóng bầu dục hay quả bóng bầu dục kiểu Mỹ — với chiều dài trục dài nhất khoảng 2.100 km nhưng chỉ khoảng một nửa con số đó theo chiều từ trên xuống dưới. Bán kính trung bình khoảng 780 km khiến nó trở thành một trong những thiên thể lớn nhất bên ngoài Sao Hải Vương, nhưng đặc điểm nổi bật nhất của nó lại là chuyển động chứ không phải kích thước.

Haumea hoàn thành một vòng tự quay trong chưa đầy bốn giờ, nhanh hơn bất kỳ thiên thể lớn nào khác từng được biết đến trong Hệ Mặt Trời. Tốc độ quay chóng mặt đó, một quá khứ va chạm đã rải một cả gia đình các mảnh vỡ băng khắp vùng ngoài Hệ Mặt Trời, hai mặt trăng nhỏ, và một vành đai mảnh khiến Haumea trở thành một dị thường thực sự — một hành tinh lùn hoạt động ít giống một tảng đá đông cứng yên tĩnh mà giống hậu quả của một vụ va chạm vũ trụ hơn.

Một thế giới bị quay thành quả trứng

Hầu hết các thiên thể lớn trong Hệ Mặt Trời bị lực hấp dẫn của chính chúng kéo thành hình cầu. Haumea là trường hợp ngoại lệ nổi bật. Nó tự quay quanh trục khoảng một vòng mỗi 3,9 giờ — ngắn hơn một ca làm việc trên Trái Đất — và tốc độ quay nhanh đó văng đường xích đạo của nó ra ngoài, kéo giãn toàn bộ thiên thể thành một hình dạng thuôn dài. Các phép đo từ hiện tượng che khuất sao, khi Haumea đi ngang qua trước một ngôi sao xa xôi và tạm thời chặn ánh sáng của nó, cho ra các kích thước khoảng 2.100 km x 1.700 km x 1.000 km theo ba trục của nó.

Đây được cho là một hình dạng cân bằng: Haumea quay nhanh đến mức hình dạng giống quả trứng là điểm cân bằng giữa lực hấp dẫn cố gắng bo tròn nó và các hiệu ứng ly tâm cố gắng xé toạc nó. Mật độ tương đối cao của nó, gần bằng đá rắn, gợi ý một phần bên trong bằng đá được bao bọc bởi một lớp vỏ băng sáng, thay vì một thiên thể toàn băng suốt bên trong.

Những người anh em họ sinh ra từ một vụ va chạm

Tốc độ quay nhanh của Haumea gần như chắc chắn là một vết sẹo từ quá khứ của nó. Các nhà thiên văn tin rằng ít nhất một tỷ năm trước, Haumea đã hứng chịu một vụ va chạm khổng lồ đã tước đi phần lớn lớp vỏ băng của nó, khiến nó quay tít, và bắn các mảnh vỡ ra không gian xung quanh. Những mảnh vỡ đó tạo thành gia đình va chạm Haumea — gia đình duy nhất thuộc loại này từng được xác định trong vành đai Kuiper.

Các thành viên trong gia đình này chia sẻ dấu hiệu đặc trưng của Haumea: bề mặt phủ băng nước kết tinh gần như tinh khiết, sáng bất thường và có màu trắng xanh so với sắc đỏ của hầu hết các thiên thể xa xôi khác. Các mảnh lớn hơn như 2002 TX300 có đường kính vài trăm km. Bản thân bề mặt của Haumea có từ 66 đến 80 phần trăm là băng nước kết tinh, và một mảng tối hơn, đỏ hơn được phát hiện vào năm 2009 gợi ý về một khu vực giàu khoáng chất và hợp chất chứa carbon hơn.

Hai mặt trăng và một vành đai

Haumea được hai mặt trăng nhỏ quay quanh, cả hai đều được phát hiện vào năm 2005 và được đặt tên — giống như chính hành tinh lùn này — theo thần thoại Hawaii. Hiʻiaka, mặt trăng ngoài và lớn hơn, có đường kính khoảng 310 km và quay quanh Haumea mỗi 49 ngày. Namaka, mặt trăng trong, nhỏ hơn với khoảng 150 km, lượn quanh trên một quỹ đạo lệch tâm 18 ngày, rõ ràng bị kéo và bẻ cong bởi người anh em lớn hơn của nó. Cả hai đều được đặt tên theo các con gái của nữ thần Haumea.

Năm 2017, các nhà thiên văn quan sát Haumea đi ngang qua trước một ngôi sao nền đã phát hiện ra điều chưa ai từng thấy ở một thiên thể xa xôi đến vậy: một vành đai. Vành đai này nằm cách tâm Haumea khoảng 2.287 km, rộng khoảng 70 km, và quay theo cộng hưởng 3:1 với vòng quay của hành tinh lùn — các hạt vành đai hoàn thành một vòng cho mỗi ba vòng tự quay của Haumea. Đây là hệ vành đai đầu tiên từng được phát hiện quanh một thiên thể xuyên Sao Hải Vương, và nó đã lật đổ giả định rằng vành đai chỉ thuộc về các hành tinh khổng lồ.

Một quỹ đạo xa xôi, nghiêng dốc

Haumea quay quanh Mặt Trời ở khoảng cách trung bình khoảng 43 đơn vị thiên văn — xa gấp khoảng 43 lần khoảng cách Trái Đất tới Mặt Trời — sâu trong vành đai Kuiper. Một vòng quỹ đạo mất khoảng 283 năm Trái Đất, vì vậy Haumea thậm chí còn chưa hoàn thành một vòng kể từ khi có những kính thiên văn đủ mạnh để tìm ra nó. Ánh sáng mặt trời, vốn chỉ mất khoảng tám phút để đến Trái Đất, phải mất khoảng sáu giờ để đi tới Haumea.

Quỹ đạo của nó vừa lệch tâm vừa nghiêng dốc, nghiêng khoảng 28 độ so với mặt phẳng của các hành tinh, đưa nó từ khoảng 35 AU ở điểm gần nhất đến hơn 51 AU ở điểm xa nhất. Ngoài đó, nhiệt độ chưa bao giờ vượt xa quá 50 kelvin — khoảng âm 220 độ C — đủ lạnh để giữ băng nước của nó đông cứng như đá.

Một phát hiện gây tranh cãi

Việc phát hiện Haumea là một trong những giai đoạn gây tranh cãi hơn cả trong thiên văn học hiện đại. Một nhóm do Mike Brown thuộc Caltech dẫn đầu đã nhận diện nó trong các hình ảnh vào tháng 12 năm 2004 và đặt cho nó biệt danh không chính thức 'Santa'. Trước khi họ công bố, một nhóm người Tây Ban Nha do José Luis Ortiz thuộc Đài quan sát Sierra Nevada dẫn đầu đã công bố thiên thể này vào tháng 7 năm 2005, sau khi tìm thấy nó trong các hình ảnh chụp trước đó từ năm 2003. Tranh cãi càng sâu sắc hơn khi có thông tin lộ ra rằng một máy tính tại cơ sở của nhóm Tây Ban Nha đã truy cập nhật ký quan sát kính thiên văn của Brown ngay trước khi họ công bố.

Liên minh Thiên văn Quốc tế đã giải quyết vấn đề bằng một thỏa hiệp: ghi nhận Đài quan sát Sierra Nevada là nơi phát hiện nhưng thông qua tên gọi mà nhóm Caltech đề xuất, Haumea, theo tên nữ thần sinh nở và sinh sản của Hawaii. Haumea được chính thức công nhận là hành tinh lùn vào ngày 17 tháng 9 năm 2008 — hành tinh lùn thứ năm nhận được danh hiệu này, và là một trong số ít hành tinh lùn cũng có mặt trăng.

Quan sát Haumea

Haumea vượt xa tầm nhìn của mắt thường. Ở khoảng cấp sao 17, nó mờ hơn khoảng một triệu lần so với những ngôi sao mờ nhất mà một người có thể nhìn thấy mà không cần trợ giúp, vì vậy để thoáng thấy nó cần một kính thiên văn nghiệp dư cỡ lớn, bầu trời tối, tọa độ chính xác từ một bảng lịch thiên văn, và kỹ thuật dò sao kiên nhẫn để bắt được một điểm sáng mờ, di chuyển chậm — trong những năm gần đây nó đã đi qua chòm sao Boötes. Chưa từng có tàu vũ trụ nào ghé thăm nó; tất cả những gì chúng ta biết đến từ các kính thiên văn trên và gần Trái Đất, đặc biệt là các hiện tượng che khuất sao đã hé lộ hình dạng và vành đai của nó. Một sứ mệnh dành riêng cho Haumea đã được đề xuất nhưng chưa được thực hiện, khiến quả trứng đang quay này trở thành một trong những thế giới lớn ít được khám phá nhất trong Hệ Mặt Trời.