Sao Thủy

Sao Thủy là hành tinh trong cùng và nhỏ nhất trong hệ Mặt Trời, một quả cầu đá bị thiêu đốt chỉ rộng 4.879 km — chỉ lớn hơn Mặt Trăng một chút và nhỏ hơn các mặt trăng Ganymede và Titan. Nó quay quanh Mặt Trời một vòng mỗi 88 ngày ở khoảng cách trung bình chỉ 0,387 AU, gần hơn bất kỳ hành tinh nào khác, nhưng bề mặt của nó lại ẩn giấu những túi băng nước đã tồn tại hàng tỷ năm. Ít thế giới nào chứa đựng nhiều nghịch lý trong một gói nhỏ như vậy.

Dù ở gần như thế, Sao Thủy là một trong những hành tinh ít được ghé thăm nhất và, cho đến gần đây, ít được lập bản đồ nhất. Vị trí quá gần Mặt Trời khiến nó khó tiếp cận và khó quan sát, nên trong nhiều thập kỷ phần lớn bề mặt của nó vẫn là một khoảng trống. Chỉ có ba tàu vũ trụ từng đến đó, và bức tranh chúng mang về là một thế giới đặc, có trái tim sắt, và kỳ lạ về mặt địa chất không giống bất kỳ láng giềng đá nào của nó.

Một hành tinh sắt với lớp vỏ mỏng

Đặc điểm nổi bật nhất của Sao Thủy bị chôn giấu khỏi tầm mắt. Bên dưới một lớp vỏ đá chỉ dày vài trăm km là một lõi kim loại lớn đến mức chiếm khoảng 85% bán kính hành tinh — tỷ lệ lõi lớn nhất trong số các hành tinh của hệ Mặt Trời. Trái tim sắt đó là lý do tại sao Sao Thủy, dù là hành tinh nhỏ nhất, lại là hành tinh đặc thứ hai với mật độ 5,43 g/cm³, chỉ thua Trái Đất (vốn bị nén bởi lực hấp dẫn lớn hơn của chính nó). Nếu loại bỏ sự nén đó, Sao Thủy, xét về thành phần, là hành tinh giàu kim loại nhất mà chúng ta biết.

Vì sao Sao Thủy lại nặng đến vậy vẫn còn gây tranh cãi. Các giả thuyết hàng đầu cho rằng một va chạm khổng lồ đã tước đi phần lớn lớp phủ đá ban đầu của nó, hoặc rằng sức nóng dữ dội và gió mặt trời của Mặt Trời thuở sơ khai đã làm bốc hơi các lớp ngoài nhẹ hơn của nó. Dù nguyên nhân là gì, lõi khổng lồ đó vẫn đang hoạt động: tàu Mariner 10 đã phát hiện vào năm 1974 rằng Sao Thủy tạo ra một từ trường toàn cầu — khoảng 1% cường độ của Trái Đất, nhưng là từ trường duy nhất trong số các hành tinh đá phía trong ngoài Trái Đất.

Vũ điệu 3:2 và ngày dài nhất

Sao Thủy đo thời gian khác với bất kỳ nơi nào khác. Nó bị khóa trong cộng hưởng tự quay–quỹ đạo 3:2: nó tự quay đúng ba vòng cho mỗi hai vòng quanh Mặt Trời, nên một vòng tự quay mất 58,6 ngày Trái Đất còn một vòng quỹ đạo mất 88 ngày. Hệ quả thật chóng mặt. Một ngày mặt trời trên Sao Thủy — từ lúc mặt trời mọc này đến lúc mặt trời mọc tiếp theo — kéo dài tới 176 ngày Trái Đất, đúng bằng hai năm Sao Thủy. Đứng ở đúng vị trí gần điểm cận nhật, Mặt Trời có thể trông như mọc lên, dừng lại, lùi xuống dưới đường chân trời, rồi mọc lên lần thứ hai.

Trục của nó cũng thẳng đứng nhất trong hệ Mặt Trời, chỉ nghiêng vỏn vẹn 0,034 độ, nên Sao Thủy hoàn toàn không có mùa. Sự tự quay thẳng đứng đó, kết hợp với cộng hưởng nói trên, tạo ra số liệu cực đoan nhất của hành tinh: với gần như không có khí quyển để phân tán nhiệt, bề mặt dao động từ khoảng 427 °C lúc giữa ban ngày đến −173 °C ở mặt ban đêm — biên độ chênh lệch nhiệt độ ngày-đêm lớn nhất của bất kỳ hành tinh nào.

Một bề mặt đầy hố va chạm và nếp nhăn

Bề mặt Sao Thủy cổ xưa và đầy vết tích, với vết sẹo nổi bật nhất là Lòng chảo Caloris — một miệng hố va chạm rộng khoảng 1.550 km, một trong những miệng hố lớn nhất trong hệ Mặt Trời, được tạo ra khoảng 3,9 tỷ năm trước và bao quanh bởi những dãy núi cao tới khoảng ba km. Vụ va chạm mạnh đến mức ở điểm đối diện chính xác trên quả cầu, nó đã đẩy lên một vùng đồi và rãnh lộn xộn được gọi không chính thức là 'địa hình kỳ lạ'.

Hành tinh này cũng mang những đặc điểm không nơi nào khác có. Khi lõi khổng lồ của Sao Thủy nguội đi và co lại, toàn bộ hành tinh đã thu nhỏ vài km bán kính, làm oằn vỏ ngoài thành những vách đá dài gọi là vách đứt gãy thùy, kéo dài hàng trăm km. Và rải rác thành những mảng sáng là các 'hõm lõm' — những chỗ trũng nông, không đều mà Mặt Trăng không có tương đương, được cho là hình thành ở nơi một số vật liệu dễ bay hơi trong đá đang bị Mặt Trời làm bốc hơi ngay cả ngày nay.

Băng trong vùng đất của bóng tối vĩnh cửu

Hành tinh nóng nhất vào ban ngày cũng, một cách khó tin, là nơi có băng vĩnh cửu. Vì Sao Thủy hầu như không nghiêng, đáy của một số miệng hố sâu gần các cực của nó không bao giờ thấy ánh nắng, và ở đó nhiệt độ luôn đủ lạnh để giữ băng nước trong hàng tỷ năm. Radar đã gợi ý về các mỏ băng cực sáng vào những năm 1990, và tàu MESSENGER của NASA đã xác nhận vào năm 2012 rằng chúng chủ yếu là băng nước — đâu đó từ 100 tỷ đến một nghìn tỷ tấn, một phần bị chôn vùi dưới một lớp vỏ tối màu, giàu carbon trông giống vật liệu hữu cơ. Nguồn gốc có khả năng là những trận mưa sao chổi và tiểu hành tinh đều đặn qua hàng thiên niên kỷ.

Ba vị khách trong năm mươi năm

Sao Thủy chỉ thu hút một số ít sứ mệnh, và việc đến được đó khó khăn hơn vẻ ngoài của nó: một tàu vũ trụ rơi về phía Mặt Trời sẽ tăng tốc đến mức nó phải tiêu hao một lượng năng lượng khổng lồ để giảm tốc và được giữ lại trên quỹ đạo. Tàu Mariner 10 của NASA đã thực hiện chuyến trinh sát đầu tiên với ba lần bay ngang qua vào năm 1974–75, chụp ảnh chưa đến một nửa bề mặt và phát hiện ra từ trường. Không có gì tiếp nối trong hơn ba thập kỷ.

Tàu MESSENGER của NASA đã thay đổi mọi thứ, đi vào quỹ đạo ngày 18 tháng 3 năm 2011 và lập bản đồ toàn bộ hành tinh trước khi cố ý lao xuống bề mặt vào ngày 30 tháng 4 năm 2015. Nó đã xác định chắc chắn băng cực, lõi, và hóa học bề mặt. Câu chuyện nay tiếp tục với BepiColombo, một sứ mệnh chung của châu Âu (ESA) và Nhật Bản (JAXA) phóng năm 2018, đã dần hãm tốc chống lại lực hấp dẫn của Mặt Trời qua nhiều lần bay ngang qua; sau khi một sự cố động cơ đẩy làm chậm lịch trình, nó dự kiến sẽ ổn định vào quỹ đạo quanh Sao Thủy vào ngày 21 tháng 11 năm 2026, mang theo hai tàu quỹ đạo để nghiên cứu hành tinh và từ trường của nó song song.

Cách tìm Sao Thủy

Sao Thủy có thể nhìn thấy bằng mắt thường, nhưng nó là hành tinh khó nắm bắt nhất trong số các hành tinh sáng. Vì nó không bao giờ đi xa khỏi Mặt Trời trên bầu trời của chúng ta — nhiều nhất khoảng 28 độ — nó chỉ có thể được nhìn thấy thấp gần đường chân trời trong ánh chạng vạng sáng, hoặc ngay sau khi mặt trời lặn hoặc ngay trước khi mặt trời mọc, không bao giờ trên bầu trời tối hoàn toàn. Các nhà thiên văn gọi những thời điểm tốt nhất này là 'ly giác cực đại', và chúng lặp lại sau mỗi vài tuần. Hãy tìm một điểm sáng ổn định, màu trắng hồng bám sát đường chân trời ngay sau hoàng hôn hoặc trước bình minh; một kính thiên văn nhỏ sẽ cho thấy Sao Thủy, giống như Mặt Trăng, có các pha khi nó di chuyển qua lại giữa chúng ta và Mặt Trời.