Sao Diêm Vương

Sao Diêm Vương là hành tinh lùn nổi tiếng nhất, và trong phần lớn thế kỷ 20 nó được xem là hành tinh thứ chín. Clyde Tombaugh phát hiện ra nó vào năm 1930 tại Đài quan sát Lowell ở Arizona, kiên nhẫn so sánh các tấm ảnh chụp cho đến khi một điểm sáng mờ nhạt dịch chuyển trên nền các vì sao cố định. Nó giữ vị thế hành tinh trong 76 năm trước khi Liên minh Thiên văn Quốc tế phân loại lại nó thành hành tinh lùn vào năm 2006 — một sự giáng hạng do việc phát hiện ra các thiên thể tương tự và thậm chí nặng hơn ở xa hơn trong cùng khu vực không gian đó.

Nhỏ bé, lạnh giá, và xa xôi đến khó tin — quay quanh Mặt Trời ở khoảng cách gấp khoảng 39 lần Trái Đất — Sao Diêm Vương chỉ là một vệt mờ cho đến năm 2015, khi tàu thăm dò New Horizons của NASA lướt qua và hé lộ một thế giới phức tạp đến kinh ngạc với các sông băng nitơ, những ngọn núi băng nước, và một bầu trời xanh mờ ảo.

Một thế giới ở rìa ngoài

Sao Diêm Vương rất nhỏ — đường kính khoảng 2.377 km, chỉ bằng khoảng hai phần ba chiều rộng của Mặt Trăng Trái Đất — và chỉ mang khoảng 0,2% khối lượng của Trái Đất. Nó quay quanh Mặt Trời sâu trong vành đai Kuiper, vành các thiên thể băng ngoài Sao Hải Vương, ở khoảng cách trung bình 39,5 AU. Một vòng quanh Mặt Trời mất khoảng 248 năm Trái Đất, vì vậy Sao Diêm Vương thậm chí còn chưa hoàn thành nổi nửa vòng quỹ đạo kể từ khi Tombaugh tìm ra nó.

Quỹ đạo của nó khác xa với đường tròn gọn gàng gần như tròn của một hành tinh cổ điển. Quỹ đạo của Sao Diêm Vương vừa lệch tâm vừa nghiêng dốc, nghiêng hơn 17° so với mặt phẳng chung của các hành tinh khác. Hình elip đó bị kéo giãn đến mức đôi khi Sao Diêm Vương tiến gần Mặt Trời hơn cả Sao Hải Vương — như nó đã làm trong giai đoạn 1979-1999. Hai thiên thể này không bao giờ va chạm, vì Sao Diêm Vương bị khóa trong cộng hưởng quỹ đạo 3:2 với Sao Hải Vương: nó quay quanh Mặt Trời đúng hai vòng cho mỗi ba vòng quỹ đạo của Sao Hải Vương, một nhịp điệu hấp dẫn giữ cho chúng luôn tránh được đường đi của nhau.

Trái tim, các đồng bằng, và những ngọn núi

Hình ảnh đặc trưng nhất từ chuyến bay ngang qua năm 2015 là một vùng rộng lớn, nhạt màu, hình trái tim hiện được đặt tên là Tombaugh Regio, theo tên người phát hiện ra Sao Diêm Vương. Thùy phía tây của nó, Sputnik Planitia, là một bồn địa rộng khoảng 1.000 km chứa đầy khí nitơ đóng băng — sông băng lớn nhất được biết đến trong Hệ Mặt Trời. Bề mặt của nó vỡ thành các ô đa giác rộng hàng chục km, phần đỉnh của các dòng đối lưu chậm chạp đang tái tạo bề mặt đồng bằng như một chiếc đèn dung nham vũ trụ. Đồng bằng đó gần như không có hố va chạm nào, nghĩa là nó còn trẻ về mặt địa chất — có lẽ chưa đến 100 triệu năm tuổi — một cú sốc đối với một thế giới từng được cho là một tàn tích đông cứng.

Viền quanh lớp băng nitơ là những dãy núi thực thụ. Dãy Tenzing Montes (ban đầu là Norgay Montes) và dãy Hillary Montes — được đặt theo tên những người đầu tiên chinh phục đỉnh Everest — vươn cao từ 3 đến 6 km. Ở nhiệt độ bề mặt của Sao Diêm Vương, gần −230 °C, băng nước thông thường cứng như đá, và những đỉnh núi này được tạc từ nền đá băng nước đông cứng đó, nổi trên và cọ xát với lớp băng nitơ mềm hơn giống như những tảng băng trôi trên biển.

Một bầu khí quyển mỏng, xanh và đang thở

Sao Diêm Vương giữ được một bầu khí quyển mỏng manh gồm khí nitơ với dấu vết của mêtan và carbon monoxide — cùng những vật chất phủ trên bề mặt của nó. Khi Sao Diêm Vương tiến gần Mặt Trời, băng bề mặt thăng hoa và bầu khí quyển dày lên; khi nó lùi ra xa vào cái lạnh sâu thẳm, phần lớn lượng khí đó đóng băng trở lại mặt đất. New Horizons đã ghi lại được ánh sáng mặt trời xuyên qua lớp không khí này, cho thấy khoảng 20 lớp sương mù xếp chồng lên nhau vươn cao hơn 200 km và tạo cho Sao Diêm Vương một bầu trời hoàng hôn xanh đáng ngạc nhiên, sắc màu được tạo ra bởi ánh sáng mặt trời tán xạ qua các hạt sương mù mịn.

Sao Diêm Vương và Charon: một thế giới đôi

Mặt trăng lớn nhất của Sao Diêm Vương, Charon, được phát hiện năm 1978 và đáng chú ý vì kích thước của nó: với đường kính khoảng 1.212 km, nó bằng khoảng một nửa đường kính của Sao Diêm Vương, mặt trăng lớn nhất tính theo tỷ lệ so với hành tinh chủ trong Hệ Mặt Trời. Nó nặng đến mức khối tâm chung của cặp đôi này, tức khối tâm hệ, nằm trong không gian trống phía trên bề mặt Sao Diêm Vương thay vì bên trong hành tinh lùn này. Do đó cả hai xoay quanh điểm bên ngoài đó giống như một quả tạ đang quay, đây là lý do Sao Diêm Vương và Charon thường được gọi là một hệ đôi hay hệ nhị phân.

Chúng cũng bị khóa thủy triều lẫn nhau — mỗi thiên thể luôn hướng cùng một mặt về phía thiên thể kia, vì vậy từ phía gần của Sao Diêm Vương, Charon treo lơ lửng bất động trên bầu trời, không bao giờ mọc hay lặn. Bốn mặt trăng nhỏ hơn nhiều hoàn thiện gia đình này: Nix và Hydra, được phát hiện năm 2005, và hai mặt trăng tí hon Kerberos và Styx, được Kính viễn vọng Không gian Hubble phát hiện vào năm 2011 và 2012. Cả năm mặt trăng nhiều khả năng đã ngưng tụ từ các mảnh vỡ bắn ra bởi một vụ va chạm cổ xưa giữa Sao Diêm Vương và một thiên thể khác trong vành đai Kuiper.

Chuyến bay ngang qua của New Horizons

Chưa từng có tàu vũ trụ nào ghé thăm Sao Diêm Vương cho đến New Horizons, được phóng vào tháng 1 năm 2006 — vài tháng trước khi Sao Diêm Vương bị phân loại lại — và đã vượt qua hơn 5 tỷ km không gian để đến được đó. Vào ngày 14 tháng 7 năm 2015, tàu thăm dò cỡ chiếc đàn piano này đã lướt qua ở khoảng cách khoảng 12.500 km từ Sao Diêm Vương — tức khoảng 7.800 km phía trên bề mặt — với tốc độ gần 50.000 km/giờ, quá nhanh để đi vào quỹ đạo nhưng đủ gần để lập bản đồ bán cầu chạm trán với độ chi tiết phi thường. Vì tín hiệu vô tuyến mất hơn bốn giờ để bò về Trái Đất, đội sứ mệnh chỉ có thể quan sát và chờ đợi khi dữ liệu dần dần chảy về trong những tháng tiếp theo, viết lại toàn bộ sách giáo khoa về những gì một thế giới băng nhỏ bé có thể là. Kể từ đó, New Horizons đã tiến sâu hơn vào vành đai Kuiper, bay ngang qua thiên thể nhị phân tiếp xúc Arrokoth vào năm 2019.

Cách để quan sát Sao Diêm Vương

Sao Diêm Vương vượt xa tầm với của mắt thường hay ống nhòm — ở khoảng cấp sao 14, nó mờ hơn khoảng một nghìn lần so với những ngôi sao mờ nhất mà một người có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Quan sát nó là một thách thức thực sự chỉ dành cho các kính thiên văn nghiệp dư cỡ lớn tại nhà, thường có khẩu độ từ 8 inch trở lên, dưới bầu trời tối. Ngay cả khi đó, Sao Diêm Vương cũng không cho thấy đĩa sáng nào, chỉ là một chấm mờ giống ngôi sao; cách duy nhất để xác nhận bạn đã tìm thấy nó là phác họa hoặc chụp ảnh cùng một vùng trời qua nhiều đêm và quan sát chấm sáng đó dịch chuyển dần trên nền phông. Đối với hầu hết người quan sát, lựa chọn dễ tiếp cận hơn là mô hình 3D của chính Temposia, cho phép bạn tham quan Sputnik Planitia và quay quanh cặp Sao Diêm Vương-Charon từ cự ly gần.