Sao Thiên Vương

Sao Thiên Vương là hành tinh thứ bảy tính từ Mặt Trời và là hành tinh đầu tiên trong hai hành tinh băng khổng lồ — những thế giới không được cấu tạo từ hydro và heli chiếm ưu thế ở Sao Mộc và Sao Thổ, mà từ một lớp phủ sâu, nóng gồm nước, amoniac và metan bao quanh một lõi đá nhỏ. Với bán kính gần 25.400 km, đây là hành tinh lớn thứ ba, rộng gấp bốn lần Trái Đất, nhưng lại mờ nhạt và xa xôi đến mức — cách khoảng 19 đơn vị thiên văn, nơi ánh sáng Mặt Trời phải mất 2 giờ 40 phút mới đến được — nó đã không được chú ý như một hành tinh cho đến thời đại kính viễn vọng.

Điều khiến Sao Thiên Vương khác biệt là tư thế của nó. Hành tinh này bị nghiêng hẳn sang một bên, quay gần như trong mặt phẳng quỹ đạo của chính nó với độ nghiêng trục lên tới 97,77 độ. Nó gần như lăn quanh Mặt Trời thay vì quay thẳng đứng như một con quay, và không hành tinh nào khác có hình học gần giống như vậy.

Hành tinh đầu tiên được phát hiện bằng kính viễn vọng

Mọi hành tinh tính đến Sao Thổ đều đã được biết đến từ thời cổ đại, là những vì sao lang thang sáng rõ có thể thấy bằng mắt thường. Sao Thiên Vương đã phá vỡ chuỗi đó. Vào ngày 13 tháng 3 năm 1781, nhà thiên văn học người Anh gốc Đức William Herschel, khi quan sát bầu trời từ khu vườn của mình ở Bath, đã phát hiện một đĩa nhỏ mà ban đầu ông cho là sao chổi. Trong vòng hai năm, quỹ đạo chậm, gần tròn của nó đã tiết lộ đây là một hành tinh mới — hành tinh đầu tiên từng được tìm thấy nhờ kính viễn vọng, và ngay lập tức đã nhân đôi bề rộng đã biết của hệ Mặt Trời.

Herschel muốn đặt tên nó là 'Georgium Sidus' để vinh danh Vua George III; những người khác đề xuất tên 'Herschel'. Cái tên được giữ lại, do nhà thiên văn học Johann Bode đề xuất, là Uranus (Sao Thiên Vương) — vị thần bầu trời của Hy Lạp và, một cách hợp lý, là cha của Sao Thổ và ông nội của Sao Mộc, giữ nguyên vẹn dòng dõi thần thoại ở rìa ngoài của thế giới hành tinh.

Một thế giới nghiêng hẳn sang một bên

Độ nghiêng 97,77 độ không chỉ là một điều kỳ lạ; nó tạo ra những mùa kỳ dị nhất trong hệ Mặt Trời. Vì Sao Thiên Vương gần như nằm nghiêng hẳn sang một bên, mỗi cực trải qua khoảng 42 năm tắm trong ánh sáng Mặt Trời liên tục trong khi cực kia chịu 42 năm bóng tối không ngừng — mỗi lần bằng một nửa quỹ đạo 84 năm của hành tinh này. Trong một phần tư mỗi năm Sao Thiên Vương, Mặt Trời gần như nằm ngay trên đỉnh đầu tại một cực, một sự sắp đặt mà không hành tinh nào khác trải qua.

Lời giải thích khả dĩ nhất là bạo lực trong quá khứ xa xôi: một hoặc nhiều va chạm với một thiên thể cỡ Trái Đất vào thời kỳ đầu lịch sử của hành tinh này, khiến nó bị lật nghiêng. Giống như Sao Kim, Sao Thiên Vương cũng quay theo chiều nghịch hành, từ đông sang tây, và nó quay khá nhanh — một ngày trọn vẹn chỉ mất khoảng 17 giờ.

Vì sao nó phát ra ánh sáng xanh lam nhạt

Bầu khí quyển của Sao Thiên Vương chủ yếu là hydro và heli, với một phần nhỏ nhưng quyết định là metan cùng dấu vết của nước và amoniac. Metan hấp thụ đầu đỏ của ánh sáng Mặt Trời và tán xạ trở lại ánh sáng xanh lam và xanh lục, đó là lý do hành tinh này có màu xanh lam ngọc nhạt, mềm mại, không có đặc điểm nổi bật mà camera của tàu Voyager 2 đã ghi lại vào năm 1986. Trong khi Sao Mộc và Sao Thổ sôi động với các dải mây và bão, Sao Thiên Vương trong ánh sáng khả kiến trông gần như trống trơn — một quả bóng bi-a xanh lam mượt mà, với các dải mây mờ nhạt bị chôn vùi dưới lớp sương mù metan dày.

Đây cũng là hành tinh lạnh nhất trong hệ Mặt Trời. Bầu khí quyển của nó giảm xuống mức tối thiểu gần 49 K — khoảng −224 °C — lạnh hơn cả Sao Hải Vương xa xôi hơn ở một số nơi. Sao Thiên Vương tỏa ra lượng nhiệt nội tại đáng kể ít hơn so với các hành tinh khổng lồ khác, vì vậy nó không tự sưởi ấm từ bên trong theo cách mà Sao Hải Vương và Sao Mộc làm.

Những vành đai mờ nhạt và từ trường lệch tâm

Sao Thiên Vương được bao quanh bởi một hệ thống gồm 13 vành đai đã biết — hẹp, tối màu, và được tạo thành từ các hạt thô, đen như than chì thay vì băng sáng làm cho các vành đai của Sao Thổ trở nên rực rỡ. Chúng được phát hiện một cách tình cờ vào ngày 10 tháng 3 năm 1977, khi các nhà thiên văn học do James Elliot dẫn đầu quan sát thấy một ngôi sao lóe tắt nhiều lần ở mỗi bên của hành tinh khi nó đi qua phía sau Sao Thiên Vương, tiết lộ một tập hợp các vành đai mỏng mà chưa ai từng thấy trực tiếp.

Từ trường của hành tinh này cũng khác thường không kém. Tàu Voyager 2 phát hiện nó nghiêng khoảng 59 độ so với trục quay và lệch hẳn khỏi tâm hành tinh, tạo ra một từ quyển lắc lư dữ dội khi Sao Thiên Vương quay — không giống như các từ trường gần như đồng tâm, thẳng hàng của Trái Đất hay Sao Mộc.

Một gia đình các mặt trăng băng giá

Sao Thiên Vương có ít nhất 28 mặt trăng đã biết, và không giống mọi hành tinh khác, chúng không được đặt tên theo các nhân vật thần thoại cổ điển mà theo các nhân vật trong các vở kịch của William Shakespeare và thơ ca của Alexander Pope — Titania, Oberon, Ariel, Umbriel, Puck, Cordelia, Ophelia, và nhiều nhân vật khác. Năm mặt trăng lớn là những thế giới đá và băng nước, đầy hố va chạm và nứt nẻ do hoạt động địa chất trong quá khứ.

Nổi bật nhất là mặt trăng nhỏ Miranda, chỉ có bán kính khoảng 236 km, với bề mặt là một tấm chắp vá lộn xộn gồm các sườn núi, rãnh, và các khối đứt gãy dạng bậc thang. Nó có vách đá Verona Rupes, một vách đá cao tới 20 km — nằm trong số những vách đá cao nhất được biết đến trong toàn bộ hệ Mặt Trời, một vách đứng sâu đến mức làm cho Grand Canyon trông nhỏ bé hơn nhiều lần.

Chỉ được khám phá một lần

Chưa từng có tàu vũ trụ nào bay quanh quỹ đạo Sao Thiên Vương. Mọi thứ chúng ta biết ở cự ly gần đều đến từ một lần ghé thăm duy nhất: tàu Voyager 2 của NASA đã bay ngang qua vào ngày 24 tháng 1 năm 1986, tiến đến gần khoảng 81.500 km so với đỉnh mây. Trong vòng vài giờ, nó đã gửi về những hình ảnh chi tiết đầu tiên về hành tinh, các vành đai, và các mặt trăng của nó, đồng thời phát hiện mười một mặt trăng mới và hai vành đai mới trước khi tiếp tục hành trình tới Sao Hải Vương.

Vì lần bay ngang đó xảy ra gần 40 năm trước và chỉ ghi lại một khoảnh khắc duy nhất, nghiêng về phía Mặt Trời, trong năm dài của hành tinh này, Sao Thiên Vương vẫn là một trong những hành tinh lớn ít được hiểu rõ nhất. Một tàu quỹ đạo chuyên dụng cho Sao Thiên Vương đã được xếp hạng ưu tiên hàng đầu cho hoạt động thám hiểm hành tinh trong tương lai, điều này cuối cùng sẽ cho phép các nhà khoa học quan sát các mùa của nó, dò sâu vào nội thất của nó, và lập bản đồ các vành đai cùng mặt trăng của nó theo thời gian.

Cách quan sát Sao Thiên Vương

Sao Thiên Vương nằm ngay ở ranh giới khả năng nhìn thấy bằng mắt thường. Dưới bầu trời thực sự tối, không có ánh trăng, những người quan sát tinh mắt biết chính xác nơi cần nhìn có thể chỉ thoáng thấy nó như một điểm sáng mờ ở độ sáng biểu kiến khoảng 5,7 — nhưng trên thực tế hầu như ai cũng cần ống nhòm hoặc kính viễn vọng nhỏ để nhận ra nó, và một bản đồ sao để phân biệt nó với các ngôi sao nền. Qua một kính viễn vọng cỡ vừa, nó hiện ra thành một đĩa nhỏ, màu xanh lam-lục nhạt, chắc chắn là một hành tinh chứ không phải một điểm sao, mặc dù khoảng cách xa xôi của nó có nghĩa là rất ít chi tiết bề mặt có thể nhìn thấy từ Trái Đất.