Vành đai Kuiper: Biên giới của Hệ Mặt Trời

Vào ngày 30 tháng 8 năm 1992, một bước ngoặt quan trọng trong nghiên cứu vũ trụ đã được ghi nhận khi vật thể vành đai Kuiper đầu tiên, không tính Sao Diêm Vương và Charon, được khám phá. Vật thể này, được gọi là 1992 QB1, đã mở ra một chương mới cho khoa học thiên văn.

Từ đó đến nay, hàng nghìn vật thể tương tự đã được phát hiện trong vành đai Kuiper, mỗi cái là một mảnh ghép giúp chúng ta khám phá những bí ẩn của khu vực xa xôi này trong Hệ Mặt Trời. Hãy cùng tìm hiểu về những điều kỳ thú mà vành đai Kuiper ẩn giấu.

Vành đai Kuiper là gì?

Vành đai Kuiper là một vùng hình đĩa rộng lớn trong Hệ Mặt Trời, vị trí của nó nằm xa phía sau quỹ đạo của Sao Hải Vương, kéo dài từ 30 đến 55 đơn vị thiên văn (AU) tính từ Mặt Trời. Khu vực này chứa hàng triệu vật thể băng giá, được xem là những mảnh vụn còn sót lại từ thời kỳ hình thành Hệ Mặt Trời của chúng ta.

Mặc dù kích thước của vành đai này rất lớn nhưng tổng khối lượng của tất cả các vật thể trong đó chỉ bằng khoảng 10% khối lượng của Trái Đất. Vành đai Kuiper là một phần quan trọng để nghiên cứu lịch sử sơ khai và sự phát triển của hệ mặt trời của chúng ta.

Ai là người khám phá ra vành đai Kuiper?

Mặc dù tên gọi “Vành đai Kuiper-Edgeworth” gợi nhớ đến hai nhà thiên văn học là Gerard Kuiper và Kenneth Edgeworth, thực tế không phải ai trong số họ là người trực tiếp phát hiện ra khu vực này. Ý tưởng về một vành đai các vật thể băng giá nằm xa phía sau Sao Hải Vương đã được nhắc đến từ nửa đầu thế kỷ 20. Sau khi Sao Diêm Vương được khám phá vào năm 1930, đã có những suy đoán về sự tồn tại của các thiên thể khác gần nó.

Vào năm 1943, Kenneth Edgeworth, một nhà thiên văn học người Ireland đã suy đoán rằng khu vực ngoài cùng của Hệ Mặt Trời có thể chứa đầy các vật thể nhỏ. Sau đó, vào năm 1951, nhà thiên văn học người Hà Lan, Gerard Kuiper, cũng đưa ra một giả thuyết tương tự. Tuy nhiên, Kuiper lại tin rằng vành đai này không còn tồn tại do lực hấp dẫn của Sao Diêm Vương đã làm xáo trộn và đẩy các vật thể ra xa vào đám mây Oort.

Ý tưởng về vành đai này tiếp tục là chủ đề nghiên cứu cho đến khi hai nhà thiên văn học David Jewitt và Jane Luu phát hiện ra vật thể đầu tiên của vành đai Kuiper, 1992 QB1 (được đổi tên thành 15760 Albion) vào năm 1992. Đây chính thức là sự khám phá đầu tiên về một vùng không gian mới mẻ, rộng lớn và chưa được khám phá hết của Hệ Mặt Trời chúng ta.

Quá trình hình thành của vành đai Kuiper

Khoảng 4,6 tỷ năm trước, Hệ Mặt Trời của chúng ta bắt đầu hình thành từ một đám mây khổng lồ gồm khí và bụi, được biết đến là tinh vân Mặt Trời. Trong quá trình này, phần lớn vật liệu của tinh vân đã hợp nhất để tạo nên Mặt Trời và các hành tinh. Tuy nhiên, không phải tất cả vật liệu đều được sử dụng; một số phần vẫn tồn tại dưới dạng các thiên thể nhỏ.

Các vật thể trong vành đai Kuiper chính là những phần còn sót lại từ quá trình hình thành Hệ Mặt Trời này. Tương tự như vành đai tiểu hành tinh nằm giữa sao Hỏa và sao Mộc, vành đai Kuiper cũng có thể đã trở thành một hành tinh nếu không phải do sự hiện diện của một hành tinh khổng lồ khác lân cận. Lực hấp dẫn khổng lồ của sao Hải Vương đã ngăn không cho các mảnh đá và băng nhỏ hợp nhất thành một thể lớn. Do đó, thay vì hình thành thành một hành tinh, các vật thể này vẫn tồn tại dưới dạng những khối nhỏ rải rác trong vành đai này.

Các vật thể của vành đai Kuiper

Vành đai Kuiper, một vùng rộng lớn nằm ngoài Sao Hải Vương, là nơi chứa đựng hơn 2.000 vật thể được gọi là các vật thể vành đai Kuiper (KBOs) hay vật thể siêu Hải Vương (TNOs). Đây là những thiên thể đặc biệt với thành phần chủ yếu là băng, bao gồm cả methane, amoniac và nước đóng băng, khác biệt rõ rệt so với các tiểu hành tinh đá trong vành đai tiểu hành tinh chính.

Các KBOs không chỉ phong phú về thành phần mà còn về kích thước và màu sắc. Chúng có thể nhỏ hoặc cũng có thể lớn tới hơn 2.000 km đường kính. Nổi bật trong số này là bốn hành tinh lùn: Pluto, Eris, Makemake và Haumea, với kích thước lần lượt là 2.376 km, 2.326 km, 1.430 km và 1.632 km. Ngoài ra, vành đai Kuiper còn chứa các ứng viên hành tinh lùn tiềm năng như Orcus, Quaoar, Gonggong và Sedna.

Một số trong các thiên thể này có mặt trăng riêng và thậm chí là vành đai như Haumea. Vành đai Kuiper cũng đặc trưng bởi các hệ đôi, nơi hai vật thể quay quanh một trung tâm khối lượng chung, điển hình như cặp đôi Pluto-Charon.

Không chỉ là quê hương của các hành tinh lùn và mặt trăng, vành đai Kuiper còn được biết đến như một nguồn gốc chính của các sao chổi chu kỳ ngắn. Những sao chổi này được hình thành do ảnh hưởng của lực hấp dẫn từ sao Hải Vương, đẩy chúng từ vành đai Kuiper vào hướng Mặt Trời, hoàn thành chu kỳ của mình trong ít hơn 200 năm.

Vành đai Kuiper và hành tinh thứ chín

Trong quá trình nghiên cứu các vật thể thuộc vành đai Kuiper, một giả thuyết mới và vô cùng hấp dẫn đã được đưa ra bởi các nhà thiên văn học Konstantin Batygin và Mike Brown. Họ đã phát hiện ra một mẫu quỹ đạo lạ thường trong số các vật thể này, dẫn đến một lý giải mới về sự tồn tại của chúng. Vào năm 2016, hai nhà khoa học đã công bố lý thuyết của họ rằng các quỹ đạo này có thể là do ảnh hưởng của một hành tinh chưa từng được biết đến trước đây, nằm xa xôi phía sau sao Diêm Vương.

Được mệnh danh là hành tinh thứ chín, thế giới giả định này được cho là có kích thước tương đương với Sao Hải Vương, với khối lượng khoảng năm đến mười lần so với Trái Đất và một chu kỳ quỹ đạo lên tới khoảng 10,000 năm. Mặc dù hành tinh thứ chín vẫn chưa được trực tiếp quan sát thấy nhưng sự kiên trì trong nghiên cứu và tìm kiếm của giới thiên văn học không hề giảm sút, với hy vọng một ngày nào đó sẽ xác nhận được sự tồn tại của nó.

Các tàu vũ trụ khám phá vành đai Kuiper

Tàu New Horizons của NASA là phi thuyền duy nhất đã từng tiếp cận các vật thể thuộc vành đai Kuiper ở khoảng cách gần. Khởi hành vào năm 2006, tàu New Horizons đã thực hiện chuyến bay ngang qua Sao Diêm Vương vào năm 2015, mang lại những hình ảnh và dữ liệu quý giá về hành tinh lùn này. Sứ mệnh không dừng lại ở đó; vào năm 2019, New Horizons đã tiếp tục khám phá Arrokoth, một vật thể khác trong vành đai Kuiper, trở thành vật thể xa nhất mà loài người đã từng ghé thăm trong Hệ Mặt Trời.

Hiện nay, nhóm nghiên cứu của New Horizons đang trong quá trình tìm kiếm một mục tiêu mới để tiếp tục cuộc hành trình khám phá, hy vọng sẽ thực hiện thêm một lần bay ngang nữa. Mặc dù không có sứ mệnh nào khác dự kiến đến vành đai Kuiper trong tương lai gần nhưng các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu khả năng gửi các tàu thăm dò đến các KBO khác như Makemake và Haumea, mở rộng hiểu biết của chúng ta về những vùng xa xôi này của Hệ Mặt Trời.

Câu hỏi thường gặp về vành đai Kuiper

Vật thể lớn nhất trong Vành đai Kuiper là gì?
Vật thể lớn nhất trong vành đai Kuiper là hành tinh lùn sao Diêm Vương, với đường kính là 2,376 km (1,476 dặm). Tiếp theo là hành tinh lùn Eris, có đường kính 2,326 km (1,445 dặm).

Có bao nhiêu hành tinh trong Vành đai Kuiper?
Do ảnh hưởng trọng lực của sao Hải Vương, không có hành tinh nào trong vành đai Kuiper. Tuy nhiên, vành đai này chứa bốn trong số năm hành tinh lùn được công nhận chính thức: sao Diêm Vương, Eris, Makemake và Haumea. Hành tinh lùn thứ năm — Ceres — nằm trong vành đai tiểu hành tinh giữa sao Hỏa và sao Mộc.

Mất bao lâu để đến vành đai Kuiper?
Tàu vũ trụ New Horizons của NASA — chiếc tàu duy nhất đã đến vành đai Kuiper — mất chín năm rưỡi để đến sao Diêm Vương. Tàu thăm dò di chuyển với tốc độ 58,580 km/h (36,400 dặm/giờ) và đã đi một quãng đường khoảng 5 tỷ km (3 tỷ dặm). Cần lưu ý rằng, vào thời điểm phóng vào năm 2006, New Horizons là tàu vũ trụ nhanh nhất từng được xây dựng.

Sự khác biệt giữa đám mây Oort và vành đai Kuiper là gì?
Giống như vành đai Kuiper, đám mây Oort cũng chứa một lượng lớn các vật thể băng nhỏ. Tuy nhiên, đây là một khu vực xa hơn nhiều so với vành đai Kuiper — một tàu vũ trụ mất khoảng 300 năm để đến được biên giới trong của nó. Ngoài ra, nó không phải là có cấu tạo hình đĩa mà là một lớp vỏ cầu khổng lồ bao quanh toàn bộ Hệ Mặt Trời, bao gồm cả vành đai Kuiper. Đám mây Oort có thể chứa hàng nghìn tỷ vật thể và được tin là nguồn gốc của hầu hết các sao chổi chu kỳ dài.

Vành đai Kuiper là một khu vực rộng lớn chứa đầy các vật thể băng giá nằm xa sau quỹ đạo của Sao Hải Vương. Nơi này không chỉ là nơi cư ngụ của Sao Diêm Vương mà còn của nhiều hành tinh lùn khác. Thật thú vị, cái tên vành đai Kuiper lại được đặt theo tên của nhà khoa học đã từng dự báo rằng không hề có sự tồn tại của nó. Việc nghiên cứu các vật thể trong vành đai này đã thúc đẩy giả thuyết về sự hiện diện của một hành tinh thứ chín bí ẩn.