Nhà thiên văn Lưu Lệ Hằng và số phận một vì sao

Đến thăm và thuyết trình những thành tựu ngành khoa học thiên văn hiện đại ở các trung tâm đại học nước nhà, nhà khoa học nữ gốc Việt nổi tiếng Lưu Lệ Hằng đã ghi lại ấn tượng sâu đậm và nêu ra những vấn đề khoa học nóng bỏng và hấp dẫn.

• Người phụ nữ Việt có họ được đặt tên cho thiên thạch
• Người phụ nữ gốc Việt đoạt hai “Nobel Thiên văn”

Nhà thiên văn Lưu Lệ Hằng và số phận của Diêm Vương Tinh

Tại Đại học Bách Khoa Hà Nội, chiều thứ Năm 24/7/2015, ngay sau cái bắt tay gặp gỡ đầu tiên khi cô mới bước vào hội trường Tạ Quang Bửu, người viết đã muốn hỏi ngay nhà thiên văn hàng đầu này về một vấn đề cụ thể, đó là số phận của hành tinh Pluto (tức Diêm Vương Tinh) trong Hệ Mặt Trời và “cách nhìn mới về hệ Mặt Trời”.

Vui mừng gặp gỡ với nhà Vật lý Thiên Văn nổi tiếng gốc Việt Lưu Lệ Hằng. (Ảnh: Phạm Hải.)

Cấu hình cơ bản hệ mặt trời

Vào khoảng thập kỷ thứ ba của thế kỷ 20, có thể tính đến năm phát hiện thiên thể mới Pluto (hay Diêm Vương) 1930, cấu hình của Hệ Mặt Trời (hay Thái Dương Hệ) đã hình thành một cách hoàn chỉnh. Với một sự sắp xếp các hành tinh từ trong ra ngoài, kể từ tâm là Mặt Trời, như sau (xem Hình 3): Thuỷ (Mercury), Kim (Venus), Trái Đất (Earth), Hỏa (Mars), Mộc (Jupiter), Thổ (Saturn), Thiên Vương (Uranus), Hải Vương (Neptune) và Diêm Vương (Pluto). Trong đó, các hành tinh hợp thành 3 nhóm.

Các hành tinh trong Hệ Mặt Trời sắp xếp từ trái sang phải theo khoảng cách.

Nhóm I ở trong cùng, gồm 4 hành tinh nhỏ: Mercury, Venus, Earth (Quả Đất) và Mars, đây là những hành tinh nhỏ, rắn chắc, cấu tạo chủ yếu bởi các loại đá và kim loại, có mật độ cao và thành phần tương đối giống nhau nên có tên gọi là nhóm các hành tinh đá.

Nhóm II kế tiếp, gồm 4 hành tinh khí khổng lồ có khối lượng lớn hơn rất nhiều so với 4 hành tinh nhóm I. Trong đó, 2 hành tinh lớn nhất, Jupiter và Saturn, có thành phần chủ yếu từ heli và hyđrô; và hai hành tinh nhỏ hơn là Uranus và Neptune, có thành phần chính từ băng (như nước, amoniac và mêtan). Chúng có kích thước rất lớn nhưng mật độ thấp và vì vậy có khi còn được gọi là phân nhóm các hành tinh băng đá “khổng lồ”.

Quỹ đạo chuyển động của các hành tinh trong Thái Dương Hệ.

Nhóm III trong nhiều năm nay chỉ có một mình Pluto. Điều đáng chú ý trong khi các hành tinh trong các nhóm I và II chuyển động tròn xung quanh Mặt Trời gần như trên một mặt phẳng, gọi là mặt hoàng đạo, chỉ riêng Pluto chuyển động dạng êlip và trên một mặt phẳng chếch với mặt hoàng đạo một góc rõ rệt (xem H.4).

Ngoài 3 nhóm hành tinh kể trên, các nhà thiên văn còn phát hiện sự tồn tại giữa Hỏa tinh (Mars) và Mộc tinh (Jupiter) một Vành Đai Tiểu Hành Tinh gồm các phần tử với thành phần cấu tạo phần lớn là đá và kim loại (xem vành khăn màu vàng ở H.4).

Vành Đai Kuiper và hào quang họ Lưu

Nhận thức về cấu tạo Thái Dương Hệ như mô tả ở các hình H.3 và H.4 cho tới cuối thế kỷ 20 đã tỏ ra chưa đầy đủ, chưa giải thích được tất cả thông tin do các thiết bị khảo sát thiên văn hiện đại thu thập được. Tình hình này mở ra cơ hội để giới thiên văn đồng hành vào cuộc.

Đặc biệt ở Mỹ. Với các phương tiện nghiên cứu tiên tiến nhất như ở Trung tâm nghiên cứu MIT và Đại học Harvard (TP. Boston) và ở các cơ sở thiên văn Kitt Peak (thuộc Arizona) và Mauna Kea (thuộc Hawaii), sau 5 năm miệt mài lao tâm lao lực; năm 1992 hai thầy trò Jewitt và Luu đã phát hiện ra thiên thạch mới và đặt tên là 1992 QB1 có đường kính 280 km bằng 1/8 Pluto (Diêm vương tinh). Và tiếp theo là hàng chục khám phá nữa của bản thân nhóm nghiên cứu này cùng hàng trăm khám phá khác của đông đảo cộng đồng thiên văn trên toàn thế giới.

Tập hợp các kết quả nghiên cứu khảo sát đều chứng tỏ ở không gian bên ngoài quỹ đạo của Neptune (Hải vương tinh) tồn tại các vật thể nhỏ bé có thành phần cấu tạo nhẹ như nước, amoniac, mêtan đến hàng nghìn nghìn thiên thể nhỏ và lớn với kích cỡ khác nhau, từ sao chổi, centaurs đến bụi liên hành tinh. Tất cả khối vật chất nói trên cấu thành vành đai với tên gọi Vành Đai Kuiper (Kuiper Belt) có dạng “bánh vòng” (xem H.5) trải rộng từ quỹ đạo của Neptune cỡ 1 AU (1AU = khoảng cách từ Quả Đất đến Mặt Trời) đến ít nhất 1.000 AU, chứa khoảng 70.000 vật thể có kích thước lớn hơn 100 km và hàng trăm triệu vật thể có kích thước nhỏ dần đến 1km.

Vành Đai Kuiper và những hành tinh ngoài cùng của Hệ Mặt Trời

Trong số đó có 5 thiên thể trội lên về kích cỡ, ngoài Pluto (Diêm vương tinh) đã biết còn có Ceres, Haumea, Makemake, Eris. Các tinh thể này, dù được coi là đủ lớn để có được dạng hình cầu dưới ảnh hưởng của chính lực hấp dẫn của mình, nhưng do độ xốp cao (mật độ vật chất rất thấp) nên tổng khối lượng vẫn bé nhỏ. Vì vậy, từ tháng 8 năm 2006 nhóm các hành tinh này được một số nhà thiên văn trên thế giới gắn cho cái tên mới là các hành tinh “lùn”.

Trong lĩnh vực nghiên cứu khám phá Vành Đai Kuiper, nữ khoa học gia họ Lưu đã có những đóng góp có giá trị lớn, do đó, liên tiếp nhận được những phần thưởng danh giá của khu vực và thế giới. Năm 1991, Hiệp hội Thiên Văn Mỹ đã trao Giải thưởng Annie J. Cannon Award Thiên văn học cho Tiến sĩ trẻ Lưu Lệ Hằng. Và để ghi nhận công lao của cô trong việc tham gia khám phá hơn 30 thiên thạch hay tiểu hành tinh mới, người ta lấy tên của cô đặt cho một thiên thạch do chính cô khảo sát và phát hiện, đó là Asteroid 5430 Luu. Đặc biệt, trong cùng một năm 2012 tên Lưu Lệ Hằng hay Jane X. Luu được xướng danh ở cả hai giải thưởng thiên văn học danh giá nhất thế giới. Tháng 3 năm 2012, tại thủ đô Oslo của Na Uy, Quỹ Kavli đã trao Giải Kavli Thiên văn học (được xem là Giải “Nobel Thiên văn thế giới”) với số tiền thưởng 1 triệu USD cho David Jewitt, Jane X. Luu (tức Lưu Lệ Hằng) và Michael Brown về thành tựu khám phá ra nhiều vật thể lớn trong vành đai Kuiper. Tiếp theo, tháng 5 năm 2012, tại Hồng Kông, Quỹ Shaw lại xướng danh Tiến sĩ Jane X. Luu cùng với người thầy là Giáo sư David C. Jewitt và trao Giải Shaw Thiên văn học 2012; còn gọi là “Giải Nobel Thiên văn Phương Đông” kèm 1 triệu USD tiền thưởng về những đóng góp trong việc định danh “các vật thể ngoài Hải Vương tinh” (Trans-Neptunian Objects, viết tắt là TNOs).

Chỗ đứng của Diêm Vương Tinh đã an bài?

Diêm vương Tinh Pluto bị rút khỏi danh hiệu hành tinh thứ 9 của Hệ Mặt Trời xảy ra trong cuộc tranh luận giữa các thành viên của Hiệp hội thiên văn quốc tế (IAU) vào năm 2006. IAU đưa ra một qui định, một thiên thể để có thể trở thành hành tinh của Hệ Mặt Trời cần đáp ứng đủ 3 yêu cầu: a/ Cần có quĩ đạo quanh Mặt Trời, b/ Có khối lượng đủ lớn để lực hấp dẫn giữ cho thiên thể có dạng cầu, và c/ Chiếm ưu thế tuyệt đối về khối lượng so với các thiên thể khác cùng quĩ đạo.

Nếu vậy, Diêm Vương Tinh tức Pluto chắc chắn đạt 2 tiêu chí đầu còn tiêu chí thứ ba chưa thật rõ ràng về định lượng vì như thế nào mới được xem là có “ưu thế tuyệt đối về khối lượng”. Thế nhưng, ngay trong năm 2006 Pluto đã bị một đa số ở IAU cho “rơi” luôn khỏi “chức danh” hành tinh của Thái Dương Hệ và bị nhập vào Vành đai Kuiper (Kuiper Belt) (xem H. 5) với hằng hà sa số những hạt to nhỏ tạo thành “chiếc bánh vòng” chạy vòng quanh Mặt Trời. Nhờ vào kích cỡ (kích thước, khối lượng) xếp ở vị trí cao nhất nhì trong 5 thiên thể trong Vành đai Kuiper nên Diêm Vương Tinh cùng với các thiên thể Haumea, Makemake, và Eris, “được” mang danh hiệu “hạng hai” là “hành tinh lùn”.

Và bây giờ, ngót mười năm trôi qua rồi, trên diễn đàn tại trường đại học lớn nhất thủ đô Hà Nội, vào tuần trước, nhà thiên văn học danh tiếng Lưu Lệ Hằng vẫn khẳng định quan điểm của mình rằng, trước đây “Diêm Vương Tinh đã được phân loại sai như một hành tinh, nó là một vật thể lớn nhưng nó cũng chỉ là một vật thể không có gì nổi bật thuộc Vành Đai Kuiper”!

Vậy phải chăng số phận của Diêm Vương Tinh (Pluto) trong danh nghĩa một hành tinh “lùn” đã an bài vĩnh viễn?

Đối với một số không ít người quan tâm thiên văn học có lẽ chưa muốn có dấu chấm hết ở đây, vào thời điểm này khi con tàu thăm dò vũ trụ New Horizons vừa lướt qua Vành đai Kuiper và gửi không ít thông tin về.

Từ trước đến giờ, để khảo sát Vành đai Kuiper và đặc biệt tinh thể Pluto, các thiết bị được sử dụng, dù cũng khá hiện đại, nhưng đều đặt trên mặt Trái Đất, từ rất xa Pluto. Và bây giờ, với New Horizons hẳn là cơ hội đầu tiên con người đã đưa thiết bị quan trắc hiện đại tiếp cận trực tiếp với “đối tượng” và có thể ghi nhận được những thông tin cần thiết và chính xác về Diêm Vương Tinh như kích thước, trọng lượng (so với “hành tinh lùn” khác), thành phần cấu tạo bề mặt, bầu không khí v.v… Ngoài Pluto, New Horizons còn có nhiệm vụ tiếp cận với các “bạn láng giềng" Ceres, Haumea, Makemake, Eris và cả Charon, Styx, Nix, Kerberos, Hydra. Và xác định xem thiên thể nào trong số đó là vệ tinh của Pluto.

Dĩ nhiên, để nhận đủ các thông tin quý giá và mới mẻ nói trên cần phải có thời gian. Vì ở khoảng cách tới 4,8 tỷ km, tín hiệu mà con tàu truyền về tới Trái Đất sẽ mất tới 4,5 giờ! Hơn nữa, New Horizons dù chỉ có 30 phút để tiếp cận và thu thập dữ liệu về Pluto, nhưng khối lượng thông tin mà nó tạo ra sẽ mất tới... 16 tháng để tải hết về Trái Đất! Và để khai thác hết 30 phút quý giá ấy, sẽ cần cả thập kỷ để giải mã mọi thông tin cần thiết.

Rõ ràng, để có lời khẳng định cuối cùng về vị trí của Diêm Vương Tinh trong Thái Dương Hệ, là hành tinh của Thái Dương Hệ hay chỉ là hạt “lớn” trong Vành đai Kuiper, cần phải kiên nhẫn chờ thêm nữa. Như vậy, số phận của Pluto chưa có thể nói là đã an bài vĩnh viễn.

Và, đến thời điểm đó, dài nhất là năm mười năm nữa, dù kết luận như thế nào cũng không nên bàn đến chuyện ai thắng ai thua mà chỉ nói một lời: Khoa học đã thắng.