Sao Thủy - "chú lùn" kỳ lạ của Hệ Mặt Trời

Kích thước nhỏ bé

Sao Thủy là một hành tinh kỳ lạ bậc nhất trong Hệ Mặt Trời. Nó có kích thước vô cùng nhỏ, với bán kính tại xích đạo chỉ xấp xỉ 2.400 km, chỉ bằng khoảng 5,5% tính về khối lượng và thể tích so với Trái Đất.

Với kích thước này, Sao Thủy thậm chí còn nhỏ hơn các vệ tinh tự nhiên của một số hành tinh trong hệ Mặt Trời, như Ganymede (Sao Mộc) và Titan (Sao Thổ).

Bất chấp sự nhỏ bé đó, Sao Thủy vẫn là hành tinh có mật độ dày thứ 2 trong Hệ Mặt Trời, với con số đo được là 98%, ngang bằng so với Trái Đất.

Đó nhờ vào phần lõi cực lớn của Sao Thủy, kéo dài tới khoảng 85% bán kính của toàn bộ hành tinh. Để so sánh, lõi Trái Đất chỉ đạt được khoảng một nửa so với Sao Thủy.

Không chỉ vậy, hành tinh này còn vô cùng kỳ lạ và mâu thuẫn với những kiến thức vật lý cơ bản, khi tồn tại sự kết hợp kỳ lạ giữa kích thước nhỏ và phần lõi khổng lồ.

Đi tìm sự thật về hành tinh nhỏ nhất Hệ Mặt Trời

Mới đây, các nhà thiên văn học đã đào sâu vào bí ẩn của Sao Thủy trong một bài báo mới được đăng trên tạp chí Icarus.

Mục tiêu đầu tiên của họ là giải thích về kích thước siêu nhỏ của Sao Thủy, trong một thế giới gồm toàn những hành tinh khổng lồ.

Theo lý giải, điều này có khả năng là do sự thiếu hụt các "vật liệu xây dựng" trong quá trình hình thành vũ trụ sơ khai của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời.

Các mô phỏng về sự phát triển của hành tinh cho thấy rằng chúng có xu hướng sở hữu phần rìa mỏng hơn do lực ly tâm và áp suất bức xạ từ ngôi sao đang phát triển ở trung tâm (trong trường hợp này là Mặt Trời).

Điều này dẫn tới việc Sao Thủy phải hình thành và hoạt động ở gần Mặt Trời, nơi có mật độ khí cao nhất, và đạt đến quỹ đạo như hiện tại.

Lý giải về phần lõi khổng lồ, các nhà nghiên cứu cho rằng khi các hành tinh trong Hệ Mặt Trời bắt đầu hình thành, Sao Thủy dường như đã không đơn độc.

Thay vào đó, nó chia sẻ quỹ đạo với hàng chục, nếu không muốn nói là hàng trăm các hành tinh và tiền hành tinh khác.

Bản thân Sao Thủy ban đầu cũng có tỉ lệ silicat-kim loại giống với các thiên thạch chondrit phổ biến, được cho là vật chất tạo đá đặc trưng của Hệ Mặt Trời, và có khối lượng gấp khoảng 2,25 lần khối lượng hiện nay.

Sau đó, hàng loạt vụ va chạm đã xảy ra giữa các vi hành tinh. Mỗi vụ va chạm đều diễn ra đặc biệt dữ dội, có khả năng xé toạc hay làm bốc hơi bất kỳ vật thể không gian nào.

Sau mỗi vụ va chạm, Sao Thủy sống sót, và thu được một phần khối lượng lõi, nhưng lại mất đi những vật liệu nơi phần vỏ vì chúng nhẹ hơn, và dễ mất đi hơn.

Giả thuyết này được nhiều nhà nghiên cứu đồng tình, do nó giải thích được một Sao Thủy với kích thước lõi đặc biệt lớn, dẫu chưa thể hoàn toàn nắm bắt được bức tranh toàn cảnh.

Hành trình khám phá đầy gian nan

Trong hàng thế kỷ, việc nghiên cứu Sao Thủy dựa trên quan sát bằng kính thiên văn mặt đất đã gặp phải những khó khăn về mặt kỹ thuật, do quỹ đạo hành tinh gần với Mặt Trời nên nó luôn bị ánh sáng làm lu mờ.

Việc đưa vệ tinh lên hành tinh này cũng gặp nhiều khó khăn. Ước tính, một tàu không gian phóng lên từ Trái Đất nếu muốn tới Sao Hỏa, phải hành trình hơn 91 triệu km vào vùng ảnh hưởng hấp dẫn của Mặt Trời.

Sao Thủy có tốc độ trên quỹ đạo bằng 48 km/s, trong khi của Trái Đất xấp xỉ 30 km/s. Do vậy tàu không gian phải thực hiện sự thay đổi lớn trong vận tốc (delta-v) nhằm đi vào quỹ đạo chuyển dịch Hohmann nằm gần Sao Thủy, so với vận tốc delta-v cần thiết cho những sứ mệnh đến các hành tinh khác.

Nói cách khác, để có thể đi vào quỹ đạo quanh Sao Thủy các tàu không gian cần phải mang theo lượng lớn nhiên liệu cho động cơ tên lửa. Bên cạnh đó, cũng không thể thực hiện hoạt động hãm phanh trong khí quyển do hành tinh này có khí quyển quá mỏng.

Cho đến nay, chỉ có một vài tàu không gian đặt mục tiêu thăm dò Sao Thủy. Một phần là bởi các nhà nghiên cứu không chắc rằng sự sống có thể tồn tại trên Sao Thủy do bức xạ mặt trời và nhiệt độ khắc nghiệt.

Đáng chú ý nhất là sứ mệnh tàu thăm dò được thực hiện bởi NASA vào những năm 1974 - 1975. Con tàu đã lợi dụng lực hấp dẫn của Sao Kim để điều chỉnh vận tốc quỹ đạo, cho phép nó có thể hướng đến Sao Thủy.

Trong sứ mệnh của mình, tàu Mariner-10 gửi về các bức ảnh chụp bề mặt Sao Thủy cho thấy hành tinh bị cày xới bởi nhiều hố va chạm, và có một số đặc trưng địa chất khác, điển hình như các đoạn đứt gãy hay trồi sụt do ảnh hưởng của quá trình nguội lạnh và co lại của cấu trúc bên trong bao gồm lõi hành tinh.

Do độ lớn chu kỳ quỹ đạo của tàu Mariner-10, mỗi lần con tàu bay qua hành tinh, nó chỉ chụp được một phần bán cầu của Sao Thủy và không thể khám phá được ở bề mặt bên kia.

Năm 2018, Cơ quan vũ trụ châu Âu (ESA) kết hợp với Cơ quan vũ trụ Nhật Bản (JAXA) đã triển khai thực hiện sứ mệnh BepiColombo, với 2 tàu không gian hướng tới Sao Thủy và di chuyển xung quanh hành tinh này. Theo kế hoạch 2 tàu sẽ chạm đến quỹ đạo Sao Thủy vào năm 2025.