Vào ngày 12 tháng 11 năm 2021, một sao chổi mang theo tàu thăm dò của con người sẽ bay qua Trái đất, với khoảng cách gần nhất là khoảng 63 triệu km (hoặc 0,418 AU, AU: đơn vị thiên văn, 1AU bằng khoảng 150 triệu km).
Sao chổi 67P được chụp vào ngày 3 tháng 10 năm 2021 | Nguồn ảnh: Rolando Ligustri
Đây là một sao chổi định kỳ, có tên đầy đủ là Churyumov-Gerasimenko, biệt danh là 67P và đầu dò của nó được gọi là "Philae" (nhìn kỹ, nó không phải là "leek"!). Đây là thiết bị đổ bộ được chương trình thám hiểm sao chổi "Rosetta" mang theo, do Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) phóng vào năm 2004.
Vào ngày 12 tháng 11 năm 2014, đúng bảy năm trước, Philae đã hạ cánh thành công xuống bề mặt sao chổi 67P, trở thành tàu vũ trụ đầu tiên trong lịch sử hạ cánh xuống sao chổi. Sau khi quay quanh sao chổi 67P trong hai năm, Rosetta đã được đưa về nghỉ ngơi trên bề mặt băng giá của sao chổi này vào ngày 30 tháng 9 năm 2016, kết thúc sứ mệnh thám hiểm khoa học kéo dài 12 năm rưỡi.
Sơ đồ tàu thăm dò sao chổi Rosetta và tàu đổ bộ sao chổi Philae | Nguồn: ESA
"Cuộc chạm trán gần" này với Trái Đất sẽ là lần 67P tiếp cận Trái Đất gần nhất trong thế kỷ này và thế kỷ tiếp theo. Lần tiếp cận gần Trái Đất tiếp theo sẽ diễn ra sau 193 năm nữa, vào năm 2214.
Quá khứ và hiện tại của sao chổi 67P
67P/Churyumov-Gerasimenko được các nhà thiên văn học Liên Xô Churyumov và Gerasimenko phát hiện lần đầu tiên vào năm 1969 và được đặt theo tên của họ. 67P có khoảng cách điểm viễn nhật là 5,68 AU, chu kỳ quỹ đạo là 6,45 năm, độ nghiêng quỹ đạo là 7,04 độ, chu kỳ tự quay là 12,4 giờ, khối lượng khoảng 10¹³ kg và mật độ trung bình là 0,4 g/cm³. Đây là một sao chổi điển hình của họ Sao Mộc.
Sao chổi họ Sao Mộc là sao chổi có chu kỳ quỹ đạo dưới 20 năm, điểm viễn nhật gần quỹ đạo Sao Mộc và độ nghiêng quỹ đạo không quá 30 độ. Người ta thường cho rằng sao chổi thuộc họ Sao Mộc có nguồn gốc từ vành đai Kuiper bên ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương. Các vật thể trong vành đai Kuiper đôi khi bị đẩy vào bên trong hệ mặt trời sau khi bị các hành tinh bên ngoài của hệ mặt trời làm nhiễu loạn lực hấp dẫn, trở thành sao chổi thuộc họ Sao Mộc.
Dưới ảnh hưởng của lực hấp dẫn của Mặt Trời và Sao Mộc, điểm cận nhật của 67P sẽ tiếp tục thay đổi. Trước năm 1840, khoảng cách cận điểm của 67P là 4 AU, và trở thành 3 AU vào năm 1840; Vào tháng 2 năm 1959, một cuộc chạm trán gần với Sao Mộc đã khiến điểm cận nhật của 67P di chuyển vào phía trong cách 1,29 AU; lần đi qua điểm cận nhật gần đây nhất xảy ra vào ngày 3 tháng 11 năm 2021, với khoảng cách điểm cận nhật là 1,21 AU; và lần tiếp theo điểm cận nhật sẽ có sự thay đổi lớn là vào tháng 11 năm 2220, khi 67P sẽ bay qua Sao Mộc ở khoảng cách 0,12 AU, và khoảng cách điểm cận nhật của nó sẽ trở thành 0,8 AU.
Vị trí quỹ đạo của 67P khi nó ở gần Trái Đất nhất vào ngày 12 tháng 11 năm 2021 | Nguồn hình ảnh: Greg Smye-Rumsby
Những khám phá khoa học chính của Rosetta
Đặc điểm bề mặt
Hình ảnh sao chổi do Rosetta chụp cho thấy nhân của 67P có hai cấu trúc thùy riêng biệt với đường kính trung bình là 4,2 km và kích thước dài nhất và rộng nhất lần lượt là khoảng 4,3 km x 4,1 km.
Nhân của sao chổi 67P | Nguồn hình ảnh: ESA/Rosetta/NAVCAM
Sao chổi 67P có bề mặt gồ ghề với vách đá, tảng đá lớn, vết nứt, hố, cồn cát và rặng núi. Đánh giá từ những hình ảnh được chụp trong quá trình Philae hạ cánh, bề mặt của sao chổi được bao phủ bởi regolith và sỏi có kích thước từ milimét đến mét. Người ta ước tính sơ bộ rằng bề mặt của sao chổi có độ dày từ 10 đến 20 cm.
Phân chia địa mạo của nhân sao chổi 67P | Nguồn hình ảnh: Thomas et al. (điều [7])
０Thành phần hóa học
Phát hiện khoa học của Rosetta cho thấy sao chổi 67P là sự kết hợp rất lỏng lẻo giữa nước đá, bụi và đá. Các thành phần chính của khí thải là amoniac, mêtan, hydro sunfua, hydro xyanua và fomanđehit, do đó mùi của nó giống như hỗn hợp của trứng thối, nước tiểu ngựa, rượu và hạnh nhân đắng.
Hàm lượng deuterium là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự hình thành và tiến hóa ban đầu của Hệ Mặt trời. 67P có thành phần hơi nước rất khác so với Trái Đất, với tỷ lệ deuterium so với hydro gấp ba lần so với các đại dương trên Trái Đất, điều này ít nhất cho thấy rằng nước trên Trái Đất không có khả năng đến từ một sao chổi như 67P.
Một lượng lớn oxy phân tử tự do (O₂) được tìm thấy trong khí xung quanh 67P, đây là lần đầu tiên O₂ được phát hiện trong đám mây bụi của sao chổi. Về nguồn gốc của chúng, một quan điểm cho rằng chúng có trong sao chổi trong quá trình hình thành ban đầu, trong khi quan điểm khác cho rằng chúng được tạo ra khi các phân tử nước va chạm với silicat và các chất có chứa oxy khác trên bề mặt sao chổi.
Philae cũng phát hiện 16 hợp chất hữu cơ trên 67P, trong đó bốn hợp chất acetamide, acetone, methyl isocyanate và propionaldehyd được phát hiện lần đầu tiên trên sao chổi.
〇Hoạt động
Là một sao chổi thuộc họ Sao Mộc, hoạt động của 67P chủ yếu được thúc đẩy bởi sự thăng hoa của nước đá. Về mặt lý thuyết, đối với sao chổi có diện tích hoạt động phân bố đồng đều, tốc độ hình thành nước đá tăng dần khi nó di chuyển về phía cận điểm. Tuy nhiên, Rosetta phát hiện ra rằng khu vực hoạt động trên bề mặt nhân sao chổi 67P không đồng đều và tốc độ sản xuất nước tăng mạnh trong những tháng trước điểm cận nhật. Nguyên nhân chính có thể là khi 67P đi qua điểm cận nhật, lúc đó là mùa hè ở bán cầu nam của nhân sao chổi, khiến nhiệt xâm nhập sâu vào nhân sao chổi và khu vực hoạt động cũng mở rộng theo.
Rosetta cũng phát hiện ra các cấu trúc gần hạt nhân như các tia bên trong đám mây bụi của 67P. Các tia này liên quan đến các khu vực cụ thể trên bề mặt của hạt nhân. Không chỉ có máy bay phản lực vào ban ngày mà còn có máy bay phản lực vào ban đêm. Tuy nhiên, do hình dạng cực kỳ bất thường của hạt nhân 67P nên nguồn gốc của các tia này vẫn chưa được biết rõ.
Dòng tia gần nhân của sao chổi 67P | Nguồn hình ảnh: ESA
○Cơ chế hình thành
67P có cấu trúc thùy kép riêng biệt. Các nhà thiên văn học tin rằng khoảng 4,5 tỷ năm trước, trong giai đoạn đầu hình thành hệ mặt trời, các sao chổi hai thùy như thế này đã được hình thành trong quá trình va chạm chậm của các mảnh vỡ băng giá. Chúng là kết quả của một vụ va chạm tốc độ thấp giữa hai thiên thể nhỏ, được gọi là sao đôi tiếp xúc.
Có thể nhìn thấy sao chổi 67P bằng mắt thường không?
Mặc dù 67P hiện đang ở khá gần Trái Đất và đang ở thời kỳ sáng nhất, với độ sáng khoảng cấp 10 (cấp càng nhỏ thì vật thể càng sáng), nhưng độ sáng này vẫn không thể nhìn thấy bằng mắt thường, vì mắt thường chỉ có thể nhìn thấy các vật thể có độ sáng tối đa là cấp 6. Sao chổi hiện đang nằm giữa chòm sao Song Tử và Cự Giải. Nó sẽ mọc lên trên đường chân trời theo hướng đông bắc vào khoảng 11 giờ tối và đạt gần thiên đỉnh vào khoảng 4:30 sáng ngày hôm sau. Điều kiện quan sát ở nước ta sẽ tốt trong vài tháng tới và sao chổi này có thể dễ dàng được quan sát bằng kính thiên văn nhỏ mà những người nghiệp dư thường sử dụng.
Chúng ta sẽ có tâm trạng thế nào khi ngắm nhìn sao chổi này và nghĩ đến "Rosetta" và "Philae" đang ngủ trên đó?
Tài liệu tham khảo:
[1] "67P/Churyumov-Gerasimenko, một sao chổi họ Sao Mộc có tỷ lệ D/H cao", Altwegg, K.;Balsiger, H.;Bar-Nun, A.,; et al., 2015, Khoa học, Tập 347, Số 6220, id bài viết. 1261952
[2] "Oxy phân tử dồi dào trong đám mây sao chổi 67P/Churyumov-Gerasimenko", Bieler, A.;Altwegg, K.;Balsiger, H.; et al., 2015, Nature, Tập 526, Số 7575, trang 678-681
[3] "Hai lớp vỏ nguyên thủy và độc lập của nhân hai thùy của sao chổi 67P", Massironi, Matteo; Simioni, Emanuele; Marzari, Francesco; et al., 2015, Nature, Tập 526, Số 7573, trang 402-405
[4] "Hoạt động gần điểm cận nhật của sao chổi 67P/Churyumov-Gerasimenko. Nỗ lực đầu tiên của phân tích phi tĩnh", Skorov, Yu;Keller, HU;Mottola, S.;Hartogh, P., 2020, MNRAS, Tập 494, Số 3, trang 3310-3316
[5] "Hình thái sao chổi 67P được kiểm soát bởi bức xạ mặt trời trên nhân sao chổi không đều", Shi, X.; Hồ, X.; Mottola, S. và cộng sự. 2018, NatAs, 2, 562
[6] "Hạn chế mô hình không gian của hoạt động ban đầu của sao chổi 67P/CG với mô hình 3D của các quan sát MIRO", Zhao, Y.;Rezac, L.;Hartogh, P.;Ji, J.;Marschall, R.;Keller, HU, 2020, MNRAS, Tập 494, Số 2, trang 2374-2384
[7] "Sự đa dạng hình thái của sao chổi 67P/Churyumov-Gerasimenko", Thomas, N. và 58 đồng nghiệp, 2015, Khoa học, Tập 347, Số 6220, doi:10.1126/science.aaa0440
[8] “Rosetta hạ cánh thành công xuống sao chổi sau mười năm”, Ji Jianghui và Tian Lei, 2015, Chinese Science Bulletin, Tập. 60, Số 2: 164-169.
[9] “Tiến bộ trong nghiên cứu sao chổi và thám hiểm không gian sao chổi”, Shi Jianchun và Ma Yuehua, 2015, Kiến thức vật lý hiện đại, Tập. 27, Số 3: 50-56.
[10]https://myspaceastronomy.com/catch-the-rosetta-comets-return-astronomy-now/
Về tác giả
Thạch Kiến Xuân
Nghiên cứu viên cộng tác tại Đài quan sát Tử Kim Sơn, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc. Lĩnh vực nghiên cứu: Tính chất vật lý và hoạt động của sao chổi.
Tổng biên tập luân phiên: Ji Jianghui
Biên tập: Vương Khắc Siêu
