[비즈한국] Đám mây. Từ điển tiếng Hàn định nghĩa đám mây là những giọt nước trôi nổi trong không khí. Tuy nhiên, đối với các nhà thiên văn học, thuật ngữ "đám mây" được dùng với ý nghĩa rộng hơn nhiều. Nó không nhất thiết phải ở trên bầu trời Trái Đất, cũng không nhất thiết phải là những giọt nước. Chỉ cần là những hạt lớn nhỏ phân tán trong một không gian rộng lớn, tất cả đều được gọi là đám mây. Thậm chí, chúng không cần phải nhỏ bé như giọt nước. Những thiên thể nhỏ khổng lồ hay các khối băng có kích thước lên tới hàng trăm, hàng ngàn km trôi nổi cũng được các nhà thiên văn học gọi là mây.
Ví dụ điển hình là đám mây Oort, được biết đến là bao quanh vùng rìa của Hệ Mặt Trời. Đám mây Oort được coi là nơi bắt nguồn, là quê hương của những sao chổi chưa thực hiện hành trình của mình. Lý do tại sao tôi dùng cách diễn đạt thận trọng là "được biết đến là bao quanh" thay vì khẳng định "đang bao quanh", là vì bản chất của đám mây Oort vẫn chưa bao giờ được chứng minh thông qua quan sát trực tiếp. Mặc dù vậy, hầu hết các nhà thiên văn học đều tin rằng đám mây Oort tồn tại.
Thông thường, hình ảnh xuất hiện khi tìm kiếm "đám mây Oort" trên Google khá giống nhau. Đó là hình ảnh những đốm trắng lan tỏa rộng khắp và tròn trịa quanh Mặt Trời, trông giống như hạt bồ công anh. Quy mô ước tính hiện tại của đám mây Oort là cực kỳ lớn. Người ta ước tính rằng các mảnh vụn băng lớn nhỏ đang phân tán từ khoảng cách 10.000 AU đến tối đa 100.000 AU tính từ Mặt Trời. Quy mô này tương đương với đơn vị năm ánh sáng. Trọng lực của Mặt Trời vẫn thể hiện sức mạnh của nó lên tận những mảnh vụn ở nơi xa xôi vô tận đó. Người ta đã giả định rằng các mảnh vụn tập hợp thành hình tròn như vậy để tạo nên đám mây Oort.
Tuy nhiên, gần đây đã xuất hiện khả năng cho rằng hình ảnh đám mây Oort mà chúng ta tưởng tượng từ trước đến nay hoàn toàn sai lệch. Thú vị là theo các phân tích gần đây, đám mây Oort có thể không đơn thuần là một đám mây hình hạt bồ công anh tròn trịa khổng lồ. Hình dạng mới mà các nhà thiên văn học đề xuất cho đám mây Oort là một hình thù hoàn toàn không ngờ tới.
Thực tế, dù tên gọi đám mây Oort đã quá phổ biến, nhưng một số người chú trọng đến căn nguyên còn gọi nó là đám mây Öpik. Ernst Öpik người Estonia đã dự đoán từ những năm 1930 rằng nguồn gốc của các sao chổi chu kỳ dài thỉnh thoảng bay vào trong Hệ Mặt Trời nằm ở vùng rìa Hệ Mặt Trời. Ông cho rằng một cấu trúc tương tự như kho dự trữ sao chổi đang trải dài ở vùng ngoài cùng của Hệ Mặt Trời. Ông cũng tin rằng trọng lực Mặt Trời liên tục gây ra sự nhiễu loạn nhỏ lên quỹ đạo của các thiên thể nhỏ, khiến một số trong đó đôi khi rời bỏ quê hương ban đầu và bay đến theo các quỹ đạo hình elip kéo dài. Có thể nói, ông là người đầu tiên hình dung ra nguyên mẫu của đám mây Oort mà chúng ta tưởng tượng ngày nay.
Đặc biệt, một trong những điểm bí ẩn nhất của sao chổi là chúng được quan sát khá thường xuyên, trong khi bản thân mỗi sao chổi lại trông quá mong manh. Hầu hết các sao chổi, chỉ cần đến gần Mặt Trời một chút, toàn bộ cơ thể đã sớm bị thăng hoa và phá hủy. Hầu hết các sao chổi, đặc biệt là những sao chổi bay đến theo quỹ đạo hình elip cực kỳ méo mó, có vẻ như cuộc gặp gỡ đầu tiên với Mặt Trời cũng chính là cuộc gặp gỡ cuối cùng của chúng.
Nếu mỗi sao chổi bay đến đều bị phá hủy ngay lập tức như vậy, thì những sao chổi bay đến không ngừng nghỉ từ nhiều hướng khác nhau mỗi năm rốt cuộc đến từ đâu? Nhà thiên văn học người Hà Lan Jan Oort cho rằng chỉ có một câu trả lời duy nhất có thể giải thích bí ẩn này. Đó là ở phía bên kia bóng tối ngoài cùng của Hệ Mặt Trời, tồn tại một kho chứa sao chổi khổng lồ không ngừng gửi các sao chổi đến.
Sau đó, Oort đã phân tích kỹ lưỡng quỹ đạo của các sao chổi được quan sát và phát hiện ra một sự thật thú vị rằng khoảng cách điểm viễn nhật (điểm xa Mặt Trời nhất) của hầu hết chúng đều nằm ở khoảng cách tương tự nhau. Theo tính toán của Oort lúc bấy giờ, hầu hết các sao chổi chu kỳ dài đều có điểm viễn nhật cách Mặt Trời khoảng 20.000 AU. Điều này có nghĩa là các sao chổi không đơn thuần là những vật thể ngoài hành tinh bay đến từ bên ngoài Hệ Mặt Trời (như ‘Oumuamua), mà là những thực thể lặp lại hành trình theo chu kỳ dài trên các quỹ đạo hình elip đóng kín, kéo dài xung quanh Mặt Trời. Dựa trên phỏng đoán của Oort, các nhà thiên văn học đã tưởng tượng ra một thế giới đầy rẫy những mảnh băng đang chờ đợi chuyến đi tiếp theo ở khoảng cách xa tương tự từ Mặt Trời, và họ đặt tên cho đám mây mảnh vụn băng đó là đám mây Oort.
Tuy nhiên, đáng tiếc là sự tồn tại thực sự của đám mây Oort chưa bao giờ được chứng minh bằng quan sát. Nghe qua có vẻ mâu thuẫn. Nếu một đám mây sao chổi và mảnh vụn băng khổng lồ như vậy bao quanh Hệ Mặt Trời của chúng ta theo hình tròn, liệu nó không nên được phát hiện từ lâu rồi sao? Không hẳn là vậy. Trước hết, quy mô dự đoán của đám mây Oort là quá lớn. Hiện nay, các nhà thiên văn học phân chia đám mây Oort thành phần bên trong và bên ngoài; đám mây Oort bên trong, hay còn gọi là đám mây Hills, bắt đầu từ khoảng cách 10.000 AU tính từ Mặt Trời. Ngay cả tàu thăm dò Voyager, vốn mơ ước thoát khỏi Hệ Mặt Trời từ lâu, vẫn chưa thể tiến vào ranh giới bên trong của đám mây Oort. Phải mất ít nhất 300 năm nữa nó mới có thể tiến vào ranh giới trong của đám mây này.
Đám mây Oort bên ngoài cùng được ước tính trải dài tới khoảng cách tối đa 2 đến 3 năm ánh sáng. Nếu Voyager tiếp tục hành trình với cùng vận tốc, phải mất gần 70.000 năm nữa mới có thể thoát khỏi đám mây Oort. Đám mây Oort to lớn đến mức đó.
Vấn đề lớn hơn là đám mây Oort chỉ chứa đầy những mảnh vụn băng lạnh lẽo không tự phát sáng. Dù những mảnh băng có phản xạ ánh sáng Mặt Trời tốt đến đâu thì khoảng cách cũng quá xa và kích thước mảnh vụn lại quá nhỏ. Do đó, với hiệu suất kính thiên văn hiện tại, việc quan sát trực tiếp ánh sáng mờ nhạt từ các mảnh vụn trôi dạt trong đám mây Oort là vô cùng khó khăn.
Một số người đặt câu hỏi rằng nếu các mảnh vụn đám mây Oort bao quanh chúng ta, thì làm thế nào để quan sát các ngôi sao và thiên hà khác ở khoảng cách xa hơn thế? Đó cũng là một sự hiểu lầm. Đám mây Oort là một đám mây rất loãng với mật độ cực thấp. Người ta ước tính đám mây Oort chứa khoảng 1 nghìn tỷ sao chổi và mảnh băng, nhưng lại trải rộng trên bán kính tới 2-3 năm ánh sáng. Thực tế, mật độ của nó rất thấp, đến mức chỉ có đúng một thiên thể nằm trong một chiếc hộp khổng lồ có cạnh lên tới hàng chục AU. Mật độ phân tử trong bầu khí quyển Trái Đất là 10^19 phân tử trong một đơn vị thể tích 1cm^3. Nếu so sánh về mật độ số lượng hạt trong cùng một thể tích, thì đám mây Oort còn loãng hơn cả vật chất liên sao thông thường chứ chưa nói đến bầu khí quyển Trái Đất. Vì vậy, nó không gây cản trở đáng kể cho việc quan sát vũ trụ xa xôi.
Quy mô khổng lồ của đám mây Oort đặt cấu trúc này vào một vị trí rất kỳ lạ. Mặc dù rõ ràng là những mảnh vụn bị trọng lực của Mặt Trời giữ lại, nhưng do khoảng cách khá xa nên trọng lực nhận được từ Mặt Trời không đủ mạnh. Nếu một thiên thể khác có lực hấp dẫn tương đương xuất hiện gần đó, chúng có thể rời bỏ Hệ Mặt Trời và bám vào ngôi sao khác. Trên thực tế, các nhà thiên văn học cho rằng các thiên thể khác đi ngang qua Hệ Mặt Trời đã gây ra sự nhiễu loạn lớn đối với đám mây Oort, và khi đó đã xảy ra các cuộc "oanh tạc bằng thảm" của sao chổi vào các hành tinh bên trong Hệ Mặt Trời, bao gồm cả Trái Đất. Thậm chí, nguyên nhân gây ra sự tuyệt chủng của khủng long cũng được tìm kiếm trong những biến động của đám mây Oort. Điển hình là "ngôi sao Scholz", được cho là đã tiến lại gần và làm đảo lộn đám mây Oort một lần vào khoảng 70.000 năm trước.
Sự nhiễu loạn trọng lực không chỉ xảy ra ở quy mô các ngôi sao lân cận. Dải Ngân hà của chúng ta cũng tác động một lực hấp dẫn rất mạnh. Đương nhiên, Hệ Mặt Trời và đám mây Oort bị giam giữ bên trong đó cũng chịu ảnh hưởng bởi trọng lực của chính Dải Ngân hà, nơi chứa vô số ngôi sao xung quanh. Đặc biệt, vì bản thân Hệ Mặt Trời bị nhốt trong Dải Ngân hà khổng lồ, nó phải chịu một loại lực thủy triều như thể bị kéo từ bốn phía. Trong khi đó, Hệ Mặt Trời mang theo đám mây Oort và quay chậm rãi.
Trong nghiên cứu lần này, các nhà thiên văn học đã đặt ra vấn đề rằng có lẽ chúng ta đã bỏ qua sự hiện diện của Dải Ngân hà, nơi chứa đựng Hệ Mặt Trời. Các nhà thiên văn học đã sử dụng siêu máy tính để mô phỏng xem hình dạng của đám mây Oort sẽ thay đổi như thế nào nếu lực thủy triều ở quy mô thiên hà liên tục tác động. Kết quả cho thấy đám mây Oort không phải là một đám mây hình cầu đơn thuần, mà đã biến đổi thành dạng có các nhánh xoắn ốc hình chữ S rõ rệt giống như Dải Ngân hà của chúng ta.
Sự khác biệt thú vị hơn xuất hiện ở ranh giới bên trong của đám mây Oort. Trong các hình ảnh trước đây, đám mây Oort được cho là lan tỏa tròn trịa như hạt bồ công anh ở bên ngoài, nhưng khi tiến vào bên trong Hệ Mặt Trời, nó được cho là sẽ chuyển sang hình dạng như một chiếc bánh donut tròn. Người ta giả định rằng đám mây Oort bên trong duy trì hình dạng chiếc nhẫn giống như vành đai Kuiper phiên bản khổng lồ, và tồn tại dưới cấu trúc ổn định, ít chịu ảnh hưởng từ sự nhiễu loạn bên ngoài hơn so với đám mây Oort bên ngoài. Tuy nhiên, theo mô phỏng mới, đám mây Oort vẽ nên các nhánh xoắn ốc rõ rệt ở cả trong lẫn ngoài. Hơn nữa, kết quả cho thấy đám mây Oort hình xoắn ốc này đã duy trì hình dạng đó từ 4,2 tỷ năm trước, không lâu sau khi Hệ Mặt Trời ra đời. Đám mây Oort hình chữ S được tạo ra theo cách này trải dài theo hướng nghiêng khoảng 30 độ so với mặt phẳng quỹ đạo Trái Đất.
Kết quả của mô phỏng lần này ám chỉ rằng có lẽ lâu nay chúng ta đã tìm kiếm đám mây Oort ở sai chỗ. Trước đây, người ta kỳ vọng vào một vành đai mờ nhạt có mật độ thưa dần bên ngoài vành đai Kuiper, nên đã tìm kiếm dấu vết của đám mây Oort trên bầu trời không lệch quá nhiều so với mặt phẳng quỹ đạo Trái Đất, tức là hoàng đạo. Nhưng mô phỏng lần này cung cấp một manh mối mới rằng chỉ khi xoay chuyển góc nhìn lớn khỏi mặt phẳng hoàng đạo mới có thể tìm thấy nó.
Phát hiện lần này không chỉ dừng lại ở việc đám mây Oort có thể bị xoắn nhiều hơn so với suy nghĩ ban đầu. Đây có thể là một phát hiện quan trọng giúp chúng ta nhận ra cách Hệ Mặt Trời tương tác với không gian thiên hà xung quanh bên ngoài biên giới của nó, Hệ Mặt Trời của chúng ta chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ trọng lực của thế giới bên ngoài như thế nào, và cũng là một thực thể mong manh có thể bị thay đổi hình dạng bởi những yếu tố đó.
Nếu phát hiện này được xác nhận là sự thật, đám mây trong lịch sử thiên văn học có thể sẽ lặp lại một sự tình cờ tinh tế. Vào đầu thế kỷ 20, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra những đám mây cuộn xoáy hình xoắn ốc trên bầu trời đêm, và sau khi suy ngẫm về bản chất của chúng, họ đã tìm thấy một vũ trụ khổng lồ ngoài Dải Ngân hà. Và thật tình cờ, đám mây mang tên Oort cũng không xuất hiện dưới dạng hình quả cầu đơn giản mà dưới dạng cuộn xoáy. Có lẽ nó đang buộc chúng ta phải có một mô hình mới về thế giới ngoài Hệ Mặt Trời. Có lẽ trong từ điển của các nhà thiên văn học, định nghĩa về từ "đám mây" nên bao gồm cả thứ gì đó "đang cuộn xoáy".
Tham khảo
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250211252N/abstract
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Khi còn nhỏ, sau khi xem "Galaxy Express 999", anh đã có ước mơ truyền bá vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện anh đang nghiên cứu sự tiến hóa thông qua tương tác của các thiên hà tại Trung tâm Nghiên cứu Tiến hóa Thiên hà và Phòng thí nghiệm Vũ trụ học tại Đại học Yonsei, đồng thời tham gia các hoạt động truyền thông khoa học đa dạng như giảng dạy và viết sách. Anh là tác giả của các cuốn sách như "Đài thiên văn đang yêu", "Cả ngày nghĩ về vũ trụ", "Sao, khoa học của ánh sáng".