[비즈한국] Thực tế, Trái Đất không chỉ có duy nhất một mặt trăng. Ngoài mặt trăng mà chúng ta vẫn biết, còn có một mặt trăng khác đang ẩn mình. Và cuối cùng, hình ảnh thực tế của nó đã được ghi lại. Mặt trăng bí ẩn ẩn nấp quanh Trái Đất, thực chất của “mặt trăng thứ hai” này là gì?
Truyền thuyết này bắt đầu từ năm 1961 khi nhà thiên văn học người Ba Lan Kordylewski chụp được những vệt sáng mờ tại một điểm đặc biệt giữa Trái Đất và Mặt Trăng. Hướng mà chiếc máy ảnh của ông nhắm tới là khu vực các điểm Lagrange L4 và L5, nơi lực hấp dẫn của Trái Đất và Mặt Trăng tạo ra.
Trong hệ thống hai thiên thể quay quanh nhau, khi lực hấp dẫn và chuyển động quỹ đạo đạt được sự cân bằng tinh tế, năm điểm Lagrange sẽ được hình thành. L1, L2 và L3 là các điểm cân bằng không ổn định, nơi các vật thể dễ dàng bị lệch khỏi vị trí chỉ với một tác động nhỏ. Ngược lại, L4 và L5, tương ứng với các đỉnh còn lại của tam giác đều tạo bởi Trái Đất và Mặt Trăng, là các điểm cân bằng tương đối ổn định, nơi vật thể có thể lưu lại ở đó trong thời gian dài. Đối với hệ thống Trái Đất - Mặt Trăng, điểm L4 nằm phía trước hướng chuyển động của Mặt Trăng 60 độ, còn L5 nằm phía sau 60 độ.
Tất nhiên, chúng không hoàn toàn ổn định. Lực hấp dẫn của Mặt Trời, gió Mặt Trời, áp suất bức xạ của ánh sáng Mặt Trời và sự nhiễu loạn hấp dẫn từ các hành tinh xung quanh liên tục tác động. Do đó, bụi bay vào các điểm Lagrange không lưu lại đó mãi mãi. Quá trình bị giữ lại, phân tán và lấp đầy lại diễn ra liên tục. Kordylewski cho rằng tồn tại những đám mây bụi vũ trụ tập trung quanh L4 và L5 do cân bằng với lực hấp dẫn của Trái Đất và Mặt Trăng. Nó giống như một khối bụi vũ trụ khổng lồ liên tục thay đổi hình dạng hơn là một vệ tinh rắn chắc. Vì thế, những đám mây bụi này còn được gọi là các “vệ tinh ma”.
Vấn đề là rất khó để xác nhận sự tồn tại của chúng thông qua quan sát vì chúng quá mờ nhạt. Đám mây Kordylewski là những đám mây bụi gồm vô số hạt nhỏ li ti phân tán thưa thớt trong không gian rộng lớn. Tổng quy mô của nó còn lớn hơn cả Trái Đất, nhưng mật độ lại quá thấp. Vì vậy, chỉ với những bức ảnh chụp từ kính thiên văn thông thường thì rất khó để phân biệt chúng với ánh sáng nền của vũ trụ hay ánh sáng tán xạ trên bầu trời. Đó là lý do trong một thời gian dài, các đám mây Kordylewski bị coi là thiên thể trong truyền thuyết chưa được xác nhận thực hư. Ý kiến về sự tồn tại của chúng vẫn còn trái chiều cho đến tận gần đây.
Năm 1966, thông qua quan sát từ máy bay của NASA và kính thiên văn quan sát Mặt Trời OSO-6, người ta đã bắt được những dấu vết trông giống như đám mây quanh khu vực L4 và L5. Tuy nhiên, quan sát bằng radar lại không cho ra tín hiệu rõ ràng. Tàu thăm dò Hiten do Nhật Bản phóng năm 1991 cũng đã tìm kiếm sự hiện diện của đám mây bụi khi đi ngang qua khu vực L4, L5 nhưng không tìm thấy bằng chứng. Thế nhưng, vào năm 2018, các nhà thiên văn học Hungary đã tìm ra manh mối mới. Thay vì chỉ chụp ảnh đám mây bụi, họ phân tích mô hình dao động của ánh sáng bị tán xạ khi va chạm với các hạt bụi nhờ ánh sáng Mặt Trời. Đó chính là quan sát phân cực. Qua đó, họ đã xác nhận dấu vết của ánh sáng tán xạ, bị phân cực theo một hướng nhất định gần L5. Ở đó chắc chắn có những đám mây bụi tập trung tán xạ ánh sáng Mặt Trời.
Thực tế, kích thước và độ sáng của các đám mây Kordylewski không duy trì ổn định. Lượng hạt và sự phân bố của chúng thay đổi liên tục. Tùy thuộc vào vị trí của Mặt Trời và Mặt Trăng vào thời điểm quan sát cũng như lượng bụi xâm nhập, chúng có thể nhìn thấy rõ hoặc không. Đây cũng là lý do tại sao các kết quả quan sát trước đây thường gây nhầm lẫn. Thú vị là, theo những gì đã được công bố cho đến nay, đám mây L5 được ghi nhận thường xuyên hơn L4. Trong tổng số 21 lần quan sát tính đến năm 2022, đám mây L5 được quan sát 16 lần trong khi L4 chỉ có 5 lần.
Tuy nhiên, còn có một loại thiên thể trông giống mặt trăng thật hơn thế nữa, đó là các tiểu vệ tinh (quasi-satellite). Nghe qua có vẻ giống như một mặt trăng nhỏ khác bị lực hấp dẫn của Trái Đất bắt giữ, nhưng thực tế chúng không bị giữ lại bởi lực hấp dẫn của Trái Đất. Về cơ bản, đó là một tiểu hành tinh tự quay quanh Mặt Trời. Chỉ vì chu kỳ quỹ đạo gần giống với Trái Đất nên nó tạo ra sự cộng hưởng quỹ đạo gần như 1:1 với Trái Đất. Nhìn từ Mặt Trời, nó quay quanh Mặt Trời song song với Trái Đất, nhưng nhìn từ Trái Đất, nó trông như đang vẽ những vòng cung lớn quanh Trái Đất.
Càng xa Trái Đất, các vật thể càng chịu ảnh hưởng của lực hấp dẫn Mặt Trời nhiều hơn lực hấp dẫn của Trái Đất. Ranh giới mà tại đó ảnh hưởng của Mặt Trời trở nên mạnh hơn được gọi là giới hạn Hill (Hill sphere). Thông thường, các tiểu vệ tinh nằm ngoài giới hạn Hill của Trái Đất và bị ràng buộc bởi lực hấp dẫn của Mặt Trời chứ không phải Trái Đất. Chúng hoàn toàn khác biệt với các “tiểu mặt trăng” (mini-moon) tình cờ bị giữ lại bởi lực hấp dẫn của Trái Đất trong vài ngày đến vài tháng.
Tiểu vệ tinh như vậy thực chất không phải là hiện tượng đặc biệt riêng của Trái Đất. Cho đến nay, tiểu vệ tinh đã được phát hiện nhiều quanh tất cả các hành tinh trong Hệ Mặt Trời, ngoại trừ Sao Thủy. Ngay cả quanh Sao Kim, nơi không có vệ tinh thực sự nào, cũng có tiểu vệ tinh Zoozve. Thú vị là cái tên này bắt nguồn từ một sai lầm. Tên chính thức ban đầu của tiểu hành tinh này là 2002 VE 68, nhưng người dẫn chương trình radio của Anh khi đưa tin đã hiểu nhầm số 2002 thành chữ cái và đọc nhầm thành Zoozve. Cái tên Zoozve trở nên phổ biến sau sai lầm tình cờ đó, và Hiệp hội Thiên văn Quốc tế đã chính thức chấp nhận nó làm tên thực tế. Có thể nói, sai lầm của người dẫn chương trình radio đã được lưu giữ mãi mãi trong vũ trụ.
Hiện nay có bảy tiểu vệ tinh đã được phát hiện quanh Trái Đất. Trong đó có 2016 HO3, được phát hiện vào năm 2016 bằng kính thiên văn PANSTARRS ở Hawaii. Thiên thể này được đặt tên là Kamoʻoalewa, trong tiếng Hawaii có nghĩa là “mảnh vỡ thiên thể chuyển động chao đảo”. Và gần đây, tàu thăm dò Thiên Vấn 2 (Tianwen-2) của Trung Quốc đã thành công trong việc chụp ảnh hình dáng thực tế của tiểu vệ tinh này! Cuối cùng, chúng ta đã được nhìn thấy cận cảnh chân dung của một tiểu vệ tinh lảng vảng quanh Trái Đất, thay vì chỉ là mặt trăng quen thuộc.
Bán trục lớn quỹ đạo của Kamoʻoalewa là 1,001 AU, tương đương với Trái Đất. Nó bay lơ lửng cách Trái Đất trung bình hàng chục triệu km. Theo tính toán quỹ đạo, Kamoʻoalewa đã trở thành tiểu vệ tinh từ khoảng 100 năm trước. Dự kiến nó sẽ duy trì trạng thái này trong khoảng 300 năm nữa. Đây là một trong những tiểu vệ tinh tương đối ổn định nhất từng được biết đến, do đó nó cũng là mục tiêu thuận lợi nhất cho tàu thăm dò tiếp cận.
Tuy nhiên, nguồn gốc chính xác của thiên thể này vẫn chưa rõ ràng. Quan sát năm 2021 cho thấy bề mặt của Kamoʻoalewa có kết quả tương tự với vật liệu silicat của Mặt Trăng, vốn đã trải qua quá trình phong hóa lâu dài trong vũ trụ. Do đó, khả năng nó là một mảnh vỡ văng ra từ Mặt Trăng đã được đặt ra. Trong các nghiên cứu sau đó, miệng hố Giordano Bruno, một miệng hố tương đối trẻ ở vùng tối của Mặt Trăng, đã được coi là quê hương tiềm năng của tiểu vệ tinh này. Giả thuyết cho rằng các mảnh vỡ từ vụ va chạm khổng lồ trên vùng tối Mặt Trăng đã vượt qua vận tốc thoát và văng ra ngoài, sau đó đạt được sự cộng hưởng 1:1 với Trái Đất.
Tuy nhiên, gần đây lại có kết quả trái ngược. Theo quan sát quang phổ mới vào năm 2026, Kamoʻoalewa có thể là mảnh vỡ của một tiểu hành tinh chứ không phải của Mặt Trăng. Nó được cho là mảnh vỡ có nguồn gốc từ vành đai tiểu hành tinh giữa Sao Hỏa và Sao Mộc, cụ thể là nhóm tiểu hành tinh Flora. Liệu tiểu vệ tinh này là mảnh vỡ của Mặt Trăng hay là một tiểu hành tinh tình cờ lọt vào quanh Trái Đất vẫn chưa thể khẳng định. Trừ khi bay đến đó và mang mẫu vật về, chúng ta khó có thể biết được câu trả lời chính xác.
Để đặt dấu chấm hết cho cuộc tranh luận đó, Thiên Vấn 2 đã được phóng đi. Tàu Thiên Vấn 2 xuất phát từ Trái Đất vào tháng 5 năm 2025, bay tổng cộng 1 tỷ km trong suốt 400 ngày. Và đến tháng 6 năm 2026, nó đã đến được Kamoʻoalewa. Sau khi tiếp cận dần dần, vào ngày 2 tháng 7, cuối cùng nó đã đến được khoảng cách khoảng 20 km và chụp được hình ảnh thực tế của Kamoʻoalewa. Thực thể lộ ra trong ảnh gây nhiều bất ngờ. Nó hoàn toàn không phải hình cầu nhẵn nhụi. Nó trông như một hòn đá màu xám có hình dạng gồ ghề và thuôn dài. Đây là lần đầu tiên nhân loại chụp được cận cảnh một tiểu vệ tinh của Trái Đất như vậy.
Mục tiêu của Thiên Vấn 2 còn táo bạo hơn thế. Không chỉ đơn thuần là chụp vài tấm ảnh cận cảnh, mục tiêu là trực tiếp lấy mẫu vật và quay trở về Trái Đất. Tuy nhiên, có một vấn đề là tiểu vệ tinh này có tốc độ tự quay rất nhanh. Kamoʻoalewa quay một vòng khoảng từ 27 đến 30 phút. Với một thiên thể nhỏ chỉ vài chục mét quay nhanh như vậy, việc hạ cánh an toàn xuống bề mặt và lấy mẫu chắc chắn là một thử thách cực kỳ khó khăn.
Vì vậy, họ dự định sẽ thử nghiệm thu thập theo nhiều phương thức khác nhau. Đầu tiên là phương thức lơ lửng (hovering): không tiếp xúc trực tiếp với bề mặt tiểu hành tinh mà chỉ hạ cánh tay robot xuống để xúc bụi. Tàu sẽ khớp tốc độ và độ quay của tiểu hành tinh ở độ cao 30 mét, sau đó tiến lại gần cách bề mặt 1 mét để cắm cánh tay robot xuống. Phương thức thứ hai là phương thức chạm (touch-and-go): khi một thiết bị hình đĩa chạm nhẹ vào bề mặt, bàn chải xoay giống như máy hút bụi robot sẽ cào bụi vào. Đồng thời, khí áp suất cao sẽ được phun ra để đẩy các mẫu vật đã bị văng lên vào khoang chứa.
Phương thức thứ ba là bám thẳng vào bề mặt tiểu hành tinh. Nếu bề mặt đủ cứng, thiết bị dạng giá ba chân sẽ được đặt lên bề mặt thiên thể. Sau đó, tàu thăm dò sẽ nhấn mạnh xuống bề mặt, tận dụng thiết bị nhọn ở đầu cánh tay robot để cố định tàu vào tiểu hành tinh. Tàu sẽ treo lơ lửng bằng cách bám chặt vào bề mặt của một thiên thể nhỏ quay nhanh và gần như không có trọng lực. Trong trạng thái đó, mẫu vật sẽ được thu thập và lưu trữ vào khoang chứa. Tất nhiên, cho đến khi thực hiện trực tiếp, rất khó để biết phương thức nào sẽ thành công.
Tàu thăm dò cũng đo lường hiệu ứng Yarkovsky, tức ảnh hưởng của nhiệt độ bề mặt Kamoʻoalewa đối với quỹ đạo của nó. Đối với các thiên thể nhỏ chỉ vài chục mét, chỉ riêng bức xạ nhiệt nhỏ phát ra từ một phía bề mặt, nếu tác động tích lũy liên tục, cũng có thể làm thay đổi quỹ đạo. Đây gọi là hiệu ứng Yarkovsky. Hiệu ứng này là vấn đề đau đầu nhất khi tính toán quỹ đạo tiểu hành tinh. Để biết chính xác quỹ đạo của các thiên thể đe dọa Trái Đất khi bay ngang qua, việc nắm bắt chính xác hiệu ứng Yarkovsky là vô cùng cần thiết. Thông qua lần thăm dò này, nếu hiểu rõ hơn về hiệu ứng Yarkovsky, chúng ta sẽ có được bí quyết để dự đoán chính xác và tỉ mỉ hơn quỹ đạo của các thiên thể đe dọa Trái Đất.
Hành trình của Thiên Vấn 2 dự kiến sẽ còn tiếp tục. Sau khi khoang hồi hương gửi mẫu vật về Trái Đất, phần thân chính của tàu thăm dò sẽ lại tận dụng lực hấp dẫn của Trái Đất để thực hiện kỹ thuật bay ngang (swing-by). Sau đó, nó sẽ bay thêm khoảng 7 năm nữa và đến khoảng năm 2035, nó dự kiến sẽ nhắm tới tiểu hành tinh khác là 311P/PanSTARRS.
Thiên thể này cũng rất kỳ lạ, vì nó cho thấy ranh giới mong manh giữa sao chổi và tiểu hành tinh. Quỹ đạo của nó rõ ràng nằm trong vành đai tiểu hành tinh. Thế nhưng, kính viễn vọng không gian Hubble đã ghi lại được tới sáu cái đuôi bụi dài như sao chổi từ tiểu hành tinh này. Người ta cho rằng đây không phải là đuôi tạo ra do băng thăng hoa như sao chổi thông thường, mà là dấu vết của dòng bụi hình thành khi bản thân tiểu hành tinh tự quay quá nhanh khiến vật chất bề mặt bị văng ra. Đây thực sự là một thiên thể kỳ lạ làm mờ nhạt ranh giới giữa tiểu hành tinh và sao chổi.
Điểm đến tiếp theo của Thiên Vấn 2 chính là nơi đây. Tàu thăm dò này sẽ khám phá hai thiên thể hoàn toàn khác biệt cùng một lúc chỉ trong một nhiệm vụ duy nhất. Nó sẽ lấy mẫu của một tiểu vệ tinh có quỹ đạo tương tự Trái Đất, và sau đó bay tới một tiểu hành tinh kỳ lạ tự rải vật chất ra ngoài và bắt chước sao chổi.
Tất nhiên, mặt trăng thực sự bị giữ lại bởi lực hấp dẫn của Trái Đất chỉ có một. Tuy nhiên, xung quanh Trái Đất còn ẩn chứa rất nhiều thực thể kỳ lạ hơn. Trên sân khấu do Trái Đất và Mặt Trăng cùng tạo ra này, nhiều sự việc phức tạp hơn chúng ta tưởng đang diễn ra đồng thời.
Tham khảo
https://www.nature.com/articles/s41467-026-73284-w
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Ông yêu mèo và vũ trụ. Từ khi còn nhỏ, sau khi xem "Galaxy Express 999", ông đã ấp ủ ước mơ truyền bá vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện ông là giáo sư trợ giảng tại Khoa Tự do, Đại học Sejong, đồng thời tham gia các hoạt động truyền thông khoa học đa dạng như thuyết trình và viết sách. Ông đã viết các cuốn sách như "Về sự vô dụng của nhà thiên văn học", "Chúng ta đều được sinh ra là nhà thiên văn học", "Những câu hỏi kỳ lạ xuất hiện khi nhìn vào vũ trụ", và dịch các tác phẩm như "Tôi đã giết Sao Diêm Vương như thế nào", "Quantum Life", "UFO".