Mây Oort chưa từng được nhìn thấy, vậy ranh giới Hệ Mặt Trời ở đâu?

Voyager 1 và Voyager 2 đã đi vào không gian liên sao, lần lượt vào năm 2012 và 2018. Tuy vậy, hai tàu vẫn phải mất nhiều nghìn năm nữa mới có thể đi xuyên qua Mây Oort, vùng được xem là rìa ảnh hưởng hấp dẫn của Mặt Trời. Nghịch lý tưởng chừng khó hiểu này xuất hiện vì “ra khỏi Hệ Mặt Trời” không chỉ có một nghĩa. [1]

Nếu lấy gió Mặt Trời làm chuẩn, Voyager đã vượt qua một ranh giới quan trọng. Nếu xét những vật thể còn quay quanh Mặt Trời, ranh giới phải nằm xa hơn rất nhiều. Mây Oort chưa từng được quan sát trực tiếp, nhưng các mô hình toán học và quỹ đạo của những sao chổi được cho là xuất phát từ đó cho phép các nhà khoa học dự đoán sự tồn tại cũng như phạm vi của nó. [1]

Một Hệ Mặt Trời có thể có nhiều ranh giới?

Ranh giới thứ nhất liên quan đến hoạt động của Mặt Trời. Gió Mặt Trời, tức dòng khí mang điện tích thổi ra theo mọi hướng, tạo nên một vùng bao quanh ngôi sao gọi là nhật quyển. Ở rất xa, áp suất của khí liên sao làm dòng gió này chậm lại đột ngột. Khu vực chuyển tiếp đó được gọi là sóng xung kích kết thúc (termination shock). [1]

Voyager 1 vượt qua sóng xung kích kết thúc năm 2004, còn Voyager 2 thực hiện điều tương tự năm 2007. Các mốc này nằm trong khoảng 80–100 đơn vị thiên văn tính từ Mặt Trời. Một đơn vị thiên văn, viết tắt là AU, tương đương khoảng cách trung bình từ Trái Đất đến Mặt Trời, xấp xỉ 150 triệu km. [1]

Nhưng rìa của gió Mặt Trời không đồng nghĩa với rìa hấp dẫn của Mặt Trời. Một tàu có thể đi vào môi trường liên sao trong khi vẫn ở giữa những vật thể quay quanh Mặt Trời. Vì thế, câu nói “Voyager đã ra khỏi Hệ Mặt Trời” chỉ chính xác khi người nói đang dùng nhật quyển làm mốc. [1]

Vành đai Kuiper nằm ở đâu trong bức tranh này?

Các hành tinh không phải là toàn bộ Hệ Mặt Trời. Bên ngoài quỹ đạo Hải Vương tinh còn có Vành đai Kuiper, một vành gồm nhiều thiên thể băng giá. Phần lớn chúng nhỏ hơn Pluto, vật thể nổi tiếng nhất trong khu vực và hiện được xếp vào nhóm hành tinh lùn. [1]

Cách gọi “vành đai” gợi ra một vùng vật chất tập trung quanh mặt phẳng chung, khác với hình dung về Mây Oort như một lớp vỏ lớn bao quanh toàn bộ hệ. Hai vùng đều chứa vật thể băng giá, nhưng không thể xem chúng là một ranh giới duy nhất hoặc dùng thay cho nhau. [1]

Có thể hình dung theo một ví dụ đơn giản: các hành tinh là những khu phố gần trung tâm, Vành đai Kuiper là khu vực phía ngoài, còn Mây Oort giống một vùng bao quanh ở khoảng cách xa hơn hẳn. So sánh này chỉ giúp biểu diễn thứ tự tương đối; những vùng ngoài Hệ Mặt Trời không có đường biên sắc nét như ranh giới hành chính. [1]

Làm sao suy ra một đám mây chưa từng được nhìn thấy?

Mây Oort không được biết đến nhờ một bức ảnh chụp trực tiếp. Sự tồn tại của nó được dự đoán từ hai loại công cụ: mô hình toán học và quan sát những sao chổi có khả năng bắt nguồn ở rất xa. Đây là cách suy luận từ chuyển động nhìn thấy được để tìm một cấu trúc khó quan sát hơn. [1]

Quỹ đạo của một sao chổi lưu giữ thông tin về đường đi của nó dưới tác dụng hấp dẫn. Khi nhiều quan sát được đặt vào mô hình, các nhà khoa học có thể kiểm tra xem một vùng chứa vật thể băng giá ở xa có giải thích hợp lý sự xuất hiện của những sao chổi ấy hay không. Mô hình không biến Mây Oort thành vật thể đã được chụp ảnh; nó cho thấy giả thuyết về vùng này phù hợp với các dấu vết quan sát được. [1]

Có thể so sánh cách làm ấy với việc nhận ra một vật khuất sau rèm nhờ chuyển động mà nó gây ra. Người quan sát không nhìn thấy trực tiếp vật đó, nhưng có thể dựng một lời giải thích về vị trí và đặc điểm của nó. Trong thiên văn học, lời giải thích còn phải tuân theo các quan hệ toán học chi phối quỹ đạo, thay vì chỉ dựa trên cảm giác. [1]

Mây Oort rộng đến mức nào?

NASA mô tả Mây Oort như một lớp vỏ hình cầu dày, bắt đầu ở khoảng 5.000 AU và có thể kéo dài tới 100.000 AU. Đầu ngoài của phạm vi ước tính này cách Mặt Trời tới khoảng 1,6 năm ánh sáng. Đây không phải khoảng cách thu được từ việc nhìn thấy và đánh dấu từng vật thể, mà là phạm vi do mô hình cùng quan sát sao chổi gợi ra. [1]

Chênh lệch rất lớn giữa 5.000 và 100.000 AU cũng cho thấy tên gọi “đám mây” không chỉ một bề mặt mỏng. Nó mô tả một miền không gian rộng, được cho là chứa các mảnh vật chất băng giá, trong đó một số có kích thước lớn hơn núi. Các vật thể này vẫn quay quanh Mặt Trời dù ở cách các hành tinh một khoảng khổng lồ. [1]

Không nên hiểu con số 100.000 AU như một bức tường cố định. Ý nghĩa quan trọng hơn là tại vùng xa xôi ấy, ảnh hưởng hấp dẫn của Mặt Trời tiến tới giới hạn mà các vật thể còn có thể quay lại gần ngôi sao. Bởi vậy, Mây Oort thường được dùng để hình dung rìa hấp dẫn của Hệ Mặt Trời. [1]

Voyager đã đi xa nhưng vì sao vẫn chưa thực sự ra ngoài?

Hai tàu Voyager được phóng năm 1977 và đã vượt qua những mốc gắn với gió Mặt Trời trong hành trình của mình. Tuy nhiên, Mây Oort bắt đầu ở khoảng cách lớn hơn nhiều so với vùng 80–100 AU nơi sóng xung kích kết thúc xuất hiện. Khoảng cách giữa các loại ranh giới giải thích vì sao một tàu có thể ở trong không gian liên sao mà vẫn chưa vượt khỏi miền ngoài cùng của Hệ Mặt Trời. [1]

Sự khác biệt nằm ở tiêu chí được chọn. “Ngoài nhật quyển” mô tả môi trường xung quanh tàu, nơi gió Mặt Trời không còn chi phối như trước. “Ngoài Mây Oort” lại nói tới quan hệ hấp dẫn giữa Mặt Trời và các vật thể xa xôi. Một khái niệm dựa trên dòng hạt mang điện, khái niệm kia dựa trên quỹ đạo. [1]

Vì vậy, không có một vạch duy nhất mà mọi cách định nghĩa đều công nhận là mép Hệ Mặt Trời. Các hành tinh, Vành đai Kuiper, nhật quyển và Mây Oort lần lượt đánh dấu những lớp khác nhau của cùng một hệ. Điều đáng chú ý ở Mây Oort không phải là nó đã được nhìn thấy, mà là chuyển động của sao chổi cho phép con người nhận ra dấu vết của một miền không gian còn nằm ngoài khả năng quan sát trực tiếp. [1]