Rìa Hệ Mặt Trời nằm ở đâu?

Voyager 1 đã đi vào không gian liên sao từ năm 2012, còn Voyager 2 đạt cột mốc này vào năm 2018. Tuy vậy, hai tàu vẫn có thể cần hàng nghìn năm nữa mới vượt khỏi Đám mây Oort. Điều tưởng như mâu thuẫn ấy cho thấy câu trả lời ngắn gọn: Hệ Mặt Trời không có một đường biên duy nhất. “Rìa” nằm ở đâu phụ thuộc vào thứ chúng ta muốn đo: phạm vi của các hành tinh, dòng hạt do Mặt Trời phát ra hay miền mà lực hấp dẫn của Mặt Trời còn giữ được các thiên thể trên quỹ đạo. [1]

Quỹ đạo cuối cùng của hành tinh có phải là rìa?

Nếu chỉ nhìn vào tám hành tinh, quỹ đạo Hải Vương tinh có thể tạo cảm giác như điểm kết thúc tự nhiên. Đây là hành tinh xa Mặt Trời nhất trong danh sách tám hành tinh được công nhận. Nhưng cấu trúc Hệ Mặt Trời không dừng lại ở đó. Bên ngoài quỹ đạo Hải Vương tinh còn có vành đai Kuiper, một vùng chứa nhiều thiên thể băng giá; gần như tất cả chúng đều nhỏ hơn Sao Diêm Vương. [1]

Vì vậy, quỹ đạo hành tinh ngoài cùng chỉ là ranh giới của khu vực có các hành tinh chính, không phải ranh giới của toàn bộ vật chất quay quanh Mặt Trời. Có thể hình dung nó như con phố cuối của khu dân cư đông đúc: đi qua đó không có nghĩa là đã ra khỏi toàn bộ địa phận, bởi phía trước vẫn còn những vùng thưa thớt hơn. [1]

Vành đai Kuiper đánh dấu điều gì?

Vành đai Kuiper mở rộng khái niệm Hệ Mặt Trời ra ngoài tám hành tinh. Đây là một vành gồm các vật thể băng giá nằm phía ngoài Hải Vương tinh, trong đó có Sao Diêm Vương. Nó cho thấy phần ngoại vi của hệ hành tinh không trống rỗng mà vẫn còn nhiều vật chất sót lại từ quá trình hình thành Hệ Mặt Trời. [1]

Dù vậy, mép ngoài của vành đai Kuiper cũng chưa phải câu trả lời cuối cùng. Xa hơn nữa là Đám mây Oort, được mô hình hóa như một lớp vỏ hình cầu khổng lồ bao quanh Hệ Mặt Trời. Khác với vành đai Kuiper có dạng vành, cấu trúc giả định này không chỉ nằm gần mặt phẳng quỹ đạo của các hành tinh mà bao quanh Mặt Trời theo nhiều hướng. [1]

Vì sao Đám mây Oort vẫn còn là một giới hạn khó thấy?

Đám mây Oort chưa từng được quan sát trực tiếp. Sự tồn tại của nó được dự đoán từ các mô hình toán học và từ việc quan sát những sao chổi được cho là xuất phát ở vùng rất xa này. Do đó, đây không phải một lớp vỏ đã được chụp rõ với mép sắc nét, mà là cách giải thích phù hợp cho nguồn gốc và chuyển động của một số sao chổi. [1]

Theo NASA, Đám mây Oort có thể bắt đầu ở khoảng 5.000 đơn vị thiên văn và kéo dài tới khoảng 100.000 đơn vị thiên văn. Một đơn vị thiên văn, viết tắt là AU, tương ứng khoảng cách trung bình từ Trái Đất đến Mặt Trời, xấp xỉ 150 triệu km. Mép xa được ước tính cách Mặt Trời tới khoảng 1,6 năm ánh sáng, cho thấy vùng này lớn hơn rất nhiều so với khu vực chứa các hành tinh. [1]

Các vật thể băng giá trong Đám mây Oort vẫn được xem là quay quanh Mặt Trời. Ở gần giới hạn ngoài, chúng có thể đổi hướng và trở lại khu vực gần Mặt Trời hơn. Theo nghĩa này, Đám mây Oort đại diện cho rìa hấp dẫn: nơi khả năng của Mặt Trời giữ các vật thể trên quỹ đạo quanh nó tiến gần đến giới hạn. [1]

Nhật quyển tạo ra một ranh giới khác như thế nào?

Mặt Trời không chỉ tác động bằng lực hấp dẫn. Nó còn phát ra gió Mặt Trời, dòng khí mang điện chuyển động ra ngoài theo mọi hướng. Dòng hạt này tạo nên nhật quyển, một vùng giống bong bóng bao quanh Mặt Trời. Nhật quyển không vươn xa đến rìa Đám mây Oort, nên ranh giới của môi trường hạt và ranh giới hấp dẫn không trùng nhau. [1]

Khi gió Mặt Trời gặp áp suất từ khí liên sao, nó bị giảm tốc đột ngột tại vùng gọi là termination shock, có thể hiểu là “sóng xung kích kết thúc”. NASA đặt vùng này trong khoảng 80–100 AU. Đây là một mốc vật lý quan trọng đối với dòng hạt phát ra từ Mặt Trời, nhưng không phải bức tường vật chất, cũng không phải nơi mọi ảnh hưởng của Mặt Trời lập tức biến mất. [1]

Voyager đã vượt qua những ranh giới nào?

Voyager 1 vượt termination shock vào năm 2004, còn Voyager 2 vượt qua vào năm 2007. Tuy nhiên, các tàu chỉ được ghi nhận đi vào không gian liên sao sau đó: Voyager 1 vào năm 2012 và Voyager 2 vào năm 2018. Khoảng cách giữa hai loại cột mốc cho thấy termination shock không đồng nghĩa với toàn bộ rìa của nhật quyển hay với điểm bắt đầu của mọi cách định nghĩa không gian liên sao. [1]

Quan trọng hơn, đi vào không gian liên sao không có nghĩa là đã thoát khỏi miền hấp dẫn rộng nhất của Mặt Trời. Hai tàu vẫn còn ở rất xa mép ngoài dự kiến của Đám mây Oort và sẽ cần nhiều nghìn năm để rời vùng này. Một tàu có thể ở trong môi trường hạt liên sao nhưng đồng thời vẫn đi qua khu vực chứa các vật thể được xem là thành viên xa xôi của Hệ Mặt Trời. [1]

Vậy nên chọn ranh giới nào?

Không có ranh giới nào đúng cho mọi câu hỏi. Khi nói về sơ đồ các hành tinh, người ta có thể dừng ở Hải Vương tinh. Khi xét các thiên thể nhỏ ngoài Hải Vương tinh, vành đai Kuiper trở thành mốc thích hợp hơn. Khi nghiên cứu sự tương tác giữa gió Mặt Trời và môi trường liên sao, termination shock cùng phạm vi nhật quyển mới là những ranh giới cần quan tâm. Còn nếu hỏi vật thể nào vẫn thuộc miền hấp dẫn của Mặt Trời, Đám mây Oort đưa rìa ra xa hơn rất nhiều. [1]

Bởi vậy, câu hỏi “Hệ Mặt Trời kết thúc ở đâu?” thực chất chứa nhiều câu hỏi vật lý khác nhau. Voyager đã vượt khỏi vùng mà môi trường do gió Mặt Trời chi phối theo cách dùng để xác định không gian liên sao, nhưng chưa vượt khỏi quần thể thiên thể xa nhất được cho là quay quanh Mặt Trời. Rìa Hệ Mặt Trời nên được hiểu như một chuỗi vùng chuyển tiếp, mỗi vùng mô tả một loại ảnh hưởng khác nhau. [1]