Vì sao mưa sao băng trở lại gần như đúng hẹn mỗi năm?

Trong một ảnh ghép chụp lúc mưa sao băng Geminids đạt cực đại năm 2014, hơn 100 vệt sáng đã được ghi lại. Cảnh tượng dày đặc ấy không xảy ra vì bầu trời đột nhiên sinh ra hàng loạt “ngôi sao rơi”, mà vì Trái Đất đi vào một vùng không gian chứa nhiều mảnh vụn nhỏ. Cuộc gặp này có thể lặp lại khi hành tinh của chúng ta tiếp tục chuyển động trên quỹ đạo và trở về vùng có dòng bụi ấy. [1]

Nói ngắn gọn, mưa sao băng trở lại gần đúng hẹn vì quỹ đạo Trái Đất định kỳ cắt qua những dải vật chất do sao chổi, và trong một số trường hợp là tiểu hành tinh, để lại. Lịch mưa sao băng vì thế không phải lịch của một hiện tượng tự phát trong khí quyển. Đó là lịch của những lần Trái Đất gặp lại các dòng mảnh vụn trên đường đi quanh Mặt Trời. [1]

Dải bụi hình thành từ đâu?

Sao chổi để lại phía sau một vệt gồm bụi và các mảnh vật chất nhỏ. Có thể hình dung quỹ đạo của nó như một tuyến đường mà trên đó vẫn còn rải rác vật liệu sau khi vật thể đã đi qua. NASA cho biết phần lớn các trận mưa sao băng liên quan đến những dải bụi của sao chổi; chỉ một số ít gắn với tiểu hành tinh. Điều quan trọng không phải là vật thể mẹ đang ở gần Trái Đất vào đúng đêm quan sát, mà là dấu vết của nó còn nằm trên đường Trái Đất sẽ cắt qua. [1]

Ví dụ, một chiếc xe có thể rời khỏi đoạn đường từ lâu nhưng cát rơi từ xe vẫn còn nằm lại. Người đi sau gặp lớp cát chứ không cần gặp chính chiếc xe. So sánh này chỉ giúp hình dung quan hệ giữa vật thể mẹ và dòng mảnh vụn: trong mưa sao băng, thứ Trái Đất trực tiếp gặp là các hạt còn phân bố trong không gian.

Vì sao cuộc gặp có tính định kỳ?

Trái Đất không đi ngẫu nhiên qua không gian mà chuyển động theo quỹ đạo. Khi quỹ đạo ấy đi xuyên qua một dải mảnh vụn, số hạt lao vào khí quyển tăng lên và người quan sát thấy nhiều sao băng hơn mức thường lệ. Sau khi Trái Đất rời vùng có nhiều bụi, hoạt động giảm xuống. Đến chu kỳ tiếp theo, hành tinh lại tiến về vùng giao nhau, khiến trận mưa sao băng tái diễn vào khoảng thời gian quen thuộc. [1]

Tính “đúng hẹn” ở đây nên được hiểu là sự lặp lại của một cuộc giao cắt, không phải từng hạt bụi quay lại biểu diễn lần nữa. Những hạt tạo ra vệt sáng trong một mùa đã bị tiêu hao trong khí quyển. Mùa sau, Trái Đất gặp các hạt khác thuộc cùng dòng mảnh vụn. Vì vậy, tên trận mưa có thể giữ nguyên qua nhiều lần xuất hiện, còn các hạt trực tiếp tạo nên từng vệt sáng thì không giống nhau. [1]

Tại sao chúng có vẻ bay ra từ một chòm sao?

Các trận mưa sao băng thường được đặt tên theo một ngôi sao hoặc chòm sao nằm gần vị trí mà những vệt sáng có vẻ cùng xuất phát trên bầu trời. Perseids mang tên gắn với chòm Perseus; Leonids, Orionids và Geminids cũng tuân theo cách gọi dựa trên vùng xuất phát biểu kiến ấy. Tên gọi giúp người quan sát phân biệt các dòng sao băng mà không hàm ý rằng những hạt bụi thật sự được sinh ra từ các ngôi sao trong chòm sao đó. [1]

Có thể hình dung bằng ví dụ đứng giữa hai đường ray thẳng: ở xa, chúng dường như chụm lại, dù trên thực tế vẫn song song. Tương tự, nhiều vệt sao băng đi theo các hướng khiến mắt người kéo dài đường chuyển động ngược lại và thấy chúng hội tụ về một vùng trời. Chòm sao gần vùng ấy đóng vai trò như địa chỉ quan sát, không phải nơi phát ra các mảnh vật chất.

Một hạt bụi biến thành vệt sáng như thế nào?

Phần lớn mảnh vụn sao chổi gây mưa sao băng chỉ có kích thước từ một hạt cát đến một hạt đậu. Khi đi vào khí quyển Trái Đất, chúng bị đốt cháy trước khi chạm đất. Vệt sáng mà ta gọi là sao băng vì thế là dấu hiệu ngắn ngủi của vật chất đang bị tiêu hao trong khí quyển, chứ không phải một ngôi sao thật rơi khỏi bầu trời. [1]

Kích thước nhỏ cũng giải thích vì sao một trận mưa có thể tạo ra nhiều vệt sáng mà không đồng nghĩa với việc hàng loạt khối đá lớn đang rơi xuống mặt đất. Điều mắt thấy nổi bật là ánh sáng, còn vật thể tạo ra nó có thể rất nhỏ. Một số bụi sao băng còn được máy bay hoạt động ở độ cao lớn thu thập để phân tích trong phòng thí nghiệm của NASA, nhưng phần lớn vật liệu của các trận mưa cháy hết trước khi xuống đất. [1]

Mỗi trận mưa gắn với vật thể nào?

Các tên gọi khác nhau còn giúp nối một trận mưa với vật thể mẹ của dòng bụi. Perseids gắn với sao chổi Swift-Tuttle; Leonids với Tempel-Tuttle; Aquariids và Orionids cùng liên quan đến sao chổi Halley; còn Taurids gắn với sao chổi Encke. Orionids xuất hiện hằng năm khi Trái Đất đi qua vùng không gian có mảnh vụn của Halley, dù người quan sát không cần nhìn thấy chính sao chổi này vào lúc đó. [1]

Những mối liên hệ ấy làm thay đổi cách đọc lịch thiên văn. Một đêm cực đại không chỉ là thời điểm có cơ hội thấy nhiều vệt sáng; nó còn đánh dấu vị trí Trái Đất đang đi qua trên quỹ đạo so với một dòng vật chất cụ thể. Nhìn theo cách này, mưa sao băng là dấu vết hữu hình của các quỹ đạo giao nhau: bụi do một vật thể để lại, khí quyển của một hành tinh đi tới, và ánh sáng xuất hiện trong khoảnh khắc hai hành trình gặp nhau. [1]