Tìm hiểu các vành sao Thổ
Mãi 40 năm sau khám phá của Galileo, người ta mới biết rõ hình thù kì lạ, biến hóa không ngừng của Thổ tinh thật sự nghĩa là gì. Một nhà toán học, nhà vật lí học, và nhà thiên văn học người Hà Lan tên là Christiaan Huygens đã có một chiếc kính thiên văn mạnh hơn kính của Galileo nhiều. Với chiếc kính thiên văn đó, ông đã phát hiện ra một vệ tinh đang quay xung quanh Thổ tinh – vệ tinh khổng lồ sau này được gọi tên là Titan. Năm sau đó, ông nhận ra rằng cái Galileo nhìn thấy phải là “một cái vành phẳng, mỏng” bao xung quanh, nhưng không tiếp xúc với hành tinh trên. Lí do hành tinh trên trông khác biệt đối với Galileo ở những thời điểm khác nhau là vì ông đã quan sát hành tinh trên ở những góc độ khác nhau và ở vị trí khác nhau trên quỹ đạo của nó. Khi Thổ tinh nghiêng về phía Trái đất, cái Galileo trông tựa như những hành tinh khác hoặc tựa như những chiếc tách, tùy thuộc vào góc trông. Khi hành tinh trên định vị sao cho các vành nằm ngang so với Trái đất, thì chúng dường như đã biến mất.
Huygens đúng khi nói Thổ tinh là một hành tinh có vành, nhưng không đúng khi nói về một số vấn đề khác. Ông tin rằng chỉ có một cái vành, dày vài ba nghìn dặm, cấu tạo từ đá rắn. Một nhà sao Thổ quan trọng không tán thành với ông là một nhà thiên văn học người Italy-Pháp tên là Giovanni Domenico (hay Jean Dominique ) Cassini. Cassini đã có nhiều khám phá quan trọng về Thổ tinh, trong đó có quan sát đầu tiên của bốn vệ tinh của hành tinh trên - Dione, Iapetus, Rhea, và Tethys. Nhìn ngắm qua chiếc kính thiên văn uy lực tại Đài thiên văn Paris mới xây dựng vào năm 1675, Cassini đã thấy có một không gian bên trong vành của sao Thổ, điều đó cho biết thật sự có tới hai cái vành. Không gian đó ngày nay được gọi là ranh giới Cassini. Casini tin rằng các vành sao Thổ cấu tạo gồm nhiều hạt khác nhau, chứ không phải vật chất rắn. Phải mất hơn 200 năm sau thì giả thuyết này mới được xác lập.
Trong những thập niên sau đó, nhiều khám phá mới về Thổ tinh lần lượt ra đời, nhưng không có khám phá nào trong số đó mang tính kịch tính như các đột phá của Cassini và Huygens. Người ta phát hiện thêm nhiều cái vành nữa (và một không gian nữa giữa các vành gọi là Ranh giới Encke) và nhiều vệ tinh mới. Sau đó, vào cuối thế kỉ thứ 19, câu hỏi liệu các vành sao Thổ có phải là vật chất rắn hay không đã được trả lời, một lần cho tất cả.
Các nhà thiên văn đã phát hiện ra một cái vành thứ ba, bán trong suốt, ở gần bề mặt hành tinh trên hơn so với hai vành đầu tiên. Một nhà toán học và nhà vật lí học người Scotland, James Clerk Maxwell, đề xuất rằng các vành sao Thổ phải cấu tạo gồm các hạt khác nhau, bởi vì nếu không thì lực hấp dẫn mạnh của hành tinh trên sẽ hút chúng xuống và phá hủy chúng. Dựa trên các quan điểm khi ấy đã hàng thế kỉ tuổi của Johannes Kepler, ông còn đề xuất rằng ba cái vành đã biết phải quay tròn ở những tốc độ khác nhau, cái vành ở gần hành tinh nhất chuyển động nhanh nhất. Năm 1895, một nhà thiên văn học người Mĩ, James Keeler, đã chứng minh rằng Maxwell – và Huygens – là đúng. Ông đã sử dụng một thiết bị gọi là kính quang phổ để đo tốc độ các vành đang quay và phát hiện thấy vành “bên trong” thật sự quay nhanh hơn các vành bên ngoài.
Các nhà khoa học tiếp tục cố gắng tìm hiểu xem những cái vành kì lạ này đã có thể được tạo ra như thế nào. Một nhà thiên văn học người Pháp thế kỉ thứ 19, Edouard Roche, đã phát triển một lí thuyết cho rằng các vành có thể là kết quả khi một vệ tinh hoặc một thiên thể lớn khác tiếp cận Thổ tinh và bị xé toạc ra bởi lực hấp dẫn mạnh của hành tinh. Sự giằng xé này để lại đất đá và những hạt nhỏ khác trôi nổi trong không gian, bị giam cầm mãi mãi bởi lực hấp dẫn của Thổ tinh. Một lí thuyết khác thì cho rằng các vành có thể đơn giản là các hạt còn thừa lại từ sự hình thành của chính hành tinh trên.
Đặt tên cho các vành
Thổ tinh cùng các vệ tinh của nó, giống như nhiều thiên thể khác, có những tên gọi hoa mĩ xuất xứ từ thần thoại Hi Lạp, La Mã, và những tộc người cổ đại khác, nhưng các vành của nó thì không có tên đẹp như vậy đâu. Bảy cái vành chính tách biệt nhau rõ ràng được gán cho những cái tên bằng những kí tự - A, B, C, D, E, F và G – phản ánh trình tự chúng được phát hiện ra. Các vành A và B được Galileo phát hiện ra lần đầu tiên vào năm 1610, mặc dù ông chẳng biết cái ông trông thấy đó là gì. Mãi tận 370 năm sau này, vào năm 1980, thì vành G mới được nhận dạng.
Còn tiếp...
Trần Nghiêm dịch
Xem Phần 3
