CÁC VÀNH SAO THỔ
Tháng 7 năm 1610 Galilê công bố một thông tin có nội dung như sau: ''Đã quan sát thấy hành tinh xa nhất lại là chùm ba''. Hành tinh xa nhất thời bấy giờ chính là sao Thổ và các vành của nó được nhìn thấy trên kính thiên văn của Galilê thành 2 đốm sương mù ở các mép của hành tinh. Crixtian Huy ghen (Hà Lan) năm 1655 đã nêu ra giả thuyết là hành tinh này được bao quanh bởi một cái vành. Giả định của ông ban đầu đã gây ra sự phản ứng gay gắt từ phía trường phái chính thống.
Các vành sao Thổ luôn làm đảo lộn óc tưởng tượng của các nhà khoa học bởi hình dáng đặc biệt của nó. Nghiên cứu chúng có cỏ những nhà thiên văn học, những nhà toán học và những nhà co học như Gi. Đ. Catxini, P. X. Laplaxơ, Gi. C. Macxoen, G. H. Poanhcarê. Thú vị một điều là ngay từ năm 1755 nhà triết học Đức Emmanuen Kant đã tiên đoán rằng các vành của sao Thổ được chia ra thành những vành nhỏ, hẹp riêng biệt, dựa trên các suy luận lý thuyết sắc sảo của mình.
Mặt phẳng của xích đạo sao Thổ, của vành và của hệ thống vệ tinh sao Thổ nghiêng so vơi mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất (Hoàng đạo) khoảng hon 29o. Điều đó tạo điều kiện dễ dàng hơn cho việc nghiên cứu các vành của sao Thổ. Để hiểu được các điều kiện nhìn thấy vành của sao Thổ đối với người Trái Đất thay đổi như thế nào, có thể làm một ví dụ đơn giản: đặt lên bàn một cái đĩa lót chén trà và nâng một mép của cái đĩa đó lên (hoặc kê dưới nó một viên đường). Nếu chúng ta để tầm mắt mình ngang với mặt bàn và đi vòng quanh nó, thì trong khoảng một vòng cái đĩa sẽ được nhìn thấy cả mặt trên (mặt lõm) lẫn mặt lồi (mặt đáy), còn cạnh mép được nhìn thấy hai lần, sao Thổ cách xa Mặt Trời gần 10 lần so với Trái Đất, vì vậy chúng ta luôn nhìn nó như nhìn từ phía của Mặt Trời . Trong khoảng một vòng quay của quỹ đạo (khoảng 30 năm) nó hướng về phía Trái Đất chúng ta khi thì cực bắc, khi lại là cực nam. Tương ứng như vậy có thể nhìn thấy các vành sao Thổ lúc ở mặt trên, lúc ở mặt dưới, có những lúc nó hoàn toàn biến mất (khi mà chúng hướng về phía Trái Đất cạnh mép của chúng). Lần cuối cùng hướng ''cạnh sườn'' như vậy là vào mùa hè năm 1995 và rồi vào những năm kế tiếp chúng lại được nhìn thấy từ phía trên - từ bán cầu phía bắc.
Từ Trái Đất có thể phân biệt rõ được 3 vành: A, B và C - có độ sáng khác nhau. Bán kính ngoài của các vành sao Thổ lò l37000 km. Vạch chia Catxini khá rộng là sự phân chia giữa vành A và vành B bằng một đường vạch màu đen. Vạch chia ít rõ ràng hơn: vạch chia Enke nằm gần phía mép ngoài của vành. Tên gọi của các vạch chia đó được đặt theo tên của những nhà khoa học phát hiện ra chúng.
Trong thế kỷ XX đã có 3 con tàu vũ trụ của Mỹ: ''Pioneer - ll '' (tháng 10-1979): ''Voyager -l'' (tháng ll-1980) và ''Voyager -2'' (tháng 8-1981) đã đến gần sao Thổ. Những trạm liên hành tinh này đã gửi về Trái Đất hàng nghìn tấm ảnh các vành sao Thổ và những vệ tinh quanh nó với độ phân giải tới vài kilômet. Máy phát tín hiệu vô tuyến chiếu vào các vành đã cho chúng ta biết thêm về cấu tạo mỏng mảnh của chúng. Nếu ta làm ''một cú nhảy'' vượt qua khoảng cách 1 tỷ rưỡi km giữa Trái Đất và sao Thổ, để đến cách các vành sao Thổ khoảng l00-200000 km thì có thể thấy các vành sao Thổ phân lớp thành hàng nghìn vành con. Trong chúng có những vành hẹp, lệch ra khỏi quỹ đạo vòng tròn.
Mép của một số vành bị sứt mẻ, còn bản thân chúng thì bập bềnh dưới áp lực hấp dẫn của các vệ tinh để rồi cong lượn tạo thành các sóng. Các sóng hình xoáy ốc, các vành hình elip, các vành tí hon đan quyện vào nhau một cách lạ lùng. . . Thật khó mà kề hết những điều bất ngờ của các vành.
Còn nếu đến tận sát các vành thì chúng sẽ mất hoàn toàn tính nguyên khối và biến thành một số lượng lớn những ''vệ tinh tí hon'' riêng biệt của sao Thổ, đó là những phần tử bằng băng đá thông thường có kích thước hết sức khác nhau: từ những hạt bụi nhỏ cho đến những khối đá với bề ngang l0 - 15 m. Khối lượng chủ yếu của các vành sao Thổ tập trung ở những phần tử có kích thước khoảng vài mét. Nhưng đó không phải là những cục tuyết xốp như tuyết vừa mới rơi trên mặt đất. Các vật thể tuyết đó quay quanh sao Thổ với vận tốc khoảng 10 km/s. Vận tốc của chúng khá đồng đều với nhau nên những vật thể gần nhau hầu như không xê dịch so với nhau. Nhưng thực ra chúng dịch chuyển rất chậm theo những hướng khác nhau - với vận tốc l -2 mm/s. Vận tốc đó ngang với vận tốc con sên bò. Thảng hoặc có thề được chứng kiến cảnh tượng thú vị: sự va chạm giữa hai phân tử lớn. Kia kìa hai tảng với kích thước bằng căn nhà nhỏ từ tù chạm vào nhau, đùn khỏi mặt phẳng hàng đống tuyết xốp. Chúng đã không gặp may: chúng không thề chịu được áp suất tác động lẫn nhau khi va chạm và tù từ vỡ ra thành những mảnh nhỏ. Đó là một vụ ''tai nạn'' điển hình đối với các vành sao Thổ, khi vận tốc chỉ là vài mm/s. Hai mảnh to nhất còn lại của các tảng ban đầu vẫn tiếp tục chuyền động, còn những đống tuyết bị đùn ra, những mảnh nhỏ và bụi tuyết bay đi tứ tung và sáng lấp lánh dưới tia sáng Mặt Trời . Sau vài ngày những phần tử đã ''gặp nạn'' lại to dần do chúng thâu tóm và hấp thụ một số lượng lớn những mảnh băng và tuyết nhỏ hơn ở trong các vành.
Các vành Thổ tinh cực kỳ mỏng: độ dày chỉ khoảng l0 - 20 m. Nếu so tỉ lệ giữa chiều rộng và chiều dày thì một tờ giấy cuốn thuốc lá còn dày hơn nhiều so với các vành sao Thổ. Nếu ta thu nhỏ vành sao Thổ xuống còn một mét thì độ dày của nó chỉ còn với phần nghìn milimet. Ở vành B các phần tử phân bố dày đặc đến mức nếu chúng ta bay vào giữa thì sẽ không nhìn thấy sao đâu nữa. Tuy nhiên ở đây không có bóng tối, khắp nơi được chiếu sáng bởi ánh sáng Mặt Trời bị khuếch tán khúc xạ và phản chiếu của hàng nghìn vật thể tuyết xung quanh. Có những khu vực trong suốt hon, như vành C hay là vạch chia Catxini. Tổng diện tích của các phần tử trong đó không vượt quá vài phần trăm diện tích của bề mặt vành.
Nếu bay lên phía trên bề mặt các vành, có thể nhìn thấy cả một vùng vật thể tuyết mênh mông. Ở phía trong vùng tuyết ấy nổi lên bán cầu khổng lồ của sao Thổ, được Mặt Trời chiếu sáng. Phần chính trong hệ thống các vành sao Thổ có bề rộng là 60000 km. (trong vùng tuyết này có thể chứa được hàng trăm hành tinh cỡ Trái Đất). Nhưng sự bằng phẳng đều đặn của vành bị vi phạm và chúng uốn lượn thành những đợt sóng cao vài trăm mét. Đó là kết quả tác động hấp dẫn của vệ tinh. Khi Mặt Trời đứng thấp trên bề mặt của vành những tia Mặt Trời sẽ chiếu vào đỉnh những ''dãy núi'' khổng lồ đó, còn những ''thung lũng'' sẽ chìm trong bóng tối. Đó là bức tranh đầy ấn tượng mà các con tàu “Voyager” ghi lại được trong lúc bay qua gần sao Thổ.
Ánh sáng Mặt Trời cũng chiếu lướt trên bề mặt vành như thế vào năm 1995, khi mà những người Trái Đất nhìn thấy vành sao Thổ từ mép cạnh của vành.
Theo các định luật của Keple, các phần tử trên các bán kính khác nhau của vành thì chuyển động với các tốc độ khác nhau: càng gần hành tinh thì chuyển động càng nhanh. Ở trong vành đặc nhất có một vùng mà trong đó các phần tử quay với chu kỳ 10,5 giờ, tức là với cùng vận tốc góc quay như của Thổ tinh. Điều này có nghĩa là, đối với bề mặt của hành tinh thì các phần tử không hề di chuyển. Cũng giống như các vệ tinh địa tĩnh chuyển phát tín hiệu phát thanh và truyền hình cho các đài trên mặt đất, chúng ''treo'' trên Trái Đất với chu kỳ quay là 24 giờ.
Do đặc điểm quay của mình bên trong vành B xuất hiện những ''nan hoa'': các đám mây bụi nhỏ kéo dài theo hướng bán kính, thực sự khiến ta liên tưởng tới nan hoa bánh xe. Hiện tượng này có liên quan đến các hạt bụi tuyết của các vành nhỏ, được tích điện nhẹ nhờ gió Mặt Trời. Đương nhiên chúng phản ứng lại với từ trường của Thổ tinh. Trong vành B, các hạt bụi nhỏ nói trên có tốc độ bé nhất so với các đường của từ trường hành tinh, do đó chúng có thể tạo thành những chiếc ''nan hoa'' có kích thước đáng nể dài hàng vạn km, nếu không theo các định luật chuyển động của Keple thì chúng lẽ ra đã bị tách rời ra rồi.
| NGUỒN GỐC CỦA VÀNH Trong một thời gian dài, người ta cho rằng, có một vệ tinh thiếu thận trọng đã liến gần Thổ tinh và bị xé ra làm nhiều mảnh vụn dưới tác động của các lực triều của nó. Nhưng những số liệu của con tàu ''Voyager'' đã bác bỏ ý kiến này. Ngày nay người ta cho rằng các vành sao Thổ (và vành của các hành tinh khác cũng vậy) là các tàn tích của đám mây khổng lồ gần hành tinh, kéo dài trên phạm vi nhiều triệu km. Các vệ tinh được hình thành từ các vùng phía ngoài đám mây này, còn ở vùng phía trong sự hình thành các vệ tinh bị ''tuyệt đổi cấm''. Do tốc độ các va đập tăng nhanh khi tiến gần tới hành tinh, gần mỗi hành tinh đều có một vùng mà ở đó các phần tử đã đạt tới một kích thước nhất định bắt đầu bị phá hủy bởi các vụ va đập lẫn nhau. Sau hàng tỷ năm va đập, các phần tử có kích thước khoảng 10 mét đã đạt tới tình trạng xốp đến mức chúng phân rã thành các mảnh chỉ cần một va đập nhỏ nhất với vận tốc 1 milimet/giây. Bất kỳ một phần tử lớn nào trong vòng vài ngày hoặc vài tuần sẽ trải qua một chu kỳ đầy đủ từ phân rã đến khôi phục lại. Cuộc cạnh tranh lẫn nhau không cho phép tạo ra vệ tinh lớn này đã yếu đi khi khoảng cách xa dần hành tinh và trong những khoảng cách nhất định một phần vật chất biến thành vệ tinh, còn một phần vẫn trong tình trạng vụn nát dưới dạng vành. Trong thời gian tồn tại của mình vành đã quay được một nghìn tỷ vòng, nhiều gấp bội so với vệ tinh hay hành tinh quay trên quỹ đạo của mình. Tổng khối lượng của các vành băng thuộc Thổ tinh có thể sánh kịp với khối lượng của vệ tinh Mimat với bán kính là 200 km. Tại sao vành lại phẳng? Hình dẹt của nó là kết quả đối chọi của hai lực chính: lực hấp dẫn và lực ly tâm. Sức hút của lực hấp đẫn có xu hướng ép hệ thống lại từ tất cả các phía, còn chuyển động quay chống lại sức nén vuông góc với trục quay, nhưng không thể ngăn cản sự thuôn dài dọc trục quay. Nguồn gốc của các đã vũ trụ khác nhau, trong đó có các vành hành tinh là như vậy. |
