CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC SAO CHỔI
Sẽ có một ngày xuất hiện một người chỉ cho ta thấy các sao chổi đang phiêu lãng trong vùng trời nào, tại sao chúng lại khác với các hành tinh đến vậy và người ấy sẽ khám phá cho chúng ta thấy bản chất của chúng.
Xênêca, ''Khảo sát thiên nhiên'', năm 63.
Sao chổi năm 1680 đã đưa Ixaac Niutơn trở về vòi công việc nghiên cứu định luật hấp dẫn. Một năm sau ông đã chúng minh rằng nếu truyền cho một vật thể nào đó các vận tốc ban đầu khác nhau theo những hướng khác nhau trong trường hấp dẫn của Mặt Trời, thì quỹ đạo mà vật thể sẽ chuyền dộng tiếp tục trên đó là một trong bốn dạng: đường tròn, elip, parabôn hoặc hypecbôn. Những đường cong này chính là các đường tiết diện hình nón, bởi vì khi cắt hình nón bằng mặt phẳng dưới các góc khác nhau, chúng ta có được một trong những đường cong như đã nói ở trên. Ở đây nếu cắt hình nón một cách hú họa thì có lẽ sẽ được một đường khép kín như elíp, hoặc một đường cong hở như hypecbôn. Còn để được một hình tròn hoặc hình parabôn thì phải định hướng mặt cắt. Có thể nói hình tròn là hình líp tròn lý tưởng, còn hình parabôn là hình elip vươn dài vô tận. Hình tròn và hình parabôn dưới dạng các quỹ đạo thuần tuý, đích thực thì chẳng bao giờ có cả, chúng được dùng trong các tính toán ở dạng gần đúng.
Như vậy có những hình líp mà trên đó các hành tinh, các vệ tinh của chúng và có thể còn cái gì đó nữa chuyển động. Có những hình hypecbôn là những con đường của các cuộc gặp nhau ngẫu nhiên là quỹ đạo ''được sử dụng một lần'': một vật gì đó bay từ một nơi nào đó giữa các vì sao đến Mặt Trời, quay lộn lại rồi bay ngước về chỗ cũ. Các sao chổi chọn những con đường nào vậy? Đây vẫn là một điều bí ẩn từ thời Tychô Brahê.
Và vào tháng 11 năm 1680 sao chổi lại xuất hiện như có ai hẹn trước.
Giáo sư trường Đại học tổng hợp Cambritgiơ Niutơn đã tổ chức một nhóm sinh viên sáng dạ đến quan sát vào buổi sáng. Tự tay ông nối theo các điểm thành đường đi trong không gian của sao chổi này. Ngày 12
tháng 11 sao chổi cắt quỹ đạo Trái Đất ngày 19 tháng 1l nó gần như bay thẳng hàng vào Mặt Trời và ít lâu sau biến vào trong ánh sáng Mặt Trời. Bây giờ người ta đi tìm kiếm nó cả trong ánh bình minh, cả vào lúc hoàng hôn, rồi cả buổi sáng xem nó còn bay đi tới đâu nữa? Ngày 12 tháng 12 sao chổi lại sáng trên bầu trời buổi sáng và bay cứ như là bị đẩy ngược lại thành một góc 180o. Theo sự đo đạc của Niutơn thì đuôi của nó dài hơn bán kính quỹ đạo Trái Đất. Và trong khi triều đình Lui (Louis) thứ XIV đang băn khoăn về việc sao chổi bay đến để bắt ai đi trong dòng họ Buốcbông thì Niutơn đã đích thân đo vị trí của sao chổi đang bay đi: các điểm ở xa là những điểm quan trọng nhất để xây dựng chính xác một quỹ đạo. Từ các điểm đã hình thành nên một hình parabôn. Nhưng trong thực tế đó có thể là một đoạn của hình elíp thuôn dài hoặc cũng có thể là một hình hypecbôn rất dốc. Bản thân Niutơn cũng nghiêng về ý kiến cho rằng sao chổi bay đi theo hình elíp, có nghĩa rằng khi nào đó nó phải quay trở lại.
Bốn năm sau số phận đã đưa đến cho Niutơn Etmunđơ Halây, nhà thiên văn học, nhà toán học thuyền trưởng viễn dương và là một người câu sao chổi. Halây hỏi Niutơn: Thưa ngài, sao chổi chuyển động theo quỹ đạo nào nếu sức hút của Mặt Trời tác động đến sao chổi?
- Theo các hình líp, gần với hình parabôn, - Niutơn trả lời và đặt bản vẽ lên bàn.
- Thế chu kỳ quay của sao chổi thế nào ạ?
Điều này còn phải nghiên cứu, - lxaac Niutơn đáp.
Theo lời khuyên của Niutơn, Halây đã chọn trong số hàng trăm quan trắc sao chổi và các năm khác nhau ra hơn hai chục quan trắc mà có thể dựng được dù chỉ một quỹ đạo phỏng chừng với giả thiết tất cả các sao chổi chuyển động theo hình parabôn (cho đơn giản).
Tính toán được 24 quỹ đạo bằng tay, không có máy tính, trên cơ sở các cuộc quan trắc đôi khi không được cẩn thận lắm là một lao động vất vả nhiều năm. Và, rất may là ba hình tạm coi là parabôn của các sao chổi năm 153 l , 1607 và 1682 lại gần như nằm trong không gian của hệ Mặt Trời cái nọ chồng vào cái kia. Có nghĩa là không phải ba, mà là một thiên thể cứ 75 - 76 năm lại quay trở lại! Thế là sao chổi đầu tiên có chu kỳ đã được phát hiện, đó là sao chổi Ha lây. Halây đã tiên đoán lần xuất hiện mói của nó là vào năm 1758, còn người câu được nó là nhà thiên văn học nghiệp dư người Đức Ghêoocgơ Palich và Saclo Metxiê. Đây là sự thành công rực rỡ của định luật hấp dẫn và bắt đầu một chế độ ''đăng ký hộ khẩu'' nghiêm ngặt cho các sao chổi.
Từ thời xa xưa cho đến thời đại của chúng ta đã có 2000 ngôi sao chổi được
phát hiện và mô tả. Trong vòng 300 năm sau thời Niutơn, các quỹ đạo của hon 700 sao chổi trong số đó đã được tính toán. Kết quả chung là như thế này. Đa số các sao chổi chuyển động theo hình elip thuôn vừa hoặc thuôn nhiều. sao chổi Enke đi theo lộ trình ngắn nhất: từ quỹ đạo của sao Thuỷ đến sao Mộc, và ngược lại mất 3,3 năm, sao chổi xa nhất trong số các sao được quan sát hai lần là sao chổi do Carôlin Hecsen phát hiện vào năm 1788 và nó quay trở lại sau 154 năm từ khoảng cách 57 đơn vị thiên văn. Vào năm 1914 sao chổi Đêlaoan đã phá kỷ lục về tầm xa. Nó đi ra xa tới 70.000 đơn vị thiên văn và ''và chỉ về đích'' sau 24 triệu năm nữa.
Mặc ,dù các định luật chi phối chuyển động của các hành tinh và các sao chổi đều như nhau, nhưng hành động và khu vục cư trú của chúng rất khác nhau.
Quỹ đạo của các hành tinh là hình elíp gần với hình tròn. Còn quỹ đạo sao chổi là những hình elíp thuôn dài ra gần giống như hình parabôn.
Các hành tinh chuyển động trên mặt phẳng đĩa mỏng theo một chiều. Còn đường đi của sao chổi là một búi gồm các quỹ đạo định hướng trong không gian không theo một trật tự nào, sao chổi chuyển động theo các quỹ đạo đó, cái này đi ngược (chuyển động thuận), còn cái kia lại đi xuôi theo chiều kim đồng hồ (chuyển động nghịch).
Chúng ta nhận thấy rằng hai ''bộ tộc” sao khác nhau đến nhường ấy lại cùng cư trú trong Thiên Hà. Một nhóm sao (trong đó có cả Mặt Trời) ''sinh sống'' trên đã Thiên Hà. Những sao khác lâu đời hơn, với thành phần hoá học hơi khác một chút, tạo thành một búi xung quanh tâm Thiên Hà và tung tăng hết vào trong rồi lại ra ngoài lúc tiến, lúc lùi theo hình elíp thuôn dài. Sự giống nhau đến kỳ lạ khiến chúng ta phải suy nghĩ vào lúc nghỉ ngơi thư giãn. . .
Chuyển động của các hành tinh là ổn định, chúng không thay đổi quỹ đạo rõ rệt. Các sao chổi thì thường xuyên thay đổi quỹ đạo, cắt đường đi của các hành tinh lớn. Thường thì sự thay đổi là không đáng kể, như ở sao chổi Halây, nhưng nếu ngôi sao lãng du đó bay gần một anh chàng khổng lồ ở khoảng cách dưới năm trăm triệu kilômét thì kích thước và hướng quỹ đạo của nó sẽ thay đổi khác hẳn.
Ảnh hưởng của sao Mộc rất mạnh. Nó vung các dây thòng lọng hấp dẫn ra để bắt về ''thuần hoá'' các sao chổi: chuyển chúng sang các quỹ đạo ngắn từ Mặt Trời đến sao Mộc và ngược lại. Ngày nay trong đàn sao chổi của Mộc tinh có khoảng một trăm cái đuôi. Thổ tinh vờ Hải Vương tinh, mỗi hành tinh chăn dắt một chục sao chổi. Thiên Vương tinh trông nom ba sao chổi. Còn có một bầy sao chổi đáng ngờ nữa đang nhởn nhơ đến ranh giới 50 - 60 đơn vị thiên văn. Có bầy sao chổi nhưng lại không có người chăn dắt. . .
Nhưng những gã khổng lồ lại mù quáng. Có khi gã đuổi cả sao chổi của chính mình đi mất tăm, có khi lại quất một chú sao chổi chạy qua đến nỗi chú sao chổi này phải ù té sang quỹ đạo xa hơn, thậm chí còn chạy khỏi Mặt Trời theo hình hypecbôn để ra đi mãi mãi. Trong hệ Mặt Trời có các sao chổi chuyển động với tốc độ hypecbôn, nhưng đây lại không phải là những kẻ từ nơi khác đến mà là những sao chổi ''trong nhà'' bị buộc phải rời quê hương Mặt Trời ra đi mãi mãi vì đã lỡ cản đường ai đó.
