Sao Chổi Là Gì? Tìm Hiểu Về Sao Chổi Là Gì?

1 - Sao Chổi là gì?

Sao chổi là một thiên thể gần giống một tiểu hành tinh nhưng không cấu tạo nhiều từ đất đá, mà chủ yếu là băng. Sao chổi được miêu tả bởi một số chuyên gia bằng cụm từ "quả bóng tuyết bẩn" vì nó chứa cácbonníc, mêtan và nước đóng băng lẫn với bụi và các khoáng chất.

1.1 - Vai trò của Sao chổi trong hệ mặt trời là gì?

Đa phần các sao chổi có quỹ đạo elíp rất dẹt, một số có viễn điểm quỹ đạo xa hơn nhiều so với Diêm Vương Tinh. Sở dĩ nó có tên gọi là sao chổi vì người Trung Quốc xưa khi nhìn thấy nó (tiếng Trung: 彗星).

Sao chổi có chiếc đuôi dài như cái chổi và họ tưởng nó là một ngôi sao bay có đuôi giống cái chổi. Nên từ đó người ta đặt nó là sao chổi Quỹ đạo của sao chổi còn khác biệt so với các vật thể khác trong Hệ Mặt Trời ở chỗ chúng không nằm gần mặt phẳng hoàng đạo mà phân bố ngẫu nhiên toàn không gian.

Nhiều sao chổi có viễn điểm nằm ở vùng gọi là Đám Oort. Đây là nơi xuất phát của các sao chổi, một vùng hình vỏ cầu, gồm các vật chất để lại từ thưở Hệ Mặt Trời mới bắt đầu hình thành.

Vật chất ở đây nằm quá xa nên chịu rất ít lực hấp dẫn từ trung tâm, đã không rơi vào đĩa tiền Mặt Trời, để trở thành Mặt Trời và các hành tinh. Tại đây nhiệt độ cũng rất thấp khiến các chất như cácbonníc, mêtan và nước đều bị đóng băng.

Thỉnh thoảng một vài va chạm hay nhiễu loạn quỹ đạo đưa một số mảnh vật chất bay vào trung tâm. Khi lại gần Mặt Trời, nhiệt độ tăng làm vật chất của sao chổi bốc hơi và, dưới áp suất của gió Mặt Trời, tạo nên các đuôi bụi và đuôi khí, trông giống như tên gọi của chúng, có hình cái chổi.


Đôi khi cũng có những sao chổi có mang hai đuôi rõ rệt, nhìn thấy bằng mắt thường: Đuôi dài ở phía đối diện với Mặt Trời, và đuôi ngắn hướng thẳng về phía Mặt Trời.

Nguyên nhân là do: Khi ở cự ly đủ gần, sức công phá của tia Mặt Trời lên bề mặt sao chổi mạnh mẽ đến độ làm cho vật chất trong sao chổi bùng nổ mãnh liệt và bắn ra xa. Gió mặt trời không đẩy hết đám mây bụi khí này về phía sau mà còn lại cái đuôi ngắn này.

Các sao chổi chứa đựng vật chất của thời kỳ khai sinh Hệ Mặt Trời, do vậy, đối với các nhà khoa học, chúng là đối tượng nghiên cứu quý báu để trả lời những câu hỏi về quá trình tiến hóa của Hệ Mặt Trời chúng ta, cũng như các hệ hành tinh khác trong vũ trụ. Đã có những chuyến thám hiểm bằng tàu vũ trụ để tiếp cận trực tiếp với sao chổi như tàu Deep Impact.

Sao chổi cấu tạo từ cácboníc mêtan và nước đóng băng lẫn với các hợp chất hữu cơ cao phân tử và các khoáng chất khác. Chúng bay quanh Mặt Trời theo quỹ đạo rất dẹt và trong phần lớn cuộc đời nằm ở rất xa Mặt Trời, trong trạng thái đóng băng tại nhiệt độ thấp.

Khi sao chổi tiến về gần Mặt Trời, tức là vào vòng trong Hệ Mặt Trời, bức xạ điện từ của Mặt Trời khiến các lớp băng bên ngoài bắt đầu thăng hoa. Dòng bụi và khí bay ra tạo nên một bầu "khí quyển" lớn nhưng rất loãng bao quanh sao chổi gọi là phần đầu sao chổi.

Tiến gần thêm, áp suất bức xạ và gió Mặt Trời thổi vào bầu khí quyển này kéo dài nó ra thành hai đuôi khồng lồ. Bụi và khí tạo hai đuôi riêng rẽ, chĩa về hai phương hơi lệch nhau; các hạt bụi có khối lượng lớn không dễ bị gió Mặt Trời tác động, chỉ bị tách rời khỏi phần đầu của sao chổi và bay chậm lại trên quỹ đạo ngay sau phần đầu (do đó đuôi bụi cong theo đường cong của quỹ đạo) còn đuôi khí (đúng hơn là khí đã bị ion hóa) chứa các hạt ion nhẹ, dễ dàng bị gió Mặt Trời thổi theo phương nối thẳng đến Mặt Trời, và sau đó chúng đi theo đường sức từ trong không gian thay cho đường quỹ đạo.

Hạt nhân sao chổi nằm lại bên trong là những khoáng chất nặng, hay chất hữu cơ cao phân tử, chỉ có đường kính khoảng 50 km. Trong khi đó phần đầu sao chổi có thể lớn hơn cả Mặt Trời, còn đuôi sao chổi có thể kéo dài đến cỡ một đơn vị thiên văn hoặc hơn.

Cả phần đầu và đuôi, hình thành khi sao chổi đi vào vòng trong Hệ Mặt Trời, đều được chiếu sáng bởi Mặt Trời và có thể trở nên rực rỡ cho quan sát từ Trái Đất.

Đuôi bụi tán xạ trực tiếp ánh nắng theo cơ chế Mie, tạo nên màu trắng, còn đuôi khí bị ion hóa phát ra photon năng lượng cao, có quang phổ thiên về màu xanh lam. Thực tế là đa số sao chổi sáng yếu đến mức chỉ quan sát được qua kính viễn vọng.

Mỗi thập kỷ, chỉ có vài sao chổi đủ sáng cho quan sát bằng mắt thường. Trước khi có kính thiên văn, các sao chổi dường như đột ngột xuất hiện rồi đột ngột biến mất trên bầu trời. Một điều có thể gây ngạc nhiên là các hạt nhân của sao chổi thuộc vào hàng các vật thể đen nhất trong Hệ Mặt Trời.

Tàu Giotto đo được hạt nhân của sao chổi Halley phản xạ lại 4% ánh sáng chiếu đến, còn tàu Deep Space 1 tìm thấy sao chổi Borrelly chỉ có hệ số phản xạ khoảng 2,4% đến 3%; để so sánh, nhựa đường phản xạ 7% ánh sáng. Có thể lý giải bề mặt tối này qua cấu tạo của hạt nhân gồm chủ yếu các hợp chất hữu cơ.

Sức nóng của Mặt Trời làm bốc hơi các hợp chất nhẹ, để lại các phân tử nặng có chuỗi hữu cơ rất dài thường có xu hướng sẫm màu, như tro hay dầu thô. Màu đen của sao chổi tạo nên khả năng hấp thụ nhiệt mạnh, tăng cường quá trình bốc hơi các chất khí.

Năm 1996, sao chổi được phát hiện là có phát ra tia X. Các tia này đã gây một sự ngạc nhiên cho các nhà khoa học vì chưa ai tiên đoán điều này trước đó.

Cơ chế phát ra tia X có thể được giải thích dựa vào tương tác giữa sao chổi và gió Mặt Trời: khi các ion bay từ Mặt Trời qua đuôi sao chổi, chúng va chạm vào các nguyên tử hay phân tử trong đuôi này. Trong các va chạm, các ion tích điện dương sẽ bắt lấy một hoặc vài điện tử của đuôi sao chổi.

Đuôi sao chổi bị ion hóa, còn các điện tử bị rơi vào ion đến từ Mặt Trời phát ra photon có tần số thuộc vùng cực tím hay X quang. Các sao chổi ngắn hạn được cho là có nguồn gốc từ vành đai Kuiper, còn các sao chổi dài hạn có thể đến từ đám Oort.

Có nhiều khả năng chúng chứa các vật chất từ thời kỳ Hệ Mặt Trời mới khai sinh, đặc biệt là các sao chổi dài hạn. Để giải thích tại sao các sao chổi chuyển từ quỹ đạo trong vành đai Kuiper hay đám Oort sang quỹ đạo rất méo tiến về phía Mặt Trời, nhiều cơ chế đã được gợi ý.

Các cơ chế này chủ yếu dựa trên nhiễu loạn của trường hấp dẫn. Đối với các sao chổi dài hạn, nhiễu loạn này có thể gây ra bởi các sao khác khi Mặt Trời quay quanh tâm Ngân Hà, hay từ ngôi sao gần Mặt Trời là Nemesis.

Đối với các sao chổi ngắn hạn, chuyển động của các hành tinh lớn, đặc biệt là Sao Mộc, hay thậm chí từ một hành tinh chưa được quan sát là hành tinh X, sẽ dần phá vỡ vành đai Kuiper và gây tụ tập các sao chổi gần các hành tinh này.

Các sao chổi không tồn tại ổn định trên quỹ đạo, ngoài nguyên nhân từ nhiễu loạn hấp dẫn, còn có nguyên nhân từ sự hao hụt khối lượng và thay đổi cấu trúc mỗi khi lại gần Mặt Trời.

Một lượng lớn các vật chất nhẹ của chúng bị thổi bay khi tạo thành các đuôi dưới sự đun nóng của bức xạ Mặt Trời và áp suất của gió Mặt Trời, trong giai đoạn bay gần cận điểm quỹ đạo.

Thiếu liên kết của các vật chất nhẹ, các vật chất nặng có thể dần bị tan rã, đặc biệt khi có tác động của lực thủy triều từ các hành tinh lớn. Kết cục là sau nhiều vòng quay, trên một quỹ đạo không thực sự ổn định, khối lượng của sao chổi giảm dần, ngày càng bị nhiễu loạn, rồi tan rã.

Một số sao chổi cũng kết thúc cuộc đời bằng một va chạm với các thiên thể khác. Năm 1994, các nhà thiên văn đã được chứng kiến kết thúc ngoạn mục của sao chổi Shoemaker-Levy 9, khi nó tan thành nhiều mảnh rồi đâm vào Sao Mộc.

Một số sao chổi không tan rã dần trở thành các tiểu hành tinh, với hạt nhân hết khả năng thăng hoa. Trong giai đoạn đầu hình thành Hệ Mặt Trời, người ta phỏng đoán số lượng các sao chổi, hay các mảnh vật chất bay qua lại trong hệ là rất lớn.

Chúng bị dọn dẹp dần sau các vụ va chạm, mà dấu tích còn để lại trên nhiều bề mặt của các hành tinh. Số lượng của sao chổi được duy trì ở mức độ như ngày nay là nhờ nguồn cung cấp ổn định từ vòng đại Kuiper và đám Oort, theo cơ chế nhiễu loạn hấp dẫn.

Kết Luận: Các sao chổi, cùng các mảnh vật chất lang thang của thời kỳ đầu của Hệ Mặt Trời, cũng được cho là nguồn cung cấp những vật liệu cần thiết cho hình thành sự sống, như các chất hữu cơ, hay nước, không chỉ cho Trái Đất mà còn cho các hành tinh nhỏ khác như Sao Hỏa, khi chúng rơi vào các hành tinh này.
Xem thêm chuyên mục: Blog Kiến Thức