Nguồn gốc và đặc điểm của sao Chổi

Quan niệm ban đầu về sao Chổi

Sao Chổi từng là một cơn ác mộng, nỗi sợ hãi trong nhiều nền văn hóa khác nhau trên thế giới suốt thời gian dài. Trong các nền văn hóa cổ đại, sao Chổi được coi là điềm báo chẳng lành từ các vị thần.

Sự xuất hiện của sao Chổi là báo hiệu cho chết chóc, bệnh dịch... Đặc biệt là có những trùng hợp càng làm tăng thêm nỗi sợ hãi hiện tượng này. Chẳng hạn năm 1664, một sao Chổi rất sáng xuất hiện trên bầu trời.

Nó trùng với thời điểm thành phố London (Anh) phải gánh chịu bệnh dịch hạch vào năm 1665 khiến hơn 100.000 người chết. Sau đó là đại hỏa hoạn tại thành phố London năm 1666 đã thiêu trụi gần như toàn bộ thành phố.

Vậy từ đâu mà các nền văn minh cổ xưa lại sợ hãi hiện tượng này? Khi quan sát bầu trời đêm, người ta nhận thấy rằng sao Chổi không giống bất kì thiên thể nào. Trong khi những thiên thể khác có thể được dự đoán chu kỳ chính xác thì sao Chổi luôn không thể dự đoán được.

Điều này đã khiến cho các nền văn minh cổ tin rằng các vị thần đã quyết định chuyển động của sao Chổi và đã gửi thông điệp tới cho con người qua chúng.

Những quan sát đầu tiên

Những quan sát đầu tiên về sao Chổi từ lâu đã được người Trung Quốc ghi chép một cách tỉ mỉ. Những ghi chép cổ nhất được xác định có niên đại khoảng 1.000 năm trước Công nguyên (TCN). Trong đó, những quan sát đầu tiên về sự xuất hiện của sao Chổi Halley vào năm 239 TCN được ghi chép lại bởi Shih Chi và Wen Hsien Thung Khao.

Những ý tưởng về bản chất của sao Chổi đã xuất hiện với sự phát triển của triết học tự nhiên Hy Lạp vào khoảng năm 550 TCN. Khi đó, trường phái Pythagoras coi sao Chổi là một hành tinh thường xuyên xuất hiện tại chân trời vào buổi sáng hoặc buổi tối.

Trong khi đó, Aristotle cho rằng, sao Chổi là một thiên thể bay ở quỹ đạo thấp hơn Mặt trăng. Quan điểm của Aristotle về sao Chổi đã được công nhận trong một thời gian dài.

Nhà thiên văn học đầu tiên có quan sát và nghiên cứu tỉ mỉ về sao Chổi là Edmond Halley. Ông coi nó là một hiện tượng kỳ thú. Halley đã có những quan sát rất chi tiết về một sao Chổi xuất hiện vào năm 1680. Khi tìm hiểu các ghi chép cũ về sao Chổi, ông nhận thấy các sao Chổi xuất hiện vào năm 1531, 1607 và 1682 có rất nhiều điểm chung. Ông khẳng định 3 sao Chổi đó là một.

Edmond Halley đã tính toán chính xác được sự trở lại của sao Chổi này vào năm 1758. Mặc dù, ông không còn sống để quan sát sự trở lại của sao Chổi này nhưng sự xác thực của nó đã là khởi đầu cho việc quan sát và nghiên cứu đặc tính của sao Chổi sau này. Sao Chổi đó đã được đặt theo tên của ông và đến nay, chúng ta vẫn coi sao Chổi Halley là sao Chổi nổi tiếng nhất.

Nguồn gốc và đặc điểm vật lý

Sao Chổi được chia làm 2 loại theo đặc điểm chu kỳ. Đó là sao Chổi chu kỳ ngắn và sao Chổi chu kỳ dài. Những sao Chổi chu kỳ ngắn có nguồn gốc từ vành đai Kuiper nằm ngoài quỹ đạo của sao Hải Vương.

Những sao Chổi có chu kỳ dài được cho là có nguồn gốc từ đám mây Oort - một khối dạng cầu bao quanh biên giới Hệ Mặt trời gồm tập hơp các vật thể chủ yếu là băng với đường kính khoảng 2 năm ánh sáng.

Những sao Chổi quỹ đạo dài từ mây Oort bị đẩy về phía Mặt trời với quỹ đạo parabol hoặc hyperbol do sự nhiễu loạn hấp dẫn từ các ngôi sao có quỹ đạo gần Hệ Mặt trời và các biến động hấp dẫn của thiên hà.

Nhân của sao Chổi là một khối vật chất rắn có kích thước từ vài kilomet tới vài chục kilomet. Thành phần chủ yếu của nó là đá, bụi, khí và nước đóng băng, trong đó khoảng 80% là nước đóng băng, khoảng 15% là carbon monoxide (CO), còn lại là carbon dioxide (CO2), methane (CH4) và ammonia (NH3).

Sâu bên trong nhân của sao Chổi có chứa một thành phần nhỏ gồm các hợp chất hữu cơ như methanol, hydrogen cyanide, formaldehyde, ethanol, ethane và có thể có các phân tử phức tạp hơn như axit amin.

Phần bao phủ là một lớp khí bao quanh phần nhân ở giữa. Nó chỉ xuất hiện khi sao Chổi đến đủ gần để bức xạ Mặt trời gây ra quá trình thăng hoa tại nhân. Khi đó, một lớp khí được giải phóng từ lớp băng đá tại trung tâm sao Chổi. Kích thước lớp phủ tăng dần khi đến gần Mặt trời và có thể lớn bằng đường kính của sao Mộc dù mật độ rất thấp.

Vào tháng 12/2017, một cuộc bùng phát bức xạ Mặt trời đã làm cho đường kính phần đầu sao Chổi 17P/Holmes lớn hơn cả Mặt trời. Mặc dù lớn nhưng nó giảm dần khi đi qua quỹ đạo của sao Hỏa vì ở khoảng cách này, gió Mặt trời đã đủ mạnh để thổi dạt lớp khí bụi này thành đuôi sáng.

Đuôi sao Chổi là điểm đặc trưng của thiên thể khi chúng ta quan sát từ Trái đất. Nó là dòng khí do sự bay hơi các thành phần của nhân sao Chổi, bị thổi dạt về một hướng do áp lực của gió Mặt trời. Sự phân chia dòng khí bởi gió Mặt trời làm cho đuôi của các sao Chổi có thể khác nhau và về cơ bản được chia thành sao Chổi một đuôi, hai đuổi, ba đuôi...

Khác với phán đoán thông thường, đuôi của sao Chổi không hướng dọc theo chiều chuyển động như một ống phản lực mà có hướng ngược lại với hướng đi vào tâm của Mặt trời, bất kể sao Chổi đang di chuyển theo hướng nào, đó là do nó vốn được tạo thành từ áp lực của gió Mặt trời.

Vòng đời

Mỗi sao Chổi có một vòng đời khác nhau tính từ khi nó bắt đầu di chuyển vào Hệ Mặt trời. Các sao Chổi đều xuất phát từ những nơi rất xa Mặt trời nên khi ở điểm viễn nhật chúng rất lạnh. Lúc này, các phân tử khí và nước đều bị đóng băng. Tại thời điểm xuất phát chúng ta không thể quan sát được chúng vì kích thước của chúng rất nhỏ và lại ở quá xa.

Sao Chổi bắt đầu được quan sát khi nó tới đủ gần Mặt trời và phát sáng do sự thăng hoa các vật chất trên bề mặt. Dưới tác động của bức xạ Mặt trời, lớp băng tại bề mặt sao Chổi không tan ra mà nó biến đổi trực tiếp từ băng thành khí. Khi quá trình thăng hoa diễn ra, các phân tử nước bị tách qua quá trình quang phân (sự phân tách hợp chất hóa học do tác động của photon).

Trong tất cả các sao Chổi đã được quan sát thì chỉ có khoảng 10% số sao Chổi tồn tại sau 50 lần đi qua điểm cận nhật và chỉ 1% sống sót qua 2.000 lần. Những sao Chổi may mắn sẽ thoát khỏi áp suất cao từ Mặt trời và tiếp tục lặp lại chu kỳ quỹ đạo của mình.

Tuy nhiên, một số khác lại không may mắn như vậy. Một số sẽ đâm vào Mặt trời hoặc bị phá tan bởi áp suất của Mặt trời. Ngoài ra, một số khác bị va chạm với các hành tinh như sao Chổi Shoemaker - Levy 9 va chạm với sao Mộc vào năm 1994.

Nguyên nhân hình thành mưa sao băng: Khi đến gần Mặt trời, áp suất từ Mặt trời và tương tác hấp dẫn làm vỡ lớp đá trên bề mặt của sao Chổi. Khi đó, các mảnh vỡ bị bắn ra và có thể để lại trên đường đi của nó rất nhiều mảnh nhỏ - các thiên thạch.

Vì đa số các sao Chổi di chuyển trên mặt phẳng hoàng đạo nên khi đi ngang qua quỹ đạo Trái đất, chúng để lại những đám thiên thạch do sự tham gia của hấp dẫn Trái đất, là nguyên nhân gây ra các trận mưa sao băng.

Sao Chổi đưa sự sống đến Trái đất: Như đã nói, các hợp chất hữu cơ - yếu tố tiên quyết của sự sống có mặt trong nhân của các sao Chổi. Trong giai đoạn mới hình thành, có rất nhiều sao Chổi và các tiểu hành tinh va chạm vào Trái đất.

Các nhà khoa học tin rằng, các vụ va chạm với Trái đất khoảng 4 tỷ năm trước đã đưa một lượng nước lớn đến cho Trái đất.

Việc phát hiện ra các phân tử hữu cơ như Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) với một lượng lớn sao Chổi khiến một số người cho rằng sao Chổi hoặc thiên thạch đã mang các phân tử hữu cơ ban đầu đến Trái đất. Chính từ những hợp chất đầu tiên này, sự sống trên hành tinh của chúng ta đã hình thành và phát triển đến ngày hôm nay.