Sao Kim hay sao Hoả? Hoàn toàn không phải! Ngay cả mình cũng bất ngờ với câu trả lời - sao Thuỷ là hành tinh gần Trái Đất nhất. Ngoài ra, điều đáng ngạc nhiên hơn là sao Thuỷ ở gần tất cả các hành tinh còn lại nhất trong hệ Mặt Trời mà chúng ta đang hiện diện.
Nhắc lại một chút kiến thức thiên văn, hẳn phần lớn anh em đều biết thứ tự các hành tinh trong hệ Mặt Trời (Solar System) từ trong ra ngoài gồm sao Thuỷ (Mercury), sao Kim (Venus), Trái Đất (Earth), sao Hoả (Mars), sao Mộc (Jupiter), sao Thổ (Saturn), sao Thiên Vương (Uranus) và sao Hải Vương (Neptune), tạm không nhắc tới sao Diêm Vương (Pluto). Như vậy theo "logic" và cách sắp xếp mà con người đang biết tới thì có phải sao Kim hoặc sao Hỏa là hành tinh đứng gần Trái Đất nhất phải không?
Những ảnh minh hoạ thứ tự các hành tinh thường không thể hiện đúng vị trí của chúng trong quỹ đạo 4D với Mặt Trời
Thực tế "thứ tự" mà chúng ta vừa kể ở trên được tính theo khoảng cách trung bình giữa các hành tinh so với điểm xuất phát là Mặt Trời, không đồng nghĩa việc mọi hành tinh đều nằm trên cùng một đường thẳng. Những hình ảnh mà mình và anh em được học, hoặc đọc qua - tất cả các hành tinh nằm trên cùng một đường thẳng chỉ để minh hoạ "thứ tự" của chúng trong hệ Mặt Trời. Theo tính toán về vận tốc quỹ đạo thì để cả 8 hành tinh cùng ở trên một đường "tương đối" thẳng sẽ chỉ cần đâu đó... 396 tỉ năm. Có nghĩa là ở điều kiện "thông thường", cả 8 hành tinh đều nằm cách xa và rời rạc. Vì vận tốc góc của mỗi hành tinh là khác nhau nên khoảng cách trung bình giữa chúng sẽ luôn thay đổi chứ không hề cố định.
Nhắc lại một chút kiến thức thiên văn, hẳn phần lớn anh em đều biết thứ tự các hành tinh trong hệ Mặt Trời (Solar System) từ trong ra ngoài gồm sao Thuỷ (Mercury), sao Kim (Venus), Trái Đất (Earth), sao Hoả (Mars), sao Mộc (Jupiter), sao Thổ (Saturn), sao Thiên Vương (Uranus) và sao Hải Vương (Neptune), tạm không nhắc tới sao Diêm Vương (Pluto). Như vậy theo "logic" và cách sắp xếp mà con người đang biết tới thì có phải sao Kim hoặc sao Hỏa là hành tinh đứng gần Trái Đất nhất phải không?
Những ảnh minh hoạ thứ tự các hành tinh thường không thể hiện đúng vị trí của chúng trong quỹ đạo 4D với Mặt Trời
Thực tế "thứ tự" mà chúng ta vừa kể ở trên được tính theo khoảng cách trung bình giữa các hành tinh so với điểm xuất phát là Mặt Trời, không đồng nghĩa việc mọi hành tinh đều nằm trên cùng một đường thẳng. Những hình ảnh mà mình và anh em được học, hoặc đọc qua - tất cả các hành tinh nằm trên cùng một đường thẳng chỉ để minh hoạ "thứ tự" của chúng trong hệ Mặt Trời. Theo tính toán về vận tốc quỹ đạo thì để cả 8 hành tinh cùng ở trên một đường "tương đối" thẳng sẽ chỉ cần đâu đó... 396 tỉ năm. Có nghĩa là ở điều kiện "thông thường", cả 8 hành tinh đều nằm cách xa và rời rạc. Vì vận tốc góc của mỗi hành tinh là khác nhau nên khoảng cách trung bình giữa chúng sẽ luôn thay đổi chứ không hề cố định.
Từ đó, để tính khoảng cách nhất thời và khoảng cách trung bình giữa các hành tinh, người ta cần mô phỏng vị trí quỹ đạo của chúng trong hệ Mặt Trời, căn cứ theo vận tốc góc. Đó cũng chính là là thứ mà các nhà nghiên cứu của NASA, Phòng Quan sát Quốc gia Los Alamos (Mỹ) cùng Trung tâm Nghiên cứu Kỹ sư của Quân đội Mỹ đã tiến hành, trong một chu kỳ mô phỏng dài 10,000 năm. Kết quả nhận được hết sức bất ngờ - sao Thuỷ là hành tinh "trung bình" gần Trái Đất nhất. Thậm chí khi bắt cặp so sánh với từng hành tinh còn lại, sao Thuỷ cũng giữ luôn vị trí đó.
Kết quả mô phỏng khoảng cách trung bình giữa Trái Đất và 3 hành tinh gần nhất (đơn vị AU)
Có thể anh em đang thắc mắc - tại sao lại kỳ cục như thế? Câu trả lời ngắn gọn nhất ở đây là do sao Thuỷ có quỹ đạo (chu vi) nhỏ nhất trong hệ Mặt Trời. Còn chi tiết nằm ở phương pháp tính toán có tên gọi điểm-đường tròn (point-circle method - PCM). Về cơ bản, PCM lấy giả định 2 quỹ đạo hành tinh là cùng tròn, cùng đồng tâm và cùng mặt phẳng. "Dựa trên PCM, chúng tôi nhận ra khoảng cách giữa 2 thiên thể cùng xoay quanh 1 điểm sẽ ở mức thấp nhất khi quỹ đạo của thiên thể bên trong là nhỏ nhất", các tác giả của nghiên cứu cho biết. Có nghĩa là nếu quỹ đạo của thiên thể bên trong tăng thì khoảng cách trung bình cũng sẽ tăng lên, tương đương sao Kim hay sao Hoả sẽ ở xa Trái Đất hơn sao Thuỷ.
Thêm một cách hình dung khác: sao Thuỷ có quỹ đạo nhỏ nhất hệ Mặt Trời, có nghĩa là khoảng cách giữa nó và tâm hệ Mặt Trời cũng là bé nhất, còn các hành tinh còn lại đều xa tâm hơn. Tổng khoảng cách của 2 hành tinh với tâm hệ Mặt Trời càng lớn thì khoảng cách trung bình giữa chúng cũng sẽ tăng lên. Có nghĩa 2 hành tinh có quỹ đạo càng xa tâm hệ Mặt Trời thì "trung bình" chúng sẽ càng xa nhau hơn.
Bảng so sánh khoảng cách trung bình giữa các cặp hành tinh theo PCM và phương pháp cũ (đơn vị AU)
Tất nhiên, kết quả mô phỏng này không có nghĩa rằng sao Kim không bao giờ gần Trái Đất hơn sao Thuỷ. Sẽ có những thời điểm sao Kim hoặc sao Hoả gần Trái Đất hơn cả, nhưng những thời điểm đó khá ngắn ngủi. Nếu con người có ý định ghé thăm bất kỳ hành tinh nào thì sẽ phải "cân đo đong đếm" cho kỹ vì cự ly sẽ liên tục biến đổi. Lượng "xăng" hay nhiên liệu dùng cho sứ mệnh không gian này sẽ không giống như sứ mệnh khác. Nghiên cứu này cũng chỉ ra một phương pháp tính nhanh khoảng cách giữa các hành tinh, thay cho phương pháp cũ có nhiều sai số, không tốt cho tương lai hướng tới du hành liên hành tinh trong hệ Mặt Trời.
Physics Today
