"Cân" các hành tinh

Các nhà thiên văn học tại Viện Thiên văn Max Planck ở Đức vừa công bố một phương pháp mới, cho phép “cân” khối lượng các hành tinh trong Hệ Mặt trời bằng tín hiệu vô tuyến đặc biệt. Tín hiệu này phát ra từ những ngôi sao nhỏ gọi là pulsar, vốn nổi tiếng bởi các xung sóng vô tuyến đều đặn, giống tiếng “bíp bíp” vũ trụ lặp lại với độ chính xác cao. Nhờ kỹ thuật mới, nhóm nghiên cứu lần đầu tiên có thể xác định khối lượng của toàn bộ hệ thống gồm sao Thủy, sao Kim, sao Hỏa, sao Mộc, sao Thổ cùng các vệ tinh của chúng. Trước đây, các nhà thiên văn thường đo khối lượng hành tinh bằng cách quan sát quỹ đạo của những mặt trăng tự nhiên hoặc tàu vũ trụ đang bay xung quanh chúng. Cách làm này dựa trên nguyên lý đơn giản nhưng mạnh mẽ: khối lượng tạo ra lực hấp dẫn, còn lực hấp dẫn quyết định vật thể xung quanh chuyển động theo quỹ đạo lớn hay nhỏ. Thời gian một vật hoàn thành một vòng quỹ đạo cũng phản ánh khối lượng của hành tinh, vì lực hấp dẫn càng mạnh thì chuyển động quỹ đạo chịu ảnh hưởng càng rõ rệt. Các tàu vũ trụ từng cung cấp nhiều phép đo giá trị, tuy nhiên chúng chỉ có thể khảo sát trực tiếp những hành tinh mà nhiệm vụ không gian đã bay tới. Phương pháp pulsar mở ra hướng tiếp cận khác, sử dụng những tín hiệu truyền qua khoảng cách rất lớn để theo dõi ảnh hưởng hấp dẫn của các hành tinh trong hệ. Về cơ bản, các nhà nghiên cứu tinh chỉnh tín hiệu nhận được từ pulsar, sau đó tìm những thay đổi cực nhỏ liên quan đến chuyển động của các hành tinh quanh Mặt trời. Những thay đổi ấy khó nhận biết trong quan sát thông thường, nhưng nhịp phát xung đều đặn của pulsar tạo ra một “đồng hồ” tự nhiên với khả năng ghi nhận sai lệch tinh vi. Khi các hành tinh chuyển động, lực hấp dẫn của chúng tác động lên vị trí chuyển động chung của Hệ Mặt trời, từ đó làm biến đổi thời điểm tín hiệu pulsar đến Trái đất. Phân tích các sai lệch thời gian này giúp các nhà thiên văn suy ra khối lượng từng hành tinh, dù không cần đưa tàu vũ trụ đến gần mọi mục tiêu. Trong nghiên cứu, khối lượng của hệ thống sao Mộc được xác định bằng 0.0009547921 lần khối lượng Mặt trời, một con số có độ chính xác đáng chú ý. Kết quả này chính xác hơn giá trị từng thu được từ các tàu vũ trụ Pioneer và Voyager, đồng thời phù hợp với phép đo do phi thuyền Galileo cung cấp. Sự tương đồng giữa kết quả từ pulsar và dữ liệu Galileo cho thấy phương pháp mới không chỉ có ý nghĩa lý thuyết, mà còn đạt độ tin cậy khi kiểm tra bằng kết quả độc lập. Để thực hiện phép tính, nhóm nghiên cứu sử dụng Lịch thiên văn, công cụ mô tả vị trí các thiên thể và cho biết toàn bộ hành tinh cùng tồn tại ở những thời điểm nhất định. Các giá trị khối lượng đã được đo trước đó được đưa vào mô hình, giúp việc đối chiếu chuyển động thực tế với tín hiệu pulsar trở nên chặt chẽ hơn. Phần lớn dữ liệu nghiên cứu đến từ kính thiên văn vô tuyến CSIRO Parker ở miền đông Australia, kính thiên văn Arecibo tại Puerto Rico và kính Effelsberg ở Đức. Mỗi đài quan sát đóng góp những lần ghi nhận tín hiệu khác nhau, giúp nhóm nghiên cứu kéo dài chuỗi dữ liệu và cải thiện khả năng nhận diện các biến động nhỏ. Tàu vũ trụ vẫn giữ vai trò quan trọng, bởi các phép đo trực tiếp thường đạt độ chính xác rất cao trong khoảng thời gian ngắn khi tàu hoạt động gần hành tinh. Tuy nhiên, nhiệm vụ không gian có chi phí lớn, thời gian triển khai dài và phạm vi tiếp cận hạn chế, khiến việc cân lại nhiều hành tinh không phải lúc nào cũng thuận tiện. Kỹ thuật pulsar cho phép lặp lại phép đo nhiều lần đối với những hành tinh mà tàu vũ trụ không thể tiếp cận, tạo thêm dữ liệu theo dõi lâu dài. Trong tương lai, việc kết hợp tín hiệu pulsar với các phép đo hiện có được kỳ vọng giúp xác định khối lượng các hành tinh chính xác hơn. Kết quả nghiên cứu cho thấy những nhịp “bíp bíp” từ các ngôi sao xa xôi có thể trở thành chiếc cân vũ trụ, giúp con người hiểu rõ hơn cấu trúc và chuyển động của Hệ Mặt trời.