© NASA/SDOSao chổi Lovejoy xuất hiện lại từ phía sau Mặt Trời vào ngày 15/12/2011
Khoa học chính thống thường cho rằng sao chổi là "những khối băng và đá", hay còn được biết đến dưới cái tên "những quả bóng tuyết bẩn". Tuy nhiên, niềm tin này không tương thích với quan sát thực tế. Ví dụ, vào năm 2011, Sao chổi Lovejoy lao vào bầu khí quyển của Mặt Trời và đi ra ở phía bên kia sau một cuộc hành trình kéo dài một giờ xuyên qua vầng hào quang mặt trời. Kích thước và độ sáng của nó có vẻ không hề giảm bớt. Dưới đây là một số nhận xét (khá điển hình) từ những người quan sát sự kiện này:
Sáng nay, cả một hạm đội tàu vũ trụ chứng kiến điều mà nhiều chuyên gia nghĩ rằng không thể xảy ra. Sao chổi Lovejob bay xuyên qua bầu khí quyển nóng của Mặt Trời và xuất hiện lại nguyên vẹn. "Thật là cực kỳ đáng kinh ngạc," Karl Battams của Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân tại Washington DC nói. "Tôi không nghĩ là cái lõi băng của sao chổi đủ lớn để tồn tại sau khi bay xuyên qua vầng hào quang mặt trời nóng hàng triệu độ trong gần một giờ đồng hồ, nhưng Sao chổi Lovejoy vẫn còn ở lại với chúng ta."Nhưng nếu nhiệt độ vầng hào quang mặt trời là hàng triệu độ, và nếu Sao chổi Lovejoy chỉ là một khối băng đường kính ước tính vài trăm mét, tại sao nó lại có thể không bị biến thành hơi?
© JPL/NASASao chổi Wild 2 trông giống như một tiểu hành tinh. Không có chút băng tuyết nào, mà chỉ có một bề mặt đầy các hố va chạm.
"Chúng tôi đã nghĩ rằng Sao chổi Wild 2 sẽ như là một quả cầu tuyết đen, bẩn và bông bông," Chủ nhiệm Chương trình Nghiên cứu Stardust, tiến sĩ Donald Brownlee của trường Đại học Washington, Seattle, nói. "Thay vào đó, thật là đáng kinh ngạc khi thấy một cảnh quan đa dạng trong những bức ảnh đầu tiên gửi về từ Stardust, bao gồm cả tháp cao và hố sâu. Chúng chắc chắn phải được hỗ trợ bởi một bề mặt gắn kết."Vậy là, hóa ra sao chổi có vẻ không phải là những quả cầu tuyết bẩn. Dựa vào các dữ liệu trình bày ở trên, chúng là những khối đá phát sáng. Ở phía bên kia, tiểu hành tinh có vẻ không phải là những khối đá không phát sáng như được ấn định bởi khoa học chính thống. Ví dụ, tiểu hành tinh P/2013 P5 gần đây làm bối rối toàn bộ cộng đồng khoa học khi nó bắt đầu trưng bày một cái đuôi rực rỡ dài cả triệu dặm. Để hợp lý hóa hiện tượng kỳ quái này, khoa học chính thống tuyên bố rằng tiểu hành tinh đó quay nhanh đến nỗi nó phóng ra hàng tấn bụi. Cuối cùng, họ cũng phải thừa nhận rằng sự khác biệt giữa "sao chổi" và "tiểu hành tinh" có thể là không rõ ràng cho lắm.
© NASA, ESA, D.Jewitt/UCLATiểu hành tinh phát sáng P/2013 P5
Khi chênh lệch điện thế giữa một tiểu hành tinh và môi trường xung quanh không quá cao, tiểu hành tinh nằm trong chế độ phóng điện tối hoặc không có chút phóng điện nào. Nhưng khi hiệu điện thế đủ cao, tiểu hành tinh đó chuyển sang chế độ phóng điện phát sáng. Tại thời điểm này, tiểu hành tinh trở thành một sao chổi. Với cách nhìn này, sao chổi chỉ đơn giản là một tiểu hành tinh phát sáng và tiểu hành tinh là một sao chổi không phát sáng. Do đó, cùng một thiên thể có thể luân phiên là sao chổi, rồi tiểu hành tinh, rồi lại sao chổi, v.v... tùy thuộc vào sự biến thiên trong điện trường mà nó phải chịu.
© Siding Spring telescopeẢnh chụp lúc mảnh 'G' của Sao chổi Shoemaker-Levy 'va chạm' với Sao Mộc
Các nhà thiên văn học dự kiến cuộc gặp gỡ sẽ là một sự kiện nhỏ nhặt. "Bạn sẽ không nhìn thấy gì hết. Vụ va chạm với sao chổi có lẽ sẽ không hơn gì một đám sỏi rơi vào đại dương cách Trái Đất 500 triệu dặm." Sau đó vụ va chạm xảy ra và giọng điệu hoàn toàn bị đảo ngược. Theo báo cáo của Sky & Telescope, "Khi mảnh 'A' lao vào với hành tinh khổng lồ, nó tạo ra một quả cầu lửa sáng chói bất ngờ đến nỗi dường như tất cả cộng đồng các nhà thiên văn học trên thế giới ngã bổ chửng ra..."Ngược lại, vũ trụ học chính thống không có lời giải thích nào cho sự kiện như vậy.
Kính Viễn vọng Không gian Hubble (HST) phát hiện ánh lửa lóe lên từ mảnh 'G' của Sao chổi Shoemaker-Levy một khoảng thời gian lâu trước va chạm, khi nó còn cách Sao Mộc 2,3 triệu dặm. Đối với các nhà lý thuyết vũ trụ điện, ánh lửa đó là sự phóng điện theo dự kiến khi mảnh đó đi vào trong vỏ bọc plasma của Sao Mộc, hay ranh giới từ quyển.
Có hai từ nữa hay được dùng là "sao băng" và "thiên thạch". Sao băng đơn giản là các tiểu hành tinh hay mảnh vụn từ tiểu hành tinh đi vào bầu khí quyển của Trái Đất, và thiên thạch là những mảnh sao băng đến được bề mặt Trái Đất. Vậy là trong suốt cuộc đời của nó, một tiểu hành tinh có thể là sao chổi (khi nó ở trong chế độ phóng điện phát quang), sao băng (khi nó đi vào bầu khí quyển) và cuối cùng là thiên thạch (nếu nó đến được bề mặt Trái Đất).
Vào cuối tháng 11 năm 2013, Sao chổi ISON cho chúng ta cơ hội quan sát tận mắt hành vi của nó và đối chiếu với những gì khoa học chính thống dự kiến. Sự đối chiếu này tiết lộ một số mâu thuẫn:
1. Độ sáng dự kiến so với độ sáng quan sát được
ISON được cho là sẽ trở thành "Sao chổi của Thế kỷ" vì độ sáng dự kiến của nó. Theo một số nguồn tin phổ biến, nó được dự kiến là sẽ sáng hơn cả vầng trăng tròn. Tuy nhiên, ISON không đạt được độ sáng nào gần như vậy. Độ sáng của vầng trăng tròn là -13 độ và ISON, trong cuộc hành trình về phía Mặt Trời của nó, có độ sáng từ 19, khi nó có thể quan sát được bởi kính thiên văn nghiệp dư, và -2, độ sáng mạnh nhất của nó vào ngày 28/11 khi nó đi qua trước ngôi sao Delta Scorpii. [Chú thích: số đo càng nhỏ thì độ sáng càng mạnh; mỗi đơn vị thay đổi tương đương với cường độ sáng thay đổi 2 lần.]
Có lẽ niềm tin rằng sao chổi là những "quả cầu tuyết bẩn" và vũ trụ về cơ bản là không có điện đã góp phần dẫn đến dự đoán cường độ sáng quá lớn như vậy.
Kiến thức về bản chất điện của các thiên thể và tương tác của chúng với nhau cho chúng ta biết cường độ sáng của sao chổi phải tỷ lệ với điện trường mà chúng đi qua. Hoạt động Mặt Trời yếu làm suy yếu điện trường của nhật quyển, do đó làm giảm sự chênh lệch điện thế giữa sao chổi và không gian xung quanh. Điều đó có thể giải thích tại sao ISON sáng mờ hơn dự kiến.
2. Bùng phát dự kiến so với bùng phát quan sát được
© Juanjo GonzalezẢnh chụp sao chổi ISON ngày 12/11 so với ngày 14/11 cho thấy độ sáng đột ngột gia tăng
NASA và các nguồn khác không dự đoán sẽ có những đợt bùng phát này và gặp rất nhiều khó khăn giải thích chúng. Họ phải viện ra những yếu tố kỳ quặc như sản xuất nước, luồng khí và hơi nước, và sự quay.
Nếu chúng ta tính đến tương tác điện của các thiên thể, sự bùng phát của ISON là dễ hiểu bởi vì vài ngày trước sự kiện này, hai tai lửa mặt trời cấp X đã xảy ra: một tai lửa X1.1 vào ngày 8/11 và một tai lửa X1.1 vào ngày 10/11.
Tai lửa mặt trời là khi một lượng rất lớn các hạt cơ bản với điện tích dương được phóng ra từ mặt trời. Khi những cơn gió mặt trời mạnh mẽ này đến ISON vài ngày sau khi phóng ra, chúng đặt vật thể tích điện âm này (bởi vì ISON đến từ rìa mang điện âm của hệ mặt trời) trong một môi trường mang điện dương. Sự khác biệt về điện tích này dẫn đến:
- Sự phóng điện lớn giữa sao chổi và không gian xung quanh của nó, khiến sao chổi phát sáng mạnh hơn.
- Sự gia tăng trong điện thế của sao chổi, đưa nó lại gần điện thế của không gian xung quanh hơn. Đó là một trong hai yếu tố giải thích tại sao ISON sống sót được sau khi bay sát Mặt Trời (xem mâu thuẫn thứ 3 dưới đây).
© UnknownQuỹ đạo elip rất dẹt của Sao chổi ISON
© SOHO/NASASao chổi ISON đến gần Mặt Trời trong một đợt phóng điện khổng lồ của Mặt Trời dưới dạng phun trào nhật hoa (CME)
3. Những gì xảy ra tại điểm cận nhật theo dự kiến so với trên thực tế
Điểm cận nhật thường được cho là thời điểm nguy hiểm đối với sao chổi. Điều này đặc biệt đúng trong trường hợp Sao chổi ISON do nó được cho là một "quả cầu tuyết bẩn" đường kính một dặm đi qua gần hơn một triệu dặm từ trung tâm Mặt Trời, nơi nhiệt độ đạt đến 2700°C, hơn gấp đôi nhiệt độ cần để làm chảy sắt.
Có lẽ do nhớ lại "nhiệm vụ bất khả thi" mà Sao chổi Lovejoy đã thực hiện khi nó đi qua bầu khí quyển nóng hàng triệu độ của Mặt Trời mà không bị thiệt hại mấy, các nhà khoa học NASA đã thận trọng hơn khi điểm hẹn giữa ISON và Mặt Trời đến gần, và tự hỏi liệu ISON có thể sóng sót qua cuộc gặp gỡ ấy không.
© SOHO, NASAISON sống sót sau khi bay sát gần Mặt Trời
Nhưng ngày Lễ Tạ Ơn năm 2013 có một sự ngạc nhiên dành cho họ: sau vài khoảnh khắc hồi hộp đến khó chịu nổi, ISON xuất hiện trở lại phía bên kia của Mặt Trời (xem hình bên).
Quá trình ISON bay ngang qua Mặt Trời tiết lộ hai mẩu thông tin thú vị:
- Nó trở nên mờ hơn khi tiếp cận Mặt Trời.
- Nó không bị tan rã.
Trong khi bay ngang qua Mặt Trời, sao chổi trải qua một điện trường gần như không đổi. Trong hình dưới, chúng ta có thể thấy ISON cắt qua các đường điện trường khác nhau (minh họa bằng các vòng tròn đồng tâm +1, +2, ...) khi nó tiến đến gần. Như đã nói lúc trước, sự khác biệt điện thế này giữa sao chổi và không gian xung quanh của nó gây ra tai lửa mặt trời, sự phát sáng cường độ mạnh và làm điện thế của ISON tăng lên.
© Sott.netQuỹ đạo ISON và các đường điện trường
Không giống như khi nó đi qua các đường điện trường +1, +2 và +3, những nơi mà nó đi qua gần như theo hướng vuông góc, khi nó đến đường điện trường +4, quỹ đạo của nó gần như song song với đường điện trường, nghĩa là điện thế xung quanh gần như không đổi.
Kết quả là, ISON được "nghỉ ngơi" một lúc và chỉ phải chịu áp lực điện yếu hơn. Sự khác biệt nhỏ hơn về điện giữa sao chổi và không gian xung quanh do đó tạo ra sự phóng điện yếu hơn, phát sáng ít hơn, và nó cũng làm giảm khả năng ngôi sao chổi bị tan rã.
Karl Battams, nhà vật lý thiên văn học của Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ, người điều hành đài quan sát SOHO và STEREO trong dự án Sao chổi Tiệm cận Mặt trời, và là người công bố cái chết của ISON, đã tuyên bố như sau:
ISON rất là kỳ quái. Hành vi của nó đôi khi không dự đoán được. Khi nó làm điều gì đó lạ lùng, chúng tôi dành chút thời gian gãi đầu gãi tai, tìm hiểu điều gì đang xảy ra, và khi chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi biết nó đang làm gì... thì nó lại tiếp tục làm một điều khác hẳn.Khi dữ liệu từ quan sát tiếp tục đi ngược với dự đoán của mô hình truyền thống, kết luận hợp lý sẽ là mô hình đó có điểm thiếu sót. Dĩ nhiên, cũng có thể là mục đích của khoa học ở đây không phải là tìm ra sự thật, mà là để duy trì trường phái khoa học chính thống. Trong trường hợp đó, lẽ tự nhiên là hiện tượng đang được quan sát sẽ bị đổ lỗi (thay vì được giải thích) bằng cách gọi nó là "lạ lùng", "kỳ quái", "không dự đoán nổi".
Đến cuối cùng, ISON không "tan chảy" như mong đợi. Chuyến bay qua Mặt Trời chỉ làm nó vỡ thành nhiều mảnh (điều dễ hiểu khi vật liệu đá bị tiếp xúc với nhiệt độ rất cao) và vào tháng 1/2014, nó cung cấp một buổi trình diễn cuối cùng cho hành tinh Trái Đất dưới dạng nhiều quả cầu lửa được thuật lại bởi nhiều quan sát viên.
© D. PeachSao chổi Encke là một trong những sao chổi nhìn được bằng mắt thường. Ảnh chụp ngày 30/10/2013.
Mô tả của Muller về một ngôi sao đồng hành đẩy và kéo các tiểu hành tinh hoặc sao chổi dọc theo quỹ đạo của nó và những vụ bắn phá của sao chổi gây ra bởi hành trình của Nemesis qua hệ mặt trời mới chỉ giải thích được một chu kỳ của hoạt động sao chổi (mặc dù là một chu kỳ có tính tàn phá cao) trong số nhiều chu kỳ. Sao chổi bộc lộ đủ loại chu kỳ quỹ đạo, từ vài năm cho đến hàng thế kỷ. Thông thường, chu kỳ càng dài thì độ lệch tâm của quỹ đạo càng lớn và do đó, độ sáng của sao chổi càng mạnh.
Các sao chổi chu kỳ ngắn có quỹ đạo trung bình từ 3,3 đến 20 năm. Những sao chổi này thường quay quanh Mặt Trời và Sao Mộc và có cường độ sáng hạn chế. Sao chổi Encke là một trong số hơn 400 sao chổi thuộc họ Sao Mộc đã được biết đến.
Các sao chổi chu kỳ trung bình thường đi theo quỹ đạo lớn hơn và lệch tâm hơn, dài từ 20 đến 64 năm. Chúng thường quay quanh Mặt Trời và những hành tinh bên ngoài của hệ mặt trời. Sao chổi Crommelin, với chu kỳ quỹ đạo dài 28 năm quay quanh Mặt Trời và Sao Thiên Vương, là một ví dụ khá điển hình của thể loại này.
© NASA/ESA/Max-Planck-Institute for Solar System ResearchSao chổi Halley nổi tiếng. Ảnh chụp lần cuối nó bay qua hệ mặt trời năm 1986
Khoảng 40 sao chổi quay quanh Mặt Trời với chu kỳ từ 100 năm đến 1000 năm, trong khi hầu hết có chu kỳ lớn hơn nhiều. Một số được ước tính có chu kỳ quỹ đạo lớn hơn 40.000 năm. Thể loại sao chổi cuối cùng này được mang tên "không định kỳ". Đây là một thuật ngữ sai lệch vì hầu hết các sao chổi "không định kỳ" đi theo một quỹ đạo hình elip, nhưng bởi vì chúng chỉ đến điểm cận nhật một lần sau vài thế kỷ là cùng, khó có thể xác định liệu chúng có phải là định kỳ không và liệu quỹ đạo của chúng là dạng parabol, hyperbol hay elip (xem sao chổi ISON làm ví dụ).
© NASAĐợt mưa sao băng gây ra bởi các mảnh vụn đi cùng Sao chổi Giacobini-Zinner. Nó đi qua quỹ đạo Trái Đất 6,6 năm một lần. Trong lần gần nhất vào ngày 8/10/2011, ước tính nó để lại một tấn mảnh thiên thạch trên Trái Đất.
Có vẻ còn có những chu kỳ của bầy sao chổi lớn hơn chu kỳ 27 triệu năm của Nemesis nhiều. Chu kỳ năm thiên hà là một trong số đó. Cứ mỗi 186 triệu năm, cánh tay thiên hà của chúng ta lại đi qua vùng có cường độ sao chổi hoạt động cao:
... bốn sự kiện va chạm lớn nhất, ranh giới giữa các kỷ K/T, P/Tr, O/S, Stu/V, cách đều nhau với khoảng thời gian khoảng 186 triệu năm. Mô hình Quỹ đạo Thiên hà gợi ý rằng bốn sự kiện này xảy ra khi hệ mặt trời của chúng ta đi qua vùng nguy hiểm nhất, Vùng - 1. Dữ liệu về sự va chạm, tuyệt chủng cũng gợi ý hai vùng nhỏ hơn nữa. Chúng cũng gây ra sự tuyệt chủng với chu kỳ 186 triệu năm (giống y như Vùng - 1).Tương tự như mô hình này là các đợt mưa sao băng hàng năm nhìn từ Trái Đất. Những dải mảnh vụn sao chổi gây ra các đợt mưa sao băng này về cơ bản là không di chuyển đối với quỹ đạo Trái Đất. Chúng ta đi ngang qua chúng vào cùng thời điểm mỗi năm trong khi chúng ta quay quanh Mặt Trời, chính xác như đồng hồ vậy. Trên quy mô thiên hà, thời gian cần thiết để hệ mặt trời chúng ta đi một vòng xung quanh lõi thiên hà được ước tính vào khoảng 200 - 250 triệu năm. Mô hình Quỹ đạo Thiên hà gợi ý rằng chu kỳ ấy có lẽ là vào khoảng 186 triệu năm. Có lẽ chúng ta gặp phải những vùng tĩnh hay những đặc tính nào đó (liên quan đến quỹ đạo trong thiên hà của chúng ta) nơi mà luồng lực hấp dẫn hay có thể là sóng xung kích khiến các sao chổi trong đám mây Oort đi vào vùng trung tâm của hệ mặt trời với số lượng lớn.
Vậy là ngoài chu kỳ Nemesis 27 triệu năm, hệ mặt trời của chúng ta phải tiếp xúc với nhiều chu kỳ hoạt động sao chổi khác nhau, từ chu kỳ ngắn một năm cho đến chu kỳ dài 186 triệu năm.
Theo Muller, Nemesis làm xáo động các sao chổi trong đám mây Oort khi nó đi về phía hệ mặt trời chúng ta. Chưa có ai từng thực sự nhìn thấy đám mây Oort. Sự tồn tại của nó được giả định vào năm 1950 bởi nhà thiên văn học người Hà Lan Jan Oort. Nó được cho là một đám mây khổng lồ hình cầu vây quanh hệ mặt trời, nằm ở khoảng cách khoảng 1000 khoảng cách từ Sao Diêm Vương đến Mặt Trời, và chứa đến 1011 sao chổi.
Nhưng theo nhà thiên văn học Tom Van Flandern, lý thuyết đám mây Oort đơn giản là không có khả năng xảy ra bởi vì yêu cầu (số lượng các sao chổi tạo ra) vượt xa khả năng (kích thước và lượng vật chất chứa trong đó) của nó.
Victor Clube cũng không đồng ý với mô hình đám mây Oort. Ông giả định rằng hầu hết các sao chổi và tiểu hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta đến từ những sao chổi khổng lồ bị phân mảnh. Những sao chổi khổng lồ này có nguồn gốc từ bên ngoài hệ mặt trời trong Vành đai Kuiper nằm dọc theo mặt phẳng thiên hà. Hệ mặt trời trồi lên thụt xuống qua mặt phẳng thiên hà theo định kỳ trong cuộc hành trình xung quanh tâm thiên hà của nó. Mỗi lần đi qua mặt phẳng thiên hà, nó lại thu hút vài sao chổi khổng lồ từ Vành đai Kuiper và chuyến hướng chúng đến gần Mặt Trời.
Dù thế nào đi nữa, những lý thuyết về nguồn gốc của sao chổi và tiểu hành tinh này (sao chổi khổng lồ, Vành đai Kuiper, đám mây Oort) không giải thích sao chổi ban đầu hình thành như thế nào.
Sao chổi đã được quan sát cẩn thận trong cả thiên niên kỷ. Các nhà thiên văn học cổ đại ở Mesopotamia ghi lại những quan sát chi tiết và những gì họ nhìn thấy trên bầu trời. Hy Lạp cổ đại cũng phát triển lý thuyết thiên văn học của riêng họ. Từ thời kỳ Phục hưng đến nay, các nhà khoa học vẫn đang đề xuất những lời giải thích khác nhau cho nguồn gốc sao chổi. Đủ loại lý thuyết đã được đưa ra: vật chất bắn ra từ phun trào núi lửa trên các hành tinh khác hoặc từ các vụ nổ sao, mảnh vỡ hành tinh, mảnh vỡ từ Mặt Trời, bồi tụ của bụi vũ trụ, ngưng tụ, v.v...
Khi các nhà khoa học đề xuất nhiều lý thuyết khác nhau để giải thích một hiện tượng duy nhất, ai đó có thể nghi ngờ rằng họ vẫn chưa khám phá được lời giải thích thật sự.
Tuy vậy, tất cả những lý thuyết chính thức ấy đều giả định một vũ trụ không có điện. Nếu chúng ta xem xét đến thực tế rằng khoảng không vũ trụ chứa đầy plasma, thì sự hình thành sao chổi trở nên rõ ràng hơn. Một vật thể tích điện dễ trải qua quá trình bồi tụ (nghĩa là hấp dẫn các hạt mang điện trái dấu) hơn nhiều so với một vật thể trung tính về điện. Điều này có thể giải thích sự bồi tụ vật chất thành những vật thể lớn hơn như sao chổi và hành tinh. Thêm vào đó, sự phân mảnh của các vật thể vũ trụ do điện tích quá mức mô tả ở các chương trước có thể giải thích số lượng lớn các vật thể trong không gian vũ trụ. Ngoài ra, do bản chất của hầu hết các hành tinh, vệ tinh, sao chổi và tiểu hành tinh là tương tự nhau (đều cấu thành từ đá), cùng một quá trình hình thành có thể áp dụng đối với những vật thể chỉ khác nhau về kích thước này.
Tóm lại, cho đến nay, giả thuyết Nemesis có thể giải thích cho cả sự gia tăng trong hoạt động sao chổi và sự suy yếu trong hoạt động Mặt Trời trong những năm gần đây. Nemesis có thể đang kéo theo sao chổi vào vùng trung tâm của hệ mặt trời trong khi làm nối đất Mặt Trời, thông qua đó làm suy giảm điện tích của nó. Điều này dẫn đến sự suy giảm tổng thể trong sự phóng điện của Mặt Trời. Do các vấn đề với kỹ thuật định tuổi bằng carbon phóng xạ, khó có thể nói chính xác lần cuối chúng ta gặp gỡ Nemesis là lúc nào, nhưng những hoạt động của Mặt Trời và vũ trụ trong thời gian gần đây cho thấy có một cái gì đó lớn sắp xảy ra. Trong phần III, chúng tôi sẽ tập trung vào những hậu quả mà các hiện tượng này gây ra đối với Trái Đất.
Nhận xét: Sách Biến đổi Trái Đất và Mối Liên hệ Con người - Vũ trụ