Giấc mơ định cư trên mặt trăng của sao Thổ: Đầy rẫy bạo lực vũ trụ

Chúng ta luôn đặt kỳ vọng vào việc tìm kiếm nơi trú ngụ thứ 2 trong hệ Mặt trời khi Trái đất có biến. Kịch bản được nhắc đến nhiều nhất là vào vài tỉ năm nữa, Mặt trời biến thành sao lùn đỏ thì sẽ thiêu rụi Trái đất nên con người phải chuyển sang sống ở khu vực xa Mặt trời hơn. Ứng cử viên được nhắc đến nhiều nhất là Titan - mặt trăng của sao Thổ. Tuy nhiên, ở các vành đai và mặt trăng của sao Thổ thì cuộc sống không dễ dàng nếu nghiên cứu sâu. Đó là những nơi đầy bạo lực vũ trụ chứ không bình yên như quỹ đạo của Trái đất.

Sao Thổ cũng có hai vành đai khác, cả hai đều nằm ngoài các vành đai chính, được cho là có nguồn gốc rất khác nhau.

Một là vành đai E, được tạo ra bởi một trong những mặt trăng khác thường hơn của Sao Thổ: Enceladus. Enceladus là mặt trăng phản chiếu nhất trong Hệ Mặt trời, được tạo ra gần như hoàn toàn từ nước đá. Với các chùm phun ra từ Nam Cực của nó chủ yếu bao gồm nước mặn, cát, amoniac và các phân tử hữu cơ, những vật chất này kéo thành vệt dài trên quỹ đạo quanh sao Thổ, tạo thành một vành đai không ổn định chỉ tồn tại nhờ được bổ sung vật liệu liên tục từ Enceladus. Nó gợi ý rằng Enceladus có thể còn khá trẻ và thậm chí có thể đã hình thành sau các sự kiện nào đã tạo ra các vành đai chính của sao Thổ.

Thứ hai là vành đai Phoebe của sao Thổ, phát sinh từ mặt trăng Phoebe: bản thân Phoebe có khả năng là một vật thể bị bắt từ vành đai Kuiper khi bay về tâm hệ Mặt trời. Phoebe giống như đá bọt rất giàu chất dễ bay hơi sẽ bốc hơi, mở rộng thành một vầng hào quang lớn ở bên trong và bên ngoài quỹ đạo của Phoebe.

Tại thời điểm này, vẫn chưa rõ liệu một vật thể bên ngoài đã đến và va vào một mặt trăng có sẵn trước đó của sao Thổ, phá hủy nó với tác động tương tự (nhưng quy mô lớn hơn) các vụ va chạm đã tạo ra các miệng núi lửa khổng lồ trên Tethys và Mimas, hay liệu nó có bị phá hủy bởi một mặt trăng vượt qua giới hạn Roche và bị sao Thổ xé toạc. Tuy nhiên, trong cả hai trường hợp thì đều đi đến kết luận chung: các vành đai của sao Thổ tương đối trẻ và sẽ không tồn tại lâu hơn nữa, ít nhất là trên thang thời gian vũ trụ.

Lý do là nhiều sự kiện tương tự đã xảy ra trong suốt lịch sử của hệ Mặt trời, đặc biệt là xung quanh các hành tinh khí khổng lồ, với số lượng lớn các mặt trăng, lực hấp dẫn mạnh và nhiều cơ hội cho những "kẻ tấn công" lang thang ngoài vũ trụ. Từ cả những tác động nhỏ và lớn, thật dễ dàng để tưởng tượng rằng mỗi hành tinh khí khổng lồ sẽ phát triển hệ thống vành đai của riêng mình, đôi khi trở nên rất phong phú.

Trong tất cả các trường hợp đã biết, chuyện chẳng có gì để nói nếu ta tìm thấy các vệ tinh quay xung quanh chúng như kiểu Mặt trăng quay quanh Trái đất. Thế nhưng, có hành tinh đá giống như Trái đất cũng được phát hiện có các vành đai.

Một trong số đó là Chiron: một thiên thể quay quanh Mặt trời với quỹ đạo xen giữa quỹ đạo của sao Thổ và sao Thiên Vương. Sở hữu các đặc tính nằm ở đâu đó giữa đặc tính của một tiểu hành tinh và sao chổi, Chiron là vật thể đầu tiên trong nhóm các vật thể được tìm thấy bên ngoài quỹ đạo của sao Mộc nhưng bên trong quỹ đạo của sao Hải Vương. Cùng với Chariklo, sự ẩn hiện của Chiron tiết lộ rằng những vật thể này có các vành đai xung quanh chúng, gây ra sự mờ đi của ánh sáng sao chủ khi các vành đai xen giữa đường ngắm hướng tới một ngôi sao.

Về bản chất, có thể có hoặc không có các mặt trăng "tài trợ" các vành đai này và các vành đai này có thể hoặc không phải là tàn tích mong manh, thưa thớt của các mặt trăng đã bị phá hủy trước đó.

Ngoài ra còn có một hiện tượng hấp dẫn có thể phá hủy các vật thể quay quanh quỹ đạo và cắt chúng thành các mảnh vụn: đi qua giới hạn Roche của một vật thể khối lượng lớn. Nếu một vật thể thứ cấp quay quanh một vật thể chính quá gần, lực thủy triều của vật thể chính tác dụng lên vật thể nhỏ hơn sẽ xé nó ra: đầu tiên tạo thành một vành đai và theo thời gian, khiến nó rơi xuống vật thể lớn hơn.

Haumea, một hành tinh lùn nằm trong vành đai Kuiper, có một vành đai nằm trong giới hạn này, trong khi mặt trăng Iapetus của sao Thổ có một sườn núi ở giữa xích đạo: gợi ý về một kịch bản trong đó một thiên thể quay quanh nó (mặt trăng của mặt trăng) trước đây đã bị phá hủy bởi lực thủy triều và khiến Iapetus cuộn lại với một sườn núi xích đạo tuyệt đẹp.

Lý do khiến mọi người hào hứng với vành đai mới phát hiện ở Quaoar là vì nó ở khá xa hành tinh lùn: xa hơn nhiều lần so với giới hạn Roche quy định. Đó chắc chắn là một vành đai nhưng vẫn chưa biết liệu đây là một vành đai tạm thời, được tạo ra bởi một tác động hoặc sự kiện gián đoạn khác hay vành đai này ổn định và được bảo trợ bởi các vệ tinh bổ sung, cho đến nay chưa được phát hiện.

Điều quan trọng cần nhớ là trong số cả các tiểu hành tinh và các vật thể trong vành đai Kuiper, các thiên thể tương đối lớn thường có vệ tinh đi kèm. Sáu vật thể lớn nhất trong vành đai Kuiper — Eris, Pluto, Gonggong, Makemake, Haumea và Quaoar — đều sở hữu các vệ tinh. Riêng Quaoar còn có vành đai quay quanh quỹ đạo của mặt trăng: Weywot. Có lẽ đáng ngạc nhiên là vành đai Quaoar thay đổi rất nhiều về độ sáng và độ dày giống như Enceladus và vành đai E của sao Thổ. Điều này gợi ý rằng có một vật thể thoát khí, tạo ra các vành đai hoặc một tập hợp cộng hưởng giữa các vành đai và mặt trăng bên ngoài điều khiển cấu trúc của nó, ngăn chặn sự hợp nhất thành một mặt trăng thống nhất.

Bất kể lời giải thích nào là đúng ở bất cứ nơi nào có sự không chắc chắn, có một điều rõ ràng: có một và chỉ một nguyên nhân cho tất cả các hệ thống vành đai được quan sát trong hệ Mặt trời của chúng ta và nguyên nhân đó là bạo lực vũ trụ. Đôi khi, sự bạo lực đó có thể do va chạm bên ngoài; hay từ các lực thủy triều từ một thiên thể mẹ quay quanh quỹ đạo. Hay cũng có thể từ lực hấp dẫn và lực thủy triều của các vệ tinh khác trong hệ quỹ đạo. Các vệ tinh có thể bị cắt nhỏ liên tục và có thể tạo ra các vành đai và hệ thống vành đai có thể tồn tại trong thời gian cực kỳ dài.

Nếu nhân loại có thể quan sát hệ Mặt trời của chúng ta một tỉ năm, chúng ta có thể phát hiện ra một hệ thống có nhiều điểm khác biệt so với những gì chúng ta thấy hiện tại. Các vành đai của sao Thổ có thể thưa thớt và mỏng manh như những vành đai hiện được tìm thấy xung quanh sao Mộc. Enceladus và vành đai E đều có thể không tồn tại, vì chúng có thể chưa ra đời vào khoảng 1 tỉ năm trước và có thể không tồn tại sau 1 tỉ năm nữa. Các hành tinh khổng lồ khác có thể có nhiều vành đai nổi bật hơn, phụ thuộc vào mức độ chịu tác động với loại bạo lực vũ trụ nêu trên. Và một số vệ tinh ngày nay có thể gặp phải sự hủy diệt của chúng, trở thành các vành đai và sau đó biến mất hoàn toàn.

Đó là một lời nhắc nhở tỉnh táo rằng bất kể khi nào chúng ta chụp ảnh vũ trụ, tất cả những gì chúng ta có thể thấy và tiếp cận là những vật thể vô thường. Có lẽ các nghiên cứu về ngoại hành tinh của chúng ta, khi công nghệ của chúng ta được cải thiện đầy đủ, sẽ dạy chúng ta nhiều hơn về toàn bộ chiều sâu và chiều rộng của các hệ sao tồn tại trong dải Ngân hà.