Tháng 12 hàng năm, mưa sao băng Geminid thắp sáng bầu trời Trái đất khi hành tinh của chúng ta lao qua một đám mây bụi khổng lồ trong không gian. Trong nhiều năm, cơ thể mẹ của trận mưa sao băng này vẫn chưa được biết đến. Hầu hết các trận mưa sao băng hàng năm đều có liên quan đến sao chổi, chúng để lại những đám mây bụi phía sau chúng dưới dạng đuôi của chúng. Nhưng Geminids thì khác: không có cơ thể cha mẹ nào rõ ràng.
Khi Phaethon được phát hiện vào năm 1983 bởi vệ tinh IRAS chung của Hoa Kỳ/Anh/Hà Lan, các nhà thiên văn học nghĩ rằng bí ẩn đã được giải quyết. Vật thể nhỏ rộng 5,8 km này quay quanh Mặt trời theo quỹ đạo rất giống với quỹ đạo của đám mây bụi Geminid, cung cấp bằng chứng gần như chắc chắn rằng Phaethon là vật thể mẹ của mưa sao băng mặc dù Phaethon là một tiểu hành tinh không phải sao chổi.
Phaethon tỏa sáng rồi biến mất
Mỗi quỹ đạo của Phaethon, kéo dài 524 ngày, bao gồm một lần tiếp cận gần Mặt trời một cách bất thường. Ở khoảng cách tiếp cận gần nhất (điểm cận nhật) là 21 triệu km, Phaethon bị che khuất khỏi các đài quan sát trên Trái đất bởi ánh sáng chói lóa của Mặt trời. Do đó, các đài quan sát mặt trời cung cấp cách duy nhất để chụp những hình ảnh quan trọng nhằm nghiên cứu hoạt động cực đoan của tiểu hành tinh tại điểm cận nhật.
Kể từ năm 2009, Đài quan sát quan hệ giữa Trái đất và Mặt trời của NASA (STEREO) đã quan sát thấy tiểu hành tinh này đột ngột sáng lên vài giờ sau điểm cận nhật. Ở khoảng cách gần này, Phaethon cũng có một chiếc đuôi dài hàng trăm km, hướng ra xa Mặt trời. Hoạt động này ban đầu được cho là do sự giải phóng các hạt bụi nhỏ từ vết nứt trên bề mặt của tiểu hành tinh khi nó đi qua Mặt trời. Điều này dẫn đến việc Phaethon được mệnh danh là ‘sao chổi đá’.
Giờ đây, những quan sát mới từ SOHO được ghi lại vào tháng 5 năm 2022 lần đầu tiên cho thấy rằng, trái ngược với suy nghĩ 14 năm trước đây, sự phát xạ của các nguyên tử natri có thể là nguyên nhân gây ra hoạt động này.
Hành trình của Phaethon tại điểm cận nhật
Là một phần của kế hoạch quan sát đặc biệt do Qicheng Zhang và Karl Battams nghĩ ra, phơi sáng lâu, được lọc hình ảnh được chụp bởi kính thiên văn Chụp ảnh quang phổ và góc lớn (LASCO) của SOHO. Phaethon và đuôi của nó không có trong ảnh chụp bằng bộ lọc màu xanh lam của LASCO, bộ lọc có thể phát hiện bụi. Tuy nhiên, nó sáng trong bộ lọc màu da cam nhạy cảm với natri, cung cấp bằng chứng thuyết phục rằng sự phát thải natri đang xảy ra. Sự phát xạ là do huỳnh quang, khi các nguyên tử natri bị Mặt trời kích thích và phát sáng màu cam, tương tự như đèn đường.
Nghiên cứu sinh tiến sĩ Qicheng Zhang, người đứng đầu nghiên cứu cho biết: “Kế hoạch quan sát độc đáo của chúng tôi lần đầu tiên tìm thấy tiểu hành tinh bí ẩn Phaethon trong dữ liệu của SOHO. “Các bộ lọc đặc biệt của máy ảnh LASCO 27 tuổi đã được sử dụng trong một thời gian gián đoạn đặc biệt đối với lịch trình quan sát thông thường để khám phá những bí mật ẩn giấu này. Bằng cách đào trong rương kho báu của SOHO, chúng tôi đã chỉ ra rằng Phaethon có thể nhìn thấy trong các hình ảnh LASCO từ 18 quỹ đạo khác nhau từ năm 1997.”
SOHO phát hiện Phaethon ở điểm cận nhật
Phaethon không phải là vật thể duy nhất ở gần Mặt trời giải phóng natri. Hành tinh Sao Thủy cũng biểu hiện một đuôi natri sáng đạt cực đại khoảng hai tuần sau điểm cận nhật – thứ mà sứ mệnh chung ESA/JAXA BepiColombo sẽ điều tra một lần trên quỹ đạo quanh Sao Thủy. Các quan sát về đuôi natri của Sao Thủy từ thiết bị chụp ảnh nhật quyển STEREO H1-1 đã được sử dụng làm tiêu chuẩn hiệu chuẩn, giống như đèn tiêu chuẩn, để nghiên cứu sự phát xạ này từ Phaethon nhằm hỗ trợ cho lý thuyết của Zhang.
SOHO đã quan sát thấy hàng trăm vật thể nhỏ chạy dọc theo Mặt trời được phân loại là sao chổi – những thiên thể băng giá dường như phát sáng khi ở rất gần Mặt trời. Chúng có thể khó phân biệt với các tiểu hành tinh như Phaethon tỏa sáng tạm thời. Tuy nhiên, natri được xác định trong nghiên cứu này đã mở ra khả năng rằng có lẽ cái gọi là sao chổi do SOHO phát hiện giống các tiểu hành tinh đá tương tự như Phaethon hơn.
Nghiên cứu này làm sáng tỏ hơn về các sự kiện có thể đã hình thành các thiên thạch Geminid, có kích thước từ hạt cát đến cỡ hạt đậu. Hoạt động của natri trên bề mặt không đủ để nâng các hạt này lên và đóng góp vào dòng chảy. Thay vào đó, một sự gián đoạn không được quan sát và chưa biết của Phaethon, có lẽ hơn hai nghìn năm trước, được cho là đã tạo ra vòi hoa sen.
Các lớp natri dễ bay hơi mới góp phần tạo nên độ sáng quan sát được ngày nay cho thấy rằng một sự kiện mất mát hàng loạt khác có thể đã tái xuất hiện Phaethon gần đây hơn, có lẽ cách đây chưa đầy 1000 năm. Do đó, nguồn gốc chính xác của các thiên thạch Geminids có thể được hiểu rõ hơn bằng cách nghiên cứu Phaethon.
Cuộc chạm trán với sao chổi của SOHO
Người ta rất quan tâm đến Phaethon do hoạt động đặc biệt và lịch sử bí ẩn của nó, khiến nó trở thành một nguồn nghiên cứu thiết yếu và hấp dẫn trong tương lai. Do đó, JAXA đang chuẩn bị cử một sứ mệnh bay ngang qua có tên là DESTINY+ để chụp ảnh bề mặt của Phaethon vào năm 2028 và khám phá thêm về lịch sử của nó.
Ngoài các nhiệm vụ trong tương lai, các nhà khoa học công dân có thể đóng vai trò tiết lộ những khám phá mới bằng cách sử dụng SOHO. Hơn 4500 vật thể bao quanh Mặt trời đã được xác định trong các hình ảnh SOHO, phần lớn nhờ sự trợ giúp của Dự án Sungrazer. Nhà khoa học công dân ‘thợ săn sao chổi’ có thể sàng lọc dữ liệu SOHO và STEREO để xác định các vật thể mới.
Karl Battams, điều tra viên chính của cả LASCO và dự án Sungrazer, giải thích, “SOHO là thợ săn sao chổi nổi bật nhất trong lịch sử, với một danh mục khám phá khổng lồ vẫn đang chờ phân tích chi tiết. Cả SOHO và STEREO đều được bố trí độc đáo để có thể thường xuyên quan sát các vật thể ở rất gần Mặt trời. Tương lai của các nghiên cứu về tiểu hành tinh và sao chổi rất tươi sáng nhờ những nhiệm vụ chạm trán này và trong tương lai sẽ giúp chúng ta khám phá thêm về những vật thể năng động này.”
“Kể từ khi ra mắt vào năm 1995, SOHO và các thiết bị của nó tiếp tục mang đến khoa học thú vị, sử dụng sứ mệnh theo những cách khác nhau để nghiên cứu các tiểu hành tinh và sao chổi ngoài mục tiêu chính của nó là Mặt trời,” Bernhard Fleck, nhà khoa học dự án SOHO của ESA cho biết thêm.
Ghi chú cho biên tập viên
‘Sodium Brightening of (3200) Phaethon Near Perihelion’ của Q. Zhang et al. được xuất bản trong Tạp chí Khoa học Hành tinh đây