Từ xa, hệ Mặt Trời với các hành tinh xem chừng trống trải. Nếu bạn bọc nó lại bên trong một quả cầu - đủ lớn để bao phủ quỹ đạo Sao Hải Vương, hành tinh ngoài cùng[1] - thì tổng thể tích của Mặt Trời, tất cả hành tinh và mặt trăng của chúng sẽ chiếm chỉ hơn một phần nghìn tỉ không gian bị bao phủ. Nhưng khi nhìn cận cảnh, không gian giữa các hành tinh lại chất chứa đủ loại đá, sỏi, khối cầu băng, bụi, những luồng hạt tích điện và các tàu thăm dò được phóng lên xa tít. Không gian cũng tràn ngập từ trường và các trường hấp dẫn kỳ vĩ.

Không gian liên hành tinh là không-trống-rỗng đến nỗi Trái Đất, suốt hành trình 30 kilômét một giây trên quỹ đạo, phải cày qua hàng trăm tấn sao băng mỗi ngày - hầu hết chúng không lớn hơn một hạt cát. Gần như tất cả chúng đều bị thiêu rụi trong thượng tầng khí quyển của Trái Đất, do va đập vào không khí với quá nhiều năng lượng nên các mảnh vụn bốc hơi ngay khi tiếp xúc. Giống loài mỏng manh chúng ta tiến hóa dưới lớp vỏ bảo vệ này. Sao băng nếu lớn hơn, cỡ bằng quả bóng gôn thì nóng lên nhanh nhưng không đồng đều, và thường vỡ ra thành nhiều mẩu nhỏ trước khi chúng bốc hơi. Sao băng lớn hơn nữa sẽ bị cháy sém bề mặt, nhưng ngoài chuyện đấy ra thì chúng đáp thẳng xuống mặt đất mà không sứt mẻ gì. Có lẽ bạn nghĩ rằng đến bây giờ, sau 4,6 tỉ chuyến đi vòng quanh Mặt Trời, Trái Đất hẳn đã “hút bụi” sạch mọi mảnh vụn có thể xuất hiện trên quỹ đạo di chuyển của nó. Thế nhưng đã có một thời tình cảnh còn thê thảm hơn rất nhiều. Trong nửa tỉ năm sau khi Mặt Trời và các hành tinh của nó hình thành, hằng hà sa số mảnh phế thải đổ xuống Trái Đất đến nỗi nhiệt năng do va chạm liên tục đã hâm nóng khí quyển và nấu chảy vỏ Trái Đất, khiến cho những phân tử hữu cơ phức tạp không thể hình thành được.

Đặc biệt, một tảng phế thải to đáng kể đã dẫn đến sự hình thành Mặt Trăng. Sự khan hiếm ngoài dự kiến của sắt và các nguyên tố nặng khác trên Mặt Trăng, mà ta suy dẫn ra dựa trên các mẫu do phi hành gia tàu Apollo đem về, cho thấy rằng có khả năng cao Mặt Trăng bị bật tung ra từ lớp vỏ và lớp phủ địa chất nghèo sắt của Trái Đất sau vụ va chạm với một nguyên-hành-tinh (protoplanet) thất thường có kích cỡ Sao Hỏa. Các mảnh vụn trên quỹ đạo sau cuộc chạm trán này hòa hợp để tạo thành chính vệ tinh mật độ thấp đáng yêu của chúng ta. Ngoại trừ sự kiện đáng đưa tin trên thì giai đoạn Trái Đất chịu oanh tạc dữ dội trong thời kỳ sơ sinh không phải là chuyện độc nhất vô nhị nếu so với các hành tinh và những thiên thể lớn khác thuộc hệ Mặt Trời. Chúng đều phải chịu những tổn hại tương tự, do không có không khí, nên bề mặt không bị bào mòn của Mặt Trăng và Sao Thủy đã lưu giữ lại nhiều vết tích các miệng hố từ giai đoạn này.

Không chỉ hệ Mặt Trời bị sứt sẹo bởi các vật thể trôi dạt trong quá trình hình thành, mà không gian liên hành tinh gần đấy cũng chất chứa các tảng đá thuộc đủ mọi kích cỡ được phóng thích khỏi Sao Hỏa, Mặt Trăng và Trái Đất do bật lên từ bề mặt sau những vụ đụng độ năng lượng cao. Nghiên cứu bằng máy tính về những vụ bắn phá bằng thiên thạch thể hiện chắc chắn rằng đá nằm ở bề mặt gần những khu vực bị bắn phá có thể bị hất văng lên với tốc độ đủ để thoát khỏi phạm vi lực hấp dẫn của vật thể. Với tình hình chúng ta ngày càng khám phá thêm nhiều thiên thạch trên Trái Đất có xuất xứ từ Sao Hỏa, ta kết luận rằng khoảng một nghìn tấn đá Sao Hỏa đã đổ xuống Trái Đất mỗi năm. Có lẽ lượng tương tự cũng tới được Trái Đất từ Mặt Trăng. Ngẫm lại, chẳng cần phải bay lên Mặt Trăng để thu hồi đá Mặt Trăng. Lắm đá tự lao đến tìm ta, dù ta không chọn ăn đá, và vào cái thời thực hiện chương trình không gian Apollo ta đã chẳng hề biết điều này.

Hầu hết tiểu hành tinh trong hệ Mặt Trời sống và làm việc trong vành đai tiểu hành tinh chính, một khu vực đại để phẳng lì nằm giữa quỹ đạo Sao Hỏa và Sao Mộc. Theo truyền thống, những nhà khám phá được phép tùy ý đặt tên cho tiểu hành tinh họ tìm thấy. Các họa sĩ thường phác họa nơi này thành một vùng đá dập dềnh lộn xộn trong mặt phẳng của hệ Mặt Trời, nhưng tổng khối lượng vành đai tiểu hành tinh còn ít hơn 5% khối lượng Mặt Trăng, mà khối lượng này chỉ suýt soát hơn 1% khối lượng của Trái Đất. Nghe thật nhỏ nhoi. Nhưng sự nhiễu loạn được tích lũy của chúng sẽ liên tiếp tạo ra một tập hợp nhỏ chết chóc, có thể lên đến vài nghìn tiểu hành tinh, quay theo những lộ trình quái gở giao cắt với quỹ đạo Trái Đất. Tính toán sơ bộ cho thấy hầu hết chúng sẽ đâm sầm vào Trái Đất trong vòng một trăm triệu năm nữa. Những vật thể rộng khoảng hơn một kilômét sẽ va chạm với đủ năng lượng để làm mất ổn định hệ sinh thái trên Trái Đất và đẩy hầu hết chủng loài trên cạn của Trái Đất vào chỗ tuyệt diệt. Thế thì thật thê thảm.

Tiểu hành tinh không phải là vật thể không gian duy nhất đe dọa sự sống trên Trái Đất. Vành đai Kuiper là một dải “bất động sản” rải rác sao chổi, bắt đầu tính từ sát ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương, nó bao gồm luôn Sao Diêm Vương, và từ đó kéo dài ra có lẽ cũng bằng quãng đường từ Sao Hải Vương đến Mặt Trời. Nhà thiên văn học người Mỹ gốc Hà Lan Gerard Kuiper đề xuất ý tưởng rằng ở những vùng sâu lạnh lẽo của không gian, bên ngoài quỹ đạo Sao Hải Vương, là nơi trú ngụ của các vật thể bị đóng băng, còn sót lại sau sự hình thành hệ Mặt Trời. Không tìm thấy một hành tinh đồ sộ nào để rúc vào, hầu hết những sao chổi này sẽ quay quanh Mặt Trời trong hàng tỉ năm tiếp đến. Cũng như với vành đai tiểu hành tinh, một số vật thể thuộc vành đai Kuiper chu du trên những quỹ đạo quái gở giao cắt với quỹ đạo của hành tinh khác. Quỹ đạo của Sao Diêm Vương và bầy đoàn anh chị em của nó gọi là các Plutino giao cắt với đường đi của Sao Hải Vương quanh Mặt Trời. Các vật thể khác thuộc vành đai Kuiper lao tít vào vòng trong hệ Mặt Trời, hấp tấp cắt qua quỹ đạo quay của các hành tinh. Nhóm nhỏ này gồm có Halley là sao chổi nổi tiếng hơn cả.

Xa bên ngoài vành đai Kuiper, kéo dài đến quãng giữa đường tới những ngôi sao gần nhất, là một kho sao chổi hình cầu gọi là đám mây Oort, đặt theo tên Jan Oort, nhà thiên văn học người Đan Mạch đã suy luận ra sự tồn tại của nó. Vùng này lý giải tại sao có sao chổi dài hạn, tức những sao chổi nào có chu kỳ quay dài hơn nhiều so với cuộc đời một con người. Không như sao chổi ở vành đai Kuiper, các sao chổi từ đám mây Oort có thể đáp vào vòng trong của hệ Mặt Trời từ bất cứ góc và hướng nào. Hai sao chổi sáng nhất của những năm 1990, Hale-Bopp và Hyakutake, đều đến từ đám mây Oort và còn lâu lắm chúng mới quay trở lại.

Nếu mắt chúng ta nhìn thấy được từ trường, Sao Mộc sẽ trông to lớn gấp mười lần vầng trăng tròn trên bầu trời. Các tàu vũ trụ muốn ghé thăm Sao Mộc phải được thiết kế sao cho không bị ảnh hưởng bởi từ trường mạnh mẽ này. Như nhà vật lý học người Anh Michael Faraday đã chứng minh vào những năm 1800, nếu bạn đưa một sợi dây thép đi ngang qua từ trường bạn sẽ tạo ra sự chênh lệch điện áp dọc theo chiều dài sợi thép. Vì lý do đó, tàu thăm dò không gian tốc độ cao bằng kim loại có thể có dòng điện cảm ứng ở bên trong nó. Các dòng điện này cũng phát ra từ trường của chính mình để tương tác với từ trường xung quanh, nhằm kìm giữ chuyển động của tàu thăm dò không gian. Đây có thể là nguyên do giải thích cho sự giảm tốc bí ẩn của hai tàu vũ trụ Pioneer khi chúng thoát khỏi hệ Mặt Trời. Cả Pioneer 10 và 11, được phóng vào những năm 1970, đã không du hành sâu vào không gian như các mô hình chuyển động năng học và động lực học của ta đã dự đoán. Để cắt nghĩa hiệu ứng của bụi không gian trên đường đi cũng như bụi bị dội lại từ các bể nhiên liệu rò rỉ, ý tưởng về tương tác từ - trong trường hợp này là với từ trường của Mặt Trời - có lẽ là cách giải thích tốt nhất.

Lần cuối mà tôi cập nhật, trong hệ Mặt Trời có cá thảy năm mươi sáu mặt trăng quay quanh các hành tinh. Rồi một sáng nọ tôi thức dậy thì biết rằng thêm một tá nữa đã được phát hiện quay quanh Sao Thổ. Sau sự kiện ấy, tôi quyết định thôi không đếm nữa. Bây giờ tất cả những gì tôi quan tâm là trong số ấy liệu có bất cứ chỗ nào vui để ghé thăm, hay để nghiên cứu hay không. Ở một vài góc độ, các mặt trăng trong hệ Mặt Trời còn mê hoặc hơn cả các hành tinh mà chúng quay quanh. Hai mặt trăng của Sao Hỏa (Phobos và Deimos) được nhắc đến trong một cuộc phiêu lưu của Lemuel Gulliver trong tác phẩm kinh điển do Jonathan Swift viết năm 1727. Vấn đề là, hai mặt trăng hình củ khoai tây của Sao Hỏa mãi đến một trăm năm sau đó mới được phát hiện. Mặt Trăng của Trái Đất bằng cỡ 1/300 đường kính Mặt Trời, nhưng nó ở xa ta cũng bằng 1/300 khoảng cách đến Mặt Trời, khiến cho Mặt Trời và Mặt Trăng có cùng kích cỡ trên bầu trời - sự trùng hợp chẳng tìm được ở đâu khắp các tổ hợp hành tinh-mặt trăng khác trong hệ Mặt Trời, nhờ đó mới có cảnh nhật thực toàn phần đẹp độc đáo trên ảnh chụp. Trái Đất cũng khóa thủy triều (còn được gọi là khóa trọng lực) đối với Mặt Trăng, khóa nó vào trục quay và để nó đi theo quỹ đạo quanh Trái Đất theo những chu kỳ y hệt. Dù chuyện này xảy ra ở bất cứ đâu, vào bất kỳ lúc nào, thì Mặt Trăng bị khóa chặt luôn chỉ hướng một mặt về phía hành tinh chủ của nó.

Hệ thống mặt trăng của Sao Mộc đầy rầy những vật thể cổ quái. Io, mặt trăng gần Sao Mộc nhất, bị khóa thủy triều và chịu sự kéo giãn ảnh hưởng lên cấu trúc do tương tác với Sao Mộc và các mặt trăng khác, qua đó bơm đủ nhiệt vào quả cầu nhỏ này để làm nóng cháy phần đá bên trong; Io là nơi núi lửa hoạt động mạnh nhất trong hệ Mặt Trời. Mặt trăng Europa (tên nữ thần trong thần thoại Hy Lạp và cũng được đặt cho tên của châu Âu) của Sao Mộc có đủ H2O sao cho cơ cấu tăng nhiệt của nó (hoạt động tương tự trên Io) làm tan chảy lớp băng dưới bề mặt, chừa lại một đại dương ấm áp bên dưới. (Một bạn cùng chỗ làm với tôi là họa sĩ từng hỏi liệu rằng các dạng sống ngoài hành tinh từ Europa có phải gọi là European: người châu Âu hay không. Vì không có câu trả lời khả dĩ nào khác nên tôi buộc phải đáp là đúng vậy[2].) Hình chụp cận cảnh bề mặt của Miranda, một trong số các mặt trăng của Sao Thiên Vương, hé lộ những kiểu khuôn mẫu lệch lạc một cách tệ hại, không thể ghép khít với nhau, như thể mặt trăng khốn khổ này từng nổ tung rồi các mảnh vụn được dán keo lại một cách qua quýt. Nguồn gốc của những đặc điểm lạ kỳ này vẫn còn là bí ẩn, nhưng có thể đến từ lý do giản dị, chẳng hạn bởi vì các tảng băng trồi lên không được đồng đều.

Mặt trăng duy nhất của Sao Diêm Vương, Charon, quá lớn và gần đến nỗi Sao Diêm Vương và Charon mỗi bên đều khóa thủy triều lẫn nhau: chu kỳ tự quay quanh trục và quay quanh quỹ đạo của chúng là tương đồng. Theo quy ước, mặt trăng sẽ được mang tên của nhân vật Hy Lạp có dính dáng với phiên bản Hy Lạp của các vị thần La Mã dùng đặt tên cho hành tinh chủ[3]. Thần cổ đại có đời sống xã hội phức tạp, nên chẳng thiếu gì nhân vật để mượn tên. Ngoại lệ duy nhất cho quy tắc này thuộc về các mặt trăng của Sao Thiên Vương, chúng được đặt theo tên đủ loại nhân vật chính diện trong văn chương Anh. Nhà vật lý người Anh Sir William Herschel là người đầu tiên phát hiện ra một hành tinh nằm ngoài những gì mắt trần dễ dàng nhìn thấy, thế nên ông sẵn sàng đặt tên hành tinh mới này theo tên nhà vua mà ông nguyện trung thành phục vụ. Ví thử mà Sir William thành công, danh sách các hành tinh trong tiếng Anh sẽ thành: Mercury (Sao Thủy), Venus (Sao Kim), Earth (Trái Đất), Mars (Sao Hỏa), Jupiter (Sao Mộc), Saturn (Sao Thổ), và Vua George. May thay, những đầu óc sáng suốt hơn đã giành phần thắng và cái tên Uranus từ thần thoại cổ được đặt cho sao Uranus (Sao Thiên Vương) vài năm sau đó. Nhưng đề xuất gốc của Sir William là đặt tên các mặt trăng theo nhân vật trong kịch William Shakespeare và thơ Alexander Pope thì đến nay vẫn còn là truyền thống. Trong số mười bảy mặt trăng của nó, ta sẽ tìm thấy Ariel, Cordelia, Desdemona, Juliet, Ophelia, Portia, Puck và Umbriel, với hai mặt trăng mới, Caliban và Sycorax, mới được phát hiện vào năm 1997.

Vật liệu bị thất thoát khỏi bề mặt Mặt Trời ở tốc độ hai trăm triệu tấn mỗi giây (tình cờ cũng gần trùng với tốc độ dòng chảy qua lưu vực sông Amazon). Mặt Trời mất đi khối lượng này qua “gió mặt trời”, dưới dạng những hạt tích điện năng lượng cao. Di chuyển đến hàng nghìn kilômét mỗi giây, các hạt này chảy thành dòng qua không gian và bị từ trường của hành tinh làm chệch hướng. Các hạt xoáy xuống về hướng cực Bắc từ và cực Nam từ, gây ra va chạm với các phân tử khí, làm khí quyển phát sáng thành hiện tượng cực quang nhiều màu sắc. Kính viễn vọng Không gian Hubble đã phát hiện cực quang gần hai cực của cả Sao Thổ và Sao Mộc. Trên Trái Đất, Bắc cực quang và Nam cực quang đóng vai trò liên tục nhắc nhở ta rằng có một bầu khí quyển bảo vệ mới thật tuyệt vời biết bao.

Khí quyển của Trái Đất thường được miêu tả là dày hàng chục kilômét phía trên bề mặt Trái Đất. Vệ tinh quay trên quỹ đạo “thấp” quanh Trái Đất thưởng di chuyển với tốc độ giữa khoảng 150 đến 650 kilômét và hoàn tất một quỹ đạo quay trong khoảng chín mươi phút. Mặc dù bạn không thể thở ở độ cao như thế, một vài phân tử khí quyển vẫn sót lại - đủ để từ từ rút cạn năng lượng quay từ các vệ tinh không đề phòng. Để chống lại sự kéo chậm lại này, vệ tinh ở quỹ đạo thấp cần được đẩy liên tục, không thì chúng rơi xuống Trái Đất và bị đốt cháy trong bầu khí quyển. Cách hợp lý nhất để định nghĩa đâu là rìa khí quyển của chúng ta là đặt câu hỏi xem ở đâu nó có mật độ phân tử khí bằng với mật độ phân tử khí trong không gian liên hành tinh. Với định nghĩa này, khí quyển của Trái Đất có độ dày vươn xa vào không gian đến hàng nghìn kilômét. Quay trên quỹ đạo cao hơn mức này, trên ba mươi tám nghìn kilômét (một phần mười khoảng cách đến Mặt Trăng), là các vệ tinh viễn thông. Ở độ cao đặc biệt này, khí quyển của Trái Đất không phải là không liên quan nữa, nhưng tốc độ của vệ tinh cũng đủ chậm cho tình trạng này để hoàn thành một vòng quay quanh Trái Đất trong hai mươi bốn giờ. Với quỹ đạo trùng khớp với tốc độ tự quay quanh trục của Trái Đất, các vệ tinh này có vẻ như lơ lửng cố định bên trên, nhờ đó chúng cũng lý tưởng cho việc chuyển tiếp tín hiệu từ một vùng này trên mặt đất đến một vùng khác.

Định luật của Newton tuyên bố cụ thể rằng, dù lực hấp dẫn của một hành tinh càng lúc càng yếu khi ta di chuyển ra xa dần, thì vẫn không có khoảng cách nào mà lực hấp dẫn đạt đến giá trị bằng không. Hành tinh Sao Mộc, với trường hấp dẫn mạnh, đã đánh văng nhiều sao chổi ra khỏi quỹ đạo nguy hiểm có thể gieo tai họa cho những gì ở bên trong hệ Mặt Trời. Sao Mộc đóng vai một tấm khiên làm bằng trường hấp dẫn bảo vệ cho Trái Đất, đảm bảo một khoảng thời gian dài (trăm triệu năm) khá yên tĩnh và hòa bình trên địa cầu. Nếu không có sự che chở của Sao Mộc, sự sống phức tạp sẽ phải rất vất vả để trở nên phức tạp tới mức quyến rũ như hiện nay, bởi luôn luôn phải sống trong nguy cơ tuyệt chủng do các va chạm kinh hoàng.

Chúng ta đã tận dụng trường hấp dẫn của các hành tinh để đưa hầu hết các tàu thăm dò ta phóng vào không gian. Tàu thăm dò Cassini trên đường đến Sao Thổ, chẳng hạn, được phóng từ Trái Đất vào ngày 15 tháng Mười năm 1997, và sau khi phóng đã được lực hấp dẫn của Sao Kim trợ giúp hai lần, của Trái Đất một lần (trong chuyến bay về vụt qua), và của Sao Mộc một lần. Giống như một cú đánh bi-da mà đường đi của trái bi phải chạm nhiều băng, đường bay phải qua lại từ hành tinh này đến hành tinh khác là chuyện bình thường. Nếu không mượn lực, các tàu thăm dò tí hon của chúng ta sẽ không thể có đủ năng lượng và tốc độ để đến đích.

Hiện nay tôi chuyên trách một vài mảnh vụn liên hành tinh trong hệ Mặt Trời của chúng ta. Vào tháng Mười một năm 2000, tiểu hành tinh 1994KA ở vành đai chính, do David Levy và Carolyn Shoemaker phát hiện, được đặt tên là Tyson 13123 theo tên tôi. Dù tôi rất thích sự biệt đãi này thì cũng chẳng việc gì phải vì thế mà tự cao tự đại; thiếu gì những tiểu hành tinh mang những cái tên quen thuộc như Jody, Harriet và Thomas. Thậm chí có tiểu hành tinh ngoài kia mang tên gọi Merlin, James Bond và Santa. Vượt quá hai mươi nghìn, con số tiểu hành tinh chẳng bao lâu sẽ thách thức khả năng đặt tên của chúng ta. Dù ngày ấy có đến hay chưa, tôi vẫn hết sức lấy làm an ủi vì biết rằng cái khối các mảnh vụn vũ trụ của mình không cô đơn trong lúc nó trôi lềnh bềnh trong không gian giữa các hành tinh, dự phần vào một danh sách dài những khối vụn khác được đặt theo tên người thật hay nhân vật hư cấu.

Tôi cũng vui mừng vì, tại thời khắc này, tiểu hành tinh của tôi không lao đầu về Trái Đất.

[1] Không, không phải Diêm Vương Tinh đâu. Hãy quên Sao Diêm Vương đi.

[2] European gồm 2 thành tố Europ- + -ean (có thể chỉ người), kết hợp lại vừa có nghĩa là “giống loài ở vệ tinh Europa”, vừa có nghĩa là “người châu Âu”. (ND)

[3] Theo thần thoại Hy Lạp, Charon là người lái đò đưa linh hồn người chết sang thế giới bên kia, trước khi họ tìm đến vị thần cai quản địa ngục Hades. Người La Mã gọi Hades là Pluto, cũng là cái tên dùng để đặt cho hành tinh Sao Diêm Vương trong tiếng Anh. Charon là tên trong thần thoại Hy Lạp, nhưng Pluto là tên trong thần thoại La Mã. (ND)