Vì sao vành đai tiểu hành tinh không thể hình thành một hành tinh?

Vành đai tiểu hành tinh chính là vùng không gian chứa vô số thiên thể đá nhỏ quay quanh Mặt Trời, nằm giữa quỹ đạo Sao Hỏa và Sao Mộc. Nhưng đừng hình dung nơi đây như một bãi đá ken đặc, nơi các phi thuyền phải liên tục né tránh những tảng đá khổng lồ như trong phim khoa học viễn tưởng. Khoảng cách giữa các thiên thể rất lớn; phần lớn không gian trong vành đai vẫn là khoảng trống bao la. Các nhà khoa học ước tính nơi này có khoảng 1,1–1,9 triệu tiểu hành tinh đường kính lớn hơn 1 km, cùng hàng triệu vật thể nhỏ hơn.

Ảnh: NASA

Vành đai hình thành cách đây khoảng 4,5–4,6 tỷ năm, cùng thời kỳ các hành tinh trong Hệ Mặt Trời ra đời. Khi ấy, bụi và đá va chạm, kết tụ dưới tác động của lực hấp dẫn, dần tạo thành những thiên thể lớn hơn. Vậy tại sao vật chất trong khu vực này không hợp nhất thành một hành tinh hoàn chỉnh?

Một nguyên nhân quan trọng là lực hấp dẫn mạnh mẽ của Sao Mộc. Sự nhiễu loạn quỹ đạo do hành tinh khổng lồ này gây ra khiến quá trình kết tụ gặp khó khăn; nhiều vật thể va chạm với nhau rồi vỡ thành những mảnh nhỏ thay vì tiếp tục lớn lên. Vì vậy, vành đai tiểu hành tinh thường được ví như kho lưu trữ những vật liệu nguyên thủy còn sót lại từ thời kỳ sơ khai của Hệ Mặt Trời. Tuy nhiên, đây không đơn giản là phần còn lại của một hành tinh đã hình thành hoàn chỉnh rồi bị phá hủy.

Trong số hàng triệu thiên thể ấy, nổi bật nhất là Ceres – vật thể lớn nhất và cũng được phân loại là hành tinh lùn từ năm 2006. Ceres có đường kính khoảng 940 km, chiếm gần một phần tư tổng khối lượng của vành đai. Bề mặt của nó chứa các trầm tích muối, trong khi cấu trúc bên trong có thể bao gồm lượng nước đáng kể dưới dạng băng. Những đặc điểm này khiến Ceres trở thành mục tiêu quan trọng trong nghiên cứu về lịch sử hình thành các hành tinh và khả năng tồn tại môi trường thích hợp cho sự sống vi sinh.

Ảnh: scientificamerican.com

Một thiên thể đáng chú ý khác là Vesta, vật thể lớn thứ hai trong vành đai. Khác với nhiều tiểu hành tinh có hình dạng méo mó, Vesta gần hình cầu và từng trải qua quá trình phân hóa bên trong, tạo thành lớp vỏ, lớp phủ và lõi tương tự các hành tinh đá. Những vụ va chạm lớn để lại các hố khổng lồ trên bề mặt Vesta, đồng thời bắn các mảnh đá vào không gian. Một số mảnh thiên thạch tìm thấy trên Trái Đất được cho là có nguồn gốc từ thiên thể này.

Để khám phá những thế giới nhỏ bé ấy, NASA đã phóng tàu vũ trụ Dawn năm 2007. Tàu đi vào quỹ đạo Vesta năm 2011, sau đó tiếp tục hành trình và đến Ceres năm 2015. Đây là sứ mệnh đầu tiên đưa một tàu vũ trụ vào quỹ đạo quanh hai thiên thể khác nhau trong cùng một chuyến đi, nhờ hệ thống động cơ ion tiết kiệm nhiên liệu. Những dữ liệu Dawn gửi về đã giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn sự đa dạng của các vật thể hình thành từ buổi bình minh của Hệ Mặt Trời.

Vành đai tiểu hành tinh vì thế không chỉ là một vùng đá lạnh lẽo giữa hai hành tinh. Mỗi thiên thể là một mảnh ghép của lịch sử vũ trụ, có thể lưu giữ dấu vết của những quá trình đã diễn ra trước khi Trái Đất hình thành. Nghiên cứu chúng cũng giúp con người hiểu rõ hơn nguồn gốc các thiên thạch, sự hình thành hành tinh và những vật liệu từng góp phần tạo nên thế giới chúng ta đang sống.