Điều gì xảy ra nếu siêu Trái đất nằm giữa Hệ Mặt trời?

Sự xuất hiện của một hành tinh đá lớn trong Hệ Mặt trời có thể đẩy Trái đất và nhiều hành tinh khác ra khỏi hệ.

Một hành tinh lớn như siêu Trái đất sẽ gây rối loạn quỹ đạo của phần lớn hành tinh, theo nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Planetary Science. Siêu Trái đất là thuật ngữ dùng cho những hành tinh lớn hơn Trái đất nhưng nhẹ hơn hành tinh khí khổng lồ. Kết quả nghiên cứu cho thấy những thay đổi nhỏ nhất trong quỹ đạo sao Mộc, lớn hơn mọi hành tinh khác trong hệ gộp vào, ảnh hưởng sâu sắc tới quỹ đạo cân bằng của các thiên thể còn lại, Space hôm 13/3 đưa tin.

Siêu Trái đất Kepler-62f quay quanh ngôi sao nhỏ và mát hơn Mặt trời ở cách 1.200 năm ánh sáng. (Ảnh: NASA).

Những nhiệm vụ săn ngoại hành tinh như Kepler và Vệ tinh khảo sát ngoại hành tinh chuyển tiếp (TESS) của NASA giúp giới thiên văn học nhận ra siêu Trái đất rất phổ biến trong dải Ngân Hà. Khoảng 1/3 tổng số ngoại hành tinh là siêu Trái đất. Họ cho rằng Hệ Mặt trời không có siêu Trái đất bởi sao Mộc ngăn cản sự hình thành của nó khi dịch chuyển về phía vành đai tiểu hành tinh và sau đó quay trở lại, đẩy nhiều vật liệu vào Mặt trời.

Siêu Trái đất có thể lớn gấp 10 lần Trái đất, vì vậy Stephen Kane, nhà thiên văn học ở Đại học California, Riverside, và cộng sự mô phỏng các hành tinh với khối lượng đa dạng và đặt chúng ở khoảng cách khác nhau trong vành đai tiểu hành tinh chính giữa sao Hỏa và sao Mộc. Ông bắt đầu với một siêu Trái đất nằm ở khoảng cách gấp hai lần quãng đường giữa Trái đất và Mặt trời hay 2 AU (một đơn vị thiên văn AU tương đương 297 triệu km) và tăng dần khoảng cách tới rìa ngoài vành đai tiểu hành tinh (4 AU hay 597 triệu km). Điều này dẫn tới hàng nghìn mô phỏng, mỗi mô mỏng bắt đầu ở hiện tại và kết thúc sau 10 triệu năm. Cứ 100 năm, Kane sẽ ghi lại hệ quả đối với 8 hành tinh trong Hệ Mặt trời.

Theo kết quả mô phỏng, cả 4 hành tinh ở vành trong của hệ là sao Thủy, sao Kim, sao Hỏa và Trái đất, đặc biệt dễ bị thay đổi quỹ đạo. Một số hoặc cả 4 hành tinh bị đẩy khỏi Hệ Mặt trời trong nhiều trường hợp. Không trường hợp nào trong hàng nghìn mô phỏng hé lộ sao Mộc hoặc sao Thổ bị đẩy khỏi hệ. Nhưng trong vài trường hợp, hai hành tinh khí khổng lồ sẽ hất văng các hành tinh khác, bao gồm siêu Trái đất mới hoặc sao Thiên Vương.

Khi một hành tinh lớn gấp 7 lần khối lượng Trái đất như Gliese 163c nằm ở phía ngoài sao Hỏa, mô phỏng cho thấy quỹ đạo của cả 4 hành tinh ở vành trong hệ trở nên không ổn định. Quỹ đạo của Trái đất và sao Kim trở nên kỳ cục hoặc bay theo hình bầu dục dài đến mức có thể lao qua rất gần nhau. Thay đổi ở quỹ đạo sau đó giải phóng năng lượng tác động tới sao Thủy, khiến hành tinh này nhanh chóng bay khỏi hệ sau đó. Sao Hỏa chỉ tồn tại 5 triệu năm, Trái đất và sao Kim sẽ bắn khỏi hệ sau khoảng 8 triệu năm.

Khác với hành tinh đá, hành tinh khí khổng lồ, đặc biệt là sao Mộc và sao Thổ, ít chịu ảnh hưởng nghiêm trọng từ siêu Trái đất hơn. Quỹ đạo của chúng chỉ hơi kém ổn định ở những điểm cộng hưởng quỹ đạo (MMR), tại đó các thiên thể có quỹ đạo gây ra một ảnh hưởng tương tác hấp dẫn đều đặn theo chu kỳ lên nhau.

Khi Kane đặt siêu Trái đất giống Gliese 163c ở phía ngoài vành đai tiểu hành tinh, quỹ đạo sao Mộc và sao Thổ giống hình quả trứng đến mức chúng loại bỏ hành tinh mới và tiếp theo là sao Thiên Vương. Trong trường hợp này, ngay cả thay đổi nhỏ nhất ở rìa ngoài Hệ Mặt trời cũng ảnh hưởng tới hành tinh ở phía trong. Ví dụ, sao Hỏa bị đẩy ra khỏi hệ chỉ hai triệu năm sau sao Thiên Vương.

Việc thêm siêu Trái đất sẽ ít gây rối loạn nhất nếu hành tinh nằm ở phía cuối vành đai tiểu hành tinh, cách Mặt trời gần 3 AU (447 triệu km). Tại đây, nó sẽ ít tương tác với các hành tinh khổng lồ.

• Tàu hạng siêu nặng đưa con người lên sao Hỏa có 50% cơ hội thành công
• Sư tử lớn gấp 3 lần linh cẩu nhưng phải chịu mất con mồi do "chiến thuật" đặc biệt này
• "Bệnh dịch" răng nổ kỳ lạ vào thế kỷ 19