Một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí khoa học Icarus, do nhà vật lý thiên văn Matthew S. Clement từ Đại học Johns Hopkins (Mỹ) dẫn đầu, đã làm thay đổi nhận thức về quá khứ của hệ mặt trời. Công trình này xem xét lại mô hình Nice, một trong những lý thuyết quan trọng nhất mô tả quá trình hình thành và tiến hóa sớm của hệ mặt trời.
Mô hình Nice và thời kỳ hỗn loạn
Theo mô hình Nice, được phát triển từ năm 2005, hệ mặt trời sơ khai không hề ổn định như hiện nay. Các hành tinh khổng lồ khi đó liên tục dịch chuyển quỹ đạo, tương tác hấp dẫn mạnh và tranh chấp vị trí, tạo nên một giai đoạn được gọi là thời kỳ hỗn loạn. Trong bối cảnh đó, các nhà khoa học cho rằng hệ mặt trời nguyên thủy có thể từng tồn tại nhiều hơn hiện tại từ một đến hai hành tinh khổng lồ tương tự Uranus và Neptune. Những hành tinh thất lạc này nhiều khả năng đã bị các tương tác hấp dẫn cực mạnh hất văng ra khỏi hệ mặt trời từ rất sớm.
Mô phỏng chi tiết và kết quả bất ngờ
Nhóm nghiên cứu đã mở rộng mô hình bằng cách mô phỏng chi tiết số phận của các hệ mặt trăng quanh Jupiter và Uranus trong các kịch bản va chạm và dịch chuyển quỹ đạo của các hành tinh khổng lồ. Kết quả cho thấy mức độ mong manh đáng kinh ngạc: xác suất toàn bộ hệ mặt trăng sống sót nguyên vẹn chỉ dưới 15%. Trong 122 mô phỏng, chỉ duy nhất một kịch bản giúp cả hai hệ mặt trăng tồn tại mà không bị phá hủy.
Đặc biệt, nếu Uranus tiến quá gần một hành tinh khác, khoảng 0,02 đơn vị thiên văn, hoặc tiếp cận các hành tinh khí khổng lồ như Jupiter hay Saturn ở khoảng cách dưới 0,1 đơn vị thiên văn, hệ mặt trăng của nó gần như chắc chắn bị phá hủy.
Ba khả năng giải thích
Từ những kết quả này, giới khoa học đưa ra ba khả năng giải thích cho cấu trúc ổn định của hệ mặt trời ngày nay:
- Khả năng thứ nhất: Hệ mặt trời đã trải qua một con đường tiến hóa cực kỳ hiếm gặp và may mắn, khi các hành tinh khổng lồ tránh được những va chạm trực tiếp nguy hiểm, giúp các hệ mặt trăng tồn tại nguyên vẹn.
- Khả năng thứ hai: Các hệ mặt trăng hiện nay, đặc biệt quanh Uranus, có thể đã được tái tạo sau các biến cố lớn, thay vì giữ nguyên từ thuở ban đầu.
- Khả năng thứ ba: Mô hình Nice vẫn chưa mô tả đầy đủ mọi cơ chế vật lý trong giai đoạn hỗn loạn sơ khai.
Kết luận
Dù theo kịch bản nào, nghiên cứu mới nhấn mạnh rằng quá trình hình thành hệ mặt trời không hề đơn giản hay êm đềm như những mô hình cũ từng giả định. Từ một đám bụi khí hỗn loạn cách đây hơn 4 tỷ năm, hệ mặt trời đã tiến hóa thành một hệ thống ổn định như ngày nay, nhưng hành trình đó vẫn còn nhiều khoảng trống khoa học chưa thể giải thích đầy đủ.
