Về hệ mặt trời | Hấp dẫn Newton trong chuyển động

Một hệ mặt trời thu nhỏ

Mặt Trời của ứng dụng có khối lượng 1000, và mọi hành tinh, mặt trăng, hành tinh lùn đều giữ khối lượng thật so với nó, nên Sao Mộc, với khối lượng 1, có tỉ lệ gần đúng như thật là 1 trên 1047. Các hành tinh giữ đúng thứ tự và độ nghiêng thật, còn các hành tinh lùn giữ quỹ đạo thật, nhưng khoảng cách được thu hẹp để Sao Thủy và Sao Hải Vương cùng nằm trên màn hình: Sao Hải Vương xa Mặt Trời gấp 4,5 lần Trái Đất thay vì 30 lần. Mỗi vật bị mọi vật khác hút theo định luật Newton, nên các quỹ đạo sinh ra từ cùng một quy luật giữ các quỹ đạo thật. Lớp bụi mờ giữa Sao Hỏa và Sao Mộc là vành đai tiểu hành tinh: 1500 tiểu hành tinh, quá nhỏ để hút bất cứ thứ gì và quá nhiều để tính toán, nên mỗi tiểu hành tinh chỉ đi theo một hình elip cố định quanh Mặt Trời. Quỹ đạo của chúng bị kéo dài và nghiêng như thật, nên vành đai là một vòng dày, và chúng tránh các khoảng trống Kirkwood mà lực hút của Sao Mộc giữ trống. Ba tàu vũ trụ bay giữa chúng dưới dạng những biểu tượng nhỏ: tàu thăm dò Mặt Trời Parker, lao tới cách Mặt Trời 6,9 triệu km, gần hơn bất cứ vật thể nhân tạo nào, trên quỹ đạo vươn ra tới Sao Kim; kính viễn vọng không gian James Webb, quay quanh điểm L2 cách Trái Đất 1,5 triệu km về phía ngoài, được vẽ xa hơn 18 lần, ngay bên ngoài Mặt Trăng; và Voyager 1, tàu vũ trụ xa nhất, cách 171 AU và mỗi năm rời xa thêm 3,6 AU, xa đến mức một mũi tên ở rìa chỉ về phía nó. Chúng không có khối lượng và đi theo quỹ đạo thật bằng công thức, vì Webb chỉ giữ được điểm cân bằng nhờ khởi động động cơ đẩy.

Ghép ảnh Mặt Trời và các hành tinh Hệ Mặt Trời — Ghép ảnh Hệ Mặt Trời. Ảnh: NASA/JPL, phạm vi công cộng

Các mục yêu thích đưa bạn đến đâu

Mỗi mục yêu thích đưa camera bay tới một nơi trong cùng một hệ mặt trời đang chạy, và các thiên thể vẫn tiếp tục chuyển động. Toàn bộ hệ mặt trời và Hành tinh vòng trong được nhìn xiên. Trái Đất và Mặt Trăng, Sao Hỏa, Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, Sao Hải Vương cùng Sao Diêm Vương và Charon bay theo thiên thể đó, với khung hình vừa đủ chứa các mặt trăng của nó. Vành đai Kuiper nhìn xuống vùng ngoài của hệ mặt trời và chạy nhanh hơn mười lăm lần, nên Sao Hải Vương quay một vòng trong chưa đầy một phút. Ngẫu nhiên hóa bay sát tới một thiên thể được chọn bất kỳ.

Trái Đất nhìn từ Apollo 17, Blue Marble — Trái Đất từ Apollo 17. Ảnh: NASA, phạm vi công cộng

Quỹ đạo trong ba chiều

Các hành tinh không quay trên cùng một mặt phẳng. Mỗi quỹ đạo hơi nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo Trái Đất, gọi là mặt phẳng hoàng đạo: Sao Thủy 7°, Sao Kim 3,4°, Sao Thổ 2,5°, còn các hành tinh khác dưới 2°. Hệ mặt trời thu nhỏ dùng đúng các độ nghiêng thật này, và Mặt Trăng của nó quay quanh Trái Đất trên một quỹ đạo nghiêng 5,1°, giống Mặt Trăng thật. Độ nghiêng quỹ đạo i trên bảng số liệu chính là độ nghiêng đó. Kéo hình để xoay, hoặc chọn Nhìn ngang trong menu Xem để thấy các quỹ đạo từ bên cạnh. Phóng to sát vào bất kỳ hành tinh nào trong tám hành tinh hoặc Mặt Trăng để thấy một quả cầu quay quanh trục nghiêng thật của nó: Trái Đất với đường bờ biển thật, mây, chỏm băng và ánh đèn thành phố ở phía ban đêm, còn Sao Hỏa với các vệt tối và chỏm băng cực màu trắng. Ở Sao Kim chỉ thấy được đỉnh lớp mây dày màu vàng nhạt, lớp mây này quay ngược chiều quanh hành tinh trong bốn ngày Trái Đất. Sao Mộc hiện rõ các dải mây và Vết Đỏ Lớn, còn Sao Thổ là những dải mờ hơn, hình lục giác quanh cực bắc và bóng của các vành đai. Sao Thiên Vương nằm nghiêng là một quả cầu màu lục lam nhạt với lớp sương mù sáng phủ trên một cực, còn Sao Hải Vương có màu xanh lam đậm hơn, với những đám mây trắng và Vết Tối Lớn mà Voyager 2 nhìn thấy năm 1989. So với một năm của chúng, ngày của chúng dài hơn thực tế rất nhiều, để dễ theo dõi chuyển động quay. Có hai thiên thể giữ ngày thật của mình: Sao Thủy xám, đầy hố va chạm, tự quay ba vòng trong mỗi hai vòng quanh Mặt Trời, và Mặt Trăng, tự quay một vòng mỗi lần đi quanh Trái Đất nên luôn hướng cùng một mặt về Trái Đất, với các biển tối và những tia sáng của hố Tycho. Titan, mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ, là một quả cầu sương mù màu cam, lớp khói mù của bầu khí quyển nitơ dày đặc, được viền bởi một lớp mỏng màu xanh lam, và nó cũng luôn hướng cùng một mặt về phía hành tinh của mình. Các mặt trăng của Sao Thiên Vương trông như Voyager 2 đã thấy vào năm 1986: Miranda màu xám, loang lổ những vùng corona, các hình bầu dục lớn có dải sáng tối xen kẽ, một trong số đó mang hình chữ V sáng; Titania dày đặc hố va chạm và bị xẻ bởi những hẻm núi dài; và Oberon tối hơn, những hố lớn nhất của nó có đáy tối nằm giữa các tia sáng. Triton, mặt trăng lớn nhất của Sao Hải Vương, trông như Voyager 2 đã thấy vào năm 1989: một chỏm băng giá nitơ hơi hồng phủ cực nam, có những vệt tối do các cột phun của mạch phun để lại, và bên ngoài là nền đất xám hơn, lỗ chỗ như vỏ dưa lưới, cùng những đồng bằng phẳng từng bị dung nham băng tràn ngập từ rất lâu. Hai mặt trăng nhỏ của Sao Hỏa không phải hình cầu: Phobos, dài 27 km, là một khối đá tối đầy hố va chạm và hằn những rãnh song song, với hố lớn Stickney ở một đầu; Deimos, chỉ bằng một nửa, nhẵn hơn, các hố của nó bị bụi làm mờ. Cả hai luôn hướng đầu dài về phía Sao Hỏa. Phóng to sát vào Mặt Trời để thấy bề mặt của nó: sáng nhất ở giữa, tối hơn và đỏ hơn về phía rìa, nơi ta chỉ thấy lớp khí phía trên mát hơn, lấm tấm mịn, với vài nhóm vết đen trôi ngang qua khi Mặt Trời tự quay một vòng trong 25 ngày. Các vành đai của Sao Thổ theo số đo của tàu Cassini: vành C mờ và trong mờ, vành B sáng, khe Cassini tối và vành A với khe Encke, nhìn gần thấy những rãnh mảnh. Bóng của Sao Thổ đổ ngang qua chúng, và khi nhìn từ mặt không được chiếu sáng, vành B dày đặc tối đi trong khi ánh Mặt Trời xuyên qua các vành mỏng hơn. Khi phóng to, mây của Sao Mộc cuộn xoáy như Juno và Hubble cho thấy: những điểm nóng tối dọc Vành đai Xích đạo Bắc kéo theo các dải mây xanh xám, Vết Đỏ Lớn, nay thu nhỏ còn khoảng 16.000 km, xoáy trong vùng trũng nhạt màu bên cạnh Oval BA và một chuỗi các vệt bầu dục trắng, còn hai cực chen chúc những cơn bão xanh xám. Khi phóng to, chỏm cực sáng của Sao Thiên Vương có một dải tối hơn quanh rìa và vài cơn bão nhỏ bên ngoài, còn các vành hẹp và tối của nó hiện ra như những đường mảnh mờ nhạt, vành ε sáng nhất, đúng như kính viễn vọng không gian James Webb nhìn thấy. Màu xanh của Sao Hải Vương là màu thật của nó, một màu thiên thanh dịu chỉ đậm hơn Sao Thiên Vương một chút, như ảnh của Voyager 2 cho thấy khi bỏ đi độ tương phản đã được tăng cường. Khi phóng to, những đám mây trắng trên cao đổ bóng mờ, một xoáy sáng nằm trên cực nam, và những vành bụi mờ nhạt bao quanh nó, trong đó vành Adams có những cung sáng hơn quay cùng vành. Khi phóng to, Sao Thủy hiện ra như tàu MESSENGER đã lập bản đồ: bồn trũng Caloris rộng lớn với đáy phẳng nhạt màu được núi bao quanh, những đồng bằng phẳng ở vùng cực bắc, những vách đá dài nơi hành tinh co lại khi nguội đi, và những hõm sáng màu xanh nhạt nơi đá đã bốc hơi. Mây của Sao Kim gần như không có hoa văn khi nhìn bằng mắt, nên các vệt của chúng chỉ được vẽ mờ: chữ Y tối mà máy ảnh tử ngoại nhìn thấy, những vệt hình cung, các ô đối lưu lốm đốm quanh xích đạo và một vành sáng quanh mỗi cực. Khi phóng to, các biển trên Mặt Trăng nối liền nhau với bờ khúc khuỷu, mỗi dòng dung nham một sắc độ hơi khác, ngả xanh nhẹ nơi giàu titan như ở Biển Yên Tĩnh; Plato và Grimaldi có đáy tối, còn các vành núi của Mare Orientale tạo thành một hình bia bắn ở rìa phía tây.

Các hành tinh lùn và vành đai Kuiper

Các nhà thiên văn coi Sao Diêm Vương là hành tinh thứ chín từ khi phát hiện năm 1930 cho đến năm 2006, khi Hiệp hội Thiên văn Quốc tế xếp nó vào loại hành tinh lùn. Nó nằm trong vành đai Kuiper, vùng các thiên thể băng giá ở bên ngoài quỹ đạo Sao Hải Vương. Các vật thể vành đai Kuiper là những thiên thể nhỏ bằng băng và đá, còn sót lại từ thời sơ khai của hệ mặt trời. Trong hệ mặt trời thu nhỏ, Sao Diêm Vương đi theo quỹ đạo thật của nó: độ lệch tâm 0,25, nghiêng 17°, với điểm cận nhật nằm ngay bên trong quỹ đạo Sao Hải Vương. Nó quay hai vòng trong khi Sao Hải Vương quay ba vòng, và cộng hưởng 3:2 đó giữ hai thiên thể luôn cách xa nhau. Charon, mặt trăng lớn nhất của Sao Diêm Vương, có khối lượng thật, bằng một phần tám Sao Diêm Vương, nên hai thiên thể quay quanh một điểm nằm giữa chúng, và có mặt phẳng quỹ đạo thật, gần như dựng đứng. Charon thật quay một vòng mỗi 6,4 ngày, quá nhanh để tính ở đây, nên nó được đặt xa hơn và quay khoảng 50 vòng mỗi năm của Sao Diêm Vương, và giống Mặt Trăng, được vẽ xa hơn 60 lần. Các hành tinh lùn có tên khác cũng đi theo quỹ đạo thật của chúng theo dữ liệu JPL và bắt đầu từ vị trí của chúng vào ngày 9 tháng 6 năm 2026: Ceres trong vành đai tiểu hành tinh, với khoảng cách được thu nhỏ như các hành tinh, Haumea và Makemake trong vành đai Kuiper, và Eris, vươn ra tới 97 AU trên một quỹ đạo nghiêng 44°. Xung quanh có 160 vật thể vành đai Kuiper, được tạo ra để giống vành đai thật. Phần lớn đi theo quỹ đạo gần tròn cách Mặt Trời từ 42 đến 48 AU, một số nghiêng rất nhiều, và một phần tư, các plutino, cùng chung cộng hưởng với Sao Diêm Vương. Bên ngoài Sao Hải Vương, hình giữ tỉ lệ của Sao Hải Vương, nên các quỹ đạo này giữ đúng chu kỳ thật so với chu kỳ của Sao Hải Vương. Phóng to sát vào Sao Diêm Vương và Charon để thấy chúng như tàu New Horizons đã thấy năm 2015: trái tim sáng của Sao Diêm Vương với đồng bằng băng Sputnik Planitia và vùng Cthulhu đỏ sẫm, cùng Charon màu xám với chỏm màu đỏ nâu trên cực bắc. Hai thiên thể luôn hướng cùng một mặt vào nhau. Các hành tinh lùn khác cũng có thể được xem cận cảnh: Ceres tối màu, đầy hố va chạm như tàu Dawn đã thấy, với những đốm muối sáng trong hố Occator; Haumea, một quả trứng bằng băng có một vết đỏ sẫm, tự quay mỗi 3,9 giờ bên trong một vành mỏng; Makemake màu nâu đỏ; và Eris gần như trắng, một trong những thiên thể sáng nhất hệ Mặt Trời. Các vật thể vành đai Kuiper được vẽ như thật: từ xám đến đỏ sẫm, và tối màu. Phóng to sát vào một vật thể để thấy một thế giới nhỏ gồ ghề, hoặc hai thùy dính vào nhau, như Arrokoth, thiên thể mà tàu New Horizons bay ngang qua năm 2019.

Các vệ tinh Galileo của Sao Mộc

Galileo Galilei lần đầu nhìn thấy bốn mặt trăng lớn nhất của Sao Mộc vào năm 1610, và gộp lại chúng chiếm gần như toàn bộ khối lượng của hệ mặt trăng Sao Mộc. Io là thiên thể có núi lửa hoạt động mạnh nhất trong hệ mặt trời, bị nung nóng bởi lực thủy triều của Sao Mộc. Lớp vỏ băng nhẵn của Europa nhiều khả năng che giấu một đại dương nước lỏng. Ganymede là mặt trăng lớn nhất hệ mặt trời, lớn hơn cả hành tinh Sao Thủy, và là mặt trăng duy nhất được biết có từ trường riêng. Callisto có bề mặt băng đá rất cổ, dày đặc hố va chạm, có thể có một đại dương bên dưới. Trong hệ mặt trời thu nhỏ, chúng có khối lượng thật và quay trong mặt phẳng xích đạo của Sao Mộc. Các mặt trăng thật quay một vòng trong 1,8 đến 16,7 ngày, quá nhanh để tính ở đây, nên chúng được đặt xa hơn nhưng giữ đúng tỉ lệ khoảng cách thật: Io vẫn quay hai vòng cho mỗi vòng của Europa và bốn vòng cho mỗi vòng của Ganymede, đó là cộng hưởng Laplace. Chúng được vẽ xa hơn 14 lần. Phóng to sát vào để thấy chúng như tàu Galileo đã thấy: Io vàng màu lưu huỳnh, nâu đỏ ở hai cực và lấm tấm núi lửa sẫm màu, vài ngọn có vòng đỏ bao quanh; lớp băng sáng của Europa bị cắt ngang bởi những vết nứt đỏ nhạt; những vùng cổ sẫm màu của Ganymede nằm giữa địa hình có rãnh sáng hơn, với sương giá phủ trên hai cực; và Callisto tối màu, dày đặc hố va chạm quanh bồn trũng hình vành Valhalla. Mỗi mặt trăng luôn hướng cùng một mặt về phía Sao Mộc.

Hỏi thường xuyên

Khối lượng Mặt Trời có thực tế không?

Trong hệ mặt trời thu nhỏ, Mặt Trời là 1000 và Sao Mộc là 1. Sao Mộc thật nặng khoảng 1/1047 Mặt Trời, nên tỉ lệ này khá gần. Mặt Trăng nặng bằng 1/81 Trái Đất và quay ở khoảng cách bằng 1/389 khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời, giống Mặt Trăng thật. Như vậy quá gần để nhìn thấy bên cạnh Trái Đất, nên nó được vẽ xa hơn 60 lần. Sao Hỏa có hai mặt trăng nhỏ, Phobos và Deimos, với khối lượng thật, quay trên mặt phẳng xích đạo của Sao Hỏa, nghiêng 26,7° so với quỹ đạo Trái Đất. Hai mặt trăng thật quay một vòng trong 7,7 và 30 giờ, quá nhanh để tính ở đây, nên chúng được đặt xa hơn nhưng giữ đúng tỉ lệ khoảng cách thật, để Phobos vẫn quay bốn vòng trong mỗi vòng của Deimos, và cả hai được vẽ xa hơn 120 lần. Titan, mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ và là mặt trăng duy nhất có bầu khí quyển dày, có khối lượng thật và quay trong mặt phẳng xích đạo của Sao Thổ, cũng là mặt phẳng các vành đai của nó. Titan thật quay một vòng mỗi 16 ngày, nên nó cũng được đặt xa hơn và được vẽ xa hơn 12 lần. Triton, mặt trăng lớn nhất của Sao Hải Vương, quay ngược, ngược chiều tự quay của Sao Hải Vương, và có lẽ đã bị bắt giữ từ vành đai Kuiper. Nó có khối lượng thật và một quỹ đạo nghiêng 130° so với quỹ đạo Trái Đất như Triton thật, nhưng Triton thật quay một vòng mỗi 5,9 ngày, nên nó cũng được đặt xa hơn và được vẽ xa hơn 30 lần. Sao Thiên Vương nằm nghiêng, nên các mặt trăng Miranda, Titania và Oberon của nó quay quanh nó trên một mặt phẳng gần như dựng đứng, nghiêng 98° so với quỹ đạo Trái Đất. Chúng có khối lượng thật. Titania và Oberon giữ khoảng cách thật, Oberon xa hơn một phần ba; hai mặt trăng thật quay một vòng trong 8,7 và 13,5 ngày, nên chúng cũng được đặt xa hơn. Miranda, mặt trăng trong cùng, quay một vòng chỉ trong 1,4 ngày, nên nó nằm gần Titania hơn so với thực tế. Cả ba được vẽ xa hơn 50 lần.

Các hành tinh có bắt đầu từ vị trí của chúng hôm nay không?

Các hành tinh lùn thì có: chúng bắt đầu từ vị trí của chúng vào ngày 9 tháng 6 năm 2026, theo các yếu tố quỹ đạo của JPL. Các hành tinh bắt đầu ở những vị trí định sẵn quanh Mặt Trời, trên quỹ đạo gần tròn, nên hình cho thấy cách chúng chuyển động chứ không phải bầu trời đêm nay.

PictorX có tải mô phỏng lên không?

Không. Nó chạy trên một khung vẽ trong trình duyệt của bạn. Lưu sẽ tải xuống ảnh PNG, còn Chỉnh sửa mở ảnh đó trong trình chỉnh sửa PictorX.

Vì sao Sao Diêm Vương không còn là hành tinh?

Năm 2006, Hiệp hội Thiên văn Quốc tế định nghĩa hành tinh là thiên thể quay quanh Mặt Trời, đủ nặng để lực hấp dẫn của chính nó làm nó tròn, và đã dọn sạch vùng lân cận quỹ đạo của mình. Sao Diêm Vương đáp ứng hai điều kiện đầu nhưng chia sẻ vùng của nó với các vật thể vành đai Kuiper, nên giờ đây nó là một hành tinh lùn. Trong ứng dụng, nó tuân theo định luật Newton như mọi thiên thể khác.