Khoa học là bộ môn con người theo đuổi để tìm hiểu, khám phá thế giới quanh mình nhằm mục đích mở rộng bờ cõi hiểu biết. Để làm điều đó, khoa học cần thử nghiệm những thứ mới, tiến về miền xa xôi, xa hơn cả nhận thức thường nhật để đến với những thứ nằm trong vô tưởng, những giả thuyết. Đó cũng là mục tiêu chính của khoa học, đặt ra các giả thuyết, lý giải cho thế giới quanh mình rồi sau đó tìm cách lọc ra giả thuyết đúng nhất.

Vì lý do đó, những giả thuyết được chứng minh cũng sẽ là những điều tiên phong trong khoa học. Khi Einstein đưa ra giả thuyết về cách vũ trụ hoạt động, các nhà khoa học đã mất nhiều năm để tính toán, thử nghiệm và cuối cùng đưa ra kết luận rằng ông đã đúng. Từ đó, ngành khoa học vũ trụ đã có bước tiến vô cùng lớn, giúp nhân loại phát triển hơn.

Tuy nhiên đó không phải là bước tiến vĩ đại duy nhất trong lịch sử thiên văn. Một ngày nọ có người đã nhìn lên bầu trời, chỉ vào một khoảng không vô tận xa vời và nói rằng:

Từ thuở xa xưa, khi nhìn lên bầu trời, nhân loại có thể dễ dàng nhìn thấy các vật thể khổng lồ lơ lửng trên đó. Họ đặt tên cho chúng là mặt trời, mặt trăng, xa hơn là sao kim, sao thủy, sao mộc và cả sao thổ. Đó là 6 vật thể trên không trung mà chúng ta có thể dễ dàng nhìn thấy được, số còn lại chúng ta gọi là các vì sao. Sự khác biệt giữa hành tinh và tinh tú ở thời điểm đó chủ yếu nằm ở sự di chuyển. Nếu chúng có di chuyển qua thời gian, chúng là hành tinh, nghĩa là những ngôi sao biết đi. Còn nếu chúng đứng yên trên trời, chúng là tinh tú hay những ngôi sao sáng.

Tuy nhiên, đến thế kỷ 17, khi Galileo Galilei sáng chế ra ống kính và bắt đầu nhìn lên bầu trời, mọi thứ dần thay đổi. Góc nhìn của nhân loại dành cho những thiên thể từ từ có sự tiến triển. Thoạt đầu chúng ta chỉ biết đó là các vì sao, những thứ sáng chói trên trời. Sau đó qua thời gian, chúng ta biết rằng chúng là những cá thể trong vũ trụ, có chu kỳ, có khả năng tự quay và đặc biệt hơn cả, chúng khác Mặt Trời.

Những thứ từng được gọi là ngôi sao bỗng dưng không sáng nữa. Nói cách khác, chúng không phải những ngọn nến ngoài xa, chúng chỉ là những chiếc gương lớn biết bay còn nguồn sáng là mặt trời. Những khám phá trên dần kéo theo một loạt những hệ quả và cuối cùng dẫn tới học thuyết đã khiến Galileo Galilei phải chịu hình phạt một cách oan ức.

Thuyết nhật tâm giúp nhân loại nhận thức được về vị trí của mình trong vũ trụ, rằng chúng ta chỉ là những sinh vật may mắn nằm trên hành tinh may mắn ở cạnh một ngôi sao may mắn và quả thực mọi thứ quá là ngẫu nhiên để có thể coi rằng đó là sự ngẫu nhiên của vũ trụ.

Câu hỏi về sự tồn tại của sự sống ngoài Trái Đất khiến chúng ta ngày càng tò mò hơn về thế giới bên ngoài hành tinh này. Và chúng ta tiếp tục nhìn lên trời, hy vọng rằng nếu nhìn đủ kỹ, chúng ta sẽ thấy được những con người khác đang sống trên những hành tinh ấy.

Nhưng trong khi vẫn chưa thấy người ngoài hành tinh nào, chúng ta đã học được rất nhiều về những hành tinh gần mình. Công cuộc khám phá và tìm hiểu về vũ trụ đã thu hút sự quan tâm của nhiều bộ não lớn và từ đó chúng ta có Newton.

Sinh ra vào thế kỷ 17, không lâu sau khi Galileo có ống kính thiên văn của mình, Newton là một người sáng dạ và có bộ óc thiên tài. Nhờ trí tưởng tượng và khả năng tính toán thiên bẩm của mình mà Newton đã thay đổi cả thế giới khi công bố ra khám phá của mình về các luật của động lực.

Nhờ bộ luật của Newton, các nhà thiên văn có thêm cơ sở để nghiên cứu và phát triển các giả thuyết khác nhau về vũ trụ quanh mình. Không những vậy, luật của Newton còn đưa ra nền tảng cho thứ mà ta gọi là trọng lực, thứ gì đó kỳ diệu đến mức nó khiến các vật xích lại gần nhau hơn.

Nhờ công thức tính trọng lực hay lực hấp dẫn giữa các vật có khối lượng của Newton, các nhà khoa học có thể tính được quỹ đạo, kích thước lẫn tính chất cơ bản của những hành tinh quanh Trái Đất. Có thể nói đây là bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của thiên văn.

Tuy nhiên thời điểm đó vẫn là kỳ sơ khai của thiên văn, nhân loại vẫn chưa có cái nhìn phổ quát về vũ trụ như ngày nay. Một phần là vì công nghệ chưa đủ sức để hỗ trợ cho những quan sát kỹ lưỡng hơn, phần còn lại vì chúng ta vẫn chưa có bộ não nào lớn hơn Newton để lấp vào những chỗ trống trong nghiên cứu của ông. Một ví dụ điển hình là Newton chưa bao giờ thực sự giải thích được trọng lực là gì. Dù rất vĩ đại nhưng ông chỉ là người khám phá ra trọng lực chứ không phải là người có thể giải thích được nó. Dù công thức ông đưa ra thực sự đã giúp ngành thiên văn tiến xa hơn nhưng nó vẫn có những hạn chế mà các nhà nghiên cứu vẫn phải chấp nhận.

Vào thế kỷ 17, nhân loại vẫn còn mơ hồ về trọng lực, họ vẫn tin rằng trọng lực là một lực và không rõ rằng nó có phải là thứ dành riêng cho chúng ta không hay ở nơi nào trong vũ trụ cũng thế. Một số nhà khoa học cho rằng trọng lực là thứ chỉ cái xóm Mặt trời này mới có, nó có giới hạn và khi đi xa quá thì mọi thứ sẽ không theo luật của Newton nữa.

Vì lý do này nên việc khám phá ra hành tinh mới khá là lạ lẫm trong thời kỳ đó. Không phải vì nhân loại không bao giờ nghĩ tới việc ngoài kia có thêm những hành tinh khác mà vì họ cho rằng ngoài sao Thổ, mọi thứ sẽ thoát khỏi luật của Newton và bắt đầu có những tính chất khác.

Và rồi đầu tháng 3 năm 1781, ngài nhạc công người Đức, ông William Hershels, tự chế ra chiếc ống kính siêu xịn rồi nhìn lên trời. Thoạt đầu đây chỉ là một thú vui mới mà ông muốn thử sức, nhưng sau đó ông nhìn thấy một cái gì đó hơi kỳ lạ ở khu vực Tauri 34. Không nghĩ rằng mình đã tìm thấy một hành tinh mới, ông coi đó là một sao chổi và chỉ dám nghĩ rằng đó là một sao chổi.

Nhưng sau nhiều năm nghiên cứu và tính toán, sao chổi của ông William thực ra lại là một hành tinh và đó là Thiên Vương, Uranus. Phát hiện về một hành tinh mới khiến cả giới thiên văn sửng sốt. Thay vì cho rằng ngoài kia đã hết hành tinh rồi, giờ họ nhận ra ngoài đó có cả một biển các hành tinh để khám phá. Và trong khi quan sát Uranus, họ thấy hành tinh này có gì đó hơi kỳ lạ.

Vào thời điểm này, việc các hành tinh bị ảnh hưởng trọng lực bởi các thiên thể quanh mình đã được thông hiểu và phổ biến. Cả Trái Đất cũng có những lúc rơi vào trạng thái rung lắc nhẹ khi bị ảnh hưởng trọng lực bởi mặt trời và các thiên thể quanh mình. Vậy nên việc Uranus rung lắc nhẹ khi đi quanh sao Thổ và sao Mộc là chuyện dễ hiểu.

Quan điểm cho rằng luật của Newton chỉ tồn tại ở phạm vi nhất định vẫn được duy trì, đại đa số vẫn tin rằng luật của Newton có những giới hạn nhất định và ngoài quỹ đạo của sao Mộc thì luật của Newton sẽ dần bị vô hiệu hóa. Nhưng không phải ai cũng tin vào quan điểm này.

Đến thế kỷ 19, khi Uranus đã gần hoàn thiện một năm quanh Mặt Trời, nhà toán học John Couch Adams và Urbain Le Verrier đã nghiên cứu quỹ đạo của hành tinh này với nghi ngờ rằng sự rung lắc của nó là vì ảnh hưởng trọng lực từ một hành tinh khác ngoài vũ trụ xa xôi.

Nghe thì có vẻ dễ nhưng thực ra đây lại là điều chưa bao giờ từng được làm. Bao lâu nay nhân loại vẫn dùng chuyển động và quỹ đạo hành tinh để tính lực hấp dẫn hay trọng lực giữa chúng. Nhưng bài toán John và Urbain đặt ra thì hoàn toàn ngược lại. Họ phải dùng những ảnh hưởng trọng lực để tính quỹ đạo và vị trí của một hành tinh nằm trong trí tưởng tượng. Nhưng họ vẫn quyết tâm tin vào luật của Newton và ngấu nghiến những con số trong mơ của họ.

Đến năm 1845, cả hai cùng có kết quả và ông Urbain Le Verier đã may mắn hơn đồng môn của mình khi đã gửi thành công nghiên cứu của mình cho một nhà thiên văn khác là Johann Gottfried Galle. Ông Johann là bạn của Urbein le Verrier nên đã không quá ngần ngại khi đưa nghiên cứu của ông lên kính viễn vọng của mình tại tòa quan sát Berlin. Và ngạc nhiên thay, hành tinh trong mơ của ông Urbain le Verrier nằm gần như là chính xác tại vị trí ông để trong nghiên cứu của mình.

Hành tinh mới được khám phá này sau đó đã đi vào lịch sử của thiên văn là hành tinh đầu tiên được tìm thấy nhờ toán học và luật của trọng lực. Từ đây các nhà thiên văn bắt đầu có thêm công cụ để quan sát bầu trời. Trước kia họ chỉ có các hành tinh, độ sáng, chu kỳ và quỹ đạo, giờ đây họ có thêm toán học và các định luật vật lý. Có thể nói, đây là một bước tiến vĩ đại cho thiên văn học vì nó đã trở thành nền tảng để các nhà khoa học về sau có thể tiếp tục nghiên cứu bầu trời, tính toán dựa trên các hành tinh đã có, suy ra các hành tinh chưa được nhìn thấy và dùng những hành tinh trong mơ đó để tiếp tục tính toán những hành tinh vô hình khác.

Và khi công nghệ bắt đầu bắt kịp sức mạnh của trí óc, nhân loại đưa ống kính lên và đã vỡ òa. Gần như mọi tính toán đều chính xác, những gì chúng ta từng nghĩ chỉ có trên giấy giờ đã ở ngay trước mắt. Trăm nghe không bằng một thấy và quả thực đây là một lần mở mắt quá khổng lồ dành cho nhân loại.

Sau khi được tìm thấy, hành tinh này được gọi nôm na là hành tinh nằm ngoài Thiên Vương hoặc hành tinh mà Le Verrier đã tìm thấy. Tất nhiên không ai muốn để một hành tinh mới phát hiện có cái tên nôm na như vậy được.

Sau khi được công nhận là người đã tìm ra hành tinh mới, Le Verier nhanh chóng đề xuất cái tên vị thần biển cả cho hành tinh này. Việc để tên các vị thần trong thần thoại La Mã đã là tục lệ thường có trong lịch sử thiên văn, vậy nên cái tên Neptune, thần biển cả đã nhận được sự đồng thuận từ hầu hết các nhà khoa học thời bấy giờ.

Là hành tinh chính thức cuối cùng, sao Hải Vương xa Trái Đất đến mức khó tin. Khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trời là khoảng 152 triệu km, chúng ta gọi đó là một đơn vị thiên văn. Và khoảng cách giữa Hải Vương và mặt trời sẽ gấp 30 lần khoảng cách đó, ở tầm 4.5 tỉ km. Hãy tưởng tượng khoảng cách xa nhất bạn từng đi, so sánh nó với Trái Đất và lấy nó so với khoảng cách của Hải Vương.

Ở khoảng cách này, quỹ đạo của Hải Vương khổng lồ tới mức nó mất 165 năm Trái Đất để hoàn thiện một vòng quanh mặt trời, gấp đôi người chị em gần nhất của nó là Uranus với 84 năm.

Nhắc tới Uranus, Neptune cũng có nhiều điểm chung với hành tinh này. Đầu tiên, khối lượng của hai hành tinh cũng tương đối đồng đều. Sao Hải Vương phì hơn Trái Đất khoảng 17 lần và bán kính xích đạo tương đương 24.764km, gấp 4 lần Trái Đất.

Thêm vào đó, tính chất của sao Thiên Vương và Hải Vương cũng khá giống nhau, đều được cấu tạo từ nước bao bọc một lõi rắn siêu đặc. Lõi hành tinh được phỏng đoán là được tạo ra từ nước rắn, đá silicate và rất nhiều tạp chất khác để chứa đựng hơn 40% tổng khối lượng của hành tinh. Với kích thước của sao Hải Vương, lõi của hành tinh sẽ có độ khổng lồ tương đương 1.5 lần Trái Đất. Lớp phủ của hành tinh chủ yếu là nước, amonia và methane đóng băng. Cuối cùng, Hải Vương cũng có lớp khí quyển, được cấu thành từ khí Hydro, Heli và Methane.

Vì lý do này Hải Vương được sắp xếp vào cùng một hạng mục với Thiên Vương là các hành tinh băng khổng lồ, hay các Ice Giants.

Mặc dù có nhiều sự khác biệt với Trái Đất nhưng Hải Vương vẫn có những yếu tố khá giống với hành tinh của chúng ta. Độ nghiêng trục tự quay của nó gần như là y hệt với Trái Đất lẫn sao Hỏa, ở mức 28 độ, khiến Hải Vương cũng có 4 mùa tương tự như chúng ta. Tuy nhiên với quỹ đạo khổng lồ, mùa của Hải Vương kéo dài tới mức khó tin. Mỗi mùa của Hải Vương sẽ kéo dài gần 42 năm Trái Đất. Những con số này sẽ cho chúng ta nghĩ rằng Hải Vương là một hành tinh chậm rãi, nhẹ nhàng, một cục băng lơ lửng từ tốn trên bầu trời. Tuy nhiên, sự thực lại trái ngược với trí tưởng tượng.

Sao Hải Vương là hành tinh có tốc độ tự quay đến chóng mặt. Dù một năm trên hành tinh này kéo dài tới hơn 160 năm Trái Đất, một ngày trên đó lại còn chưa bằng thời gian thức của một người. Một ngày trên Hải Vương chỉ vỏn vẹn 16h Trái Đất.

Với tốc độ quay này, hành tinh xa xôi có những cơn gió có vận tốc lên tới 1900 km/h. Những cơn gió này mạnh gấp 5 lần cơn bão mạnh nhất trên Trái Đất và có đặc tính thú vị mà chết người đó là nó đến trước khi ta nghe thấy nó đến. Vì tốc độ gió quá cao, nó còn đi nhanh hơn cả âm thanh, khiến người đứng trên hành tinh này sẽ bị gió cuốn đi trước khi kịp nghe thấy nó đến.

Nhưng đó là với trường hợp giả tưởng là có người đứng trên hành tinh này thật. Được xếp vào cùng hàng với các hành tinh khí, sao Hải Vương không có bề mặt và chỉ là một bể nước khổng lồ. Sẽ không có bất cứ thứ thì đứng được trên hành tinh này. Tuy nhiên, đây lại là điều đáng tiếc vì nếu ta có khả năng đến đó, chúng ta sẽ có thể xác minh được một giả thuyết thú vị về Hải Vương. Theo giả thuyết, Hải Vương có thể có những cơn mưa kỳ lạ, những cơn mưa kim cương.

Khí quyển của hành tinh ga khổng lồ này nặng hơn nhiều lần đáy đại dương của Trái Đất, đủ để khiến nước hóa băng trong tích tắc và trở thành một dạng kim loại kỳ ảo. Với áp suất như thế, nó có thể dễ dàng khiến tinh thể silicate trong khí quyển hành tinh trở thành kim cương trong những cơn mưa của nó. Nhưng đây vẫn chỉ là giả thuyết, chúng ta không có cách nào để thực sự kiểm chứng cho tới khi có ai đó đến đây và nghiên cứu kỹ hơn.

Vậy sao chúng ta không làm điều đó? Chẳng phải hành tinh nào sẽ được nhân loại gửi vệ tinh tới để nghiên cứu và tìm hiểu sao?

Đúng, chúng ta có gửi tàu tới Hải Vương để nghiên cứu. Nhưng trong lịch sử thiên văn, chúng ta mới chỉ làm điều đó được đúng một lần và đó là Voyager 2.

Tháng 8 năm 1977, tàu Voyager 2, song sinh của Voyager 1 đã được phóng lên vũ trụ để khám phá những hành tinh xa xôi. Năm 1981, tàu đã đi qua sao Thổ và được hành tinh khổng lồ này hỗ trợ, ném xa hơn về phía hành tinh tiếp theo là Thiên Vương. Ở đây nó đã gửi về nhiều thông tin quý giá cho nhân loại về hành tinh kỳ cục của hệ mặt trời. Sau khi hoàn thiện chuyến thám hiểm kỳ thú đó, mục tiêu tiếp theo của Voyager 2 là hành tinh thứ 8, sao Hải Vương.

Ngày 25/8/1989, Voyager 2 đã tiếp cận hành tinh xa nhất của hệ mặt trời. Chuyến đi này đã được căn chỉnh để Voyager 2 đi thẳng qua hệ Hải Vương và Triton, mặt trăng lớn của nó. Nhờ hành trình này, Voyager 2 có thể đi qua hành tinh băng giá và tiến tới miền vô tận của vũ trụ bao la, trở thành một trong những tàu vũ trụ đầu tiên thoát khỏi hệ mặt trời.

Có thể thấy, chuyến công du qua Hải Vương của Voyager 2 có vẻ ngắn ngủi, nhưng những thông tin nó đem về thực sự rất quý giá với chúng ta.

Hải Vương là hành tinh đầu tiên được phỏng đoán nhờ toán học, và qua nhiều năm chúng ta chỉ có thể thấy nó như một đốm trắng nhỏ tí hon trên trời. Sau khi kính viễn vọng được phát triển, chúng ta thấy đốm trắng đó dễ dàng hơn nhưng vẫn chỉ là một đốm trắng. Chuyến đi của Voyager 2 là lần đầu tiên chúng ta được chứng kiến tận mắt độ kỳ vĩ của hành tinh băng khổng lồ.

Thứ nổi bật nhất của hành tinh băng này là một đốm đen khổng lồ trên khí quyển. Đốm đen này là một cơn bão đang sôi sùng sục trên bề mặt hành tinh. Kích thước của cơn bão có thể sánh ngang với Trái Đất. Không chỉ vậy, cơn bão này còn đi quanh hành tinh với vận tốc chóng mặt. Ngoài ra, cơn bão đó còn có một người chị em nhỏ bé ở nam bán cầu của hành tinh. Tuy nhiên đây không phải là những cơn bão vĩnh cửu như của Sao Mộc và Sao Thổ. Sau khi ống kính Hubble được lên quỹ đạo và bắt đầu chiếu sáng vào hành tinh, chúng ta đã không còn được thấy những cơn bão đó nữa. Thay vào đó là những cơn bão mới, những gợn mây mới, chứng tỏ rằng thời tiết của Hải Vương thực sự rất sống động.

Tuy nhiên, khí hậu của hành tinh này vẫn là một điều kỳ lạ. Chúng ta biết rằng bão chỉ xảy ra khi có đối lưu, và với những hành tinh khí ga với khí quyển dày hơn cả Trái Đất thì việc có bão là bình thường. Tuy nhiên, hành tinh băng lạnh giá như Uranus thì khó mà có bão, vậy tại sao Hải Vương lại có cơn bão lớn như thế này? Khi Voyager 2 nhìn kỹ hơn thông qua ống kính hồng ngoại của mình, một khám phá mới đã được xác định. Hóa ra, hành tinh băng này không lạnh lẽo như chúng ta tưởng.

Dù là hành tinh xa nhất trong hệ mặt trời, Hải Vương lại không phải hành tinh lạnh nhất, ngôi quán quân thuộc về chị em của nó là Thiên Vương. Nhưng tại sao lại như vậy? Hẳn là xa nhất, hứng ít ánh sáng mặt trời nhất thì Hải Vương phải lạnh nhất chứ? Điều gì tạo nên sự khác biệt giữa hai hành tinh song sinh này?

Câu trả lời có lẽ không nằm ở Hải Vương mà ở Thiên Vương. Theo các nhà thiên văn, một cách để lý giải cho trục quay nằm ngang của Thiên Vương là vì trong quá khứ xa vời, một hành tinh có kích cỡ như Trái Đất đã va phải Thiên Vương, khiến hành tinh băng bị lệch đi một cách đáng kinh ngạc như vậy. Cú va chạm đó không chỉ khiến Thiên Vương nằm ra mà còn khiến hành tinh mất đi phần lớn khả năng tự tạo nhiệt. Vậy nên, nếu không có cú va chạm này, có lẽ Thiên Vương đã như Hải Vương, một cục băng xoay tít với khả năng tự tỏa nhiệt ổn định.

Tuy nhiên, đó vẫn chỉ là giả thuyết. Chúng ta không có cỗ máy thời gian để về với quá khứ để khẳng định điều này. Hoặc chí ít là cho tới khi Voyager 2 và những chị em khác của nó gửi thông tin về từ vũ trụ bao la, cho chúng ta biết rằng ngoài kia cũng có những hành tinh tương tự với Thiên Vương và Hải Vương, để ta có đủ thông tin về các va chạm ngoài vũ trụ, từ đó suy ra được lý do chính thức.

Vậy là hết sao? Voyager 2 bay qua và chỉ đem về hình ảnh của 2 cơn bão và một chút thông tin ít ỏi sao? Thực ra chúng ta có nhiều khám phá thú vị khác, nhưng hầu hết là những thông tin để các nhà thiên văn có thể tạo ra chuyến bay khác hiệu quả hơn trong tương lai. Nhưng điều đó không có nghĩa là chúng ta đã hết cái để kể về hành tinh xa tít mù này.

Ngạc nhiên thay, Hải Vương đã không quá khác so với 3 hành tinh khí ga khổng lồ trước nó. Xưa kia khi nhìn lên trời với đốm trắng nhỏ con, ta khó có thể nói được hành tinh này có gì đặc biệt. Nhưng khi Voyager 2 chĩa ống kính vào nó, chúng ta đã phải thốt lên vì hóa ra đốm sáng nhỏ bé đó có hẳn một hệ thống vành đai hoành tráng không kém gì so với Sao Thiên Vương.

Hải Vương có từ 5 tới 6 vành đai quanh mình. Đây là những vành đai mềm, mỏng với những cung sáng được tạo ra nhờ những mặt trăng nhỏ con của hành tinh này. Những vành đai này mang những cái tên vô cùng thi vị là Galle, Le Verrier, Arago và Adams. Có thể thấy, đây là tên của những người đã góp công tìm ra hành tinh này, từ nhà toán học tới nhà thiên văn tại đài quan sát Berlin. Không những vậy, các cung sáng của các vành đai còn có cái tên là Liberte, Egalite, Fraternite và Courage, nghĩa là Tự do, Công Bằng, Bằng Hữu và Can Đảm. Thơ ca là như vậy nhưng những vành đai này gần như là vô hình trong ống kính viễn vọng. Lý do chính là bởi nó quá mỏng để bắt sáng từ mặt trời. Và ở vị trí xa như thế, nó sẽ bị chìm vào bức màn đen tối của vũ trụ. Nhưng dù gì thì những vành đai vẫn ở đó, vẫn là một phần tuyệt đẹp của tạo hóa mà nhân loại được chứng kiến trong lịch sử ngắn ngủi của mình.