Sao Thủy - Hành tinh ra đời từ toán học bị Einstein "xóa sổ"

Thế kỷ 19, các nhà thiên văn tính toán ra một hành tinh trong hệ Mặt trời và đặt tên là Vulcan, nhưng chưa ai thực sự quan sát được.

Hàng trăm năm trước, các nhà khoa học nhận thấy quỹ đạo của sao Thiên Vương hơi khác so với dự đoán của lý thuyết về lực hấp dẫn mà Newton đưa ra. Tháng 7/1846, nhà thiên văn kiêm nhà toán học người Pháp Urbain Le Verrier cho rằng có thể giải thích sự khác biệt bằng một hành tinh khác và đưa ra dự đoán về quỹ đạo của thiên thể chưa biết này.

Sao Thủy, hành tinh gần Mặt trời nhất. (Ảnh: NASA)

Le Verrier không quá quan tâm đến việc phát hiện hành tinh mới bằng kính thiên văn vì đã tìm ra nó bằng toán học. Nhiệm vụ quan sát được giao cho nhà thiên văn người Đức Johann Gottfried Galle. Ngày 23/9/1846, Galle nhìn vào vị trí mà Le Verrier dự đoán hành tinh mới sẽ hiện diện. Tuy nhiên, bất ngờ xảy ra khi Galle không thấy hành tinh bí ẩn này mà lại phát hiện sao Hải Vương trong phạm vi một độ so với vị trí đó.

Sau đó, Le Verrier được đề nghị quan sát một hành tinh khác, sao Thủy. Cách Mặt trời quá gần, sao Thủy là một trong những hành tinh khó quan sát nhất Hệ Mặt trời. Le Verrier được giao nhiệm vụ áp dụng lý thuyết vật lý của Newton để lập ra quỹ đạo của hành tinh này.

Tuy nhiên, Le Verrier không thành công. Ông rất cố gắng, nhưng quỹ đạo lệch tâm của sao Thủy gây bối rối. Theo lý thuyết của Newton, các hành tinh chuyển động theo quỹ đạo elip quanh Mặt trời, nhưng quan sát cho thấy quỹ đạo sao Thủy dao động nhiều hơn mức ảnh hưởng của lực hấp dẫn từ những hành tinh đã biết.

Giống như với sao Thiên Vương, Le Verrier tin rằng nguyên nhân là một hành tinh khác đang thay đổi đường đi của sao Thủy. Cuối cùng, ông đặt tên cho hành tinh bí ẩn là Vulcan theo tên thần lửa La Mã.

Không lâu sau, các nhà thiên văn bắt đầu báo cáo những quan sát về Vulcan. Trong đó, báo cáo đầu tiên do nhà thiên văn nghiệp dư Edmond Modeste thực hiện vào ngày 26/3/1859. Dựa trên những quan sát của Modeste, Le Verrier tính toán quỹ đạo của hành tinh mới. Ông tin rằng nó sẽ thực hiện việc quá cảnh (hành tinh đi qua giữa sao chủ và người quan sát, ví dụ như khi sao Thủy đi qua giữa Mặt trời và Trái đất) 2 - 4 lần mỗi năm.

Le Verrier đã tinh chỉnh tính toán của mình dựa trên những quan sát khác, nhưng Vulcan chưa từng được quan sát một cách xác thực. Nhiều quan sát về hành tinh này có thể lý giải bằng vết đen Mặt trời, các hành tinh đã biết và các ngôi sao gần đó.

Dù vậy, Vulcan vẫn tồn tại đến 70 năm. Năm 1879, giới truyền thông thậm chí đưa tin Vulcan sẽ quá cảnh qua phía trước Mặt trời dựa trên tính toán của nhà thiên văn Theodor von Oppolzer. Tuy nhiên, không có ai thấy hành tinh này. Mọi người tìm kiếm nó trong hầu hết các lần nhật thực vào khoảng thời gian trên, nhưng đều không quan sát được.

Cuối cùng, hành tinh sinh ra từ toán học của Le Verrier bị "xóa sổ" bởi một lý thuyết vật lý mới: Thuyết tương đối rộng. Lý thuyết của Einstein có thể dự đoán đường đi của sao Thủy mà không có thêm bất kỳ hành tinh nào khác tác động.

Thuyết tương đối rộng cho rằng lực hấp dẫn là kết quả của độ cong không - thời gian do các vật thể khối lượng lớn gây ra, những vật ở gần vật thể khối lượng lớn sẽ chịu ảnh hưởng nhiều hơn. Do đó, lý thuyết này có thể giải thích sự dao động của quỹ đạo sao Thủy, hành tinh gần Mặt trời nhất. Các hành tinh ở phía ngoài hệ Mặt trời, ít chịu tác động hơn do cách xa Mặt trời hơn.

Như vậy, lý thuyết của Einstein có thể giải thích cả quỹ đạo của sao Thủy, Trái đất, sao Hỏa, sao Mộc và nhiều hành tinh mà không cần viện đến hành tinh khác. Sự ra đời của lý thuyết mới cũng khiến Vulcan trở thành dĩ vãng.