Ceres (hành tình lùn), vật thể lớn nhất trong vành đai tiểu hành tinh chính giữa sao Hỏa và sao Mộc, nổi bật như một hành tinh lùn độc đáo và đầy cuốn hút về mặt khoa học.

Được nhà thiên văn học người Ý Giuseppe Piazzi phát hiện vào năm 1801, Ceres ban đầu được coi là một hành tinh, sau đó được phân loại lại thành tiểu hành tinh, và gần đây nhất, vào năm 2006, trở thành một hành tinh lùn.

Với đường kính xấp xỉ 940 km — khoảng một phần tư kích thước của Mặt Trăng Trái Đất và chiếm gần một phần ba tổng khối lượng của toàn bộ vành đai tiểu hành tinh, Ceres giữ vai trò trọng yếu trong việc giúp chúng ta hiểu rõ sự hình thành hệ Mặt Trời cũng như bản chất của các thiên thể giàu nước ở vùng nội hệ.

Đặc điểm địa chất và vật lý

Không giống hầu hết các tiểu hành tinh có hình dạng bất quy tắc và chủ yếu cấu tạo từ đá, Ceres sở hữu hình cầu gần hoàn chỉnh, biểu hiện của trạng thái cân bằng thủy tĩnh một đặc trưng của các hành tinh lùn. Bề mặt của nó là sự kết hợp giữa đá, băng và các khoáng vật ngậm nước như đất sét và cacbonat, gợi ý về một quá trình biến đổi liên quan đến nước trong quá khứ.

Tàu vũ trụ Dawn của NASA, từng bay quanh Ceres từ năm 2015 đến 2018, đã hé lộ nhiều đặc điểm địa chất kỳ thú, bao gồm hố va chạm, các vòm, sườn núi hình thành bởi lở đất, và nổi bật nhất là hiện tượng núi lửa băng — loại núi lửa phun ra các chất dễ bay hơi như nước thay vì dung nham. Ahuna Mons, một vòm cao 4 km, là minh chứng rõ rệt cho hiện tượng này. Bề mặt trơn nhẵn, hầu như không có hố va chạm của nó cho thấy hoạt động địa chất có thể đã diễn ra tương đối gần đây, trong vòng vài chục triệu năm. Mật độ của Ceres, khoảng 2,16 g/cm³, cho thấy khoảng 25–30% khối lượng của nó là băng nước, tồn tại cả gần bề mặt lẫn trong các tầng dưới bề mặt.

Hơi nước và hoạt động bề mặt

Một trong những phát hiện đáng chú ý nhất về Ceres là sự xuất hiện của các cột hơi nước thoáng qua nhưng có thể quan sát được. Kính thiên văn không gian Herschel đã phát hiện các cột hơi này chủ yếu bốc hơi khi lớp băng trên bề mặt được Mặt Trời làm ấm. Hiện tượng này khiến Ceres trở thành thiên thể đầu tiên trong vành đai tiểu hành tinh được xác nhận có phát thải hơi nước, đặt nó ngang hàng với số ít các thiên thể khác trong hệ Mặt Trời có hoạt động giải phóng chất dễ bay hơi, ngoài những mặt trăng băng giá cổ điển và sao chổi.

Sự hiện diện của các cột hơi cục bộ này gợi ý về quá trình thăng hoa đang diễn ra, thậm chí có thể là sự di chuyển của nước muối dưới bề mặt, củng cố giả thuyết rằng Ceres có thể sở hữu những hồ chứa nước lỏng hoặc gần lỏng trong điều kiện nhất định. Chu trình nước năng động này đặt ra những câu hỏi hấp dẫn về sinh học ngoài Trái Đất. Dù chưa có bằng chứng trực tiếp về sự sống, môi trường hóa học của Ceres — với các hợp chất hữu cơ được Dawn phát hiện — cho thấy sự tồn tại của những “viên gạch nền” cho các quá trình sống.

Hành tinh lùn này vì thế trở thành một “cầu nối” giữa thế giới đá và thế giới băng, khiến nó trở thành đối tượng nghiên cứu then chốt trong việc hiểu rõ sự tiến hóa của các môi trường có khả năng cư trú bên ngoài Trái Đất.

Nguồn gốc và sự tiến hóa

Nguồn gốc của Ceres từ lâu là đề tài tranh luận. Một số giả thuyết cho rằng Ceres có thể đã hình thành ở xa hơn nơi các hợp chất amoniac ổn định, sau đó di chuyển vào quỹ đạo hiện tại. Tuy nhiên, những phát hiện gần đây về các trầm tích giàu amoniac trên bề mặt do tàu Dawn ghi nhận lại cho thấy Ceres có thể đã hình thành ngay tại chỗ, trong chính vành đai tiểu hành tinh. Thành phần độc đáo cùng kích thước vượt trội giúp phân biệt nó với các mảnh vụn nhỏ hơn hình thành từ va chạm. Việc Ceres tồn tại như một thiên thể phân hóa hoàn chỉnh cũng trái ngược với cấu trúc “đống đổ nát” của nhiều tiểu hành tinh khác, mang đến những hàm ý quan trọng về môi trường va chạm thuở sơ khai của hệ Mặt Trời và khả năng giữ lại chất bay hơi ở các vùng gần Mặt Trời hơn.

Tiến sĩ Thomas Prettyman, nhà khoa học hành tinh tham gia sứ mệnh Dawn, từng nhận định: “Ceres thách thức các ranh giới cổ điển giữa những thiên thể đá và băng, mang đến một phòng thí nghiệm sống động để nghiên cứu tương tác nước–đá và sự phân bố các chất bay hơi trong hệ Mặt Trời sơ khai”.

Tiến sĩ Fran Bagenal, chuyên gia về khí quyển hành tinh, nhấn mạnh tầm quan trọng của bầu khí quyển thoáng qua trên Ceres: “Việc quan sát thấy phát thải hơi nước trên Ceres thật bất ngờ và mang tính bước ngoặt. Nó cho thấy ngay cả những thế giới nhỏ bé cũng có thể sở hữu các quá trình địa vật lý phức tạp đủ duy trì khí quyển tạm thời, mà không cần đến từ trường quy mô lớn”.

Ceres nhờ vậy đã trở thành một thế giới năng động, chứ không chỉ là “di tích chết” của hệ Mặt Trời.

Ceres giữ một vị trí độc đáo trong hệ Mặt Trời, là hành tinh lùn duy nhất trong vành đai tiểu hành tinh và cũng là thế giới giàu nước gần Mặt Trời nhất. Địa chất của nó, được đặc trưng bởi hiện tượng núi lửa băng và các biến đổi liên quan đến nước, kết hợp cùng sự phát hiện các cột hơi nước thoáng qua, đã phác họa nên một chu trình nước đang hoạt động — điều chưa từng thấy ở bất kỳ tiểu hành tinh nào khác.

Những khám phá này mở rộng kiến thức của chúng ta về sự đa dạng và độ phức tạp của các thiên thể nhỏ, gợi ý rằng những môi trường có khả năng cư trú có thể đã từng tồn tại, thậm chí vẫn đang tồn tại, vượt ra ngoài ranh giới “vùng sống được” cổ điển.