Hành tinh là thiên thể trong vũ trụ có khối lượng đủ lớn để duy trì hình dạng gần cầu nhờ lực hấp dẫn của chính nó, nhưng không đủ lớn để kích hoạt phản ứng nhiệt hạch như các ngôi sao. Khái niệm về hành tinh liên tục được đặt mới và phát triển trong suốt lịch sử khi con người có nhiều hiểu biết hơn về vũ trụ.
Hành tinh có nghĩa là ngôi sao biết đi bởi vì nó chuyển động nhanh hơn những ngôi sao khác khi chúng ta quan sát trên bầu trời. Điều này là do các hành tinh ở gần với Trái Đất hơn rất nhiều so với những ngôi sao khác trong vũ trụ. Trong tiếng Anh, hành tinh là planet mà gốc của từ này là planēt trong tiếng Hy Lạp, cũng có nghĩa là kẻ thang thang.
Trong Hệ Mặt Trời có tám hành tinh quay quanh Mặt Trời, gồm có: Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất, Sao Hỏa, Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, và Sao Hải Vương. Các hành tinh này khác biệt cả về kích thước, thành phần, đặc điểm, và quỹ đạo, nhưng đều tuân theo các định luật vật lý chi phối trong hệ hành tinh.
Từ thời cổ đại, các hành tinh đã thu hút sự chú ý của con người. Các nền văn minh cổ đại như Babylon, Ai Cập, và Hy Lạp đã ghi nhận sự chuyển động của các hành tinh. Sự phát triển của kính thiên văn từ thế kỷ 17 đã mở ra kỷ nguyên mới trong việc quan sát và nghiên cứu hành tinh, từ việc xác nhận các vệ tinh của Sao Mộc đến khám phá vành đai Sao Thổ. Thế kỷ 20 và 21 chứng kiến những tiến bộ đột phá với các sứ mệnh không gian như Voyager và kính thiên văn Kepler, đưa chúng ta đến gần hơn với các hành tinh cả trong và ngoài Hệ Mặt Trời.
Khái niệm hành tinh không chỉ giới hạn trong Hệ Mặt Trời. Ngày nay chúng ta biết tới ngoại hành tinh là các hành tinh quay quanh những ngôi sao khác. Con người lần đầu biết tới các ngoại hành tinh vào thập niên 1990 và từ đó đã mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới trong thiên văn học. Đến nay, hơn 7.000 ngoại hành tinh đã được xác nhận, bao gồm các hành tinh đá, khí khổng lồ, và cả các hành tinh trong vùng có thể tồn tại sự sống.
Nghiên cứu về hành tinh không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về nguồn gốc và cấu trúc của vũ trụ, mà còn là một hành trình tìm kiếm câu trả lời cho câu hỏi liệu chúng ta có cô độc trong vũ trụ hay không.
Sự hình thành của hành tinh
Hành tinh được hình thành từ các đám mây khí và bụi trong các tinh vân, tàn dư từ sự ra đời hoặc cái chết của các ngôi sao. Quá trình này bắt đầu với sự sụp đổ hấp dẫn của một đám mây phân tử khổng lồ. Khi đám mây này co lại, phần lớn vật chất tập trung vào trung tâm để tạo thành một ngôi sao sơ khai, trong khi phần còn lại tạo nên một đĩa tiền hành tinh quay xung quanh ngôi sao. Đĩa này là nơi các hành tinh, vệ tinh, và các thiên thể khác trong hệ hành tinh được sinh ra.
Trong đĩa tiền hành tinh, các hạt bụi nhỏ va chạm và kết dính với nhau dưới tác động của lực tĩnh điện, tạo thành các hạt lớn hơn gọi là hành tinh thể. Quá trình này, được gọi là tích tụ (accretion), là bước đầu tiên dẫn đến sự hình thành hành tinh. Theo thời gian, các hành tinh thể tiếp tục va chạm và hợp nhất, tạo ra các thiên thể lớn hơn với trọng lực đủ mạnh để thu hút thêm vật chất.
Khi các hành tinh sơ khai đạt đến kích thước đủ lớn, chúng bắt đầu phân biệt thành hai loại chính: hành tinh đất đá và hành tinh khí khổng lồ. Các hành tinh đất đá hình thành gần ngôi sao trung tâm, nơi nhiệt độ cao làm bốc hơi các chất dễ bay hơi, để lại các vật liệu nặng như kim loại và silicat. Trong khi đó, ở các vùng xa hơn, nơi nhiệt độ thấp, các hành tinh khí khổng lồ thu thập được nhiều khí như hydro và heli, nhờ khối lượng lớn và lực hấp dẫn mạnh.
Bên cạnh đó, sự phân hóa vật chất xảy ra trong mỗi hành tinh sơ khai, dẫn đến sự hình thành các lớp cấu trúc bên trong. Ví dụ, các vật liệu nặng chìm xuống trung tâm tạo thành lõi, trong khi các vật liệu nhẹ hơn nổi lên tạo thành lớp vỏ và khí quyển. Đây là một quá trình quan trọng trong việc định hình cấu trúc hành tinh.
Quá trình hình thành hành tinh không diễn ra một cách êm ả. Các va chạm lớn giữa các hành tinh sơ khai dẫn đến việc phá hủy hoặc hợp nhất chúng. Các va chạm này có thể giải phóng năng lượng khổng lồ, làm tan chảy các hành tinh sơ khai và ảnh hưởng đến cấu trúc của chúng. Một ví dụ điển hình là sự hình thành của Mặt Trăng, được cho là kết quả từ một va chạm giữa Trái Đất sơ khai và một thiên thể cỡ Sao Hỏa.
Sau vài chục triệu năm, các hành tinh chính trong hệ hành tinh ổn định và thiết lập quỹ đạo của chúng. Phần vật chất còn sót lại từ đĩa tiền hành tinh có thể tạo thành các thiên thạch, sao chổi, hoặc các hành tinh lùn. Hệ hành tinh lúc này bước vào giai đoạn trưởng thành, với các hành tinh lớn chiếm ưu thế và các thiên thể nhỏ hơn dần giảm số lượng do va chạm hoặc bị hấp dẫn vào các hành tinh lớn hơn.
Các hành tinh trong Hệ Mặt Trời
Hệ Mặt Trời bao gồm tám hành tinh, chia thành hai nhóm chính: các hành tinh đá (Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất, Sao Hỏa) và các hành tinh khí khổng lồ (Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, Sao Hải Vương). Các hành tinh đá có bề mặt rắn, trong khi các hành tinh khí chủ yếu cấu tạo từ khí và không có bề mặt rắn rõ ràng.
- Sao Thủy là hành tinh nhỏ nhất và gần Mặt Trời nhất. Thiếu khí quyển đáng kể, Sao Thủy có bề mặt đầy miệng núi lửa và nhiệt độ dao động lớn.
- Sao Kim, hành tinh nóng nhất trong Hệ Mặt Trời, có khí quyển dày đặc chứa chủ yếu CO₂. Áp suất khí quyển tại bề mặt Sao Kim cao gấp 90 lần so với Trái Đất.
- Trái Đất là hành tinh duy nhất trong Hệ Mặt Trời có sự sống, với khí quyển giàu oxy và nước ở dạng lỏng. Mặt Trăng, vệ tinh duy nhất của Trái Đất, đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định trục quay của hành tinh.
- Sao Hỏa được biết đến với bề mặt đỏ rực, chứa sắt oxit. Nhiều sứ mệnh không gian đã tìm thấy dấu vết của nước lỏng trong quá khứ trên hành tinh này.
- Sao Mộc là hành tinh lớn nhất, với bầu khí quyển chứa chủ yếu hydro và heli. Sao Mộc có hơn 90 vệ tinh, trong đó Europa được coi là ứng viên tiềm năng để tìm kiếm sự sống.
- Sao Thổ, nổi tiếng với hệ thống vành đai rộng lớn, có vệ tinh Titan với khí quyển dày đặc và chứa methane lỏng trên bề mặt.
- Sao Thiên Vương là hành tinh băng, quay gần như nằm ngang so với mặt phẳng quỹ đạo. Bầu khí quyển chứa methane tạo nên màu xanh lam đặc trưng.
- Sao Hải Vương có các cơn bão mạnh nhất trong Hệ Mặt Trời và là hành tinh xa nhất, quay quanh Mặt Trời trong gần 165 năm.