Xuyên suốt lịch sử, các nhà thiên văn và những người quan sát bầu trời đều nhận thấy rằng các ngôi sao rải rác trên trời mang một sự đa dạng đáng kinh ngạc về hình dạng. Nhiều đến mức việc đặt tên cho từng ngôi sao xuất hiện ở khắp các nền văn minh cổ đại, được dùng để kể chuyện, đánh dấu thời điểm các biến cố lịch sử và theo dõi những đổi thay trên bản đồ bầu trời.
Khi ngắm sao, hai đặc điểm dễ quan sát nhất là sự đa dạng về độ sáng và màu sắc. Ngay với mắt thường, chênh lệch độ sáng giữa những ngôi sao sáng nhất và mờ nhất cũng vượt hệ số 600. Màu sắc các ngôi sao cũng khác biệt ấn tượng: chúng không chỉ là những điểm sáng trắng, mà có thể cam rực hay đỏ đậm, vàng như Mặt Trời, hoặc trắng hơi xanh và sáng. Màu của một ngôi sao tương ứng với nhiệt độ bề mặt của nó — như màu ngọn lửa cho biết lửa nóng đến đâu: sao rất nóng thì trắng xanh, sao lạnh hơn thì đỏ. Dĩ nhiên, các ngôi sao không hẳn giống những ngọn lửa quen thuộc; chúng là những khối khí cực kỳ đậm đặc — chủ yếu là hydro và heli — những khối plasma cực nóng phát ra lượng năng lượng lớn, một phần trong đó là ánh sáng nhìn thấy.
Phân Loại Sao: Annie Jump Cannon
Dù có những điểm tương đồng cơ bản, sự đa dạng của các ngôi sao vẫn đáng kinh ngạc. Cuối những năm 1800, Annie Jump Cannon — một nhà thiên văn nữ tại Harvard — miệt mài phân loại khoảng 400.000 ngôi sao vào một khuôn khổ có hệ thống. Ngày nay, nền tảng công việc của bà vẫn hiện diện trong các ký hiệu loại sao dùng các chữ cái O, B, A, F, G, K và M. Hãy nghe chính bà mô tả công việc của mình và ý nghĩa của nó:
“Việc phân loại các vì sao đã đóng góp thiết thực cho mọi nghiên cứu về cấu trúc của vũ trụ. Không có vấn đề nào lớn hơn được đặt ra cho tâm trí con người. Vừa dạy cho con người biết phạm vi nhỏ bé tương đối của mình trong công trình sáng tạo, nó cũng khích lệ con người bằng những bài học về sự thống nhất của Tự Nhiên, và cho thấy rằng năng lực thấu hiểu của con người liên kết họ với một trí tuệ vĩ đại vượt trên tất cả.”
Biểu Đồ Hertzsprung-Russell
Công trình của Cannon, Pickering và những người cùng thời đã giúp định lượng được các ngôi sao thực sự đa dạng đến đâu. Dựa trên thành công đó, hai nhà thiên văn đầu thế kỷ 20 — Hertzsprung và Russell — bắt đầu thấy những mối liên hệ đẹp đẽ khi so sánh các loại quang phổ mà Cannon đã phát triển với độ sáng tuyệt đối của các ngôi sao. Khi họ vẽ đồ thị loại quang phổ theo độ sáng tuyệt đối, các nhóm sao riêng biệt hiện ra rõ ràng. Ngày nay các nhóm này thường được xếp thành: sao lùn, sao dãy chính, sao khổng lồ và sao siêu khổng lồ, với các phân lớp phụ như sao lùn trắng và lùn đỏ, sao khổng lồ đỏ và khổng lồ xanh, cùng nhiều loại sao biến quang. Bảng phân loại này vẫn là một công cụ quan trọng, gọi là biểu đồ Hertzsprung-Russell (H-R).
Nhìn vào biểu đồ H-R, điều đầu tiên bạn nhận ra có lẽ là hầu hết các ngôi sao tạo thành một đường chéo trên đồ thị. Nhóm này gọi là “dãy chính” và cho một mối quan hệ thú vị: các ngôi sao nóng thường sáng hơn các ngôi sao lạnh. Có những ngoại lệ, và khi nghiên cứu, ta thấy chúng thường có vài đặc điểm cực đoan. Các sao dãy chính được xem là nhóm sao thông thường, điển hình hơn — và Mặt Trời của chúng ta nằm khoảng giữa dãy chính này. Sao lùn trắng nằm dưới dãy chính: đúng như tên gọi, bán kính chúng nhỏ, cỡ bán kính Trái Đất, nhưng màu trắng cho biết nhiệt độ bề mặt rất cao. Ngược lại, các sao khổng lồ lớn hơn và sáng hơn các sao trên dãy chính, nằm phía trên dãy chính trên biểu đồ; sao siêu khổng lồ còn lớn hơn nữa — những ngôi sao lớn nhất thường là sao siêu khổng lồ, có thể lớn gấp hàng nghìn lần Mặt Trời, nhưng vì màu đỏ nên nhiệt độ bề mặt mát hơn nhiều.
Ngắm Sao Trên Chòm Lạp Hộ (Orion)
Nếu nhìn lên bầu trời đêm ở chòm sao Lạp Hộ (Orion), bạn sẽ thấy một ngôi sao siêu khổng lồ đỏ rực. Lạp Hộ là một trong những chòm sao dễ nhận ra nhất, thấy rõ nhất vào các tháng mùa đông ở bắc bán cầu. Cách dễ nhất để xác định Lạp Hộ là tìm hàng ba ngôi sao khá sáng tạo thành chiếc thắt lưng của chòm sao. Khi đã định vị được ba ngôi sao thắt lưng, ngôi sao siêu khổng lồ đỏ nằm ở phía trên và hơi chếch trái, đúng chỗ bạn hình dung là vai phải của chòm Lạp Hộ. Ngôi sao này — tên là Betelgeuse — thuộc nhóm sáng nhất trong chòm sao; nếu đặt Betelgeuse vào Hệ Mặt Trời đúng chỗ Mặt Trời, nó sẽ trải ra ngoài quỹ đạo Sao Mộc.
Vẫn nhìn chòm Lạp Hộ, nhưng lần này hướng xuống góc dưới bên phải — chỗ bàn chân của chòm sao — bạn sẽ thấy một ngôi sao màu xanh tên là Rigel. Đây là một sao khổng lồ xanh: lớn hơn Mặt Trời rất nhiều và có nhiệt độ bề mặt khoảng 11.000 Kelvin, tức nóng gấp nhiều lần Mặt Trời. Nhớ lại biểu đồ H-R, cả hai ngôi sao này đều nằm cao trên đường dãy chính, trong vùng khổng lồ và siêu khổng lồ — nhưng vì màu sắc rất khác nhau, chúng lại ở hai đầu đối lập của thang nhiệt độ.
Trong 1 Cô-rinh-tô 15, Kinh Thánh mượn chính sự đa dạng tuyệt vời của các ngôi sao để dạy một bài học thuộc linh về sự sống lại: “Vinh quang của mặt trời khác, vinh quang của mặt trăng khác, vinh quang của ngôi sao khác; và vinh quang của ngôi sao nầy với vinh quang của ngôi sao kia cũng khác.” (1 Cô-rinh-tô 15:41) Cơ Đốc nhân thời Phao-lô dễ dàng hiểu phép so sánh này; ngày nay chúng ta cũng hiểu được, và có lẽ còn thấm thía hơn, khi biết các ngôi sao trong Vũ Trụ thực sự đa dạng, có trật tự và được thiết kế đến mức nào.