Giải mã bí ẩn kỳ lạ trên sao Thiên Vương và sao Hải Vương
Một trong những điều kỳ lạ nhất về sao Thiên Vương và sao Hải Vương là từ trường của chúng.
Mỗi hành tinh này đều có một khối từ quyển hoạt động mạnh, lệch tâm và nghiêng lệch khỏi trục quay theo cách chưa từng thấy ở bất kỳ hành tinh nào khác.
Trước giờ, chúng ta không hoàn toàn hiểu rõ tại sao lại như vậy. Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Trung Quốc và Nga giúp chúng ta tìm được một mảnh ghép mới: một dạng nước bị ion hóa, thực sự kỳ lạ được gọi là aquodiium có thể tồn tại sâu bên trong áp suất cực cao của hành tinh băng.
Aquodiium bao gồm một phân tử nước bình thường có thêm hai proton, mang lại cho nó điện tích dương. Khi có số lượng đủ lớn, chúng có thể tạo ra từ trường hành tinh giống như từ trường của sao Thiên Vương và sao Hải Vương.
Từ trường hành tinh mở rộng ra không gian xung quanh các hành tinh tạo ra chúng. Tuy nhiên, chúng được tạo ra ở sâu bên trong hành tinh bằng các điện tích chuyển động, mặc dù cơ chế chính xác có thể khác nhau.
Từ trường của Trái đất, sao Thổ, sao Mộc, sao Thiên Vương, sao Hải Vương
Ở Trái đất, hợp kim sắt-niken chảy quanh lõi, quay, đối lưu và dẫn điện, chuyển đổi tất cả động năng đó thành dòng điện tử giống như trong một máy phát điện khổng lồ trong lòng đất. Đối với sao Mộc và sao Thổ, các nhà khoa học cho rằng chính hydro dưới áp lực rất lớn của lực hấp dẫn đã trở thành kim loại tạo ra từ trường.
Trái đất, sao Mộc và sao Thổ có từ trường tương đối gọn gàng giống như từ trường của một thanh nam châm khổng lồ chạy dọc theo trục quay của hành tinh, các đường sức từ của nó tạo hình giống như một cái lồng nối liền cực bắc và cực nam.
Ngược lại, các cực từ của sao Thiên Vương và sao Hải Vương lần lượt nghiêng 59 và 47 độ so với trục quay của chúng và các đường sức từ liên tục biến đổi và dịch chuyển. Và chúng không thực sự tập trung vào lõi của hành tinh như Trái đất và hai hành tinh khí.
Video đang HOT
Một lời giải thích khả dĩ là từ trường có thể được tạo ra bởi một chất lỏng dẫn ion, trong đó các ion là chất mang điện chứ không phải chất lỏng đóng vai trò là ống dẫn cho các electron.
Nhà nghiên cứu vật lý, hóa học Artem Oganov thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Skolkovo ở Nga giải thích: “Hydro bao quanh lõi đá của sao Mộc ở điều kiện áp suất cao là một dạng kim loại lỏng: Nó có thể chảy, giống như cách sắt nóng chảy trong lòng Trái đất chảy và độ dẫn điện của nó là do các electron tự do được chia sẻ bởi tất cả các nguyên tử hydro bị ép lại với nhau.Ở sao Thiên Vương, chúng tôi nghĩ rằng bản thân các ion hydro hay proton là chất mang điện tích tự do”.
Câu hỏi đặt ra là ion nào? Một số, như amoni, là những khả năng hiển nhiên. Nhưng liệu các phân tử nước của các hành tinh có thể đóng vai trò quan trọng hơn trong quá trình này không?
Một nhóm các nhà nghiên cứu do nhà vật lý Jingyu Hou thuộc Đại học Nankai (Trung Quốc) dẫn đầu, đã quay trở lại các nguyên tắc đầu tiên kết hợp với các mô hình về cách các phân tử có thể tiến hóa, đi sâu vào một khái niệm gọi là lai hóa học.
Đây là khi các phần tử quỹ đạo của một nguyên tử được trộn lẫn hoặc kết hợp để tạo ra một nguyên tử có thể liên kết theo những cách mới. Có nhiều kiểu lai khác nhau, nhưng kiểu lai có liên quan ở đây là lai sp3, trong đó bốn quỹ đạo tạo thành một sự sắp xếp tứ diện xung quanh nhân trung tâm.
Biểu diễn cấu tạo của phân tử nước, hydronium và aquodiium
Mỗi điểm trong số bốn điểm của tứ diện có một electron đơn độc có khả năng liên kết với một nguyên tử khác hoặc một cặp electron không thể tạo liên kết với các nguyên tử khác.
Oxy có hai electron đơn và hai cặp electron ở lớp vỏ ngoài. Nếu bạn gắn một nguyên tử hydro vào mỗi electron hóa trị có sẵn, bạn sẽ thu được H2O – nước.
Đôi khi hydro không có electron – chỉ có hạt nhân là 1 proton – sẽ gắn vào một trong các cặp electron để tạo thành một phân tử gọi là ion hydronium.
Nhà vật lý Xiao Dong thuộc Đại học Nankai phân tích: “Câu hỏi đặt ra là: Bạn có thể thêm một proton nữa vào ion hydronium để lấp đầy phần còn thiếu không? Cấu hình như vậy ở điều kiện bình thường rất bất lợi về mặt năng lượng, nhưng các tính toán của chúng tôi cho thấy có hai điều kiện có thể khiến điều đó xảy ra”.
“Đầu tiên, áp suất rất cao buộc vật chất phải giảm thể tích của nó và việc chia sẻ cặp electron oxy chưa được sử dụng trước đó với ion hydro (proton) là một cách làm gọn gàng: giống như liên kết cộng hóa trị với hydro, ngoại trừ cả hai electron trong cặp đến từ nguyên tử oxy. Thứ hai, bạn cần rất nhiều proton có sẵn để tạo môi trường axit, bởi vì tác dụng của môi trường axit là cho proton”.
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành mô hình hóa tính toán và trong những điều kiện tương tự như những điều kiện được cho là tồn tại bên trong sao Thiên Vương và sao Hải Vương, đây là điều đã xảy ra. Ở nhiệt độ khoảng 3.000 độ C và áp suất 1,5 triệu atm, proton gắn vào hydronium để tạo thành H 4O – aquodiium.
Tất nhiên, phỏng đoán vẫn chỉ là lý thuyết. Sẽ cần có những quan sát chi tiết hơn về hai hành tinh ngoài cùng hệ Mặt trời để nghiên cứu thêm về khả năng này; nhưng những phát hiện này cho chúng ta một cách mới để hiểu những thứ kỳ quặc ở hai hành tinh màu xanh lam là sao Thiên Vương và sao Hải Vương.
Ảnh thực từ NASA: Hệ Mặt Trời có 2 hành tinh giống hệt nhau
Nghiên cứu mới đã 'trả lại' màu sắc thực tế cho 2 hành tinh lạnh giá của hệ Mặt Trời, cho thấy chúng có thể đã ra đời như một cặp song sinh hoàn hảo.
Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi nhà vật lý hành tinh Patrick Irwin từ Đại học Oxford (Anh) đã sử dụng những hình ảnh mới nhất từ kính viễn vọng không gian Hubble của NASA và kính viễn vọng Very Large của ESA (Cơ quan Vũ trụ châu Âu) để sàng lọc hình ảnh thực tế nhất từ 2 hành tinh.
Đó là hai thế giới khổng lồ được đặt tên khá giống nhau: Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.
Hàng trên là hình ảnh "truyền thống" về hai hành tinh mang tên Sao Thiên Vương (trái) và Sao Hải Vương, trong khi hàng dưới thể hiện hình ảnh thực của cặp đôi - Ảnh: ĐẠI HỌC OXFORD/BBC
Trú ngụ ở nơi xa xôi và tối tăm của Thái Dương hệ, hình ảnh mà chúng ta nhìn thấy lâu nay về hai hành tinh này thực ra là ảnh đã được chỉnh màu dựa theo các thông số vật lý mà các phương tiện quan sát đã ghi nhận.
Nói cách khác, đó là mô phỏng vẻ ngoài của chúng khi được chiếu sáng đầy đủ bởi Mặt Trời như địa cầu của chúng ta nhận được.
Theo Space.com, trong các bức ảnh chụp bởi tàu vũ trụ Voyager 2, hành tinh mang tên Sao Hải Vương được thể hiện với màu xanh dương đậm, trong khi Sao Thiên Vương có màu xanh pastel rất nhật.
Kết quả nghiên cứu mới cho thấy các nhà khoa học có thể đã mắc một chút sai lầm khi cố tìm kiếm màu sắc thật của 2 hành tinh bằng những kỹ thuật của thế kỷ trước.
Họ phát hiện Sao Hải Vương đã hứng nhiều sai lầm nhất, khi dữ liệu ánh sáng từ các hình ảnh đầu tiên được chỉnh nhiều nhằm hiển thị các đám mây, dải và gió, từ đó cho ra màu xanh quá đậm một cách giả tạo.
Trong khi đó, Sao Thiên Vương sẽ trắng hơn một chút nếu được chiếu sáng rõ ràng, do bầu khí quyển chuyển động chậm.
Khi màu sắc được điều chỉnh trở lại "nguyên bản", một sự thật khác giật mình được hé lộ: Hai hành tinh gần như giống hệt nhau. Nếu nhìn rất kỹ mới thấy Sao Thiên Vương có màu nhạt hơn một chút.
Điều này cũng gợi ý về một giả thuyết đã được đặt ra trước đây: Hệ Mặt Trời sinh ra các hành tinh khá giống nhau, trước khi chúng tiến hóa và trở nên quá khác nhau.
Trong đó, Sao Kim và Trái Đất được coi là một cặp song sinh hoàn hảo thời cổ đại, đều là hành tinh đá có kích thước không quá chênh lệch và cùng nằm trong "vùng sự sống".
Còn ở nơi xa xôi kia, hai hành tinh khí là Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương cũng ra đời cùng cách và giống hệt nhau.
Nghiên cứu mới cho thấy khả năng Trái đất va chạm vơi sao Hỏa, sao Kim Các hành tinh có quỹ đạo gần nhau tạo ra lực hấp dẫn tác động lên nhau. Vậy tại sao Trái đất không va chạm vơi sao Hỏa và sao Kim trong suốt hàng tỉ năm? Mặt trời và các hành tinh trong hệ Mặt trời - Ảnh: Internet Trái đất có lẽ đã không thể tồn tại đến ngày nay. Đó là...
