Mưa lạ trên các thiên cầu

Trên Trái đất, từ ‘mưa’ hay ‘tuyết’ thường khiến chúng ta liên tưởng tới nước, bởi lẽ về cơ bản chỉ có nước rơi từ trên trời xuống. Trong thực tế, sự việc trở nên phức tạp hơn bởi ‘nước’ không chỉ là ‘nước’.

Phần lớn lượng mưa từ vệ tinh Enceladus rơi vào vành đai Sao Thổ.

Chúng ta có mưa đá, có tuyết, có sương muối và cả mưa “bình thường”. Tuy nhiên đây chỉ là các trạng vật lý khác nhau của nước; còn nhìn từ góc độ hóa học thì nước chỉ là nước – H2O.

Thế còn cái gì rơi trên bề mặt những hành tinh hay thiên cầu khác? Chỉ cần quan sát “hàng xóm” của chúng ta là Sao Kim, cũng có thể phát hiện những cơn mưa axit sulfuric trên đó.

Những đám mây

Đúng vậy. Mưa rơi từ những đám mây. Để mưa rơi xuống bề mặt một thiên cầu, cần phải có một số điều kiện. Trước hết, thiên cầu đó phải có khí quyển. Trong khí quyển hình thành những đám mây.

Tùy thuộc vào thành phần hóa học của đám mây, nhiệt độ và áp suất trong khí quyển mà có thể xuất hiện, chẳng hạn như mưa axit sulfuric. Ở đây có một ngoại lệ. Nếu thiên cầu nào đó không có khí quyển nhưng có hoạt động địa chất hoặc địa chấn và trên thiên cầu có núi lửa hoặc mạch nước phun, thì mưa có thể bao gồm những gì mà mạch nước phun hoặc núi lửa ném lên không trung trước đó.

Hiện tượng này xảy ra, chẳng hạn, trên vệ tinh Enceladus của Sao Thổ. Trên bề mặt của Enceladus có những mạch phun nước đóng băng. Những tinh thể nước đá phun lên rất cao, tới độ cao 1.500 km với vận tốc 1.400 km/h (do Enceladus không có khí quyển).

Chỉ có một phần nhỏ nước đá rơi trở lại bề mặt thiên cầu; còn phần lớn bay vào vành đai Sao Thổ. Các nhà khoa học cho rằng, hàng nghìn năm trước, vật chất do Enceladus ném vào không gian đã rơi xuống bề mặt Sao Thổ.

A-xít rơi xuống Sao Kim

Phần lớn các thông tin về cấu trúc địa hình Sao Kim được rút ra từ những bức ảnh radar. Khí quyển Sao Kim nặng hơn khí quyển Trái đất gần 100 lần, mặc dù Sao Kim và Trái đất là 2 hành tinh có kích thước tương đương nhau. Áp suất nơi bề mặt Sao Kim cao hơn 90 lần so với áp suất bề mặt Trái đất.

Điều thú vị là trước kia, khí quyển Sao Kim và Trái đất tương đối giống nhau, trên Sao Kim còn có nước ở thể lỏng.

Tuy nhiên vì một lý do nào đó, hiệu ứng nhà kính xuất hiện và diễn tiến nhanh chóng trên Sao Kim. Ngày nay, nhiệt độ bề mặt Sao Kim là 460 độ C, còn khí quyển của nó bao gồm chủ yếu là carbon dioxide và một ít ni-tơ.

Các đám mây dày bao phủ kín Sao Kim, đến mức chỉ 1% ánh sáng Mặt trời đến được hành tinh này. Những đám mây Sao Kim cấu tạo từ lưu huỳnh dioxide (SO2). Trong khí quyển Sao Kim xuất hiện những cơn giông và thậm chí sự phóng điện.

Dường như nếu có gì rơi ra từ những đám mây dày kia thì nó cũng không thể rơi xuống đến bề mặt hành tinh được. Ngoại trừ là những đỉnh núi, nơi có nhiệt độ thấp.

Tàu thăm dò Magellan của NASA đã phát hiện một chất gì đó phản xạ ánh sáng trên những ngọn núi đó – cái thứ gì đó giống như tuyết trên Trái đất. Xét về thành phần hóa học phức tạp của khí quyển Sao Kim, các nhà khoa học cho rằng chất phản xạ ánh sáng đó có thể là chì sunfua, telu (tellurium) hoặc axit sunfuric.

Kim loại và kim cương

Bề mặt vệ tinh Titan.

Sao Kim rất nóng; trong khi đó Titan – vệ tinh Sao Thổ lại rất lạnh. Đây là vệ tinh duy nhất trong Hệ Mặt trời có khí quyển đặc. Khí quyển Titan còn đặc hơn khí quyển Trái đất.

Titan là thiên cầu duy nhất được biết đến mà trên đó có các hồ chứa methane lỏng. Khí quyển Titan bao gồm ni-tơ, một lượng nhỏ argon, methane, ethane và acetylene.

Lượng nhỏ này đủ để methane và ethane lỏng rơi ra từ những đám mây. Trên những bức ảnh chụp bề mặt Titan, chúng ta có thể thấy sông và suối, hồ và thậm chí lưu vực sông. Hồ lớn nhất tên là Kraken Mare (diện tích khoảng 400.000 km2). Trên mặt hồ có thể thấy các đảo và các rạn san hô vòng.

Quan sát mưa trên bề mặt Titan là công việc khá khó khăn, bởi mưa Titan xuất hiện theo mùa (một mùa của Titan kéo dài qua nhiền năm Trái đất). Việc quan sát mưa trong khí quyển Sao Hải vương còn khó hơn nhiều. Sao Hải vương là một hành tinh khí.

Các nhà thiên văn học không rõ nó có bề mặt rắn hay không. Trên Sao Hải vương, các đám mây có cấu tạo tùy thuộc vào độ cao và áp suất khí quyển. Thành phần của mây có thể bao gồm amoniac, hydro sunfua, amoni hydro sunfua và nước.

Các nhà khoa học vẫn chưa hiểu rõ cơ chế vật lý và hóa học rất phức tạp đằng sau những quá trình diễn ra trong khí quyển các hành tinh khí khổng lồ như Sao Hải vương, Sao Thổ, Sao Mộc hay Sao Thiên vương. Tuy nhiên, họ cho rằng, càng thâm nhập sâu vào khí quyển Sao Hải vương, nhiệt độ càng tăng (tăng đến giá trị vài nghìn độ C).

Ở độ sâu vài nghìn km trong khí quyển Sao Hải vương, áp suất cao và nhiệt độ cao làm cho methane bị phân hủy. Kết quả là các tinh thể carbon, tức là kim cương, hình thành. Các hạt kim cương này rơi về hướng nhân hành tinh, như thể tuyết rơi trên Trái đất.

Những cơn mưa kim cương còn có thể xuất hiện trên Sao Thiên vương.

Thủy tinh và sắt

Ngoại hành tinh (hành tinh ngoài Hệ Mặt trời) HD 189733 b ở cách chúng ta khoảng 60 năm ánh sáng. Quan sát ánh sáng phân cực từ khí quyển ngoại hành tinh này, các nhà thiên văn học thấy rằng trong khí quyển đó có methane, carbon dioxide và silic.

Gió trên bề mặt ngoại hành tinh thổi với vận tốc lớn hơn vận tốc âm thành vài lần. Theo các nhà khoa học của NASA, trên ngoại hành tinh này có mưa silic lỏng, theo một nghĩa nào đó tức là mưa thủy tinh lỏng.

Ngoại hành tinh OGLE-TR-56b quay xung quanh ngôi sao chủ ở khoảng cách ngắn hơn 17 lần so với khoảng cách Sao Thủy – Mặt trời (67.235 triệu km). Nó là hành tinh khí khổng lồ, lớn hơn Sao Mộc. Các nhà khoa học cho rằng trên ngoại hành tinh này có những trận mưa sắt lỏng.