Tìm cách giải mã những cơn gió ảo ma thổi trên mặt trăng Titan của sao Thổ

Nghiên cứu mới đây của các nhà khoa học nhằm mục đích làm sáng tỏ những cơn gió ảo ma trên Titan – mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ đã khiến các nhà thiên văn học bối rối trong nhiều thập niên.

Mô phỏng bề mặt Titan

Các nhà nghiên cứu cho biết, các câu trả lời có thể giúp giải thích tại sao Titan là mặt trăng duy nhất trong hệ mặt trời vẫn có bầu khí quyển giống hành tinh.

Các nhà thiên văn học lâu này vốn sớm biết rằng các mùa trên Titan – mỗi mùa kéo dài gần 7,5 năm Trái đất – ảnh hưởng đến gió của thiên thể này. Nhưng họ không thể xác định tốc độ của những cơn gió đó. Đã có hai nghiên cứu liên quan, được thực hiện cách nhau gần 30 năm nhưng lại dẫn đến những phát hiện trái ngược nhau.

Giờ đây, các nhà thiên văn học đang xem xét lại bí ẩn đã tồn tại hàng thập niên này bằng các kính viễn vọng mới được nâng cấp. Những phát hiện nghịch lý từ nghiên cứu trước đây có thể là kết quả của các giả định không chính xác do hạn chế của dữ liệu hoặc công cụ, hoặc có thể chỉ là như Eliot Young, nhà khoa học chính tại Viện Nghiên cứu Tây Nam ở Texas mô tả “có điều gì đó cơ bản mà chúng ta không hiểu rõ”.

Titan có một bầu khí quyển dày, giống như sương mù, cao tới 370 dặm (600 km) và với 95% là nitơ và một ít phân tử hữu cơ. Gió trên mặt trăng lớn nhất của sao Thổ bao quanh nó chỉ trong một ngày, liên tục mang theo những luồng không khí ấm áp từ vĩ độ thấp hơn đến các cực của mặt trăng này, cơ chế mà NASA gọi là băng chuyền tốc độ cao.

Năm 1989, các nhà thiên văn học phát hiện ra rằng gió của Titan chậm nhất ở gần đường xích đạo của nó và nhanh nhất ở các vĩ độ trung bình ở cả bán cầu bắc và nam. Điều này đã được tiết lộ nhờ lần quan sát ngẫu nhiên một ngôi sao thẳng hàng phía sau Titan cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu cách ánh sáng mờ của ngôi sao đi qua bầu khí quyển của mặt trăng này, giúp họ giải thích tốc độ gió.

Vào năm 2016, một nhóm khác đã sử dụng kính viễn vọng trên mặt đất để nghiên cứu cách ánh sáng chiếu ra từ các phân tử trong bầu khí quyển thay đổi như thế nào với tốc độ và hướng gió thay đổi. Những phát hiện từ phương pháp này cho thấy điều ngược lại: Gió thổi nhanh nhất ở gần xích đạo của Titan và chậm dần ở các vĩ độ thấp hơn của thiên thể này.

Do hai nhóm quan sát cách nhau 3 thập niên, các nhà thiên văn học cho rằng các mùa khác nhau trên Titan có thể đã dẫn đến sự thay đổi gió đáng kể giữa cả hai nghiên cứu. Ngoài ra, nhóm năm 1989 đã nghiên cứu những cơn gió nằm ở các tầng giữa của bầu khí quyển Titan, trong khi nghiên cứu gần đây hơn tập trung vào gió ở các tầng trên. Do vậy, các nhà thiên văn học cho biết điều này cũng có thể giải thích các tốc độ gió khác nhau.

Juan Lora, phó giáo sư khoa học Trái đất và hành tinh tại Đại học Yale phân tích: “Giống như trên Trái đất, gió trên Titan khác nhau ở các độ cao khác nhau và cũng thay đổi theo mùa. Và cả hai điều này có khả năng giải thích tại sao các quan sát không hoàn toàn khớp nhau”.

Để tìm hiểu tận cùng của sự khác biệt này, một nhóm các nhà khoa học đã thu thập dữ liệu mới về gió của Titan bằng cả hai phương pháp cùng một lúc. Năm ngoái, nhóm đã sử dụng tám kính viễn vọng ở Mỹ và Nam Mỹ để quan sát hai lần Trái đất, Titan và các ngôi sao phát sáng ở xa xếp thẳng hàng một cách ngẫu nhiên.

Vào tháng 9.2022, bốn kính viễn vọng ở Hawaii đã quan sát ngôi sao, 2MASS 21312124-1602427, ở sau Titan. Cũng vào tháng 11 năm ngoái, một ngôi sao khác có tên 2MASS 21292356-1611056 nằm sau Titan. Dữ liệu từ sự kiện này được thu thập bởi bốn kính viễn vọng khác ở Chile.

Nhóm nghiên cứu vẫn đang so sánh dữ liệu từ cả hai quan sát và hy vọng sẽ có kết quả vào cuối năm nay. Martin Cordiner, một nhà nghiên cứu khoa học hành tinh tại Trung tâm Du hành Vũ trụ Goddard của NASA ở Maryland, cho biết: Cho đến nay, các quan sát của đài thiên văn ALMA đã cho thấy bằng chứng về những cơn gió có tốc độ cao song song với đường xích đạo của Titan.

Các chuyên gia tham gia nghiên cứu mới nhất cho biết họ vừa kịp thu thập dữ liệu có giá trị về gió của Titan tại bán cầu bắc trước kỳ thu phân năm 2025, thời điểm cả hai bán cầu của mặt trăng lớn nhất sao Thổ nhận được ánh sáng mặt trời bằng nhau trong một thời gian ngắn trước khi bán cầu bắc của nó hướng thẳng về phía mặt trời hơn. Theo tạp chí Nature, trong thời gian này, gió của Titan sẽ đảo ngược hướng và bắt đầu thổi từ bắc xuống nam — một sự thay đổi đã làm khuấy động những cơn bão bụi mạnh trong quá khứ.

Với sự thành công của máy bay trực thăng sao Hỏa Ingenuity, NASA muốn tung thêm “nhà thám hiểm” robot đến Titan. Được thiết lập để ra mắt vào năm 2034, sứ mệnh Dragonfly của NASA sẽ là một tàu cánh quạt robot có nhiệm vụ khám phá mặt trăng Titan của sao Thổ, một vệ tinh đặc biệt hấp dẫn với giới khoa học vì nó được cho là có khả năng hỗ trợ sự sống,.

Nhiệm vụ đặc biệt của thiết bị là nhằm đánh giá khả năng sinh sống của mặt trăng sao Thổ bằng cách nghiên cứu cả bầu khí quyển và bề mặt của nó, đồng thời đến gần những khu vực khó nghiên cứu từ quỹ đạo do độ dày của bầu khí quyển.

Để thực hiện nghiên cứu này, máy bay trực thăng Dragonfly sẽ mang theo một thiết bị gọi là “Máy quang phổ khối Dragonfly” (DraMS).

Tương tự như hệ thống trên tàu thám hiểm sao Hỏa, thiết bị Dragonfly được sử dụng để phân tích các mẫu. Các mẫu này sẽ được thu thập bởi một mũi khoan có tên là “Mũi khoan thu nhận các chất hữu cơ phức hợp” (DrACO).

Khi DrACO thu thập một mẫu vật, khối phổ kế sẽ bắn phá nó bằng năng lượng để các phân tử của nó bị ion hóa. Sau đó, thiết bị có thể sắp xếp các ion này theo khối lượng và điện tích của chúng và đo chúng để biết thành phần của từng mẫu.

Điều này có nghĩa là DraMS sẽ có thể phân tích thành phần bề mặt của Titan. Các nhà nghiên cứu cũng đặc biệt quan tâm đến việc liệu bề mặt của vệ tinh này có thành phần hóa học hỗ trợ sự hình thành sự sống hay không.