Biểu đồ này minh họa phỏng đoán phần bên trong vệ tinh Enceladus của sao Thổ dựa vào việc đo lường lực hấp dẫn được thực hiện bởi phi thuyền thám hiểm không gian Casini của NASA và Hệ Thống Không Gian Sâu của NASA. Việc đo lường lực hấp dẫn đã cho thấy khả năng sự tồn tại của một lớp vỏ băng và một phần lõi nhiều đá với tỷ trọng thấp với một vùng đại dương nằm giữa 2 lớp ở vùng phía nam vệ tinh. (NASA/JPL-Caltech)
Dựa vào các số liệu đo lường lực hấp dẫn được thu thập bởi phi thuyền Cassini của NASA, các nhà khoa học đã khẳng định rằng vệ tinh băng của sao Thổ có một đại dương rộng lớn phía dưới lớp băng nằm gần vùng cực phía Nam.
Vào năm 2005, phi thuyền Cassini đã chụp và gửi về Trái Đất các bức ảnh cho thấy vệ tinh Enceladus, đang phun trào ra hơi nước và băng từ các vết đứt gãy, gọi là “sọc hổ” trên bề mặt đóng băng của nó.
Đúng là một tin chấn động, vệ tinh Enceladus bé xíu với đường kính chỉ khoảng 500 km —nhưng lại là một địa phương đang hoạt động. Kể từ đó, các nhà khoa học đã đưa ra giả thiết rằng có thể tồn tại một bể dự trữ nước rộng lớn nằm bên dưới lớp bề mặt băng của nó, có lẽ đã tạo ra sự phun trào đó.
“Đây là lần đầu tiên chúng ta sử dụng một phương pháp vật lý địa chất để xác định cấu trúc bên trong của vệ tinh Enceladus, và các dữ liệu thu thập được cho thấy khả năng tồn tại của một vùng đại dương rộng lớn khoảng 50 km dưới bề mặt của cực Nam,” David Stevenson, giáo sư lĩnh vực khoa học hành tinh tại Học Viện Công Nghệ California (Caltech) nhận định. “Điều này sẽ cung cấp cho chúng ta lời giải thích khả dĩ cho hiện tượng nước phun trào ra từ các đường đứt gãy bề mặt mà chúng ta quan sát được ở cực Nam.”
Trong ba lần khảo sát vệ tinh Enceladus từ 4/2010 đến 5/2012, các nhà khoa học đã thu thập các số liệu đo lường cực kỳ chính xác về quỹ đạo chuyển động của phi thuyền Cassini bằng cách quan sát tín hiệu sóng mang vi ba qua Hệ Thống Không Gian Sâu của NASA (một hệ thống các ăng ten và cơ sở liên lạc để hỗ trợ các dự án phi thuyền liên hành tinh). Lực kéo do trường hấp dẫn của một khối thể hành tinh, như là vệ tinh Enceladus, làm thay đổi một chút quỹ đạo chuyển động của phi thuyền.
Bằng cách đo lường tác động của độ chênh lệch quỹ đạo chuyển động dựa vào tần số tín hiệu của phi thuyền Cassini khi vật thể bay này đi ngang qua hành tinh Enceladus, các nhà khoa học có thể tìm hiểu thêm về trường lực hấp dẫn của hành tinh này. Dựa vào đó, chúng ta sẽ biết được nhiều chi tiết về sự phân bổ vật chất bên trong vệ tinh này.
“Đây thật sự là cách duy nhất để tìm hiểu về cấu trúc bên trong bằng phương pháp viễn thám (thăm dò vật thể từ xa nhờ thu nhận năng lượng phản xạ từ xa và bức xạ từ),” Stevenson nhận định. Trên thực tế, việc thu thập các dữ liệu chính xác hơn sẽ cần phải trực tiếp đặt một máy đo địa chấn trên bề mặt của Enceladus—một điều mà hiện nay cũng như trong một tương lai gần chúng ta không thể thực hiện được.
Thời khắc ‘aha!’
Điểm mấu chốt trong các số liệu liên quan đến lực hấp dẫn là một thông số gọi là độ dị thường khối lượng âm (negative mass anomaly) ở tại cực Nam của Enceladus. Nói một cách đơn giản, độ dị thường này tồn tại khi vật chất tại một địa điểm nhất định ít hơn mức mong đợi đối với một khối cầu phân bố đều. Vì người ta đã biết về hiện tượng sụt lún ở trên bề mặt phía cực Nam của Enceladus, nên các nhà khoa học hy vọng tìm thấy một độ dị thường khối lượng âm. Tuy nhiên, độ dị thường này nhỏ hơn so với dự đoán nếu chỉ tính đến hiện tượng lún.
“Vì vậy, bạn mới vỡ lẽ, ‘Aha! Nó được bồi đắp lại từ bên dưới,” Stevenson nói.
Hiện tượng bù đắp khối lượng như vậy thường thấy trên các khối thể hành tinh, bao gồm Trái Đất. Trong một vài trường hợp, sự thiếu hụt vật chất tại bề mặt sẽ được bù đắp từ bên dưới bởi chất liệu dày đặc hơn. Ngược lại, sự dư thừa vật chất trên bề mặt được bù đắp bởi chất liệu ít dày đặc hơn từ độ sâu bên dưới.
Trên thực tế, khi việc đo lường lực hấp dẫn được thực hiện lần đầu tiên ở Ấn Độ, mọi người đã bị ngỡ ngàng bởi thực tế là Đỉnh núi Everest có vẻ như không tạo ra gì ảnh hưởng đáng kể. Ngày nay chúng ta đã biết rằng, giống như hầu hết các ngọn núi ở trên Trái Đất, Đỉnh núi Everest được bồi đắp bởi gốc núi có tỷ trọng thấp sâu xuống dưới hàng chục km. Nói cách khác, chất liệu trồi ra trên bề mặt được bồi đắp bởi sự giảm tỷ trọng chất liệu khi xuống sâu bên dưới.
Nhiệt thủy triều
Trong trường hợp của vệ tinh Enceladus, điều ngược lại là đúng. Sự thiếu hụt các chất liệu bề mặt được bù đắp từ bên dưới bởi sự hiện diện của chất liệu dày đặc hơn cả băng.
“Ứng viên khả thi duy nhất cho loại chất liệu này chỉ có thể là nước,” Stevenson nói. “Vậy nếu tôi có vết sụt lún tại cực Nam, thì bên dưới bề mặt khoảng 50 km sẽ có một tầng nước hoặc một đại dương, và tầng nước đó từ bên dưới có độ dị thường khối lượng dương. Đồng thời cả hai loại đặc điểm dị thường đó sẽ giải thích cho các số liệu đo đạc được của chúng ta.”
Mặc dù không ai có thể nói chắc chắn rằng liệu đại dương bên dưới đó có cung cấp nguồn nước phun trào ra qua các vết sọc hổ ở bề mặt Enceladus hay không, thì các nhà khoa học vẫn cho rằng điều này là khả thi. Điều còn băn khoăn là các vết nứt – dù sao thì vẫn chưa được hiểu rõ ràng tường tận – liên kết với một bộ phận của vệ tinh này vốn bị đốt nóng bằng nhiệt thủy triều, được hình thành do sự liên tục biến dạng của hình khối vệ tinh khi nó di chuyển theo quỹ đạo lệch tâm.
“Có lẽ nhiệt thủy triều cũng đang làm đầy đại dương,” Stevenson nói, “nên có khả năng một phần nước ở vùng đó đang tìm cách đi lên trên thông qua các vết sọc hổ.”
Luciano Iess tại Đại Học Sapienza của Rome là tác giả chính một bài nghiên cứu xuất bản trên tạp chí Science. Công trình này đã được hỗ trợ bởi Cơ Quan Hàng Không Vũ Trụ Ý và NASA thông qua dự án Cassini. Dự án Cassini-Huygens là một dự án liên kết giữa NASA, Cơ Quan Hàng Không Vũ Trụ Châu Âu, và Cơ Quan Hàng Không Vũ Trụ Ý. Phòng Thí Nghiệm Lực đẩy Phản lực điều hành dự án này cho Ban Quản Trị Dự Án Khoa Học của NASA.
Nguồn: Caltech. Tái bản từ Futurity.org bằng Creative Commons License 3.0.
Dịch Việt ngữ bởi: Việt Nguyên
Để đọc bản gốc trên Epoch Times, vui lòng click vào đây.