Nghiên cứu: Sao Thổ phát ra âm thanh quái dị và “không phải là hành tinh đơn giản”

Sao Thổ được tàu vũ trụ Cassini theo dõi là một nguồn phát xạ vô tuyến cực mạnh. Các sóng vô tuyến nó phát ra có liên quan chặt chẽ với cực quang ở gần các cực của hành tinh. Những cực quang này tương tự như ánh sáng phía Bắc và phía Nam của Trái đất. 

Tập tin âm thanh phát xạ vô tuyến từ Sao Thổ.

Tàu vũ trụ Cassini bắt được những phát xạ vô tuyến vào tháng 4/2002, khi Cassini cách hành tinh này 374 triệu km (234 triệu dặm), bằng cách sử dụng đài phát thanh và thiết bị khoa học đo sóng plasma, thiết bị sóng vô tuyến và plasma hiện đã cung cấp các hình ảnh quan sát độ phân giải cao đầu tiên của các phát xạ này, cho thấy một loạt các biến thể đáng kinh ngạc về tần số và thời gian.

Phổ tần vô tuyến phức tạp với các âm tăng và giảm, rất giống với phát xạ vô tuyến cực quang của Trái Đất. Những cấu trúc này chỉ ra rằng, có rất nhiều nguồn vô tuyến nhỏ di chuyển dọc theo các đường từ trường đang luồn vào vùng cực quang.

Thời gian trên bản ghi này đã được nén lại, sao cho 73 giây tương ứng với 27 phút. Do tần số của các phát xạ này cao hơn dải tần số âm thanh, nên chúng đã được chuyển xuống theo hệ số 44.

Có một điều gì đó kỳ lạ đang diễn ra bên trong Sao Thổ

Những gợn sóng bất thường trong các vành đai của Sao Thổ, đang để lộ ra các hoạt động bí ẩn bên trong hành tinh khí khổng lồ này. Các nhà khoa học hành tinh và nhà dựng mô hình hành tinh đang dần vén mở bí ẩn đó.

Có hàng tỷ mảnh vụn bay xung quanh bộ vành đai rộng 170.000 dặm (273.600 km) của Sao Thổ, vật chất cấu thành chúng chủ yếu là băng nước và một ít đá. Các vành đai ngập tràn những hoạt động bao gồm, các làn sóng bật ra theo hình xoắn ốc, phần lớn là do lực hấp dẫn từ 62 vệ tinh tự nhiên của Sao Thổ. Những đợt sóng gây ra bởi các vệ tinh tự nhiên quay quanh vành đai luôn truyền phát ra ngoài.

Nhưng sau đó, có một loạt những đợt sóng lại hướng vào trong. Điều đó có nghĩa là cũng có một cái gì đó di chuyển bên trong. 

Video: Bay trong không gian ‘Trong các vành đai của Sao Thổ’

Hầu hết các mô hình sao Thổ và những hành tinh khí khổng lồ khác đều được các nhà khoa học mặc định rằng chúng khá giống nhau – kết cấu chỉ là một vỏ bọc khí lớn dày đặc bao quanh một cái lõi nhỏ, có lẽ kích thước chúng cũng như Trái đất. Nhưng bằng cách nghiên cứu dải sóng của các vành đai, nhiều nhà nghiên cứu đã phát hiện một bức tranh phức tạp hơn nhiều.

“Điều có thể tạo ra [chuỗi sóng] này là một loại nhiễu loạn nào đó bên trong bản thân Sao Thổ đang quay tròn, với chu kỳ chưa đầy 7 giờ”, Phillip Nicholson – nhà khoa học hành tinh tại Đại học Cornell ở New York chia sẻ với Space.com. Những năm 1990, lần đầu tiên các nhà nghiên cứu nhận thấy dấu vết sự nhiễu loạn đó, nhóm của Nicholson đã sử dụng các phép đo chính xác hơn để ghi lại đầy đủ cấu trúc của các đợt sóng vành đai này, phản ánh các dao động bên trong hành tinh – giống như các trận động đất Sao Thổ tuần hoàn tiếp diễn.

Hiện tại, việc đo các dao động đó cung cấp cho các nhà khoa học cơ hội tốt nhất để nắm bắt những gì đang diễn ra bên trong hành tinh, như vòng quay hoặc cấu trúc bên trong của Sao Thổ, nó dường như phức tạp hơn so với suy nghĩ trước đây, các nhà khoa học cho biết.

“Ngay cả việc thả một đầu dò vào khí quyển cũng không nhất thiết giúp ích được nhiều, bởi vì đầu dò sẽ chỉ xuống được tới mức áp suất 5 hoặc 10  át-mốt-phe, trước khi nó bị nấu chín hoặc nghiền nát”, Nicholson nói. “Chúng ta cần phải đi xuống sâu hơn nhiều để tìm hiểu điều này”.

“Ý tưởng cơ bản là chúng ta biết nhiều ngôi sao, bao gồm cả mặt trời, chúng dao động ở một số tần số nhất định, do cấu trúc thực tế bên trong của hành tinh hoặc ngôi sao đó quyết định”, Jim Fuller – nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ California, nói với Space.com. Ông Fuller nghiên cứu và mô hình hóa những dao động đó, bao gồm cả những dao động ở Sao Thổ, xây dựng nên công trình ban đầu của Nicholson và cộng tác viên Matthew Hedman – đại học Idaho.

Bước vào ngành địa chấn học Sao Thổ, nghiên cứu về dao động trong Sao Thổ, Nicholson và Hedman đã chọn hành tinh này vì nó là Kronos (hay Cronus) – tên vị thần Hy Lạp, cũng giống với vị thần Sao Thổ của La Mã, hành tinh được đặt cùng tên cũng sở hữu những vành đai vĩ đại tương ứng với sức mạnh đó. Những vành đai đóng vai trò như một cửa sổ để nghiên cứu các chuyển động ở trung tâm của hành tinh.

Hiện tàu vũ trụ Cassini của NASA đang khám phá Sao Thổ và các vệ tinh tự nhiên của nó, hơn nữa còn cẩn thận đo lượng ánh sáng mà từng ngôi sao chiếu qua các vành đai. Các nhà nghiên cứu có thể rút ra các mô hình mật độ của các vành đai dưới dạng sóng, được gây ra bởi khối lượng lớn những dao động trong chính Sao Thổ, và sử dụng các mô hình đó để tìm hiểu về hành tinh này.

Những điều lạ thường

Trong một bài báo năm 2013, khi Nicholson tập hợp các chuỗi sóng do chuyển động của Sao Thổ tạo nên, kết quả cho thấy chúng không hoàn toàn hợp lý. Thay vì một mô hình rung động thông thường là các lớp sóng sẽ chồng lên nhau, nhưng ông đã phát hiện rất nhiều đợt sóng như vậy mà không thấy những đợt sóng khác.

“Nếu Sao Thổ là một quả bóng hydro lỏng và heli lớn, ở dạng lỏng và khí, thì nó thực sự đáng lẽ nên chỉ có một tần số liên quan đến mỗi âm bội này”, ông nói. Thay vào đó, các thông số lại giống như một cây vĩ cầm, cho ra nhiều âm sắc chói tai khi gảy một dây đàn. “Nếu đúng như vậy thì, cây đàn violin của bạn có vấn đề rồi”, ông nói.

Fuller đã tiếp tục tiến hành nghiên cứu để cố gắng tìm ra nguyên nhân có thể của sự không hòa âm này. “Sao Thổ chắc hẳn phải có một lớp sâu bên trong được phân tầng ổn định”, ông nói. “Vì một số lý do, chất lỏng rất ổn định, cũng không di chuyển nhiều … Điều này là mới, bởi vì mô hình thông thường của các hành tinh khổng lồ, chỉ là vỏ bọc khí đối lưu [nơi các vật liệu di chuyển tự do để trao đổi nhiệt] trên đường đi xuống lõi của chúng. Nhưng những gì tôi tìm thấy là những mô hình rất đơn giản, điều đó không thể giải thích những gì chúng ta đang thấy trên các vành đai”.

Fuller cho rằng, có một số nguyên nhân tạo nên các lớp ổn định này. Bằng cách mô hình hóa từng kịch bản tiềm năng, và đo lường các bước sóng mà nó sẽ tạo ra, ông và những người khác đang hy vọng tìm được câu trả lời. Có một cách giải thích là, khí heli đang tách khỏi hỗn hợp của nó với hydro và đã lắng xuống, do áp suất cao hơn nên chúng ngưng tụ thành những hạt mưa heli rơi xuống sâu hơn nữa. Sau đó, ranh giới giữa khu vực nồng độ heli cao bên dưới, và khu vực hydro ở bên trên sẽ là một ranh giới có tính ổn định, Fuller nói.

Một lời giải thích khác là, băng và đá của phần lõi đang hòa tan vào trong lớp hydro và khí heli bên trên, điều đó đã tạo nên phần lớn hành tinh này. Điều đó cũng sẽ tạo ra các lớp chất lỏng mịn màng dưới lớp khí hỗn loạn bên trên.

“Trước đây, mọi người đã nghĩ về những ý tưởng này, nhưng rất khó để kiểm chứng, vì chúng tôi không có cách nào nhìn thấy những gì bên trong Sao Thổ”, Fuller nói. “Nhưng với địa chấn học, lần đầu tiên chúng tôi bắt đầu có cái nhìn sơ lược về cấu trúc bên trong hành tinh này. Nó vẫn còn khá nguyên thủy, bởi vì chúng ta chỉ có thể phát hiện một số hoạt động của Sao Thổ, ít nhất thì nó vừa đủ để đem lại cho chúng ta một số triển vọng thú vị”.

Vén tấm màn che

Các mô hình mới về phần bên trong của một hành tinh khí khổng lồ, sẽ giúp tiết lộ một số nghi vấn, cái nào có thể phù hợp với dao động thực sự của Sao Thổ. “Chúng tôi chủ yếu chờ đợi những phát triển dựa trên lý thuyết”, Nicholson nói. Tàu vũ trụ Cassini đang tiếp nhận dữ liệu giúp chúng ta có cái nhìn rõ nét hơn cho những khám phá mới. Thậm chí khi xoắn vào các quỹ đạo thấp hơn, nó cũng có thể tiết lộ về những thay đổi tinh tế trong lực hút của hành tinh.

Các nhà nghiên cứu cũng đang xem xét các vành đai của Thiên vương tinh, để xem liệu họ có thể tìm thấy bất cứ điều gì bên trong hành tinh đó hay không. Nhưng hiện tại, Sao Thổ cung cấp cái nhìn tốt nhất vào sâu thẳm bên trong một hành tinh khí khổng lồ mà ta có thể so sánh và đối chiếu với các hành tinh xa xôi xung quanh các ngôi sao khác. 

Các nhà nghiên cứu của Exoplanet như Jonathan Fortney tại Đại học California, Santa Cruz, rất hy vọng tìm thấy bất cứ điều gì có thể xuyên phá bức màn che của các hành tinh khí khổng lồ. 

Fortney chia sẻ với Space.com. “Hầu như đó là cách con người tạo mô hình các hành tinh khổng lồ trong 50 năm. Nhưng những gì mà Địa chấn học sao Thổ nói với chúng ta là, có một khu vực kỳ lạ, có một phần dưới đáy của lớp vỏ khí không hề đơn giản, ở đó không có đối lưu. Nó nói với chúng ta rằng Sao Thổ không phải là một vật thể đơn giản, có một cái gì đó nữa đang diễn ra ở đó”.

Mai Trang (t/h)