Khám phá mới nhất được công bố trên tạp chí Science bởi một nhóm nghiên cứu quốc tế do đại học Johns Hopkins dẫn đầu đã mang đến một góc nhìn chưa từng có về các hệ hành tinh xa xôi. Đối tượng của sự chú ý lần này là hành tinh mang tên Wasp-94a b, một hành tinh khí khổng lồ nằm cách Trái Đất khoảng 600 năm ánh sáng.
Đây là một thiên thể được phân loại là Sao Mộc nóng, mang những đặc điểm cấu tạo cơ bản giống với Sao Mộc trong Hệ Mặt Trời của chúng ta nhưng lại có quỹ đạo quay cực kỳ gần với ngôi sao chủ của nó.
Khoảng cách quá gần này dẫn đến một hiện tượng vật lý thú vị được gọi là khóa thủy triều. Sự khóa chặt này có nghĩa là Wasp-94a b chỉ luôn hướng một mặt duy nhất về phía ngôi sao trung tâm, khiến cho nửa bán cầu này phải hứng chịu sự thiêu đốt liên tục dưới ánh sáng ban ngày vĩnh cửu.
Trong khi đó, nửa bán cầu bên kia vĩnh viễn chìm trong màn đêm đen tối và lạnh giá hơn. Mặc dù bối cảnh vật lý này vốn đã cực kỳ khắc nghiệt, nhưng những dữ liệu quan sát chi tiết từ kính viễn vọng không gian JWST lại hé lộ một thực tế còn kỳ lạ và phức tạp hơn rất nhiều.
Không chỉ có sự chênh lệch lớn về mức nhiệt độ, mặt buổi sáng và mặt buổi tối của hành tinh này dường như sở hữu hai hệ thống bầu khí quyển hoàn toàn tách biệt, hoặc ít nhất là chúng biểu hiện ra những đặc tính vô cùng khác biệt khi ánh sáng từ ngôi sao chủ chiếu xuyên qua.
Tại khu vực rìa buổi sáng, nơi có mức nhiệt độ tương đối mát mẻ hơn, các dữ liệu phân tích cho thấy sự hiện diện dày đặc của các đám mây khoáng chất ở tầng cao. Lớp mây mù này đóng vai trò như một bức màn che khuất, ngăn cản phần lớn các tín hiệu hóa học phát ra từ những lớp khí quyển nằm sâu bên dưới.
Tuy nhiên, khi chuyển sang khu vực rìa buổi tối nóng bức hơn, bức tranh lại thay đổi hoàn toàn. Bầu trời tại đây trở nên quang đãng và trong trẻo hơn rất nhiều, tạo điều kiện thuận lợi để các cảm biến ghi nhận được những tín hiệu cực kỳ mạnh mẽ và rõ ràng của hơi nước. Điều này đồng nghĩa với việc trên cùng một hành tinh, trong cùng một lớp vỏ khí quyển, các nhà khoa học lại thu được hai kết quả đo đạc trái ngược nhau hoàn toàn.
Để đạt được thành tựu này, các nhà thiên văn học đã phải áp dụng một trong những kỹ thuật quan sát tinh vi nhất hiện nay, đó là nghiên cứu hành tinh trong quá trình quá cảnh. Quá cảnh là khoảnh khắc mà hành tinh đi ngang qua mặt trước của ngôi sao chủ nếu quan sát từ góc nhìn của Trái Đất.
Vì không thể quan sát trực tiếp các ngoại hành tinh do khoảng cách quá xa và ánh sáng mờ nhạt, giới khoa học dựa vào việc phân tích lượng ánh sáng sao ít ỏi lọc qua bầu khí quyển của hành tinh trước khi chạm tới thấu kính của kính viễn vọng. Quá trình này được gọi là quang phổ truyền qua.
Mỗi loại phân tử có mặt trong bầu khí quyển sẽ hấp thụ những bước sóng ánh sáng nhất định, để lại một loại dấu vân tay quang phổ đặc trưng. Ví dụ, hơi nước sẽ tạo ra một dạng tín hiệu riêng biệt, trong khi carbon dioxide, methane, natri hay các loại hóa chất khác lại để lại những dấu ấn hoàn toàn khác nhau.
Trong lịch sử nghiên cứu ngoại hành tinh, kết quả quang phổ thu được thường bị coi là một tín hiệu pha trộn chung từ một vòng khí quyển mỏng bao quanh toàn bộ hành tinh. Cách tiếp cận này hoàn toàn hợp lý đối với những hành tinh nằm cách xa hàng trăm năm ánh sáng và có tín hiệu quá yếu.
Nhưng những Sao Mộc nóng như Wasp-94a b không phải là một môi trường tĩnh lặng và đồng nhất. Bán cầu ngày bị bắn phá liên tục bởi bức xạ gay gắt, trong khi bán cầu đêm lại chìm trong sự băng giá. Sự chênh lệch này sinh ra những cơn gió khổng lồ, cuốn theo luồng nhiệt và các dải mây di chuyển từ bán cầu này sang bán cầu khác một cách mãnh liệt.
Câu hỏi đặt ra cho nhóm nghiên cứu là liệu khả năng phân giải của JWST có đủ sức tách biệt tín hiệu giữa hai khu vực đông và tây của hành tinh hay không. Và câu trả lời là hoàn toàn có thể. Khi Wasp-94a b bắt đầu chu kỳ quá cảnh của mình, khu vực đầu tiên của bầu khí quyển đi ngang qua ngôi sao chính là rìa buổi sáng, phần đang di chuyển từ mặt đêm mát mẻ sang mặt ngày.
Khi quá cảnh kết thúc, phần cuối cùng rời khỏi đĩa sao là rìa buổi tối, nơi vừa trải qua nhiều giờ bị nung nóng trong lò lửa khổng lồ của mặt ngày. Thiết bị chụp ảnh cận hồng ngoại và máy quang phổ không khe hở của JWST đã hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ này. Khả năng ghi nhận những thay đổi độ sáng dù là nhỏ nhất ở bước sóng cận hồng ngoại đã giúp các nhà khoa học vẽ ra hai đường quang phổ riêng biệt từ khoảng cách sáu trăm năm ánh sáng.
Để giải thích cho hiện tượng phân cực này, nhóm chuyên gia đã tiến hành xây dựng các mô hình khí hậu 3d phức tạp. Trong nhiều năm, giới khoa học đã tranh luận về việc liệu sương mù quang hóa - một dạng vật chất sinh ra do bức xạ phân hủy các phân tử - hay các đám mây khoáng chất ngưng tụ mới là nguyên nhân che khuất tầm nhìn trên các Sao Mộc nóng. Trường hợp của Wasp-94a b nghiêng hẳn về giả thuyết thứ hai.
Các mô hình chỉ ra rằng mây hình thành ở mặt đêm lạnh lẽo, sau đó bị những cơn gió mạnh thổi dạt về phía rìa buổi sáng. Khi tiến sâu vào vùng ban ngày nóng bức, dưới tác động của mức chênh lệch nhiệt độ lên tới 126 độ Celsius (tương đương 260 độ Fahrenheit), những đám mây này nhanh chóng bốc hơi. Nhờ đó, khi bầu khí quyển di chuyển tới khu vực rìa buổi tối, phần lớn lớp mây đã tan biến, để lộ ra những tín hiệu hơi nước vô cùng sắc nét.
Thành tựu từ JWST thực sự đã tạo ra một bước ngoặt lớn trong nền thiên văn học hiện đại. Nó chứng minh một cách thuyết phục rằng một quang phổ trung bình duy nhất có khả năng che lấp đi những diễn biến thời tiết khắc nghiệt và đa dạng trên bề mặt hành tinh.
Dù không phủ nhận giá trị to lớn của các nghiên cứu trước đây, phát hiện này là một lời nhắc nhở sâu sắc về sự phức tạp của vũ trụ. Giờ đây, các nhà khoa học hiểu rằng họ cần phải kiểm tra lại bầu khí quyển của các Sao Mộc nóng bằng những mô hình tinh vi hơn, mở ra một kỷ nguyên mới trong hành trình khám phá những thế giới vô tận ngoài kia.
Tham khảo: ZME
Đức Khương
