Giải mã lại một số bí ẩn dai dẳng về sao Thiên Vương

Năm 1986, chuyến bay ngang qua sao Thiên Vương của tàu Voyager 2 đã bắt gặp hành tinh này trong một hiện tượng từ dị thường hiếm gặp do thời tiết không gian độc đáo gây ra, ảnh hưởng đến hành vi của từ quyển. Hiện tượng này cung cấp những hiểu biết mới về vành đai bức xạ mạnh của nó và gợi ý về hoạt động tiềm tàng trên các mặt trăng của nó.

Chuyến bay lịch sử ngang qua sao Thiên Vương của tàu Voyager 2

Tàu Voyager 2 cung cấp cho các nhà khoa học góc nhìn cận cảnh đầu tiên và duy nhất về hành tinh phía ngoài độc đáo này với trục quay của nó nằm ngang với mặt phẳng hoàng đạo. Trong chuyến bay ngang qua, tàu Voyager 2 cũng đã phát hiện ra các mặt trăng và vành đai mới, nhưng nó lại phát hiện thêm những bí ẩn khó hiểu. Các hạt năng lượng xung quanh sao Thiên Vương hoạt động theo những cách thách thức sự hiểu biết của các nhà khoa học về cách từ trường bẫy bức xạ hạt, xác định sao Thiên Vương là một trường hợp bất thường trong Hệ mặt trời của chúng ta.

Bây giờ, nghiên cứu mới phân tích dữ liệu từ chuyến bay ngang qua 38 năm trước đó đã làm sáng tỏ bí ẩn này. Nghiên cứu tiết lộ rằng có khả năng là do sự trùng hợp ngẫu nhiên trong vũ trụ. Chỉ vài ngày trước khi Voyager 2 bay ngang qua, một sự kiện thời tiết không gian bất thường đã nén từ quyển của sao Thiên Vương, làm thay đổi đáng kể từ trường của hành tinh này và tạo ra các điều kiện độc đáo mà Voyager 2 quan sát được.

Nhà thiên văn Jamie Jasinski thuộc Phòng thí nghiệm Động cơ Phản lực của NASA ở Nam California và là tác giả chính của công trình mới được công bố vào ngày 11.11 trên tạp chí Nature Astronomy cho biết: "Nếu Voyager 2 đến sớm hơn chỉ vài ngày, nó sẽ quan sát thấy một từ quyển hoàn toàn khác ở sao Thiên Vương. Tàu vũ trụ thực tế đã chụp hình sao Thiên Vương trong các điều kiện chỉ xảy ra khoảng 4% thời gian".

Tầm quan trọng của Từ quyển

Từ quyển đóng vai trò như các bong bóng bảo vệ xung quanh các hành tinh (gồm cả Trái Đất) với lõi từ và từ trường. Từ quyển giúp bảo vệ các hành tinh khỏi các luồng khí ion hóa — hoặc plasma — phun ra từ Mặt trời trong gió Mặt trời. Nếu không có từ quyển, sự sống trên Trái đất không thể tồn tại. Do vậy, tìm hiểu thêm về cách thức hoạt động của từ quyển rất quan trọng để nắm bắt hành tinh của chúng ta, cũng như những thế giới chưa được khám phá trong hệ mặt trời và xa hơn nữa.

Đó là lý do tại sao các nhà khoa học háo hức nghiên cứu từ quyển của sao Thiên Vương. Những gì họ thấy trong dữ liệu của Voyager 2 năm 1986 đã khiến họ bối rối. Bên trong từ quyển của hành tinh này là các vành đai bức xạ electron có cường độ chỉ đứng sau vành đai bức xạ khét tiếng tàn khốc của sao Mộc. Nhưng rõ ràng là sao Thiên Vương không có nguồn hạt năng lượng đáng kể nào cung cấp cho các vành đai hoạt động đó. Trên thực tế, phần còn lại của từ quyển sao Thiên Vương gần như không có plasma.

Plasma mất tích cũng khiến các nhà khoa học bối rối vì họ biết rằng năm vệ tinh chính của sao Thiên Vương nằm trong bong bóng từ tính của hành tinh mẹ đáng ra phải tạo ra các ion nước, giống như các vệ tinh băng giá xung quanh các hành tinh phía ngoài khác (gồm sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương và sao Hải Vương). Họ khi đó vội kết luận rằng các vệ tinh này phải trơ và không có hoạt động liên tục.

Tác động của các sự kiện gió mặt trời

Vậy tại sao không quan sát thấy plasma và điều gì đang xảy ra để tăng cường các vành đai bức xạ electron? Phân tích dữ liệu mới chỉ ra gió mặt trời. Khi plasma từ Mặt trời va chạm và nén chặt từ quyển của sao Thiên Vương, nó có khả năng đẩy plasma ra khỏi hệ thống. Sự kiện gió Mặt trời cũng sẽ làm tăng cường động lực của từ quyển trong thời gian ngắn mà điều này dẫn đến việc cung cấp năng lượng cho các vành đai bằng cách đưa electron vào chúng.

Những phát hiện này có thể là tin tốt cho năm vệ tinh chính của sao Thiên Vương: Một số trong số chúng gần đây có thể hoạt động về mặt địa chất. Về việc plasma tạm thời mất tích, các nhà nghiên cứu giải thích rằng có khả năng các mặt trăng thực sự có thể đã phun ion vào bong bóng xung quanh trong suốt thời gian qua nhưng bị gió Mặt trời thổi bạt trong thời điểm tàu Voyager 2 bay qua.

Các sứ mệnh được giới khoa học kỳ vọng trong tương lai

Các nhà khoa học hành tinh đang tập trung vào việc củng cố kiến ​​thức của họ về hệ thống sao Thiên Vương bí ẩn. Công trình Khảo sát thập niên về khoa học hành tinh và sinh học vũ trụ năm 2023 của Viện Hàn lâm Quốc gia đã ưu tiên nêu giải mã sao Thiên Vương như mục tiêu cho một sứ mệnh trong tương lai của NASA.

Linda Spilker là một trong những nhà khoa học theo dõi Voyager 2 trước đây. Spilker luôn dán mắt vào những hình ảnh và dữ liệu khác được truyền đến trong chuyến bay ngang qua sao Thiên Vương năm 1986. Bà nhớ lại sự mong đợi và phấn khích của sự kiện đã thay đổi cách các nhà khoa học nghĩ về hệ thống sao Thiên Vương.

Spilker kể: "Chuyến bay ngang qua đầy bất ngờ và chúng tôi đang tìm kiếm lời giải thích cho hành vi bất thường của nó. Từ quyển mà Voyager 2 đo được chỉ là một bức ảnh chụp nhanh trong thời gian ngắn. Còn công trình mới này giải thích một số mâu thuẫn rõ ràng và sẽ thay đổi quan điểm của chúng ta về sao Thiên Vương một lần nữa".

Voyager 2, hiện đang ở không gian giữa các vì sao, cách Trái đất gần 21 tỉ km hay 140 đơn vị thiên văn.