Thổ tinh: ngày ấy và bây giờ

Ed Stone, nhà khoa học làm việc cho dự án Voyager của NASA, nhớ lại lần đầu tiên ông nhìn thấy các nút thắt của tại một trong các vành hẹp nhất của sao Thổ. Đó là ngày phi thuyền Voyager 1 bay tiếp cận gần nhất với hành tinh khí khổng lồ có vành duyên dáng của hệ mặt trời, cách nay đã tròn 30 năm rồi. Các nhà khoa học tập trung trước màn hình ti vi và các phòng nghiên cứu khác mỗi ngày trong thời kì hăm hở này để chiêm ngưỡng những bức ảnh khó hiểu và dòng dữ liệu khác truyền về Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA ở Pasadena, California, Mi.

Cái ngày phi thuyền Voyager 1 của NASA thực hiện chuyến bay tiếp cận gần nhất của nó với sao Thổ, nó đã làm hé lộ các nút thắt tại một trong các vành hẹp nhất của sao Thổ (ảnh trái). Ảnh chụp từ phi thuyền Cassini (ảnh phải) cuối cùng đã cho phép các nhà khoa học tìm hiểu nguyên nhân gây ra hiện tượng khó hiểu đó. Thủ phạm hóa ra là các vệ tinh Prometheus và Pandora của Thổ tinh.

Stone đã vẽ một bản phác thảo thô của chiếc vòng nhiều nút thắt, xoắn kiểu vỏ sò này, gọi là vành F, trong sổ ghi ghép của ông, nhưng không có lời giải thích nào cho nó. Vô vàn các hạt tạo thành những cái vành rộng quay trong những quỹ đạo gần như tròn xung quanh Thổ tinh. Vì thế, thật bất ngờ khi tìm thấy vành F, phát hiện ra chỉ 1 năm trước phi thuyền Pioneer 11 của NASA, có các cụm vật chất và các nút thắt thất thường. Cái gì có thể tạo ra một kiểu dáng khó hiểu như vậy?

“Rõ ràng Voyager cho chúng ta thấy một cái gì đó rất khác ở sao Thổ”, Stone nói – ông hiện làm việc tại Viện Công nghệ California ở Pasadena. “Cứ như thế, phi thuyền [Voyager] đã làm hé lộ nhiều thứ bất ngờ đến mức thường phải mất nhiều ngày, nhiều tháng hoặc thậm chí nhiều năm để hiểu ra chúng”.

Kiểu thời tiết hình lục giác khó hiểu xung quanh cực bắc của Thổ tinh lần đầu tiên được nhận ra trong các ảnh chụp từ phi thuyền Voyager 2 (trái). Phi thuyền Cassini đã chụp được những hình ảnh phân giải cao hơn của hình lục giác trên (ảnh phải, chụp năm 2009) – cho các nhà khoa học biết hình lục giác trên là một làn sóng ổn định vẫn tồn tại sau 30 năm.

Đặc điểm thú vị của vành F chỉ là một trong nhiều hiện tượng lạ được phát hiện ra trong những lần phi thuyền Voyager tiếp cận gần với Thổ tinh, xảy ra vào ngày 12/11/1980 đối với Voyager 1, và 25/08/1981 đối với Voyager 2. Những lần Voyager tiếp cận đã tìm ra sáu vệ tinh nhỏ và làm sáng tỏ địa mạo nửa già, nửa trẻ của Enceladus phải liên quan đến một số loại hoạt động địa chất nào đó.

Ảnh chụp từ hai lần tiếp cận còn từng cơn bão đang vần vũ trong bầu khí quyển của Thổ tinh, chúng không xuất hiện trong mọi dữ liệu thu từ các kính thiên văn mặt đất. Các nhà khoa học đã sử dụng dữ liệu Voyager để phân giải một cuộc tranh luận rằng Titan có bầu khí quyển dày hay mỏng, họ nhận thấy Titan bị bao phủ trong lớp sương mù hydrocarbon dày đặc trong một bầu khí quyển giàu nitrogen. Kết quả trên khiến các nhà khoa học đi đến dự đaons rằng có thể có những biển methane và ethane lỏng trên bề mặt Titan.

“Khi nhìn ngược dòng lịch sử, tôi nhận thấy chúng ta thật sự biết ít ỏi về hệ mặt trời trước khi có các phi thuyền Voyager”, Stone nói. “Chúng ta đã phát hiện ra những cái chúng ta không biết phát hiện ra ở đâu, hết lần này tới lần khác”.

Các nhà khoa học lần đầu tiên nhìn thấy những đám mây nhất thời này của những hạt nhỏ li ti gọi là “nan hoa” trong các ảnh chụp từ phi thuyền Voyager của NASA. Một điện tích tĩnh điện dường như đang nâng các hạt vật chất vành nhỏ bé lên trên mặt phẳng vành, nhưng các nhà khoa học vẫn đang tìm hiểu xem các hạt đó đã tích điện như thế nào khi họ phân tích các bức ảnh thu từ phi thuyền Cassini của NASA.

Thật ra, những lần tiếp cận Voyager đã đặt ra nhiều câu hỏi mới tới mức một phi thuyền khác, phi thuyền Cassini của NASA, đã được gửi lên để khảo sát những bí ẩn đó. Trong khi Voyager 1 đạt tới cao độ cách các chóp mây của Thổ tinh 126.000 km, và Voyager 2 đạt tới cao độ khoảng 100.800 km, thì Cassini đã hạ thấp hơn cả mức độ cao này và đã ở trong quỹ đạo tầm thấp của nó xung quanh sao Thổ kể từ năm 2004.

Nhờ hành trình mở rộng của Cassini vòng quanh Thổ tinh, các nhà khoa học đã tìm thấy lời giải thích cho nhiều bí ẩn mà tàu Voyager trước đây đã nhìn thấy. Cassini đã vén màn bí ẩn của một cơ chế giải thích cho địa mạo mới trên Enceladus – những sọc vằn da hổ với các vòi phun hơi nước và các hạt hữu cơ. Nó làm sáng tỏ rằng Titan thật sự có những hồ hydrocarbon lỏng ổn định trên bề mặt của nó và cho thấy vệ tinh này có nhiều điểm giống trái đất đến bất ngờ. Dữ liệu từ Cassini còn phân giải vấn đề hai vệ tinh nhỏ mà tàu Voyager phát hiện ra - Prometheus và Pandora – kéo giật lên vành F như thế nào để tạo ra hình dạng nút thắt của nó và các đường rẽ hình thành nên những quả cầu tuyết.

“Cassini đã mắc nợ Voyager với nhiều khám phá hấp dẫn của nó và chính Voyager đã lát đường cho Cassini”, phát biểu của Linda Spilker, nhà khoa học dự án Cassini tại JPL, người đã khởi nghiệp với nghiên cứu về Voyager từ năm 1977 đến 1989. “Với Cassini, chúng tôi vẫn so sánh dữ liệu của mình với dữ liệu của Voyager và kiêu hãnh xây dựng dữ liệu trên di sản của Voyager”.

Nhưng Voyager để lại một vài bí ẩn mà Cassini không giải quyết được. Chẳng hạn, các nhà khoa học đã lần đầu tiên tìm thấy một kiểu thời tiết hình lục giác khi họ ghép các ảnh chụp Voyager của vùng cực bắc Thổ tinh lại với nhau. Cassini đã thu được những ảnh chụp có độ phân giải cao hơn của hình lục giác ấy – nó cho các nhà khoa học biết rằng đó là một làn sóng ổn định đến bất ngờ tại một trong những dòng phun chất vẫn còn lại sau 30 năm – nhưng các nhà khoa học vẫn chưa rõ những tác động nào đã duy trì hình lục giác ấy.

Còn khó hiểu hơn nữa là những đám mây nhất thời, hình nêm, gồm những hạt nhỏ li ti mà Voyager đã phát hiện ra đang quay xung quanh vành B của Thổ tinh. Các nhà khoa học đặt tên cho chúng là “nan hoa” vì chúng trông tựa như các nan hoa của xe đạp. Khi Thổ tinh tiến đến điểm [xuân/thu] phân, và ánh sáng mặt trời chiếu ngang lên rìa các vành, thì cái nan hoa ấy thật sự xuất hiện trở lại ở phía bên ngoài của vành B của Thổ tinh. Nhưng các nhà khoa học Cassini vẫn đang kiểm tra các lí thuyết của họ xem cái gì đang gây ra những đặc điểm kì lạ này.

“Thực tế ngày nay chúng ta vẫn có nhiều bí ẩn để nghiên cứu cho thấy chúng ta vẫn phải học hỏi nhiều về hệ mặt trời của mình”, phát biểu của Suzanne Dodd, nhà điều hành dự án Voyager, làm việc tại JPL. “Hiện nay, phi thuyền Voyager đang tiếp tục làm người mở đường tiên phong tiến thẳng ra biên giới ngoài của hệ mặt trời của chúng ta. Chúng tôi không thể chờ nổi đến khi phi thuyền Voyager tiến vào không gian giữa các sao – không gian đích thực bên ngoài – và thực hiện thêm nhiều khám phá bất ngờ nữa”.

Voyager 1, phòng lên ngày 05/09/1977, hiện đang ở cách mặt trời 17 tỉ km. Nó là phi thuyền đi xa nhất. Voyager 2, phóng lên ngày 20/08/1977, hiện đang ở cách mặt trời 14 tỉ km.

Cặp đôi phi thuyền Voyager do JPL chế tạo, và phòng thí nghiệm này tiếp tục đảm đương vai trò điều khiển cả hai phi thuyền. Sứ mệnh Cassini-Huygens là một dự án hợp tác của NASA, Cơ quan Vũ trụ châu Âu và Cơ quan Vũ trụ Italy. JPL điều hành Cassini cho phía NASA. Tàu quỹ đạo Cassini và hai camera trên tàu được thiết kế, phát triển, và lắp ráp tại JPL.

Provided by JPL/NASA
Tác giả: Jia-Rui C. Cook