Nguyễn Quốc Hòa
Writer
Qua ống kính của tàu thăm dò sao Hỏa, giờ đây chúng ta có thể nhìn thoáng qua khuôn mặt của Sao Hỏa: Nhìn thoáng qua, Sao Hỏa trông giống như Trái đất chết. Những ngọn núi, hẻm núi, đồng bằng, vùng trũng và nhiều địa hình khác nhau rất giống Trái đất. Sự khác biệt là bề mặt sao Hỏa không được bao phủ bởi thảm thực vật xanh và không có vùng nước trong xanh ở những vùng trũng thấp. Khắp nơi đều có cồn cát và sỏi màu đỏ và vàng, và chúng bị bỏ hoang.
Nhưng bạn có biết không? Cách đây hàng tỷ năm, sao Hỏa không khác gì Trái đất: nhiệt độ và độ sáng của mặt trời lúc đó kém hơn rất nhiều so với hiện nay do có một lượng lớn khí nhà kính trên Trái đất. Sao Hỏa ở những vị trí thích hợp để giữ lại nhiều nước ở dạng lỏng và có khả năng tạo ra những điều kiện cơ bản để nuôi dưỡng sự sống.
Nhưng hàng tỷ năm sau, hai hành tinh đã đi về những hướng hoàn toàn khác nhau. Trái đất vẫn tràn đầy sức sống nhưng sao Hỏa đã chết từ lâu. Điều gì đã tạo nên số phận khác nhau của chúng?
Trong số đó, giả thuyết được công nhận rộng rãi nhất là từ trường của Sao Hỏa biến mất, khiến bầu khí quyển của nó mất đi sự bảo vệ và bị gió mặt trời cuồng nộ cuốn đi sẽ khó bảo tồn: sự bốc hơi bốc hơi và băng đóng băng. Giả thuyết này có đúng không? NASA đã phát động sứ mệnh mang tên MAVEN để tìm ra câu trả lời cho câu hỏi này.
Theo nghiên cứu về khoáng chất trên sao Hỏa, thành phần chính của bầu khí quyển ban đầu của sao Hỏa là carbon dioxide và sulfur dioxide dễ hòa tan trong nước hơn carbon dioxide, khiến đại dương sao Hỏa sơ khai có tính axit cao. Các đại dương có tính axit không thể hấp thụ nhiều carbon dioxide hơn, vì vậy một lượng lớn carbon dioxide vẫn còn trong bầu khí quyển sao Hỏa. Mặc dù gió mặt trời rất mạnh nhưng các phân tử carbon dioxide có trọng lượng rất lớn. Liệu gió mặt trời có thể tăng tốc chúng đến vận tốc thoát ra để chúng không bao giờ quay trở lại không? bầu khí quyển hiện tại của sao Hỏa, sau đó tính toán tỷ lệ mất bầu khí quyển lịch sử trên sao Hỏa.
Theo nghiên cứu từ sứ mệnh MAVEN, các proton chuyển động nhanh trong gió mặt trời đã va vào Sao Hỏa với tốc độ 447.000 mét/giây (khoảng 0,15% tốc độ ánh sáng) và có thể lấy đi khoảng 100 gram bầu khí quyển sao Hỏa mỗi giây. Trung bình. Khi xảy ra hiện tượng lóa, cường độ gió mặt trời vượt quá mức bình thường khiến trọng lượng của khí quyển thoát ra tăng từ 10 đến 20 lần. Nếu bầu khí quyển dày đặc hơn, gió mặt trời có cùng cường độ có thể cuốn trôi bầu khí quyển với tốc độ nhanh hơn.
Trên Trái đất, do sự tồn tại của trường địa từ, các hạt gió mặt trời sẽ bị hút về các cực, tạo thành những cực quang tuyệt đẹp. Tuy nhiên, trên Sao Hỏa không có từ trường, đồng nghĩa với việc có thể cảm nhận được bão mặt trời ở bất cứ đâu trên hành tinh này. Trong trường hợp này, chỉ mất 100 triệu năm để bầu khí quyển của nó cạn kiệt. Nghiên cứu này hoàn toàn ủng hộ phỏng đoán của các nhà khoa học: sự biến mất của từ trường và cơn gió mặt trời dữ dội đã khiến hành tinh ban đầu có thể ở được này cuối cùng trở thành sa mạc.
Trước đây, các nhà khoa học suy đoán rằng Sao Hỏa từng có từ trường tương tự Trái đất, tuy nhiên, do đường kính của Sao Hỏa chỉ bằng một nửa Trái đất và mật độ cũng như kích thước của lõi không dày đặc như của Trái đất. Trái đất, khi nhiệt trong lõi bị tiêu tan, "máy tạo từ trường" của Sao Hỏa "Dần dần dừng lại, cuối cùng dẫn đến sự biến mất của từ trường của nó. Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây cho thấy Sao Hỏa đã thất bại trong việc hình thành một "máy tạo từ trường" hoàn chỉnh, còn "máy tạo từ trường" của Trái đất gần như ngừng hoạt động do "chậm trễ" trong quá trình lắp ráp.
Đầu tiên, chúng ta hãy làm rõ cách "máy tạo từ trường" tạo ra từ trường bao phủ toàn bộ hành tinh. Chúng ta biết rằng điện từ có thể biến đổi lẫn nhau. Một điện trường biến đổi có thể kích thích một từ trường, và một từ trường biến đổi có thể lần lượt tạo ra một điện trường, v.v. Cốt lõi của trái đất thực chất là một “máy phát điện” khổng lồ. Giống như các hành tinh khác, Trái đất hình thành từ sự bồi tụ của khí và bụi còn sót lại sau quá trình hình thành Mặt trời. Trong quá trình hình thành Trái đất, các nguyên tố sắt đậm đặc hơn kết tủa về phía trung tâm, silicat ít đậm đặc hơn được lắng đọng trên bề mặt và các loại khí nhẹ nhất được bọc ở lớp ngoài cùng. Do bị nén bởi trọng lực, lõi Trái đất có nhiệt lượng cực cao, đến mức các nguyên tử sắt bị nung chảy thành sắt nóng chảy. Dòng sắt nóng chảy không ngừng tạo thành dòng điện ổn định, đồng thời tạo ra điện trường vòng kín kích thích sự nóng chảy từ trường - trường địa từ xuất hiện.
Nếu cơ chế của địa từ quả thực là như thế này thì từ trường này lẽ ra đã biến mất từ lâu: do nhiệt độ lõi trái đất quá cao, chuyển động nhiệt sẽ làm rối loạn phương hướng của các nguyên tử sắt (tương tự như những chiếc kim nam châm nhỏ) và không thể duy trì từ tính vĩnh viễn - thỉnh thoảng. Theo thời gian, từ trường sẽ trải qua một chu kỳ "yếu đi-biến mất-đảo ngược". Sự gia tăng số lần đảo chiều cũng làm tiêu hao tuổi thọ của “máy phát điện”. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng “máy phát điện” của trái đất đang trên bờ vực sụp đổ cách đây khoảng 565 triệu năm. Vào thời điểm đó, cường độ trường địa từ đạt giá trị thấp nhất. - chỉ tương đương ở mức 10% cường độ hiện tại. Nếu cường độ từ trường tiếp tục yếu đi, Trái đất sẽ theo bước sao Hỏa.
May mắn thay, thời kỳ từ trường cường độ thấp này không kéo dài được lâu. Khoảng 15 triệu năm sau, từ trường trái đất phục hồi một cách kỳ diệu: Nguyên nhân có lẽ là sự xuất hiện kịp thời của lõi rắn trái đất đã bù đắp cho phần còn thiếu của lõi. "vòng máy phát điện" của trái đất. Khi Trái đất dần nguội đi, sắt lỏng nóng chảy ở lõi ngoài từ từ kết tinh ở ranh giới lõi bên trong, tạo thành lõi bên trong rắn chắc, giải phóng nhiệt và các nguyên tố nhẹ hòa tan trong đó. Nhiệt lượng tỏa ra và sức nổi của các nguyên tố nhẹ cung cấp động lực liên tục cho sự đối lưu của sắt lỏng ở lõi ngoài, giúp sắt lỏng tiếp tục chảy và từ trường được duy trì.
Mặt khác, sự có mặt của lõi rắn còn làm chậm quá trình đảo chiều từ trường, từ đó kéo dài tuổi thọ của “máy phát điện”. Cũng giống như việc đổ một muôi nước lạnh vào nồi súp đang sôi, nước lạnh tất yếu sẽ làm chậm tốc độ chuyển động của các hạt ban đầu trong nồi súp đang sôi, làm chậm tốc độ dòng chảy của sắt lỏng, gây ra từ trường của trái đất. trường phân rã chậm trong khoảng thời gian dài hơn, sự xuất hiện đảo cực từ cũng trở nên hiếm gặp và ngẫu nhiên hơn.
Bằng cách phân tích từ trường trong tinh thể fenspat, nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Rochester ở Mỹ đã xác định được thời điểm ra đời của lõi Trái đất rắn – cách đây 550 triệu năm. Trước đó, 15 triệu năm trước, từ trường Trái đất gần như sụp đổ. Sau đó, từ trường Trái đất trở lại cường độ ban đầu.
Ví dụ về Sao Hỏa chứng minh từ phía đối diện rằng nếu không có sự tồn tại của lõi rắn, một “máy phát điện” chỉ gồm sắt nóng chảy không thể duy trì sự tồn tại ổn định lâu dài của từ trường hành tinh.
Sự tồn tại của trái đất và sự sống trên trái đất thực sự đầy rẫy những may rủi và bất ngờ: nếu cuộc “ghép tim” đúng lúc không xảy ra cách đây hàng trăm triệu năm thì trái đất ngày nay đã trở thành một sao Hỏa khác.
Nhưng bạn có biết không? Cách đây hàng tỷ năm, sao Hỏa không khác gì Trái đất: nhiệt độ và độ sáng của mặt trời lúc đó kém hơn rất nhiều so với hiện nay do có một lượng lớn khí nhà kính trên Trái đất. Sao Hỏa ở những vị trí thích hợp để giữ lại nhiều nước ở dạng lỏng và có khả năng tạo ra những điều kiện cơ bản để nuôi dưỡng sự sống.
Nhưng hàng tỷ năm sau, hai hành tinh đã đi về những hướng hoàn toàn khác nhau. Trái đất vẫn tràn đầy sức sống nhưng sao Hỏa đã chết từ lâu. Điều gì đã tạo nên số phận khác nhau của chúng?
Độ ẩm bị mặt trời lấy đi
Có rất nhiều bằng chứng cho thấy sao Hỏa từng duy trì rất nhiều nước: các nhà khoa học đã phát hiện ra các hồ nước dưới dải băng Nam Cực, hàng loạt lưu vực và miệng hố trên bề mặt cũng có nước băng. Bụi có thể giúp một số lớp băng dưới bề mặt tan chảy, tạo ra một lượng nước lỏng tương đối nhỏ. Các đặc điểm giống như lòng sông khô cạn (thường có hình chữ U, tương tự như lòng sông trên Trái đất) được tìm thấy trên khắp Sao Hỏa và được tạo ra do lũ lụt của các hồ trên Sao Hỏa thời kỳ đầu. Ngoài ra, các nhà khoa học cũng tìm thấy rất nhiều bằng chứng trên sao Hỏa cho thấy dòng nước cổ xưa đã dẫn đến sự hình thành các lưu vực đại dương khổng lồ. Như chúng ta đã biết, lượng nước này ngày nay đã biến mất không dấu vết trên bề mặt Sao Hỏa. Nó đã đi đâu?Trong số đó, giả thuyết được công nhận rộng rãi nhất là từ trường của Sao Hỏa biến mất, khiến bầu khí quyển của nó mất đi sự bảo vệ và bị gió mặt trời cuồng nộ cuốn đi sẽ khó bảo tồn: sự bốc hơi bốc hơi và băng đóng băng. Giả thuyết này có đúng không? NASA đã phát động sứ mệnh mang tên MAVEN để tìm ra câu trả lời cho câu hỏi này.
Theo nghiên cứu về khoáng chất trên sao Hỏa, thành phần chính của bầu khí quyển ban đầu của sao Hỏa là carbon dioxide và sulfur dioxide dễ hòa tan trong nước hơn carbon dioxide, khiến đại dương sao Hỏa sơ khai có tính axit cao. Các đại dương có tính axit không thể hấp thụ nhiều carbon dioxide hơn, vì vậy một lượng lớn carbon dioxide vẫn còn trong bầu khí quyển sao Hỏa. Mặc dù gió mặt trời rất mạnh nhưng các phân tử carbon dioxide có trọng lượng rất lớn. Liệu gió mặt trời có thể tăng tốc chúng đến vận tốc thoát ra để chúng không bao giờ quay trở lại không? bầu khí quyển hiện tại của sao Hỏa, sau đó tính toán tỷ lệ mất bầu khí quyển lịch sử trên sao Hỏa.
Theo nghiên cứu từ sứ mệnh MAVEN, các proton chuyển động nhanh trong gió mặt trời đã va vào Sao Hỏa với tốc độ 447.000 mét/giây (khoảng 0,15% tốc độ ánh sáng) và có thể lấy đi khoảng 100 gram bầu khí quyển sao Hỏa mỗi giây. Trung bình. Khi xảy ra hiện tượng lóa, cường độ gió mặt trời vượt quá mức bình thường khiến trọng lượng của khí quyển thoát ra tăng từ 10 đến 20 lần. Nếu bầu khí quyển dày đặc hơn, gió mặt trời có cùng cường độ có thể cuốn trôi bầu khí quyển với tốc độ nhanh hơn.
Trên Trái đất, do sự tồn tại của trường địa từ, các hạt gió mặt trời sẽ bị hút về các cực, tạo thành những cực quang tuyệt đẹp. Tuy nhiên, trên Sao Hỏa không có từ trường, đồng nghĩa với việc có thể cảm nhận được bão mặt trời ở bất cứ đâu trên hành tinh này. Trong trường hợp này, chỉ mất 100 triệu năm để bầu khí quyển của nó cạn kiệt. Nghiên cứu này hoàn toàn ủng hộ phỏng đoán của các nhà khoa học: sự biến mất của từ trường và cơn gió mặt trời dữ dội đã khiến hành tinh ban đầu có thể ở được này cuối cùng trở thành sa mạc.
Từ trường sao Hỏa đi đâu?
Trong vụ tai nạn biến sao Hỏa thành Ngôi sao chết, một lý do rất quan trọng: từ trường của sao Hỏa biến mất. Vậy tại sao từ trường Sao Hỏa lại biến mất? Nói cách khác, tại sao từ trường Trái Đất vẫn tồn tại nhưng từ trường Sao Hỏa lại biến mất?Trước đây, các nhà khoa học suy đoán rằng Sao Hỏa từng có từ trường tương tự Trái đất, tuy nhiên, do đường kính của Sao Hỏa chỉ bằng một nửa Trái đất và mật độ cũng như kích thước của lõi không dày đặc như của Trái đất. Trái đất, khi nhiệt trong lõi bị tiêu tan, "máy tạo từ trường" của Sao Hỏa "Dần dần dừng lại, cuối cùng dẫn đến sự biến mất của từ trường của nó. Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây cho thấy Sao Hỏa đã thất bại trong việc hình thành một "máy tạo từ trường" hoàn chỉnh, còn "máy tạo từ trường" của Trái đất gần như ngừng hoạt động do "chậm trễ" trong quá trình lắp ráp.
Đầu tiên, chúng ta hãy làm rõ cách "máy tạo từ trường" tạo ra từ trường bao phủ toàn bộ hành tinh. Chúng ta biết rằng điện từ có thể biến đổi lẫn nhau. Một điện trường biến đổi có thể kích thích một từ trường, và một từ trường biến đổi có thể lần lượt tạo ra một điện trường, v.v. Cốt lõi của trái đất thực chất là một “máy phát điện” khổng lồ. Giống như các hành tinh khác, Trái đất hình thành từ sự bồi tụ của khí và bụi còn sót lại sau quá trình hình thành Mặt trời. Trong quá trình hình thành Trái đất, các nguyên tố sắt đậm đặc hơn kết tủa về phía trung tâm, silicat ít đậm đặc hơn được lắng đọng trên bề mặt và các loại khí nhẹ nhất được bọc ở lớp ngoài cùng. Do bị nén bởi trọng lực, lõi Trái đất có nhiệt lượng cực cao, đến mức các nguyên tử sắt bị nung chảy thành sắt nóng chảy. Dòng sắt nóng chảy không ngừng tạo thành dòng điện ổn định, đồng thời tạo ra điện trường vòng kín kích thích sự nóng chảy từ trường - trường địa từ xuất hiện.
Nếu cơ chế của địa từ quả thực là như thế này thì từ trường này lẽ ra đã biến mất từ lâu: do nhiệt độ lõi trái đất quá cao, chuyển động nhiệt sẽ làm rối loạn phương hướng của các nguyên tử sắt (tương tự như những chiếc kim nam châm nhỏ) và không thể duy trì từ tính vĩnh viễn - thỉnh thoảng. Theo thời gian, từ trường sẽ trải qua một chu kỳ "yếu đi-biến mất-đảo ngược". Sự gia tăng số lần đảo chiều cũng làm tiêu hao tuổi thọ của “máy phát điện”. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng “máy phát điện” của trái đất đang trên bờ vực sụp đổ cách đây khoảng 565 triệu năm. Vào thời điểm đó, cường độ trường địa từ đạt giá trị thấp nhất. - chỉ tương đương ở mức 10% cường độ hiện tại. Nếu cường độ từ trường tiếp tục yếu đi, Trái đất sẽ theo bước sao Hỏa.
Trường địa từ tình cờ tồn tại
May mắn thay, thời kỳ từ trường cường độ thấp này không kéo dài được lâu. Khoảng 15 triệu năm sau, từ trường trái đất phục hồi một cách kỳ diệu: Nguyên nhân có lẽ là sự xuất hiện kịp thời của lõi rắn trái đất đã bù đắp cho phần còn thiếu của lõi. "vòng máy phát điện" của trái đất. Khi Trái đất dần nguội đi, sắt lỏng nóng chảy ở lõi ngoài từ từ kết tinh ở ranh giới lõi bên trong, tạo thành lõi bên trong rắn chắc, giải phóng nhiệt và các nguyên tố nhẹ hòa tan trong đó. Nhiệt lượng tỏa ra và sức nổi của các nguyên tố nhẹ cung cấp động lực liên tục cho sự đối lưu của sắt lỏng ở lõi ngoài, giúp sắt lỏng tiếp tục chảy và từ trường được duy trì.
Mặt khác, sự có mặt của lõi rắn còn làm chậm quá trình đảo chiều từ trường, từ đó kéo dài tuổi thọ của “máy phát điện”. Cũng giống như việc đổ một muôi nước lạnh vào nồi súp đang sôi, nước lạnh tất yếu sẽ làm chậm tốc độ chuyển động của các hạt ban đầu trong nồi súp đang sôi, làm chậm tốc độ dòng chảy của sắt lỏng, gây ra từ trường của trái đất. trường phân rã chậm trong khoảng thời gian dài hơn, sự xuất hiện đảo cực từ cũng trở nên hiếm gặp và ngẫu nhiên hơn.
Bằng cách phân tích từ trường trong tinh thể fenspat, nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Rochester ở Mỹ đã xác định được thời điểm ra đời của lõi Trái đất rắn – cách đây 550 triệu năm. Trước đó, 15 triệu năm trước, từ trường Trái đất gần như sụp đổ. Sau đó, từ trường Trái đất trở lại cường độ ban đầu.
Ví dụ về Sao Hỏa chứng minh từ phía đối diện rằng nếu không có sự tồn tại của lõi rắn, một “máy phát điện” chỉ gồm sắt nóng chảy không thể duy trì sự tồn tại ổn định lâu dài của từ trường hành tinh.
Sự tồn tại của trái đất và sự sống trên trái đất thực sự đầy rẫy những may rủi và bất ngờ: nếu cuộc “ghép tim” đúng lúc không xảy ra cách đây hàng trăm triệu năm thì trái đất ngày nay đã trở thành một sao Hỏa khác.
