Nguyễn Hoàng
Intern Writer
Ngay cả những cơn bão mạnh nhất trong hệ mặt trời cũng có vẻ bình lặng khi so sánh.
Hình minh họa về ngoại hành tinh nóng Wasp-121 b của Sao Mộc có mưa sắt và gió dữ dội ngoài mong đợi (Nguồn hình ảnh: Robert Lea (tạo bằng Canva)
Hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời (tiếng Anh: extrasolar planet) hay ngoại hành tinh (exoplanet) là những hành tinh nằm ở ngoài Hệ Mặt Trời. WASP-121 b là định nghĩa của một ngoại hành tinh (exoplanets) "cực đoan", nó nóng đến mức mưa những giọt sắt lỏng.
Giờ đây, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng hành tinh này, nằm cách chúng ta khoảng 900 năm ánh sáng, cũng bị tàn phá bởi những cơn gió mạnh bất ngờ.
Đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn học có thể nghiên cứu bầu khí quyển của một hành tinh bên ngoài hệ mặt trời ở độ sâu và chi tiết phức tạp như vậy.
Những cơn gió WASP-121 b, được phát hiện bởi một nhóm các nhà thiên văn học sử dụng Kính viễn vọng rất lớn (VLT) đặt tại vùng sa mạc Atacama ở phía bắc Chile, mang theo các nguyên tố như sắt và titan xung quanh hành tinh, do đó tạo ra các kiểu thời tiết phức tạp.
"Bầu khí quyển của hành tinh này hoạt động theo những cách thách thức hiểu biết của chúng ta về cách thời tiết hoạt động — không chỉ trên Trái đất mà trên tất cả các hành tinh", Julia Victoria Seidel, trưởng nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu của Observatoire de la Côte d'Azur, cho biết trong một tuyên bố.
"Cảm giác giống như một thứ gì đó trong khoa học viễn tưởng".
Khoảng cách gần này cũng có nghĩa là WASP-121 b bị "khóa thủy triều", nghĩa là một mặt của thế giới luôn hướng về ngôi sao của nó (mặt ban ngày nóng như thiêu đốt) trong khi mặt còn lại (mặt ban đêm) mát hơn vì nó hướng ra ngoài không gian mãi mãi.
Sắt và các kim loại khác bị bốc hơi ở phía ban ngày nóng như thiêu đốt và bị thổi qua hành tinh đến phía ban đêm, nơi chúng ngưng tụ và rơi xuống dưới dạng mưa kim loại lỏng.
Các lớp khí quyển của ngoại hành tinh nóng WASP-121 b của Sao Mộc.(Tín dụng hình ảnh: ESO/M. Kornmesser)
Khi đi sâu vào bầu khí quyển của WASP-121 b và tạo ra bản đồ 3D về bầu khí quyển của nó, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy nhiều loại gió khác nhau ở các tầng khác nhau của thế giới; họ cũng quan sát thấy một luồng phản lực kéo dài một nửa hành tinh.
Khi luồng phản lực này tăng tốc, nó dường như làm xáo trộn dữ dội bầu khí quyển của WASP-121 b ở phía trên bầu trời khi nó băng qua ranh giới giữa mặt đêm và mặt ngày của hành tinh, di chuyển về phía nửa nóng hơn.
"Những gì chúng tôi tìm thấy thật đáng ngạc nhiên: một luồng phản lực xoay vật chất quanh đường xích đạo của hành tinh, trong khi một luồng riêng biệt ở các tầng thấp hơn của khí quyển di chuyển khí từ phía nóng sang phía lạnh hơn", Seidel cho biết. "Loại khí hậu này chưa từng thấy trước đây trên bất kỳ hành tinh nào.
"Ngay cả những cơn bão mạnh nhất trong hệ mặt trời cũng có vẻ bình lặng khi so sánh."
Hình minh họa cho thấy các nguyên tố chuyển động xung quanh ngoại hành tinh WASP-121 b.(Tín dụng hình ảnh: ESO/M. Kornmesser)
Bản đồ phức tạp này về bầu khí quyển của WASP-121 b có thể thực hiện được nhờ vào thiết bị VLT ESPRESSO (Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observations).
VLT kết hợp ánh sáng từ nhiều kính thiên văn khác nhau; nó phân tích lượng ánh sáng gấp bốn lần so với một thiết bị duy nhất, và điều này cho phép nó thu được nhiều chi tiết mờ hơn về bầu khí quyển của một hành tinh.
Nhóm nghiên cứu đã huấn luyện ESPRESSO trên WASP-121 b trong một lần di chuyển hoàn toàn qua phía trước ngôi sao của nó, hay một lần "quá cảnh" hoàn chỉnh. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu phát hiện dấu hiệu của nhiều loại hóa chất trong bầu khí quyển của Sao Mộc cực nóng trên các lớp khí quyển khác nhau.
Leonardo A. dos Santos, thành viên nhóm nghiên cứu và là nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian, cho biết trong tuyên bố: "VLT cho phép chúng tôi thăm dò ba lớp khác nhau của bầu khí quyển của ngoại hành tinh chỉ trong một lần".
Các nhà nghiên cứu đã theo dõi chuyển động của sắt, natri và hydro, sử dụng các nguyên tố này để theo dõi gió ở các lớp sâu, giữa và nông của bầu khí quyển WASP-121 b.
Dos Santos cho biết: "Đây là loại quan sát rất khó thực hiện bằng kính viễn vọng không gian, điều này làm nổi bật tầm quan trọng của việc quan sát các ngoại hành tinh trên mặt đất".
Một điều bất ngờ mà cuộc điều tra này mang lại là phát hiện ra titan ẩn núp ngay bên dưới luồng phản lực. Các quan sát trước đây về WASP-121 b đã chỉ ra rằng nguyên tố này không có. Sự khác biệt có thể là do hàm lượng titan ẩn sâu trong bầu khí quyển cực nóng của Sao Mộc.
Bibiana Prinoth, một nhà nghiên cứu tại Đại học Lund và là tác giả của một bài báo đi kèm nêu chi tiết về khám phá titan, cho biết trong tuyên bố: "Thật sự rất đáng kinh ngạc khi chúng ta có thể nghiên cứu các chi tiết như thành phần hóa học và kiểu thời tiết của một hành tinh ở khoảng cách xa như vậy".
Nghiên cứu của nhóm được công bố ngày 18 tháng 2 trên tạp chí Nature.
Hình minh họa về ngoại hành tinh nóng Wasp-121 b của Sao Mộc có mưa sắt và gió dữ dội ngoài mong đợi (Nguồn hình ảnh: Robert Lea (tạo bằng Canva)
Hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời (tiếng Anh: extrasolar planet) hay ngoại hành tinh (exoplanet) là những hành tinh nằm ở ngoài Hệ Mặt Trời. WASP-121 b là định nghĩa của một ngoại hành tinh (exoplanets) "cực đoan", nó nóng đến mức mưa những giọt sắt lỏng.
Giờ đây, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng hành tinh này, nằm cách chúng ta khoảng 900 năm ánh sáng, cũng bị tàn phá bởi những cơn gió mạnh bất ngờ.
Đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn học có thể nghiên cứu bầu khí quyển của một hành tinh bên ngoài hệ mặt trời ở độ sâu và chi tiết phức tạp như vậy.
Những cơn gió WASP-121 b, được phát hiện bởi một nhóm các nhà thiên văn học sử dụng Kính viễn vọng rất lớn (VLT) đặt tại vùng sa mạc Atacama ở phía bắc Chile, mang theo các nguyên tố như sắt và titan xung quanh hành tinh, do đó tạo ra các kiểu thời tiết phức tạp.
"Bầu khí quyển của hành tinh này hoạt động theo những cách thách thức hiểu biết của chúng ta về cách thời tiết hoạt động — không chỉ trên Trái đất mà trên tất cả các hành tinh", Julia Victoria Seidel, trưởng nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu của Observatoire de la Côte d'Azur, cho biết trong một tuyên bố.
"Cảm giác giống như một thứ gì đó trong khoa học viễn tưởng".
Một thế giới cực đoan
Nhiều đặc điểm phi thường của WASP-121 b xuất phát từ thực tế rằng nó là một Sao Mộc cực nóng, một hành tinh khí khổng lồ có khối lượng gấp khoảng 1,2 lần khối lượng của hành tinh cùng tên trong hệ mặt trời. WASP-121 b thực sự quay quanh ngôi sao của nó rất gần đến mức một năm ở đó chỉ kéo dài 30 giờ Trái đất.Khoảng cách gần này cũng có nghĩa là WASP-121 b bị "khóa thủy triều", nghĩa là một mặt của thế giới luôn hướng về ngôi sao của nó (mặt ban ngày nóng như thiêu đốt) trong khi mặt còn lại (mặt ban đêm) mát hơn vì nó hướng ra ngoài không gian mãi mãi.
Sắt và các kim loại khác bị bốc hơi ở phía ban ngày nóng như thiêu đốt và bị thổi qua hành tinh đến phía ban đêm, nơi chúng ngưng tụ và rơi xuống dưới dạng mưa kim loại lỏng.
Các lớp khí quyển của ngoại hành tinh nóng WASP-121 b của Sao Mộc.(Tín dụng hình ảnh: ESO/M. Kornmesser)
Khi đi sâu vào bầu khí quyển của WASP-121 b và tạo ra bản đồ 3D về bầu khí quyển của nó, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy nhiều loại gió khác nhau ở các tầng khác nhau của thế giới; họ cũng quan sát thấy một luồng phản lực kéo dài một nửa hành tinh.
Khi luồng phản lực này tăng tốc, nó dường như làm xáo trộn dữ dội bầu khí quyển của WASP-121 b ở phía trên bầu trời khi nó băng qua ranh giới giữa mặt đêm và mặt ngày của hành tinh, di chuyển về phía nửa nóng hơn.
"Những gì chúng tôi tìm thấy thật đáng ngạc nhiên: một luồng phản lực xoay vật chất quanh đường xích đạo của hành tinh, trong khi một luồng riêng biệt ở các tầng thấp hơn của khí quyển di chuyển khí từ phía nóng sang phía lạnh hơn", Seidel cho biết. "Loại khí hậu này chưa từng thấy trước đây trên bất kỳ hành tinh nào.
"Ngay cả những cơn bão mạnh nhất trong hệ mặt trời cũng có vẻ bình lặng khi so sánh."
Hình minh họa cho thấy các nguyên tố chuyển động xung quanh ngoại hành tinh WASP-121 b.(Tín dụng hình ảnh: ESO/M. Kornmesser)
Bản đồ phức tạp này về bầu khí quyển của WASP-121 b có thể thực hiện được nhờ vào thiết bị VLT ESPRESSO (Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observations).
VLT kết hợp ánh sáng từ nhiều kính thiên văn khác nhau; nó phân tích lượng ánh sáng gấp bốn lần so với một thiết bị duy nhất, và điều này cho phép nó thu được nhiều chi tiết mờ hơn về bầu khí quyển của một hành tinh.
Nhóm nghiên cứu đã huấn luyện ESPRESSO trên WASP-121 b trong một lần di chuyển hoàn toàn qua phía trước ngôi sao của nó, hay một lần "quá cảnh" hoàn chỉnh. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu phát hiện dấu hiệu của nhiều loại hóa chất trong bầu khí quyển của Sao Mộc cực nóng trên các lớp khí quyển khác nhau.
Leonardo A. dos Santos, thành viên nhóm nghiên cứu và là nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian, cho biết trong tuyên bố: "VLT cho phép chúng tôi thăm dò ba lớp khác nhau của bầu khí quyển của ngoại hành tinh chỉ trong một lần".
Các nhà nghiên cứu đã theo dõi chuyển động của sắt, natri và hydro, sử dụng các nguyên tố này để theo dõi gió ở các lớp sâu, giữa và nông của bầu khí quyển WASP-121 b.
Dos Santos cho biết: "Đây là loại quan sát rất khó thực hiện bằng kính viễn vọng không gian, điều này làm nổi bật tầm quan trọng của việc quan sát các ngoại hành tinh trên mặt đất".
Một điều bất ngờ mà cuộc điều tra này mang lại là phát hiện ra titan ẩn núp ngay bên dưới luồng phản lực. Các quan sát trước đây về WASP-121 b đã chỉ ra rằng nguyên tố này không có. Sự khác biệt có thể là do hàm lượng titan ẩn sâu trong bầu khí quyển cực nóng của Sao Mộc.
Bibiana Prinoth, một nhà nghiên cứu tại Đại học Lund và là tác giả của một bài báo đi kèm nêu chi tiết về khám phá titan, cho biết trong tuyên bố: "Thật sự rất đáng kinh ngạc khi chúng ta có thể nghiên cứu các chi tiết như thành phần hóa học và kiểu thời tiết của một hành tinh ở khoảng cách xa như vậy".
Nghiên cứu của nhóm được công bố ngày 18 tháng 2 trên tạp chí Nature.
