Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Kính viễn vọng không gian James Webb của NASA sẽ mở khóa những bí mật về bầu khí quyển của Thiên vương tinh và Hải vương tinh.
Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương – những ngôi sao khổng lồ băng trong hệ mặt trời của chúng ta – cũng bí ẩn như chúng ở xa. Ngay sau khi ra mắt vào năm 2021, Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA sẽ thay đổi điều đó bằng cách mở khóa bí mật về bầu khí quyển của cả hai hành tinh.
Các hành tinh khổng lồ lạnh lẽo và xa xôi Uranus và Hải vương tinh có biệt danh là “người khổng lồ băng” vì lõi của chúng có cấu tạo khác với Sao Mộc và Sao Thổ, giàu hydro và heli hơn và được gọi là “người khổng lồ khí”. Những người khổng lồ băng cũng nhỏ hơn nhiều so với anh em họ khí của họ, có kích thước trung gian giữa các hành tinh trên mặt đất và người khổng lồ khí. Chúng đại diện cho loại hành tinh ít được khám phá nhất trong hệ mặt trời của chúng ta. Các nhà khoa học sử dụng Webb có kế hoạch nghiên cứu các mô hình lưu thông, hóa học và thời tiết của Thiên vương tinh và Hải vương tinh theo cách mà chỉ Webb mới có thể.
“Điều quan trọng mà Webb có thể làm là rất, rất khó thực hiện từ bất kỳ cơ sở nào khác là lập bản đồ nhiệt độ khí quyển và cấu trúc hóa học của chúng”, Leigh Fletcher, phó giáo sư khoa học hành tinh tại Đại học Leicester giải thích ở vương quốc Anh. “Chúng tôi nghĩ rằng thời tiết và khí hậu của những người khổng lồ băng sẽ có một đặc điểm khác biệt cơ bản so với những người khổng lồ khí. Điều đó một phần là do họ ở rất xa Mặt trời, chúng có kích thước nhỏ hơn và quay chậm hơn trục, nhưng cũng bởi vì sự pha trộn của khí và lượng trộn khí quyển rất khác so với Sao Mộc và Sao Thổ. “
Tất cả các khí trong khí quyển trên của Thiên vương tinh và Hải vương tinh đều có dấu vân tay hóa học độc đáo mà Webb có thể phát hiện. Tuy nhiên điều quan trọng nhất là Webb có thể phân biệt hóa chất này với hóa chất khác. Nếu các hóa chất này được tạo ra bởi ánh sáng mặt trời tương tác với khí quyển hoặc nếu chúng được phân phối lại từ nơi này sang nơi khác bằng các mô hình lưu thông quy mô lớn, Webb sẽ có thể thấy điều đó.
Những nghiên cứu này sẽ được thực hiện thông qua chương trình Quan sát thời gian được đảm bảo (GTO) của hệ mặt trời do Heidi Hammel, một nhà khoa học hành tinh và Nhà khoa học liên ngành Webb dẫn đầu. Cô cũng là Phó Chủ tịch Khoa học tại Hiệp hội các trường Đại học Nghiên cứu Thiên văn học (AURA) tại Washington, chương trình của DC Hammel sẽ chứng minh khả năng của Webb trong việc quan sát các vật thể trong hệ mặt trời và thực hiện một số kỹ thuật cụ thể của Webb đối với các vật thể sáng và / hoặc đang di chuyển trên bầu trời.
Sao Thiên Vương: Hành tinh nghiêng
Không giống như các hành tinh khác trong hệ mặt trời của chúng ta, Sao Thiên Vương – cùng với các vành đai và mặt trăng của nó – nghiêng về phía nó, quay một góc khoảng 90 độ so với mặt phẳng quỹ đạo của nó. Điều này làm cho hành tinh dường như lăn như một quả bóng quanh Mặt trời. Định hướng kỳ lạ đó – có thể là kết quả của một vụ va chạm khổng lồ với một hành tinh khổng lồ khác ngay từ đầu trong quá trình hình thành của hệ mặt trời – đã tạo ra những mùa cực đoan trên Sao Thiên Vương.
Khi tàu vũ trụ Voyager 2 của NASA bay qua Thiên vương tinh vào năm 1986, một cây sào đang chĩa thẳng vào Mặt trời. Cho dù sao Thiên Vương sẽ quay bao nhiêu thì một nửa là trong ánh sáng mặt trời hoàn toàn mọi lúc, và nửa còn lại hoàn toàn chìm trong bóng tối. Đó là điều điên rồ nhất bạn có thể tưởng tượng.
Thất vọng thay, Voyager 2 chỉ thấy một hành tinh nhẵn bóng bi-a bao phủ trong khói mù, chỉ có một đám mây nhỏ. Nhưng khi Hubble xem Sao Thiên Vương vào đầu những năm 2000, hành tinh này đã đi được một phần tư quãng đường trong quỹ đạo của nó. Bây giờ đường xích đạo đã chỉ vào Mặt trời, và toàn bộ hành tinh được chiếu sáng trong suốt một ngày của Uranian.
“Lý thuyết nói với chúng tôi rằng sẽ không có gì thay đổi”, Hammel nói, “Nhưng thực tế là Sao Thiên Vương bắt đầu mọc lên tất cả các loại mây sáng và một điểm tối được Hubble phát hiện. Những đám mây dường như đang thay đổi đáng kể trước sự thay đổi ngay lập tức. trong ánh sáng mặt trời khi hành tinh đi vòng quanh Mặt trời. “
Khi hành tinh tiếp tục hành trình quỹ đạo chậm chạp, nó sẽ hướng cực khác về Mặt trời vào năm 2028.
Webb sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về các lực lượng theo mùa mạnh mẽ thúc đẩy sự hình thành của các đám mây và thời tiết của nó, và làm thế nào điều này thay đổi theo thời gian. Nó sẽ giúp xác định cách năng lượng chảy và được vận chuyển qua bầu khí quyển Uran. Các nhà khoa học muốn theo dõi Sao Thiên Vương trong suốt cuộc đời của Webb để xây dựng một dòng thời gian về cách khí quyển phản ứng với các mùa khắc nghiệt. Điều đó sẽ giúp họ hiểu tại sao bầu khí quyển của hành tinh này dường như trải qua các giai đoạn hoạt động mạnh mẽ được nhấn mạnh bởi những khoảnh khắc bình tĩnh.
Sao Hải Vương: Một thế giới của gió siêu âm
Neptune là một thế giới tối và lạnh nhưng nó có gió siêu thanh có thể đạt lên 1.500 dặm một giờ. Cách Mặt trời hơn 30 lần so với Trái đất, Sao Hải Vương là hành tinh duy nhất trong hệ mặt trời của chúng ta không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Sự tồn tại của nó đã được toán học dự đoán trước khi phát hiện vào năm 1846. Năm 2011, Sao Hải Vương đã hoàn thành quỹ đạo 165 năm đầu tiên kể từ khi phát hiện ra nó.
Giống như Thiên vương tinh, bầu không khí rất sâu của người khổng lồ băng này được tạo thành từ một loại nước súp đặc, amoniac, hydro sunfua và khí mê-tan trên một không gian bên trong không xác định và không thể tiếp cận. Các tầng trên của khí quyển có thể tiếp cận được làm từ hydro, heli và metan. Như với Sao Thiên Vương, khí mê-tan mang lại cho Sao Hải Vương màu xanh lam nhưng một số hóa học khí quyển vẫn còn bí ẩn làm cho màu xanh của Sao Hải Vương nổi bật hơn một chút so với Sao Thiên Vương.
Đó là cùng một câu hỏi ở đây: Năng lượng chảy như thế nào và nó được vận chuyển qua bầu khí quyển hành tinh như thế nào? Nhưng trong trường hợp này, không giống như Thiên vương tinh, hành tinh này có nguồn nhiệt bên trong mạnh. Nguồn nhiệt đó tạo ra một số cơn gió mạnh nhất và các xoáy khí quyển và các đặc điểm đám mây tồn tại ngắn nhất ở bất kỳ nơi nào trong hệ mặt trời. Nếu chúng ta nhìn vào Sao Hải Vương từ đêm này sang đêm khác, khuôn mặt của nó luôn luôn thay đổi và thay đổi khi những đám mây này bị kéo căng và kéo và thao túng bởi trường gió bên dưới.
Sau chuyến bay Voyager 2 năm 1989 của sao Hải Vương, các nhà khoa học đã phát hiện ra một cơn lốc sáng, nóng – một cơn bão – ở cực nam của hành tinh. Bởi vì nhiệt độ ở đó cao hơn mọi nơi khác trong khí quyển, khu vực này có khả năng liên quan đến một số hóa học độc đáo. Độ nhạy của Webb sẽ cho phép các nhà khoa học hiểu được môi trường hóa học bất thường trong cơn lốc cực đó.
Chỉ là khởi đầu
Fletcher khuyên nên chuẩn bị để nhìn thấy các hiện tượng trên Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương hoàn toàn không giống với những gì chúng ta đã chứng kiến trong quá khứ. Webb thực sự có khả năng nhìn thấy những người khổng lồ băng trong một ánh sáng hoàn toàn mới. Nhưng để hiểu được các quá trình khí quyển liên tục đang định hình các hành tinh khổng lồ này, bạn thực sự cần nhiều hơn chỉ là một vài mẫu. Vì vậy, nhóm các nhà thiên văn học so sánh Sao Mộc với Sao Thổ với Sao Thiên Vương với Sao Hải Vương và bằng cách đó, họ xây dựng một bức tranh rộng lớn hơn về cách thức khí quyển nói chung. Đây là khởi đầu để hiểu cách các thế giới này thay đổi theo thời gian.
Bây giờ chúng ta biết hàng trăm ngoại hành tinh – các hành tinh xung quanh các ngôi sao khác – có kích thước của những người khổng lồ băng địa phương của chúng ta. Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương cung cấp cho chúng ta sự thật về các nghiên cứu về những thế giới mới được phát hiện này.
Kính thiên văn vũ trụ James Webb sẽ là đài quan sát khoa học vũ trụ hàng đầu thế giới khi nó ra mắt vào năm 2021. Webb sẽ giải quyết những bí ẩn trong hệ mặt trời của chúng ta, nhìn xa hơn về thế giới xa xôi xung quanh các ngôi sao khác và thăm dò các cấu trúc và nguồn gốc bí ẩn của vũ trụ và địa điểm của chúng ta trong đó. Webb là một chương trình quốc tế do NASA dẫn đầu với các đối tác của mình, ESA (Cơ quan Vũ trụ Châu Âu) và Cơ quan Vũ trụ Canada.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi NASA / Goddard Space Flight Center . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.