[비즈한국] Có bao nhiêu hành tinh trong hệ Mặt Trời của chúng ta sở hữu các hồ và biển chất lỏng trên bề mặt? Chỉ một mình Trái Đất thôi sao? Không phải vậy. Còn có thêm một hành tinh nữa. Đó chính là Titan, vệ tinh lớn nhất của Sao Thổ. Titan che giấu bề mặt của mình bằng những lớp mây dày đặc không kém gì Sao Thổ. Chính vì thế, thế giới nào đang ẩn giấu bên trong những đám mây của Titan đã là một bí mật trong suốt một thời gian dài.
Năm 2007, khi tàu thăm dò Cassini bay ngang qua Sao Thổ và Titan, quan sát bằng radar đã xác nhận diện mạo thực sự của thế giới ẩn dưới những tầng mây. Đáng kinh ngạc là trên bề mặt Titan có những hồ và biển chất lỏng lớn nhỏ giống như Trái Đất. Tất nhiên, do ở rất xa Mặt Trời nên nhiệt độ của Titan thấp hơn nhiều so với Trái Đất. Nhiệt độ bề mặt trung bình đạt tới -179 độ C. Đương nhiên, đó là cái lạnh khủng khiếp khiến nước bị đóng băng hoàn toàn. Thành phần chính của chất lỏng lấp đầy các hồ và biển trên bề mặt Titan không phải là nước, mà là các hợp chất hydrocacbon như etan và metan. Điều thú vị là vì nơi đây quá lạnh, những khối băng nước cứng ngắc trên Titan đóng vai trò giống như những viên đá trên Trái Đất.
Vào thời điểm đó, Cassini chủ yếu lập bản đồ xung quanh khu vực Bắc Cực của Titan. Trong số các hồ được xác định trên bề mặt Titan, hồ lớn nhất có diện tích lên tới 500.000 km². Nó thậm chí còn rộng hơn biển Caspi, vùng nước nội địa lớn nhất trên Trái Đất. Hồ khổng lồ này đã được đặt tên theo Kraken, con quái vật biển trong truyền thuyết.
Nếu những hồ và biển khổng lồ như vậy tồn tại trên Titan, một câu hỏi nảy sinh một cách tự nhiên. Liệu các hồ và biển của Titan có sóng như trên Trái Đất không? Liệu hiện tượng phong hóa và xói mòn làm thay đổi địa hình của Titan có xảy ra do những con sóng đó? Trong tương lai không xa, liệu nhân loại ghé thăm Titan có thể tận hưởng trò lướt sóng trên biển metan hay không?
Cho đến tận gần đây, việc tồn tại sóng trên các hồ và biển của Titan vẫn là một trong những chủ đề tranh cãi dữ dội. Trong bức ảnh phía trên do tàu Cassini chụp, chúng ta có thể thấy một đốm nhỏ tỏa sáng rực rỡ ở một nơi trên bề mặt Titan. Đây chính là khoảnh khắc ánh sáng Mặt Trời chiếu rọi xuống mặt hồ chất lỏng của Titan và phản chiếu lại! Hồ phản chiếu ánh sáng Mặt Trời lúc đó là hồ Jingpo, một hồ nhỏ nằm ở rìa phía tây của hồ Kraken khổng lồ. Nó được đặt theo tên của hồ Jingpo ở Trung Quốc. Dựa trên những quan sát này, các nhà thiên văn học trong quá khứ đã suy đoán rằng bề mặt hồ của Titan sẽ rất phẳng lặng như gương. Họ cũng phỏng đoán rằng không giống như các hồ trên Trái Đất, sẽ không có những con sóng lớn dập dềnh ở đây.
Cho đến nay, Cassini là sứ mệnh thăm dò duy nhất quan sát Sao Thổ và Titan ở khoảng cách gần và chi tiết nhất. Hơn nữa, tàu Cassini đã kết thúc sứ mệnh vào ngày 15 tháng 9 năm 2017 khi lao thẳng vào những đám mây dày đặc của Sao Thổ. Những hình ảnh về Titan mà Cassini thu thập được là toàn bộ dữ liệu quan sát chi tiết nhất mà nhân loại có được từ trước đến nay. Ngoài ra, chỉ nhìn vào những hình ảnh mờ nhạt của Titan được chụp bằng camera của tàu Cassini để kiểm chứng xem liệu có thực sự tồn tại sóng trên các hồ bề mặt hay không thì không mang nhiều ý nghĩa.
Vậy thì làm thế nào để xác định liệu có sóng đang đánh trên các hồ của Titan hay không? Trong nghiên cứu lần này, các nhà thiên văn học đã chú ý đến một nơi khá khác biệt. Đó không phải là bản thân bề mặt hồ Titan mà là diện mạo của phần rìa, bờ hồ.
Bờ biển và bờ hồ của Trái Đất trải qua quá trình phong hóa và xói mòn, nơi địa hình dần bị mài mòn và thay đổi hình dạng do tác động của sóng. Nếu những con sóng lớn vẫn liên tục được tạo ra trên các hồ của Titan, thì hình dạng bờ hồ của Titan cũng có thể thay đổi do tác động của sóng.
Các nhà thiên văn học đã giả định ba mô hình để tái hiện hình dạng của các bờ hồ Kraken và Ligeia đã được xác nhận bởi sứ mệnh Cassini trước đó. Thứ nhất, mô hình không xảy ra bất kỳ sự phong hóa xói mòn nào. Thứ hai, mô hình xói mòn diễn ra đồng đều với tốc độ nhất định trên toàn bộ bờ hồ theo cách nước thấm qua bề mặt băng của Titan. Thứ ba, mô hình bờ hồ bị mài mòn một cách bất thường do tác động vật lý của những con sóng đánh vào các điểm khác nhau trên bờ hồ. Họ đã so sánh xem trong ba mô hình này, cái nào tái hiện chính xác nhất hình dạng thực tế của bờ hồ Titan.
Đặc biệt, nếu so sánh kết quả của hai mô hình cuối cùng, nơi có cách thức xói mòn bờ hồ khác nhau, có thể phát hiện ra những khác biệt thú vị. Nếu giả định rằng sự xói mòn đồng đều diễn ra trên khắp bờ hồ vốn ban đầu có hình dạng gồ ghề và uốn lượn, thì gần như tất cả các khu vực đều bị mài mòn một cách đồng đều và trơn tru bất kể vị trí. Tuy nhiên, các mũi đất nhô ra phía trong hồ có xu hướng không bị mài mòn quá mức và gần như giữ nguyên hình dạng ban đầu.
Trong mô hình giả định rằng bờ hồ đang bị mài mòn trực tiếp do sóng đánh vào, sự khác biệt rõ rệt xuất hiện. Tại các bờ hồ lộ ra nơi đất liền lấn sâu vào phía trong hồ, lượng chất lỏng chảy vào do sóng vỗ là rất lớn. Vì vậy, bờ hồ bị mài mòn một cách trơn tru rõ rệt hơn nhiều.
Ngược lại, ở những khu vực giống như dòng sông hẹp nơi hồ thấm sâu vào trong đất liền, lượng chất lỏng chảy vào do sóng vỗ không đáng kể. Do đó, các bờ hồ ở những khu vực này không bị mài mòn trơn tru một cách rõ rệt và giữ nguyên hình dáng ban đầu trong thời gian dài. Kết quả là, trong khi đường bờ hồ rộng thay đổi một cách mượt mà, thì những đường biên giống như dòng sông len lỏi theo nhiều hướng lại tiếp tục giữ nguyên hình dáng nhọn và phức tạp như ban đầu. Vì vậy, các hồ của Titan trở nên giống như "quái vật spaghetti" với những sợi mảnh vươn ra theo nhiều hướng một cách phức tạp.
Thật thú vị là khi so sánh với hình dạng của nhiều hồ được xác định trên bề mặt Titan thực tế, mô hình giả định rằng sóng đang đánh mạnh là mô hình tái hiện kết quả quan sát tốt nhất. Bằng cách này, các nhà thiên văn học đã đưa ra bằng chứng gián tiếp rằng những con sóng khổng lồ có thể đang đánh trên các hồ của Titan thông qua phân tích về bờ hồ.
Thông qua phát hiện này, có thể suy đoán rằng ngay cả trên Titan, mặc dù thành phần chính lấp đầy các hồ không phải là nước lỏng mà là metan hoàn toàn khác biệt, gió vẫn thổi và tạo ra những con sóng dập dềnh trên bề mặt hồ giống như trên Trái Đất. Nói cách khác, chúng ta đã có thể trả lời rõ ràng hơn cho câu hỏi lâu đời rằng nếu có các biển và hồ chứa đầy chất lỏng trên bề mặt các thiên thể khác ngoài Trái Đất, thì liệu những hiện tượng tương tự như trên biển và hồ của Trái Đất có đang diễn ra ở đó hay không.
Sự tồn tại của sóng là cơ sở rất quan trọng để ước tính hệ sinh thái của hồ trên Titan. Sóng có thể đóng vai trò vật lý cho phép các vật chất trên bề mặt hồ, biển và các vật chất ở tầng sâu hơn hòa trộn vào nhau một cách đồng đều hơn. Như đã được sử dụng trong phân tích này, bằng cách gây ra các tác động xói mòn làm thay đổi địa hình bờ hồ, bờ biển, nó có thể tạo ra tiền đề địa chất để các hệ sinh thái đa dạng hơn có thể sinh sống trong nhiều môi trường khác nhau. Hơn nữa, thông qua quá trình này, các thành phần hóa học vốn bị lắng đọng trên các lục địa của Titan có thể được hòa tan vào hồ và biển khi bị sóng đánh tan. Nói cách khác, sóng chính là quá trình giúp trộn lẫn "cocktail sinh thái" xung quanh trở nên đa dạng và đẹp đẽ hơn.
Nếu chúng ta ngồi bên bờ hồ Titan và ngắm nhìn phong cảnh, chúng ta sẽ thấy những con sóng hồ đang dập dềnh dưới lớp mây metan đặc quánh ở tầm thấp. Và chúng ta cũng sẽ thấy cảnh những tảng đá và băng trên vách đá ven hồ dần bị mài mòn khi va chạm với những con sóng đó. Titan, nơi vốn chỉ được coi là một trong những vệ tinh nhỏ bé bay quanh Sao Thổ, thực chất là một sân khấu diễn ra lịch sử địa chất vô cùng đẹp đẽ và phức tạp không kém gì Trái Đất.
Tàu Cassini không chỉ dừng lại ở việc bay ngang qua Titan mà còn tiến hành thăm dò bằng cách tách tàu đổ bộ để thả vào những đám mây của Titan. Tàu đổ bộ Huygens tách ra từ Cassini đã thành công trong việc hạ cánh xuống bề mặt của một vệ tinh khác, điều chưa từng có trong lịch sử nhân loại, thậm chí còn không phải là bề mặt của một hành tinh khác ngoài Trái Đất. Vượt qua những đám mây dày đặc và hạ cánh an toàn, tàu đổ bộ Huygens đã phơi bày diện mạo thực sự ẩn giấu của bề mặt Titan.
Bề mặt Titan nhìn trực tiếp qua cuộc đổ bộ của Huygens thực sự rất đáng kinh ngạc. Metan tràn ngập trong khí quyển và các hồ trên Titan đã trở thành cơ sở để hy vọng nhiều hơn vào khả năng tồn tại sự sống ngoài hành tinh trên Titan. Hàm lượng metan quá cao có thể là độc tố đối với sự sống trên Trái Đất, nhưng mặt khác, metan là sản phẩm phụ chính mà các sinh vật Trái Đất để lại trong quá trình hoạt động sống. Có lẽ, sự tồn tại của metan tràn ngập trên Titan có thể là dấu vết hơi thở của những sinh vật ngoài hành tinh có thể đang ẩn náu ở đó.
Các nhà thiên văn học kỳ vọng rằng Titan cũng giống như Europa hay Enceladus, những vệ tinh băng giá bay quanh Sao Mộc và Sao Thổ, sẽ có những đại dương rộng lớn hơn chứa đầy nước lỏng ẩn giấu bên dưới lớp bề mặt băng giá. Theo kết quả phân tích mật độ của Titan, thực tế có khả năng tồn tại một đại dương ngầm khổng lồ chiếm khoảng 40-60% tổng thể tích của Titan. Nếu phỏng đoán này là sự thật, tổng lượng nước lỏng mà Titan nhỏ bé đang chứa đựng có thể nhiều gấp 6 lần tổng lượng nước biển tích tụ trên bề mặt Trái Đất. Từ góc độ sinh học vũ trụ, Titan là một nơi đáng mơ ước mà chúng ta nhất định phải ghé thăm.
Với việc sứ mệnh của Cassini, tàu thăm dò duy nhất bay quanh Sao Thổ, đã kết thúc, hiện không còn bất cứ thứ gì ở gần Sao Thổ. Lịch sử thăm dò Sao Thổ tạm thời dừng lại ở dấu phẩy. Các nhà thiên văn học đang chuẩn bị những sứ mệnh mới để quan sát Sao Thổ và Titan sâu hơn nữa. Tàu đổ bộ Huygens mà Cassini mang theo đã kết thúc nhiệm vụ bằng cách chỉ đơn giản là bung dù trong những đám mây của Titan và rơi xuống từ từ. Vì không được trang bị bánh xe riêng hay bất cứ thứ gì tương tự, nên đó thực chất gần giống như một vụ rơi hơn là đổ bộ. Nó bị bỏ lại tại vị trí rơi đó và chỉ có thể quan sát một khu vực hẹp xung quanh nó.
Tuy nhiên, sứ mệnh Titan thế hệ tiếp theo dự kiến phóng vào khoảng năm 2030, sứ mệnh Dragonfly, lại có chút đặc biệt. Đây là nhiệm vụ sử dụng drone có gắn cánh quạt để bay lượn khắp nơi trên Titan, trực tiếp quan sát hồ và bầu trời. Thông qua việc thăm dò Sao Hỏa của tàu Perseverance trước đó, các nhà thiên văn học đã thành công trong việc bay bằng drone trên một thiên thể khác ngoài Trái Đất! Dựa trên kinh nghiệm này, họ đang mơ về một chiếc drone bay trên bầu trời Titan giống như con chuồn chuồn, đúng như tên gọi của nó.
Xét cho cùng, việc bay trên Titan còn có khía cạnh dễ dàng hơn bay trên Sao Hỏa. Sao Hỏa là môi trường có bầu khí quyển rất loãng, áp suất khí quyển chỉ bằng 1/100 so với Trái Đất. Vì vậy, rất khó để có được lực nâng đủ mạnh ngay cả khi xoay cánh quạt. Ngược lại, Titan được bao phủ bởi tầng khí quyển rất dày đặc. Do đó, nó có thể đạt được lực nâng để bay dễ dàng hơn so với Sao Hỏa. Nếu sứ mệnh Dragonfly thành công trong tương lai không xa, chúng ta sẽ có thể thực sự xác nhận hình ảnh những con sóng dập dềnh trên hồ Titan.
Tham khảo
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn4192
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Sau khi xem "Galaxy Express 999" khi còn nhỏ, anh đã nuôi ước mơ truyền tải vẻ đẹp của vũ trụ đến mọi người. Hiện tại, anh đang nghiên cứu sự tiến hóa thông qua tương tác của các thiên hà tại Trung tâm Nghiên cứu Tiến hóa Thiên hà và Phòng thí nghiệm Vũ trụ học thuộc Đại học Yonsei, đồng thời tham gia các hoạt động truyền thông khoa học đa dạng như giảng dạy và viết sách. Anh đã viết các cuốn sách như "Đài thiên văn hẹn hò", "Suy nghĩ về vũ trụ cả ngày", "Sao, khoa học của ánh sáng".