20 năm quan quan sát của kính viễn vọng không gian Hubble đã giúp các nhà khoa học thu thập dữ liệu để hiểu rõ về khí quyển của sao Thiên Vương.
Một nghiên cứu mới đây dựa trên dữ liệu từ kính viễn vọng không gian Hubble, thu thập trong suốt 20 năm từ 2002 đến 2022, đã giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về thành phần và biến động khí quyển của sao Thiên Vương, hành tinh kỳ lạ thứ bảy trong Hệ Mặt Trời. Kết quả phân tích cho thấy khí quyển của hành tinh băng giá này chủ yếu là hydro và heli, với một lượng nhỏ nhưng đáng kể khí methane, vốn là nguyên nhân tạo nên màu xanh nhạt đặc trưng của nó do hấp thụ ánh sáng đỏ và phản xạ ánh sáng xanh-lục. Ngoài ra, chỉ có dấu vết rất nhỏ của nước và amoniac.
Ảnh chụp sao Thiên Vương được thực hiện bởi Tàu Voyager 2 vào năm 1986
Đầu tiên, khí quyển sao Thiên Vương được chia thành nhiều lớp, với thành phần chính là hydro và heli. Tuy methane chỉ chiếm một phần nhỏ, nhưng lại đóng vai trò lớn trong việc quyết định màu sắc đặc trưng của hành tinh này. Các dữ liệu cũng cho thấy sự phân bố methane không đồng đều theo từng vùng, từ đó phản ánh những đặc điểm động lực học khác nhau trong tầng khí quyển. Nghiên cứu cho biết, methane tập trung ít hơn ở hai cực so với khu vực xích đạo, và sự phân bố này không thay đổi nhiều theo mùa, chủ yếu do quá trình tuần hoàn khí quyển – không khí lạnh chìm xuống ở cực và bốc lên ở xích đạo.
Một nghiên cứu mới đây dựa trên dữ liệu từ kính viễn vọng không gian Hubble, thu thập trong suốt 20 năm từ 2002 đến 2022, đã giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về thành phần và biến động khí quyển của sao Thiên Vương, hành tinh kỳ lạ thứ bảy trong Hệ Mặt Trời. Kết quả phân tích cho thấy khí quyển của hành tinh băng giá này chủ yếu là hydro và heli, với một lượng nhỏ nhưng đáng kể khí methane, vốn là nguyên nhân tạo nên màu xanh nhạt đặc trưng của nó do hấp thụ ánh sáng đỏ và phản xạ ánh sáng xanh-lục. Ngoài ra, chỉ có dấu vết rất nhỏ của nước và amoniac.
Ảnh chụp sao Thiên Vương được thực hiện bởi Tàu Voyager 2 vào năm 1986
Đầu tiên, khí quyển sao Thiên Vương được chia thành nhiều lớp, với thành phần chính là hydro và heli. Tuy methane chỉ chiếm một phần nhỏ, nhưng lại đóng vai trò lớn trong việc quyết định màu sắc đặc trưng của hành tinh này. Các dữ liệu cũng cho thấy sự phân bố methane không đồng đều theo từng vùng, từ đó phản ánh những đặc điểm động lực học khác nhau trong tầng khí quyển. Nghiên cứu cho biết, methane tập trung ít hơn ở hai cực so với khu vực xích đạo, và sự phân bố này không thay đổi nhiều theo mùa, chủ yếu do quá trình tuần hoàn khí quyển – không khí lạnh chìm xuống ở cực và bốc lên ở xích đạo.
Bên cạnh các thành phần khí, khí quyển sao Thiên Vương còn chứa các tầng mây và lớp sương mù (aerosol), đây chính là các hạt nhỏ li ti bay lơ lửng. Hình ảnh từ Hubble cho thấy các khu vực nhiều aerosol phản ánh ánh sáng mạnh hơn, hay sáng hơn, còn khu vực ít aerosol thì tối hơn – tương ứng với sự hiện diện hoặc thiếu vắng của mây. Theo thời gian, các tầng sương này biến đổi tùy theo vị trí địa lý và mùa, cho thấy mối liên hệ giữa ánh sáng Mặt Trời và sự hình thành mây trên hành tinh này. Các hình ảnh giả màu (pseudo-color) cho thấy vùng cực có ít methane hơn với màu xanh lục hoặc đỏ, còn vùng xích đạo nhiều methane hơn với màu xanh lam.
Sao Thiên Vương xoay xung quanh mặt trời với trục của nó gần như song song với quỹ đạo
Ngoài ra, sao Thiên Vương có trục quay nghiêng gần như song song với mặt phẳng quỹ đạo. Đây là một đặc điểm hoàn toàn khác biệt so với các hành tinh còn lại. Vì vậy, hành tinh này dường như “nằm nghiêng” khi quay quanh Mặt Trời. Các nhà khoa học cho rằng, điều này có thể là hậu quả của một vụ va chạm với vật thể cỡ Trái Đất trong quá khứ. Một chu kỳ quỹ đạo kéo dài tới 84 năm, nghĩa là một vùng trên bề mặt có thể nhận ánh sáng liên tục trong 42 năm, sau đó lại chìm trong bóng tối suốt 42 năm còn lại. Điều này tạo ra các mùa kéo dài cực kỳ bất thường và có ảnh hưởng lớn đến khí quyển cũng như mây mù tại các cực.
Hình ảnh sao Thiên Vương được kính không gian Hubble thu thập trong 20 năm
Hơn nữa, việc theo dõi bốn mốc thời gian khác nhau trong 20 năm cũng đã giúp các nhà nghiên cứu ghi nhận những thay đổi rõ rệt tại các cực hành tinh. Vào đầu giai đoạn xuân (2002), khu vực Bắc cực khá quang đãng. Nhưng khi hành tinh tiến dần đến mùa hè (2012–2022), khu vực này trở nên nhiều mây hơn. Ngược lại, cực Nam lại dần quang đãng khi mùa thu chuyển sang mùa đông. Điều này cho thấy ánh sáng Mặt Trời có thể tác động trực tiếp đến mức độ aerosol. Các ảnh hồng ngoại còn cho thấy sự phân bố methane không thay đổi nhiều theo mùa, tập trung ít hơn tại hai cực so với khu vực xích đạo. Nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng, 20 năm quan sát chỉ phản ánh một phần của chu kỳ mùa, và các nhà khoa học sẽ tiếp tục theo dõi khi các cực chuyển sang mùa mới.
Nghiên cứu này không chỉ giúp làm sáng tỏ cách thức vận hành của khí quyển sao Thiên Vương, mà còn là cơ sở quan trọng để so sánh với các hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời có điều kiện tương tự. Việc nghiên cứu hành tinh có trục nghiêng mạnh, chu kỳ mùa dài và cấu trúc khí quyển đặc biệt như sao Thiên Vương giúp giới khoa học xây dựng các mô hình tuần hoàn khí quyển chính xác hơn. Kết quả này cũng là nền tảng cho việc hiểu rõ hơn về các hành tinh khổng lồ băng khác, như Neptune, cũng như các “siêu Trái Đất” ngoài hệ Mặt Trời. Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục quan sát để theo dõi diễn biến khí hậu khi hành tinh bước sang các mùa mới, đặc biệt tại các vùng cực đang dần thay đổi vai trò.
Nguồn: Ars Technica
