Bản đồ 3D đầu tiên hé lộ bí ẩn khí quyển sao Thiên Vương

Từ quyển của sao Thiên Vương là một trong những hiện tượng kỳ lạ nhất trong Hệ Mặt Trời.

Kết quả trên hé lộ cách từ trường bất thường của hành tinh băng khổng lồ định hình nên những cực quang rực rỡ phía trên lớp mây.

Quan sát bằng kính viễn vọng Webb

Nhóm nghiên cứu do nhà khoa học Paola Tiranti dẫn đầu đã quan sát sao Thiên Vương trong gần một vòng quay, phát hiện ánh sáng mờ từ các phân tử ở độ cao tới 5.000km trên đỉnh mây. Đây là hình ảnh chi tiết nhất từ trước đến nay về nơi cực quang hình thành và cách năng lượng di chuyển qua khí quyển.

Các nhà khoa học xác định nhiệt độ đạt đỉnh ở độ cao từ 3.000 đến 4.000km, trong khi mật độ ion cao nhất ở khoảng 1.000km. Họ cũng khẳng định khí quyển thượng tầng của sao Thiên Vương tiếp tục nguội đi trong suốt 30 năm qua, một xu hướng khiến giới khoa học bất ngờ.

Sử dụng thiết bị quang phổ hồng ngoại gần của kính viễn vọng Webb, nhóm đã lập bản đồ nhiệt độ và mật độ ion trong tầng điện ly - nơi khí quyển bị ion hóa và tương tác mạnh với từ trường hành tinh. Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học có thể quan sát khí quyển thượng tầng của sao Thiên Vương dưới dạng 3 chiều.

Nhà khoa học Paola Tiranti cho biết: “Với độ nhạy của Webb, chúng tôi có thể theo dõi cách năng lượng di chuyển lên trên qua khí quyển và thấy rõ ảnh hưởng của từ trường lệch tâm”.

Từ trường kỳ lạ và cực quang phức tạp

Khác với Trái Đất, nơi từ trường gần như thẳng hàng với trục quay, từ trường của sao Thiên Vương nghiêng gần 60 độ và lệch khỏi tâm hành tinh. Điều này khiến cực quang quét qua bề mặt theo những cách phức tạp.

Quan sát từ Webb phát hiện hai dải cực quang sáng gần các cực từ, cùng với vùng suy giảm phát xạ và mật độ ion giữa chúng. Hiện tượng này có thể liên quan đến cách các đường sức từ dẫn hạt tích điện qua khí quyển. Những vùng tối tương tự cũng được ghi nhận ở sao Mộc, nơi hình học từ trường kiểm soát dòng hạt.

Nhà khoa học Tiranti nhấn mạnh: “Bằng việc hé lộ cấu trúc thẳng đứng của sao Thiên Vương chi tiết đến vậy, Webb giúp chúng ta hiểu rõ cân bằng năng lượng của các hành tinh băng khổng lồ. Đây là bước quan trọng để mô tả các hành tinh khổng lồ ngoài Hệ Mặt Trời.”

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Geophysical Research Letters, dựa trên dữ liệu từ chương trình Quan sát viên chung số 5073 của JWST, do tiến sĩ Henrik Melin thuộc Đại học Northumbria dẫn dắt. Kính viễn vọng đã quan sát sao Thiên Vương trong 15 giờ ngày 19/1/2025 bằng thiết bị Integral Field Unit.

Phát hiện này không chỉ xác nhận xu hướng nguội dài hạn của khí quyển thượng tầng, mà còn cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc mô hình hóa tầng điện ly và từ quyển của các hành tinh băng khổng lồ.

Theo IE

Hải Yến