Những bất ngờ về mùa trên các hành tinh hệ Mặt trời

Các nhà khoa học phát hiện nhiều thiên thể như hành tinh, hành tinh lùn và cả một số mặt trăng trong hệ mặt trời cũng trải qua chu kỳ theo mùa, mặc dù chúng có thể rất khác biệt so với Trái đất.

Hệ Mặt trời - Ảnh: Getty

Cơ chế tạo nên mùa trên các hành tinh

Theo Live Science, để hiểu vì sao các hành tinh có mùa, cần xem xét yếu tố khiến Trái đất có mùa.

Nhà vật lý thiên văn Gongjie Li thuộc Viện Công nghệ Georgia (Mỹ) cho biết, nguyên nhân chủ yếu nằm ở độ nghiêng trục quay của hành tinh. Trục quay của Trái đất nghiêng khoảng 23,5 độ so với mặt phẳng quỹ đạo quanh Mặt trời. Độ nghiêng này khiến một bán cầu của hành tinh nghiêng về phía Mặt trời trong nửa năm và nghiêng ra xa trong nửa năm còn lại, dẫn đến sự thay đổi lượng ánh sáng và nhiệt độ theo mùa.

Giáo sư Shane Byrne, chuyên gia khoa học hành tinh tại Đại học Arizona (Mỹ), giải thích rằng khi Trái đất nằm ở một phía Mặt trời, bán cầu Bắc nhận nhiều ánh sáng và nhiệt hơn, dẫn đến mùa hè. Đồng thời, bán cầu Nam nhận ít ánh sáng hơn, dẫn đến mùa đông. Sáu tháng sau, khi Trái đất quay sang phía đối diện, tình hình đảo ngược.

Cùng nguyên lý này, những hành tinh khác cũng có mùa nếu chúng có độ nghiêng trục đáng kể. Sao Hỏa là một ví dụ điển hình. Hành tinh này có độ nghiêng khoảng 25 độ, gần bằng Trái đất, nên cũng trải qua các mùa rõ rệt. Các vùng cực trên sao Hỏa trải qua ánh sáng ban ngày vĩnh viễn vào mùa hè và bóng tối kéo dài vào mùa đông, một hiện tượng tương tự ở các cực của Trái đất.

Tuy nhiên, mùa đông trên sao Hỏa không giống Trái đất. Ông Byrne cho biết thay vì tuyết hoặc băng nước, khí hậu lạnh giá trên hành tinh đỏ hình thành băng carbon dioxide (hay còn gọi là băng khô). Loại băng này có thể tạo ra những vết nứt hình mạng nhện trên bề mặt, một hiện tượng độc đáo mà không hành tinh nào khác có.

Mùa ở các hành tinh khác: từ nhẹ nhàng đến cực đoan

Không phải hành tinh nào cũng có mùa giống nhau. Một số hành tinh có độ nghiêng trục quay rất nhỏ, dẫn đến biến đổi theo mùa không đáng kể. Chẳng hạn, sao Thủy là hành tinh này gần như không có độ nghiêng, nên gần như không có mùa rõ rệt, giáo sư Byrne cho biết.

Ngược lại, sao Thiên Vương có độ nghiêng gần 90 độ với trục quay gần như nằm ngang. Điều này khiến một cực hướng hoàn toàn về phía Mặt trời trong suốt một phần tư chu kỳ quỹ đạo, trong khi cực còn lại bị bóng tối bao phủ. Hệ quả là mùa hè trên hành tinh này có ánh sáng kéo dài hàng chục năm, còn mùa đông lại là khoảng thời gian dài chìm trong đêm lạnh giá.

Bên cạnh độ nghiêng, hình dạng quỹ đạo cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên mùa. Phần lớn các hành tinh không quay quanh Mặt trời theo đường tròn hoàn hảo, mà theo quỹ đạo elip. Điều ngày đồng nghĩa với việc đôi khi chúng ở gần Mặt trời hơn và đôi khi ở xa hơn, dẫn đến sự thay đổi về cường độ ánh sáng và nhiệt lượng nhận được, góp phần tạo ra sự khác biệt giữa các mùa.

Ví dụ, sao Thủy có quỹ đạo rất lệch tâm, nghĩa là khoảng cách giữa hành tinh và Mặt trời thay đổi đáng kể trong một chu kỳ quỹ đạo. Sự chênh lệch này khiến sao Thủy có thể trải qua các thay đổi nhiệt độ rõ rệt, dù không có độ nghiêng trục đáng kể. Tương tự, sao Diêm Vương - hành tinh lùn xa xôi, có quỹ đạo elip rất hẹp, dẫn đến những mùa cực đoan khi hành tinh này ở gần hoặc xa Mặt trời trong chu kỳ quay kéo dài hàng thế kỷ.

Mùa cũng thay đổi theo thời gian

Điều đáng chú ý là cả độ nghiêng trục và hình dạng quỹ đạo của một hành tinh có thể biến đổi trong thời gian dài, ảnh hưởng đến khí hậu và mùa trên hành tinh đó.

Giáo sư Byrne cho biết độ nghiêng trục của sao Hỏa không cố định như Trái đất. Nghiên cứu đăng trên tạp chí Earth & Planetary Science Letters năm 2018 cho thấy, trong hàng tỉ năm qua, độ nghiêng của sao Hỏa từng dao động từ 10 đến hơn 40 độ. Những thay đổi này gây ra biến động lớn trong khí hậu và chu kỳ mùa trên hành tinh Đỏ.

Trái lại, Trái đất có trục quay tương đối ổn định trong thời gian dài. Nhà vật lý thiên văn Gongjie Li cho rằng chính sự ổn định này đã tạo điều kiện thuận lợi để sự sống phát triển. Mặc dù Trái đất cũng trải qua những thay đổi nhỏ về độ nghiêng và quỹ đạo - vốn góp phần vào các chu kỳ khí hậu như kỷ Băng hà, nhìn chung, hệ thống mùa trên hành tinh xanh khá ổn định qua hàng chục nghìn năm.

Tác động đối với việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất

Theo các nhà khoa học, việc hiểu rõ chu kỳ mùa và điều kiện khí hậu trên các hành tinh khác không chỉ mang ý nghĩa nghiên cứu mà còn giúp mở rộng khả năng tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất. Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang tích cực khảo sát các ngoại hành tinh nằm ngoài hệ Mặt trời để xem liệu chúng có đặc điểm về mùa hoặc điều kiện khí hậu tương tự Trái đất hay không.

Sự ổn định về độ nghiêng trục quay và các mùa nhẹ nhàng dường như là yếu tố thuận lợi để duy trì sự sống. Theo nhà vật lý thiên văn Li, nếu một hành tinh có mùa quá khắc nghiệt hoặc biến đổi liên tục trong thời gian ngắn, điều đó có thể gây bất lợi cho sự phát triển và duy trì sự sống.

Do đó, việc nắm bắt được yếu tố tạo nên mùa bao gồm độ nghiêng trục quay và hình dạng quỹ đạo là một trong những chìa khóa giúp các nhà khoa học xác định đâu là hành tinh có khả năng tồn tại sự sống.

Hoàng Vũ