Phát hiện chuyển động khó tin trên bề mặt sao Kim

Nghiên cứu do nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Chhavi Jain đồng sáng tác đã được công bố trên tạp chí Physics of the Earth and Planetary Interiors.

Điều này đảo ngược các giả định rằng sự đối lưu của lớp vỏ chỉ xảy ra sâu bên trong các hành tinh như lớp phủ của Trái đất. Những phát hiện này cung cấp một góc nhìn mới về quá trình tiến hóa của sao Kim và gợi ý về các sứ mệnh trong tương lai có thể lập bản đồ hoạt động này. Ngay cả sao Diêm Vương cũng nằm trong phạm vi nghiên cứu do chuyển động kiến tạo chậm chạp dưới bề mặt băng giá cũng được thúc đẩy bởi một cơ chế tương tự.

Bề mặt sao Kim có khả năng đối lưu khó tin

Sao Kim là một hành tinh nóng bỏng được bao phủ bởi hàng chục nghìn ngọn núi lửa. Hành tinh sáng nhất trên bầu trời có thể hoạt động mạnh hơn về mặt địa chất gần bề mặt của nó so với các nhà khoa học từng tin tưởng. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Washington ở St. Louis đã chạy các phép tính mới cho thấy lớp vỏ ngoài của sao Kim có thể liên tục khuấy động thông qua một quá trình được gọi là đối lưu. Khả năng đáng ngạc nhiên này có thể giúp giải thích hoạt động núi lửa phổ biến của hành tinh thứ 2 trong Hệ Mặt trời và các đặc điểm bề mặt khác.

Giáo sư khoa học trái đất, môi trường và hành tinh Slava Solomatov tại Arts & Sciences cho biết: “Chưa ai thực sự cân nhắc đến khả năng đối lưu trong lớp vỏ của sao Kim trước đây. Các tính toán của chúng tôi cho thấy rằng đối lưu là có cơ hội và có khả năng xảy ra. Nếu đúng như vậy, nó sẽ cung cấp cho chúng ta cái nhìn sâu sắc mới về quá trình tiến hóa của hành tinh này”.

Trong địa chất, đối lưu đề cập đến chuyển động của vật liệu nóng bốc lên trong khi vật liệu lạnh hơn chìm xuống, tạo ra một chu kỳ liên tục, giống như một băng chuyền. Trên Trái đất, quá trình này xảy ra sâu trong lớp phủ và là động lực thúc đẩy các mảng lục địa di chuyển.

Giáo sư Solomatov giải thích lớp vỏ Trái đất, dày khoảng 40 km ở các lục địa và 6 km ở các lưu vực đại dương, quá mỏng và lạnh để hỗ trợ đối lưu. Nhưng ông nghi ngờ lớp vỏ của sao Kim có thể có độ dày phù hợp (có lẽ là 30-90 km, tùy thuộc vào vị trí), nhiệt độ và thành phần đá để duy trì băng chuyền đó hoạt động.

Lý thuyết mới, khả năng mới

Để kiểm tra khả năng đó, Giáo sư Solomatov và nghiên cứu sinh Jain đã áp dụng các lý thuyết động lực học chất lưu mới được họ phát triển trong phòng thí nghiệm. Các tính toán của họ cho thấy lớp vỏ của sao Kim thực sự có thể hỗ trợ sự đối lưu — một cách suy nghĩ hoàn toàn mới để nghiên cứu địa chất của bề mặt hành tinh.

Vào năm 2024, hai nhà nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp tương tự để xác định rằng sự đối lưu không có khả năng xảy ra trong lớp phủ của sao Thủy vì hành tinh đó quá nhỏ và đã nguội đi đáng kể kể từ khi hình thành cách đây 4,5 tỉ năm.

Trong khi đó, sao Kim là một hành tinh nóng cả bên trong lẫn bên ngoài. Nhiệt độ bề mặt đạt tới 465 độ C và các núi lửa cùng các địa hình bề mặt khác của nó cho thấy dấu hiệu tan chảy rõ ràng. Các nhà khoa học từ lâu đã tự hỏi làm thế nào nhiệt từ bên trong hành tinh có thể được truyền lên bề mặt. Giáo sư Solomatov cho biết: “Sự đối lưu trong lớp vỏ có thể là một cơ chế quan trọng mà ta chưa tính đến”.

Theo Giáo sư Solomatov, sự đối lưu gần bề mặt cũng có thể ảnh hưởng đến loại và vị trí của núi lửa trên bề mặt sao Kim,. Vào năm 2023, Phó giáo sư khoa học trái đất, môi trường và hành tinh Paul Byrne tại Arts & Sciences đã xuất bản một tập bản đồ gồm 85.000 núi lửa trên sao Kim dựa trên hình ảnh radar do tàu Magellan của NASA chụp từ đầu những năm 1990. Giáo sư Solomatov cho biết ông và Phó giáo sư Byrne đã thảo luận về khả năng hợp tác trong tương lai sẽ kết hợp mô hình toán học với các quan sát về bề mặt sao Kim để hiểu rõ hơn về địa chất của hành tinh này.

Những gì các sứ mệnh trong tương lai có thể tiết lộ?

Giáo sư Solomatov hy vọng các sứ mệnh trong tương lai tới sao Kim có thể cung cấp dữ liệu chi tiết hơn nữa về mật độ và nhiệt độ trong lớp vỏ. Nếu sự đối lưu diễn ra như mong đợi, một số khu vực của lớp vỏ sẽ ấm hơn và mật độ ít đặc hơn những khu vực khác. Đây là những điểm khác biệt có thể phát hiện được bằng cách sử dụng các phép đo trọng lực có độ phân giải cao.

Nhưng có lẽ một mục tiêu thậm chí còn hấp dẫn hơn là sao Diêm Vương, hành tinh lùn băng giá ở rìa ngoài của Hệ Mặt trời. Hình ảnh từ tàu New Horizons đã tiết lộ các hình đa giác đáng chú ý trên vùng Sputnik Planitia của sao Diêm Vương giống với ranh giới mảng trên Trái Đất. Các đa giác này được hình thành bởi các dòng đối lưu chậm trong lớp băng nitơ rắn dày 4 km. Giáo sư Solomatov cho biết: "Ngoài Trái Đất, sao Diêm Vương có lẽ là thiên thể hành tinh thứ hai trong Hệ Mặt trời mà sự đối lưu thúc đẩy kiến tạo có thể nhìn thấy rõ ràng trên bề mặt. Đó là một hệ thống hấp dẫn mà chúng ta vẫn cần phải tìm hiểu".

Anh Tú