Bão trong vùng nhiệt đới của mặt trăng Titan

Với tất cả các đặc điểm giống Trái Đất – những đám mây tuôn mưa (mêtan lỏng chứ không phải nước lỏng) xuống bề mặt tạo ra hồ và sông, những đụn cát lớn ở những khu vực giống như sa mạch, và một khí quyển nhiều khói màu cam trông giống như Los Angeles trong mùa cháy rừng – mặt trăng lớn nhất của Thổ tinh, Titan, là nơi “có thời tiết rất êm dịu”, Mike Browwn thuộc Học viện công nghệ California (Caltech) cho biết.

“Chúng ta có thể quan sát trong nhiều năm và gần như không nhận thấy điều gì xảy ra. Đây là một tin tức xấu cho những người đang cố tìm hiểu chu kỳ khí tượng học của Titan, không phải chỉ vì các sự kiện không diễn ra thường xuyên, mà chúng tôi thường bỏ lỡ những gì xảy ra vì không ai muốn phí thời gian trên những kính viễn vọng cỡ lớn – thiết bị cần để nghiên cứu vị trí của các đám mây và điều gì xảy ra đối với chúng – quan sát những điều không xảy ra”, Brown, giáo sư Richard và Barbara Rosenberg về Thiên văn học hành tinh.

Tuy nhiên, chỉ vì thời tiết xảy ra “không thường xuyên” không có nghĩa nó không bao giờ xảy ra, hoặc các nhà thiên văn học, ở đúng thời điểm và vị trí, không thể bắt gắp sự hoạt động của thời tiết.

Đó chính là những gì Emily Schaller – một nghiên cứu sinh do Brown hướng dẫn – và các đồng nghiệp đạt được khi họ quan sát, vào tháng 4 năm 2009, một hệ mây bão xuất hiện ở vĩ độ trung khô hạn rồi mở rộng theo hướng Đông Nam. Cuối cùng, cơn bão tạo ra một số đám mây sáng nhưng ngắn ngủi trên những vĩ độ nhiệt đới của Titan, một khu vực mà mây chưa từng được quan sát thấy – và tất nhiên được cho là đặc biệt hiếm khi có bão.

Schaller, hiện là nhà nghiên cứu bậc sau tiến sĩ tại Đại học Arizona, Brown, và các đồng nghiệp; Henry Roe, nguyên học giả bậc sau tiến sĩ tại Caltech trong nhóm của Brown, hiện thuộc Đài thiên văn Lowell tại Flagstaff; và Tapio Schneider, giáo sư khoa học và kỹ thuật môi trường tại Caltech; mô tả nghiên cứu của mình cùng ý nghĩa của nó đối với khí hậu trên Titan trên tạp chí Nature số ngày 13 tháng 8.

Một trận bão lớn bùng lên trong vùng nhiệt đới sa mạc của Titan (Ảnh: Emily Schaller et al./Đài thiên văn Gemini)

Brown cho biết: “Một vài năm trước, chúng tôi đã xây dựng một hệ thống hữu hiệu trên một kính viễn vọng nhỏ hơn để xác định khi nào cần sử dụng những kính viễn vọng lớn nhất”. Kính viễn vọng đầu tiên, thuộc Cơ sở kính viễn vọng hồng ngoại của NASA, trên Mauna Kea, quan sát quang phổ của Titan liên tục. “Từ đó chúng tôi không thể kết luận nhiều, nhưng chúng tôi có thể nói ‘không có mây’, ‘có một vài đám mây’ hoặc nếu chúng tôi may mắn ‘những đám mây khổng lồ’”, ông giải thích.

Schaller giải thích: “Giai đoạn chúng tôi thu thập dữ liệu cho luận án của tôi, thật đáng buồn trùng với một giai đoạn không hề có mây kéo dài, vì vậy chúng tôi không có cơ hội để thể hiện sức mạnh tổng hợp của các kính viễn vọng. Nhưng sau khi đã hoàn thành luận án, tôi quay trở lại văn phỏng để xem xét dữ liệu của tối hôm trước và phát hiện rằng Titan đột nhiên có những đám mây lớn nhất từng thấy. Tôi thích nghĩ rằng đó là món quà tốt nghiệp của Titan cho mình. Hoặc có thể đó là một trò trêu ngươi”.

Ngay sau phát hiện lớn của kính viễn vọng, Schaller, Brown, và Roe bắt đầu theo dõi những đám mây bằng kính viễn vọng lớn Gemini trên Mauna Kea và quan sát hệ này phát triển trong một tháng. “Đó là một màn trình diễn tuyệt vời”, Brown cho biết.

“Đám mây đầu tiên nằm gần vùng nhiệt đới và là kết quả của một quá trình bí ẩn, tuy nhiên nó hoạt động gần giống một vụ nổ trong khí quyển, tạo ra những đợt sóng di chuyển quanh hành tinh, tạo ra những đám mây của riêng chúng. Chỉ trong vài ngày, một hệ mây lớn đã bao phủ vùng cực Nam, và những đám mây lác đác được quan sát thấy cho đến tận đường xích đạo”.

Schneider, một chuyên gia về chu trình khí quyển, đã giúp phân loại những chuỗi sự kiện phức tạp ngay sau đợt bùng phát hoạt động mây.

Brown nhận định: “Sự kiện kéo dài một tháng có rất nhiều ý nghĩa đối với sự hiểu biết chu kỳ thủy học trên Titan, nhưng một trong những lý do khiến tổi ất hào hứng đó là sự xuất hiện lần đầu tiên của những đám mây gần xích đạo – nơi tàu thăm dò Huygens (Cơ quan hàng không châu Âu) đã hạ cánh. Nhiều người đã từng đự đoán rằng khu vực xích đạo quá khô để có thể có mây”.

Những bức ảnh do tàu thăm dò Huygens chụp tháng 1 năm 2005, khi nó hạ cánh qua khí quyển lõng bõng của Titan và hướng về phía bề mặt, tiết lộ những kênh và suối quy mô nhỏ, trông giống như được tạo ra bởi chất lỏng – trên Trái Đất là nước, và trên Titan có thể là mêtan lỏng.

Trong nhiều năm, các chuyên gai đã có nhiều dự đoán khác nhau về việc làm thế nào những kênh và suối này có thể xuất hiện ở một khu vực không có mưa. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy những nghi ngờ đó. Brown cho biết: “Không ai xem xét khả năng bão ở một vị trí kích thích bão ở nhiều vị trí khác”.

Bài báo “Bão trong vùng nhiệt đới của Titan” xuất hiện trên tạp chí Nature số ngày 13 tháng 8. Nghiên cứu do Học bổng bậc sau tiến sĩ Hubble, Chương trình thiên văn học hành tinh NASA, và Quỹ khoa học quốc gia tài trợ.