Kính viễn vọng không gian Hubble tìm thấy nước trên Mặt trăng Ganymede của Sao Mộc

Lần đầu tiên chúng ta có bằng chứng chắc chắn về hơi nước trong khí quyển của Mặt trăng Ganymede của sao Mộc - Mặt trăng lớn nhất của Hệ Mặt trời. Nước đóng băng trên bề mặt của Ganymede có thể đã chuyển từ thể rắn sang thể khí mà không trở thành chất lỏng.

Các nhà nghiên cứu từ lâu đã nghĩ rằng Ganymede có một lượng nước lớn - có thể nhiều hơn cả Trái đất - nhưng vì Ganymede ở rất xa Mặt trời nên các nhà thiên văn học đã cho rằng nước chỉ có thể ở dạng lỏng sau một lớp băng dày.

Ganymede được cho là có ba lớp chính: một lõi sắt kim loại, một lớp phủ đá, và một lớp nước đóng băng và lỏng. Lớp vỏ băng ở bên ngoài dày đặc biệt (khoảng 800km) và nước lỏng có thể tồn tại bên dưới lớp băng siêu dày này. Và trong quan niệm từ trước đến nay, ở đâu có nước, ở đó sẽ có sự sống. Và mới đây, theo dữ liệu từ Kính viễn vọng không gian Hubble, lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra nước không phải băng trên bề mặt của Ganymede.

Là một phần của chương trình quan sát lớn hơn, Lorenz Roth thuộc Viện Công nghệ Hoàng gia KTH ở Stockholm, Thụy Điển đã sử dụng Kính viễn vọng không gian Hubble để đo lượng oxy trên Ganymede. Roth và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng dữ liệu từ hai thiết bị: Máy quang phổ nguồn gốc vũ trụ của Hubble vào năm 2018 và hình ảnh lưu trữ từ Máy quang phổ hình ảnh của Kính viễn vọng Không gian (STIS) từ năm 1998 đến năm 2010.

Ganymede là vệ tinh tự nhiên lớn nhất của sao Mộc và cũng là vệ tinh lớn nhất trong Hệ Mặt trời. Thậm chí nó còn lớn hơn cả sao Thủy. Ganymede được phân lớp đầy đủ thành các lớp riêng biệt với một lõi nóng chảy giàu sắt. Các nhà khoa học tin rằng giữa các lớp băng của Ganymede là một biển nước muối dày nằm sâu 200km trong lòng vệ tinh.

Năm 1998, Máy quang phổ hình ảnh của Kính viễn vọng Không gian (STIS) của Hubble đã chụp những hình ảnh tia cực tím (UV) đầu tiên của Ganymede, cho thấy một mô hình cụ thể trong khí thải quan sát được từ bầu khí quyển của Mặt trăng này. Hình ảnh hiển thị các dải cực quang hơi giống với hình bầu dục cực quang được quan sát trên Trái đất và các hành tinh khác có từ trường.

Đây là bằng chứng minh họa cho thực tế là Ganymede có một từ trường vĩnh cửu. Sự giống nhau trong các quan sát tia cực tím được giải thích là do sự hiện diện của oxy phân tử (O₂). Sự khác biệt được giải thích vào thời điểm đó là do sự hiện diện của oxy nguyên tử (O), tạo ra tín hiệu ảnh hưởng đến một màu UV nhiều hơn màu kia.

Dữ liệu UV cho thấy sự hiện diện của oxy nguyên tử - ít nhất đó là điều mà cách giải thích ban đầu từ năm 1998 đã ghi nhận. Nhưng trước sự ngạc nhiên của họ, nhóm của Roth hầu như không tìm thấy bất kỳ bằng chứng nào về oxy nguyên tử trong bầu khí quyển của Ganymede. Nếu đúng như vậy, phải có một lời giải thích khác cho sự khác biệt rõ ràng trong các hình ảnh cực quang UV này.

Khi các nhà nghiên cứu xem xét kỹ hơn sự phân bố tương đối của các dải đầy màu sắc của khí điện được gọi là dải cực quang trong các bức ảnh UV, họ đã tìm thấy một bằng chứng khác: nhiệt độ bề mặt của Ganymede thay đổi mạnh trong ngày. Vào khoảng giữa trưa, các phần xích đạo của Ganymede có thể trở nên đủ ấm để bề mặt băng giải phóng một số lượng nhỏ phân tử nước.

Bề mặt của Mặt trăng này có 2 kiểu địa hình chính. Vùng tối màu có vô số những hố thiên thạch, được hình thành 4 tỉ năm trước và chiếm 1/3 diện tích bề mặt vệ tinh. Phần còn lại là vùng sáng màu hơn có nhiều những rặng núi và đường rãnh hình thành muộn hơn một chút. Nguyên nhân của những vết đứt gãy địa tầng xuất hiện trên vùng sáng của Ganymede có thể là từ những hoạt động địa chất sinh ra từ nhiệt ma sát do biến dạng của Ganymede dưới lực hấp dẫn từ sao Mộc.

Điều này hoàn toàn phù hợp với dữ liệu Hubble. Oxy giả định (mà Roth bây giờ tin là hơi nước) được tìm thấy chính xác xung quanh đường xích đạo. Roth giải thích: “Cho đến nay chỉ có oxy phân tử mới được quan sát. Điều này được tạo ra khi các hạt tích điện ăn mòn bề mặt băng. Hơi nước mà chúng tôi đo được bắt nguồn từ sự thăng hoa của băng gây ra bởi sự thoát nhiệt của hơi nước từ các vùng băng giá ấm áp”.

Phát hiện này khiến Ganymede trở thành một nơi thú vị hơn nhiều, đặc biệt là khi xem xét sứ mệnh sắp tới của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu - JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) được lên kế hoạch phóng vào năm nay và đến sao Mộc vào năm 2029. Nhiệm vụ sẽ dành ba năm để quan sát chi tiết sao Mộc và các vệ tinh lớn nhất của nó - bao gồm cả Ganymede.

“Kết quả của chúng tôi có thể cung cấp cho nhóm JUICE thông tin có giá trị có thể được sử dụng để tinh chỉnh kế hoạch quan sát của họ nhằm tối ưu hóa việc sử dụng tàu vũ trụ”, Roth nói thêm.

So sánh kích thước giữa Trái đất, Mặt trăng (trên) và Ganymede (dưới).

Các nhà thiên văn đang xem xét các Mặt trăng đóng băng xung quanh sao Mộc và sao Thổ như những nơi có thể xuất hiện sự sống. Chúng đã từng bị coi là những vùng đất hoang cằn cỗi, đóng băng, nhưng khi chúng ta càng xem xét chúng, khả năng tôn tại sự sống của những Mặt trăng này ngày càng có khả năng xảy ra. Tất nhiên, điều đó cần được nghiên cứu trong tương lai để khám phá.

Cập nhật: 03/11/2022 Tổ Quốc