Phát hiện bí ẩn mới về sao Hải Vương và sao Thiên Vương

  •  
  • 1.055

Dao Thiên Vương và sao Hải Vương đều có từ trường kỳ lạ, có lẽ do cấu trúc bên trong đặc biệt của hành tinh. Nhưng các thí nghiệm mới của các nhà nghiên cứu ETH Zurich hiện cho thấy điều bí ẩn này vẫn chưa được giải đáp.

Hai hành tinh băng khổng lồ này đều có từ trường hoàn toàn khác biệt với hầu hết cá hành tinh trong thái dương hệ. Chúng đều có góc nghiêng lớn so với trục quay và gần như song song với mặt phẳng quỹ đạo của hành tinh. Đây cũng là một trong những bí ẩn lâu đời trong khoa học hành tinh, khiến cho các nhà khoa học đau đầu để tìm lời giải.

Nhiều giả thuyết cho rằng cấu trúc bên trong độc đáo của những hành tinh này có thể là nguyên nhân gây từ trường lệch. Theo các lý thuyết được đưa ra, hiện tường kì lạ này có thể là kết quả của quá trình tuần hoàn trong một lớp vỏ mỏng của hành tinh, bao gồm một tầng “băng” lỏng tích điện, tạo bởi nước, ammoni, methane và hydro sunphit.

Sao Thiên Vương và sao Hải Vương là 2 hành tinh băng khổng lồ.
Sao Thiên Vương và sao Hải Vương là 2 hành tinh băng khổng lồ.

Các mô phỏng trên máy tính cho thấy bên trong sao Thiên Vương và sao Hải Vương bao gồm nước và amoniac. Hỗn hợp này thường được gọi là “băng” mặc dù chúng là chất lỏng nóng và đậm đặc. Ở trên lớp phủ, nó có thể chứa một tầng nước ion, nơi các phân tử nước bị phân ly thành ion hiđrô và ôxy. Ở những tầng sâu hơn, có thể hình thành trạng thái "nước siêu ion”, mang các đặc tính của cả chất rắn và chất lỏng. Ở trạng thái này, các ion ôxy bị tinh thể hóa, còn các ion hiđrô lại di chuyển tự do trong cấu trúc mạng tinh thể ôxy.

Từ trường của Trái đất, sao Thiên Vương và sao Hải Vương khác nhau rõ rệt
Từ trường của Trái đất, sao Thiên Vương và sao Hải Vương khác nhau rõ rệt.

Các nghiên cứu thực nghiệm gần đây cũng xác nhận rằng “nước siêu ion” chỉ tồn tại ở nhiệt độ và áp suất cực kỳ khắc nghiệt. Đến thời điểm hiện tại vẫn chưa có bằng chứng cho thấy có dạng sống kỳ lạ nào có thể tồn tại trên hai hành tinh toàn là “nước siêu ion” này hay không, nhưng có lẽ khả năng đó rất thấp.

Áp suất cao trong không gian nhỏ nhất

Hai nhà khoa học Tomoaki Kimura và Motohiko tại ETH Zurich hiện đang tiến gần hơn một bước nữa đến việc tìm ra câu trả lời. Họ đã tiến hành các thí nghiệm áp suất và nhiệt độ cao với amoniac trong phòng thí nghiệm của chính mình. Mục đích của các thí nghiệm là xác định độ đàn hồi của các vật liệu siêu bền. Tính đàn hồi là một trong những tính chất vật lý quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự đối lưu nhiệt trong lớp phủ hành tinh. Điều đáng chú ý là tính đàn hồi của các vật liệu ở trạng thái rắn và lỏng của chúng là hoàn toàn khác nhau.

Cấu trúc bên trong của hai hành tinh băng khổng lồ.
Cấu trúc bên trong của hai hành tinh băng khổng lồ.

Để điều tra, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một thiết bị áp suất cao được gọi là tế bào đe kim cương. Trong thiết bị này, amoniac được đặt trong một bình chứa nhỏ có đường kính khoảng 100 micromet, sau đó được kẹp giữa hai đầu kim cương để nén mẫu. Điều này làm cho vật liệu có thể chịu áp suất cực cao, chẳng hạn như vật liệu được tìm thấy bên trong sao Thiên Vương và sao Hải Vương.

Sau đó, mẫu được đốt nóng đến hơn 2.000 độ C bằng tia laser hồng ngoại. Đồng thời, một chùm tia laze màu xanh lá cây chiếu sáng mẫu. Bằng cách đo phổ sóng của ánh sáng laser màu xanh lá cây tán xạ, các nhà nghiên cứu có thể xác định độ đàn hồi của vật liệu và liên kết hóa học trong amoniac. Sự thay đổi trong phổ sóng ở các áp suất và nhiệt độ khác nhau có thể được sử dụng để xác định độ đàn hồi của amoniac ở các độ sâu khác nhau.

Một giai đoạn mới được phát hiện

Trong các phép đo của mình, Kimura và Murakami đã phát hiện ra một pha amoniac siêu bội mới (pha γ) thể hiện tính đàn hồi tương tự như pha lỏng. Giai đoạn mới này có thể ổn định trong phần sâu bên trong của sao Thiên Vương và sao Hải Vương. Tuy nhiên, amoniac superrionic hoạt động giống như một chất lỏng và do đó nó sẽ không đủ khả năng để góp phần hình thành tầng không đối lưu.

Sơ đồ của tế bào đe kim cương.
Sơ đồ của tế bào đe kim cương.

Câu hỏi về những đặc tính của “nước siêu ion” bên trong sao Thiên Vương và sao Hải Vương càng ngày càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết sau những phát hiện mới gần đây. Cho đến nay, bí ẩn về lý do tại sao hai hành tinh lại có từ trường bất thường như vậy vẫn chưa có câu trả lời.

Cập nhật: 04/04/2021 Theo GĐVN
  • 1.055

Theo dõi cộng đồng KhoaHoc.tv trên facebook