Sao Thủy tuyệt vời. Các lý thuyết về nguồn gốc của thiên thể láng giềng

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Vào cuối tháng 10, sứ mệnh BepiColombo của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu hướng đến Sao Thủy, hành tinh ít được khám phá nhất trong hệ Mặt Trời. Cấu trúc bất thường của thiên thể này đã làm nảy sinh nhiều giả thuyết về nguồn gốc. Những dòng sông băng ẩn mình trong miệng núi lửa mang đến hy vọng về việc khám phá ra dấu vết của sự sống. Các nhà khoa học đang hy vọng khám phá những bí ẩn nào về sao Thủy?

Hành tinh bị lãng quên

Khi tàu vũ trụ Mariner 10 đầu tiên gửi đến sao Thủy truyền hình ảnh về Trái đất vào năm 1975, các nhà khoa học đã nhìn thấy bề mặt "mặt trăng" quen thuộc, rải rác với các miệng núi lửa. Bởi vì điều này, sự quan tâm đến hành tinh đã chết trong một thời gian dài.

Thiên văn học trên cạn cũng không ủng hộ sao Thủy. Do ở gần Mặt trời, rất khó để kiểm tra các chi tiết của bề mặt. Không được nhắm vào Kính viễn vọng Quỹ đạo Hubble - ánh sáng mặt trời có thể làm hỏng quang học.

Bị sao Thủy bỏ qua và quan sát trực tiếp. Chỉ có hai tàu thăm dò được phóng lên đó, tới sao Hỏa - khoảng vài chục chiếc. Chuyến thám hiểm cuối cùng kết thúc vào năm 2015 với sự rơi của tàu vũ trụ Messenger trên bề mặt hành tinh sau hai năm làm việc trên quỹ đạo của nó.

Thông qua các cuộc điều động - tới sao Thủy

Không có công nghệ nào trên Trái đất để gửi một bộ máy đến hành tinh này trực tiếp - nó chắc chắn sẽ rơi vào một cái phễu hấp dẫn do lực hấp dẫn của Mặt trời tạo ra. Để tránh điều này, bạn cần điều chỉnh quỹ đạo và giảm tốc độ do chuyển động của trọng trường - tiếp cận các hành tinh. Bởi vì điều này, hành trình đến sao Thủy mất vài năm. Để so sánh: đến sao Hỏa - vài tháng.

Sứ mệnh Bepi Colombo sẽ tiến hành hỗ trợ trọng lực đầu tiên gần Trái đất vào tháng 4 năm 2020. Sau đó - hai lần di chuyển gần Sao Kim và sáu lần ở Sao Thủy. Bảy năm sau, vào tháng 12 năm 2025, tàu thăm dò sẽ đi vào vị trí đã được tính toán của nó trên quỹ đạo của hành tinh, nơi nó sẽ hoạt động trong khoảng một năm.

"Bepi Colombo" gồm hai thiết bị do các nhà khoa học châu Âu và Nhật Bản phát triển. Họ mang theo nhiều thiết bị để nghiên cứu hành tinh từ xa. Ba máy quang phổ được tạo ra tại Viện Nghiên cứu Không gian của Viện Hàn lâm Khoa học Nga - MGNS, PHEBUS và MSASI. Họ sẽ thu được dữ liệu về thành phần bề mặt hành tinh, lớp vỏ khí của nó và sự tồn tại của tầng điện ly.

Một giọt sắt bên trong

Sao Thủy đã được nghiên cứu trong nhiều thế kỷ và ngay cả trước khi thiên văn học hiện đại ra đời, các thông số của nó đã được tính toán khá chính xác. Tuy nhiên, không thể giải thích chuyển động dị thường của hành tinh xung quanh Mặt trời theo quan điểm của cơ học cổ điển. Chỉ vào đầu thế kỷ 20, điều này mới được thực hiện với sự trợ giúp của thuyết tương đối, có tính đến sự biến dạng của không-thời gian gần ngôi sao.

Sự chuyển động của sao Thủy là bằng chứng cho giả thuyết về sự giãn nở của hệ mặt trời do thực tế là ngôi sao đang mất vật chất. Điều này được chứng minh qua việc phân tích dữ liệu sứ mệnh Messenger.

Thực tế là sao Thủy khác với Mặt trăng, các nhà thiên văn đã nghi ngờ ngay cả sau khi "Mariner 10" đi qua nó. Nghiên cứu độ lệch của quỹ đạo của bộ máy trong trường hấp dẫn của hành tinh, các nhà khoa học đã kết luận rằng mật độ cao của nó. Từ trường đáng chú ý cũng đáng xấu hổ. Sao Hỏa và Sao Kim không có nó.

Những dữ kiện này chỉ ra rằng có rất nhiều sắt bên trong sao Thủy, có thể là chất lỏng. Ngược lại, những bức ảnh chụp bề mặt lại nói về một số chất nhẹ như silicat. Không có oxit sắt nào giống như trên Trái đất.

Một câu hỏi đặt ra: tại sao lõi kim loại của một hành tinh nhỏ, giống như vệ tinh của ai đó, lại không rắn chắc trong bốn tỷ năm nữa?

Phân tích dữ liệu Messenger cho thấy hàm lượng lưu huỳnh tăng lên trên bề mặt sao Thủy. Có lẽ yếu tố này hiện diện trong lõi và không cho phép nó đông đặc lại. Người ta cho rằng chất lỏng chỉ là lớp bên ngoài của lõi, dài khoảng 90 km, nhưng bên trong nó là chất rắn. Nó được ngăn cách với lớp vỏ Mercurian bởi bốn trăm km khoáng chất silicat, tạo thành một lớp phủ kết tinh rắn.

Toàn bộ lõi sắt chiếm 83% bán kính của hành tinh. Các nhà khoa học đồng ý rằng đây là lý do cho sự cộng hưởng quỹ đạo spin 3: 2 không có chất tương tự trong hệ mặt trời - trong hai vòng quay quanh mặt trời, hành tinh quay quanh trục của nó ba lần.

Băng đến từ đâu?

Sao Thủy bị thiên thạch bắn phá tích cực. Trong điều kiện không có khí quyển, gió và mưa, bức phù điêu vẫn còn nguyên vẹn. Miệng núi lửa lớn nhất - Caloris - với đường kính 1300 km được hình thành cách đây khoảng ba tỷ năm rưỡi và vẫn còn được nhìn thấy rõ ràng.

Đòn tạo thành Caloris mạnh đến mức nó để lại dấu vết ở phía đối diện của hành tinh. Magma nóng chảy làm ngập các khu vực rộng lớn.

Bất chấp các miệng núi lửa, cảnh quan của hành tinh này khá bằng phẳng. Nó được hình thành chủ yếu bởi các lava phun trào, nói lên tuổi trẻ địa chất hỗn loạn của Sao Thủy. Dung nham tạo thành một lớp vỏ silicat mỏng, vỡ ra do hành tinh bị khô đi và các vết nứt xuất hiện trên bề mặt dài hàng trăm km - những vết sẹo.

Độ nghiêng của trục quay của hành tinh đến mức mặt trong của các miệng núi lửa ở vùng cực bắc không bao giờ được mặt trời chiếu sáng. Trong ảnh, những khu vực này trông sáng một cách bất thường, điều này khiến các nhà khoa học nghi ngờ sự hiện diện của băng ở đó.

Nếu nó là băng nước, thì sao chổi có thể mang nó. Có một phiên bản cho rằng đây là nước nguyên sinh, vẫn còn từ thời hình thành các hành tinh từ đám mây proto của hệ mặt trời. Nhưng tại sao đến nay nó vẫn chưa bốc hơi?

Các nhà khoa học vẫn nghiêng về phiên bản rằng băng có liên quan đến sự bốc hơi từ ruột của hành tinh. Lớp regolith trên cùng ngăn chặn quá trình làm khô nhanh (thăng hoa) của đá.

Mây natri

Nếu sao Thủy từng có bầu khí quyển hoàn chỉnh, thì Mặt trời đã giết chết nó từ lâu. Nếu không có nó, hành tinh này có thể bị thay đổi nhiệt độ mạnh: từ âm 190 độ C lên tới 430 độ.

Sao Thủy được bao quanh bởi một lớp vỏ khí rất hiếm - một ngoại quyển của các nguyên tố văng ra khỏi bề mặt bởi mưa Mặt Trời và thiên thạch. Đây là các nguyên tử của heli, oxy, hydro, nhôm, magie, sắt, các nguyên tố nhẹ.

Các nguyên tử natri theo thời gian tạo thành các đám mây trong ngoại quyển, sống trong vài ngày. Các cuộc tấn công của thiên thạch không thể giải thích bản chất của chúng. Sau đó, các đám mây natri sẽ được quan sát với xác suất bằng nhau trên toàn bộ bề mặt, nhưng không phải vậy.

Ví dụ, nồng độ natri cao nhất được tìm thấy vào tháng 7 năm 2008 bằng kính thiên văn THEMIS ở quần đảo Canary. Sự phát thải chỉ xảy ra ở vĩ độ trung bình ở Nam và Bắc bán cầu.

Theo một phiên bản, các nguyên tử natri bị gió proton đánh bật ra khỏi bề mặt. Có thể nó tích tụ ở phía đêm của hành tinh, tạo ra một loại hồ chứa. Vào lúc bình minh, natri được giải phóng và tăng lên.

Thổi, một đòn khác

Có hàng tá giả thuyết về nguồn gốc của sao Thủy. Chưa thể giảm số lượng do thiếu thông tin. Theo một phiên bản, proto-Mercury, lúc đầu tồn tại có kích thước gấp đôi hành tinh hiện tại, đã va chạm với một vật thể nhỏ hơn. Mô phỏng trên máy tính cho thấy một lõi sắt có thể hình thành do va chạm. Thảm họa dẫn đến sự giải phóng năng lượng nhiệt, sự tách rời của lớp vỏ hành tinh, sự bốc hơi của các nguyên tố dễ bay hơi và nhẹ. Ngoài ra, trong một vụ va chạm, proto-Mercury có thể là một vật thể nhỏ, và một vật thể lớn là proto-Venus.

Theo một giả thiết khác, ban đầu Mặt trời nóng đến mức làm bốc hơi lớp phủ của sao Thủy trẻ, chỉ để lại một lõi sắt.

Được xác nhận nhiều nhất là giả thuyết cho rằng đám mây khí và bụi, trong đó các hành tinh thô sơ của hệ mặt trời đã trưởng thành, hóa ra không đồng nhất. Vì những lý do chưa rõ, một phần của chất gần với Mặt trời đã được làm giàu thêm sắt, và do đó sao Thủy được hình thành. Một cơ chế tương tự được chỉ ra bởi thông tin về các hành tinh ngoại thuộc loại "siêu trái đất".

Cả hai vệ tinh Bepi Colombo đều quay quanh quỹ đạo. Người Trái đất vẫn chưa có công nghệ để đưa một máy bay tới sao Thủy và hạ cánh trên bề mặt của nó. Tuy nhiên, các nhà khoa học tự tin rằng sứ mệnh này sẽ làm sáng tỏ nhiều bí ẩn của hành tinh và sự tiến hóa của hệ mặt trời.