Khoáng chất chứa nước phân tán rộng khắp trên bề mặt Ceres cho thấy hành tinh lùn này trong quá khứ có thể đã từng có đại dương bao phủ trên toàn bộ bề mặt. Vậy điều gì đã xảy đến với đại dương đó? Liệu rằng Ceres ngày nay vẫn còn có chất lỏng? Hai nghiên cứu mới từ nhiệm vụ Dawn của NASA đã làm sáng tỏ những câu hỏi này.
Nhóm nghiên cứu của Dawn đã phát hiện ra lớp vỏ của Ceres là hỗn hợp đá, muối và vật chất hydrate hóa đã trải qua hoạt động địa chất trong quá khứ và cả gần đây và rằng lớp vỏ này đại diện cho hầu hết đại dương cổ xưa đó. Nghiên cứu thứ hai phát triển dựa trên nghiên cứu đầu tiên cho rằng có một lớp vỏ mềm hơn và dễ bị biến dạng nằm bên dưới bề mặt vỏ cứng chắc và đó có thể là dấu vết của chất lỏng còn sót lại từ đại dương cổ xưa.
“Càng ngày chúng ta càng biết được rằng Ceres là một thế giới phức tạp, hoạt động mạnh, có thể đã từng chứa rất nhiều nước lỏng trong quá khứ và có thể vẫn còn một ít bên dưới bề mặt” Julie Castillo-Rogez, nhà nghiên cứu dự án Dawn và là đồng tác giả của nghiên cứu thực hiện tại phòng thí nghiệm phản lực (JPL) của NASA tại Pasadena, California cho biết.
Có gì bên trong Ceres? Trọng lực sẽ trả lời.
Hạ cánh xuống Ceres để nghiên cứu bên trong nó là một thách thức về kỹ thuật và có nguy cơ làm ô nhiễm hành tinh lùn này. Thay vào đó, các nhà khoa học sử dụng các quan sát của Dawn trên quỹ đạo để ước tính thành phần và cấu trúc bên trong Ceres.
Nghiên cứu đầu tiên do Anton Ermakov – một nhà nghiên cứu bậc tiến sĩ tại JPL đã sử dụng các phép đo hình dạng và trọng lực từ nhiệm vụ Dawn để xác định thành phần và cấu trúc bên trong của Ceres. Phép đo này xuất phát từ việc quan sát chuyển động của tàu không gian này thông qua hệ thống Mạng lưới Không gian sâu (Deep Space Network) của NASA để theo dõi những thay đổi nhỏ về quỹ đạo của tàu. Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Geophysical Research (Nghiên cứu Địa vật lý).
Nghiên cứu của Ermakov và cộng sự đã ủng hộ khả năng Ceres có hoạt động địa chất – nếu không phải bây giờ thì có thể là trong thời gian gần đây. Ba miệng núi lửa – Occator, Kerwan và Yalode – và một ngọn núi đơn độc trên Ceres – Ahuna Mons đều có liên quan với những “bất thường về trọng lực”. Điều này có nghĩa là sự khác biệt giữa các mô hình của các nhà khoa học về trọng lực của Ceres và những gì Dawn đã quan sát được ở bốn vị trí này có thể liên quan đến cấu trúc bên dưới bề mặt.
“Ceres có nhiều bất thường về trọng lực liên quan đến đặc điểm địa chất nổi bật của nó”, Errmakov nói. Trong các trường hợp của núi lửa Ahuna Mons và Occator, những bất thường này có thể được sử dụng để tìm hiểu về nguồn gốc của những đặc điểm được cho là những biểu hiện khác nhau của thuyết núi lửa phun băng (cryovolcanism).
Nghiên cứu cho thấy mật độ lớp vỏ tương đối thấp, gần với mật độ của băng hơn là đá. Tuy nhiên, một nghiên cứu của của Michael Bland ở Khảo sát địa chất Hoa Kỳ - một nhà nghiên cứu khách mời của dự án Dawn - chỉ ra rằng nước đá quá mềm để trở thành thành phần ưu thế trong lớp vỏ rắn của Ceres. Vì vậy, làm sao mà lớp vỏ của Ceres lại nhẹ như băng về mặt mật độ nhưng đồng thời lại rắn chắc hơn nhiều? Để trả lời câu hỏi này, một nhóm khác đã mô phỏng cách mà bề mặt Ceres thay đổi theo thời gian.
Một đại dương 'hóa thạch' trên Ceres
Nghiên cứu thứ hai dẫn đầu bởi Roger Fu thuộc Đại học Harvard ở Cambridge, Massachusetts đã nghiên cứu về độ bền và thành phần của lớp vỏ Ceres và sâu bên trong nó bằng cách nghiên cứu địa hình của hành tinh lùn này. Nghiên cứu này được công bố trên Earth and Planetary Science Letters (tạp chí Khoa học Trái Đất và Hành tinh).
Bằng cách nghiên cứu cách mà địa hình thay đổi trên bề mặt hành tinh lùn này, các nhà khoa học có thể hiểu được thành phần bên trong nó. Một lớp vỏ cứng chắc tạo thành chủ yếu bởi đá có thể không thay đổi sau 4,5 tỷ năm tuổi của Hệ Mặt Trời, trong khi lớp vỏ yếu giàu băng và muối sẽ biến dạng trong suốt thời gian đó.
Bằng cách mô phỏng sự dịch chuyển của lớp vỏ Ceres, Fu và các đồng nghiệp phát hiện ra nó có thể là một hỗn hợp băng, muối, đá và thành phần bổ sung được cho là clathrate hydrate. Clathrate hydrate là một két cấu gồm các phân tử nước bao quanh một phân tử khí. Cấu trúc này bền hơn từ 100 đến 1000 lần so với nước đá dù có cùng mật độ.
Các nhà nghiên cứu tin rằng Ceres đã từng có nhiều đặc điểm bề mặc rõ ràng hơn nhưng chúng đã dần nhẵn theo thời gian. Dạng bề mặt dẹt gồm các núi và thung lũng yêu cầu phải có một lớp vỏ có độ cứng chắc cao nằm trên một lớp biến dạng hơn mà Fu và các đồng nghiệp giải thích là có chứa một ít chất lỏng.
Nhóm nghiên cứu cho rằng hầu hết đại dương cổ xưa của Ceres hiện đã đóng băng, dính vào lớp vỏ và giờ còn tồn tại dưới dạng băng, clathrate hydrates và muối. Nó đã tồn tại như thế trong hơn 4 tỷ năm. Nhưng nếu vẫn còn chất lỏng sót lại bên dưới thì đại dương đó vẫn chưa bị đóng băng hoàn toàn. Điều này phù hợp với nhiều mô hình tiến hóa nhiệt của Ceres được công bố trước khi Dawn tới đó, ủng hộ ý tưởng rằng sâu bên trong Ceres có chứa chất lỏng còn sót lại từ đại dương cổ xưa của nó.
Mỹ Linh
Theo JPL, NASA
