Các quan sát từ Kính thiên văn Không gian Hubble, Cơ sở Kính thiên văn Hồng ngoại của NASA (IRTF) và Đài quan sát Gemini, cho thấy có một lượng mây mù dư thừa lớn trên Sao Thiên Vương, khiến hành tinh này nhạt màu hơn Sao Hải Vương và những vết tối được tạo ra bởi thứ màu đen ở tầng mây mù thứ hai nằm thấp hơn.
Hiện nay, các nhà thiên văn học có thể hiểu được vì sao hai hành tinh tương tự nhau như Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương lại có màu sắc khác nhau. Qua các quan sát từ Hubble, IRTF của NASA và kính thiên văn Bắc Gemini, các nhà nghiên cứu đã phát triển một mô hình khí quyển duy nhất phù hợp với những quan sát trên cả hai hành tinh. Mô hình cho thấy lượng mây mù dư thừa trên Sao Thiên Vương đã tích tụ bên trong một bầu khí quyển vốn đã bị ứ đọng và kém hoạt động, làm xuất hiện một tông màu nhạt hơn so với Sao Hải Vương. Mô hình cũng cho thấy được sự xuất hiện của tầng mây thứ hai thấp hơn, mà khi trở nên tối đen, nó có thể tạo ra những vết tối trong những bầu khí quyển này, ví dụ như Vết Tối Lớn (GDS) nổi tiếng đã được quan sát bởi tàu không gian Voyager 2 vào năm 1989.
Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương có nhiều điểm chung - chúng có khối lượng, kích thước và các thành phần trong khí quyển tương tự nhau - tuy nhiên bề ngoài của chúng lại khác nhau một cách đáng kể. Ở bước sóng khả kiến, Sao Hải Vương có màu xanh lam rõ hơn Sao Thiên Vương và các nhà thiên văn học đã có lời giải thích cho điều này.
Nghiên cứu mới cho thấy rằng tầng mây mù dày đặc đều tồn tại ở cả hai hành tinh, nó dày hơn ở Sao Thiên Vương so với Sao Hải Vương, làm bề mặt Sao Thiên Vương ngả màu trắng hơn Sao Hải Vương. Nếu không có mây mù ở trong khí quyển, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương sẽ có màu xanh lam gần như là giống nhau.
Kết luận này được rút ra từ mô hình của nhóm quốc tế do Patrick Irwin, Giáo sư Vật lý hành tinh tại Đại học Oxford đứng đầu, đã phát triển để mô tả các lớp sol khí trong bầu khí quyển Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương. Những nghiên cứu trước đây về tầng khí quyển bên trên của những hành tinh này chỉ tập trung vào sự hiện diện của bầu khí quyển ở các bước sóng cụ thể. Tuy nhiên, ở mô hình mới này, có bao gồm nhiều lớp khí quyển, phù hợp với các quan sát của cả hai hành tinh trên một dải rộng các bước sóng đồng thời. Mô hình mới này cũng bao gồm cả những hạt sương mù ở những tầng thấp hơn mà trước đây được cho là chỉ có những đám mây chứa băng metan và băng hydro sulfide (H2S).
Biểu đồ Bầu khí quyển của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương. Trong biểu đồ có 3 lớp sol khí ở trong bầu khí quyển Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, được xây dựng bởi nhóm các nhà khoa học do Patrick Irwin đứng đầu. Thang đo chiều cao trên biểu đồ thể hiện chiều cao trên mức 10 bar. Lớp thấp nhất (lớp sol khí - 1) dày và được cho là có bao gồm hỗn hợp băng hydro sulfide và các hạt được tạo ra bởi sự tương tác giữa bầu khí quyển của hành tinh với ánh sáng Mặt Trời. Lớp cốt yếu ảnh hưởng tới màu sắc là lớp giữa, là lớp các hạt sương mù (được nói đến trong bài là lớp sol khí - 2), dày hơn ở Sao Thiên Vương so với Sao Hải Vương. Nhóm nghiên cứu nghi ngờ rằng trên cả hai hành tinh, băng metan ngưng tụ thành các hạt ở trong lớp này. kéo các hạt xuống thấp hơn trong bầu khí quyển qua những trận mưa tuyết metan. Bởi vì Sao Hải Vương có bầu khí quyển hoạt động và hỗn loạn hơn Sao Thiên Vương, nhóm tin rằng khí quyển của Sao Hải Vương khuấy trộn các hạt metan vào trong lớp mây mù và tạo ra tuyết hiệu quả hơn. Điều đó giúp loại bỏ được nhiều mây mù hơn và làm cho lớp mây mù trên Sao Hải Vương mỏng hơn Sao Thiên Vương, có nghĩa là màu xanh lam của Sao Hải Vương nhìn sẽ rõ hơn. Phía trên của cả hai lớp này là lớp sương mù mở rộng (lớp sol khí - 3), giống lớp bên dưới nhưng mỏng hơn. Trên Sao Hải Vương, những hạt bằng metan lớn cũng hình thành ở bên trên lớp này. Nguồn ảnh: Đài quan sát Gemini quốc tế / NOIRLab / NSF / AURA, J. da Silva / NASA / JPL-Caltech / B. Jónsson
Giáo sư Irwin, tác giả chính của bài báo đã công bố kết quả này trên Geophysical Research (Tạp chí Nghiên cứu Địa vật lý), giải thích: “Đây là mô hình đầu tiên phù hợp đồng thời với các quan sát từ phản xạ ánh sáng Mặt Trời, bước sóng từ tử ngoại đến cận hồng ngoại. Đây cũng là mô hình đầu tiên giải thích sự khác nhau về màu sắc nhìn thấy giữa Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.
“Chúng tôi hy vọng rằng việc phát triển mô hình này sẽ giúp chúng ta hiểu được về các đám mây và sương mù trong khí quyển của những gã khổng lồ băng,” Mike Wong, một nhà thiên văn học tại Đại học California, Berkeley, và là một thành viên của nhóm nghiên cứu đứng sau kết quả này, nhận xét. “Giải thích được sự khác biệt về màu sắc của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương quả là một món quà bất ngờ!”
Để tạo ra được mô hình này, nhóm của Giáo sư Irwin đã phân tích một tập hợp các quan sát của các hành tinh bao gồm ở các bước sóng tử ngoại, khả kiến và cận hồng ngoại (từ 0,3 đến 2,5 micromet), được chụp bằng kính Hubble của NASA / ESA, Cơ sở Kính thiên văn Hồng ngoại của NASA nằm gần đỉnh Maunakea ở Hawai'i và Kính thiên văn Bắc Gemini, cũng nằm ở Hawai'i.
Mô hình này cũng giúp giải thích được các vết tối mà thỉnh thoảng có thể thấy được trên Sao Hải Vương và ít gặp hơn trên Sao Thiên Vương. Kể cả khi các nhà thiên văn học đã biết đến sự hiện diện của các vết tối trong khí quyển trên cả hai hành tinh, họ vẫn không biết được lớp sol khí nào đã tạo ra những vết tối đó và tại sao các sol khí ở lớp đó lại ít phản xạ hơn. Nghiên cứu của nhóm đã làm sáng tỏ những thắc mắc này bằng cách chỉ ra rằng màu tối đen của các hạt ở lớp thấp nhất trong mô hình của họ sẽ tạo ra những vết tối, rất giống khi nhìn trên Sao Hải Vương và thi thoảng trên Sao Thiên Vương.
Vũ Dũng
Theo Phys.org
