Điều gì sẽ xảy ra nếu cách hiểu của chúng ta về thành phần cấu tạo của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương từ trước đến nay là sai, đặc biệt là trong việc phân loại chúng là “các hành tinh băng”? Đây chính là vấn đề mà một nghiên cứu gần đây - đã được chấp nhận đăng trên Astronomy & Astrophysics - hy vọng sẽ làm sáng tỏ, khi một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Zurich tiến hành khảo sát cấu trúc bên trong của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.
Nghiên cứu này có thể sẽ giúp các nhà khoa học không chỉ hiểu rõ hơn về quá trình hình thành và tiến hóa của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương mà còn có thể cung cấp những hiểu biết quan trọng về Sao Mộc, Sao Thổ cũng như các ngoại hành tinh khí.
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã phân tích một loạt các mô hình máy tính được thiết kế để mô phỏng cấu trúc bên trong của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương dựa trên dữ liệu hành tinh hiện có, bao gồm khối lượng, bán kính xích đạo, áp suất, bán kính tham chiếu, chu kỳ quay và các xung lượng trọng lực. Kết hợp với các thuật toán mới, nhóm nghiên cứu hướng đến việc hiểu rõ hơn về cấu trúc bên trong của cả hai hành tinh này, cũng như về cấu trúc bên trong của các hành tinh nói chung. Bán kính xích đạo của một hành tinh được đo từ tâm đến đường xích đạo, việc đo thông số này phù hợp hơn với các bề mặt rắn. Vì Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương là các hành tinh khí, bán kính xích đạo của chúng được đo từ tâm đến rìa của khí quyển. Do đó, người ta sử dụng bán kính tham chiếu khi mô hình hóa các hành tinh khí như Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.
Kết quả cuối cùng cho thấy cấu trúc bên trong của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương chủ yếu gồm đá và nước. Cụ thể, tỷ lệ đá so với nước của Sao Thiên Vương lớn hơn gần 10 lần so với Sao Hải Vương. Do đó, các nhà nghiên cứu đã gợi ý về việc thay đổi cách phân loại lâu nay đối với hai hành tinh này từ “hành tinh băng” (ice giant) thành “hành tinh đá” (rock giant).
Nghiên cứu kết luận rằng: “Với tiềm năng của những sứ mệnh chuyên biệt tới Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương trong tương lai, phương pháp của chúng tôi còn cung cấp một công cụ linh hoạt và không thiên lệch để phân tích các dữ liệu sắp thu thập được. Cuối cùng, cấu trúc bên trong của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương vẫn còn là điều bí ẩn, không phải vì chúng nằm ngoài tầm với, mà vì những dữ liệu cần thiết để giải mã chúng vẫn chưa được thu thập. Cho đến lúc đó, chỉ có nhiều mô hình khác nhau - chứ không phải một mô hình duy nhất - mới có thể phản ánh đầy đủ các khả năng tiềm ẩn sâu trong chúng.”
Tàu không gian duy nhất do con người chế tạo từng ghé thăm Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương là Voyager 2 của NASA, lần lượt vào tháng 1 năm 1986 và tháng 8 năm 1989. Dù chỉ là lần bay qua ngắn ngủi, Voyager 2 đã thu thập được một kho dữ liệu quý giá về cả hai hành tinh khí này, bao gồm thông tin về khí quyển, thành phần bên trong, các vệ tinh và đặc điểm quay của chúng. Đối với Sao Thiên Vương, Voyager 2 đã phát hiện hai vành đai mới và 10 vệ tinh, cung cấp cho các nhà khoa học những hiểu biết mới về quá trình hình thành và tiến hóa của các thiên thể đá. Voyager 2 cũng là tàu đầu tiên phát hiện ra rằng Sao Thiên Vương quay nghiêng một bên, nhưng vẫn có từ trường giống như Trái Đất. Cực sáng của hành tinh này phát ra bức xạ tử ngoại và thậm chí còn phát sáng một cách kỳ lạ. Còn với Sao Hải Vương, Voyager 2 đã đo khối lượng của hành tinh này và quan sát được các cực quang yếu hơn Trái Đất do từ trường của Sao Hải Vương bị lệch khỏi tâm hành tinh.
Các sứ mệnh trong tương lai đến Sao Thiên Vương hiện mới chỉ được đề xuất hoặc vẫn đang trong giai đoạn lên kế hoạch, tiêu biểu là tàu không gian Tianwen-4 của Trung Quốc và sứ mệnh Uranus Orbiter and Probe của NASA. Với Sao Hải Vương, đã có hơn nửa tá đề xuất được đưa ra, trong đó đáng chú ý nhất là sứ mệnh Neptune Odyssey của NASA. Một trong những lý do chính khiến chưa có thêm tàu không gian nào được gửi đến Sao Thiên Vương hoặc Sao Hải Vương là khoảng cách quá xa và thời gian hành trình kéo dài. Voyager 2 đã tận dụng được một lần xếp thẳng hiếm hoi giữa các hành tinh, chỉ xảy ra 175 năm một lần, cho phép cả Voyager 2 và tàu song sinh của nó là Voyager 1 ghé thăm tất cả các hành tinh ngoài cùng trong thời gian ngắn hơn đáng kể.
Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương từ lâu đã được phân loại là “các hành tinh băng” do tỷ lệ nước so với đá cao hơn nhiều so với Sao Mộc và Sao Thổ - hai hành tinh chủ yếu cấu tạo từ hydro và heli, vì vậy được gọi là “các hành tinh khí”. Do đó, những nghiên cứu như thế này không chỉ giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về quá trình hình thành và tiến hóa của các hành tinh khí trong Hệ Mặt Trời, mà còn làm sáng tỏ quá trình hình thành và tiến hóa của các ngoại hành tinh khí. Trong những năm và thập kỷ tới, các nhà nghiên cứu sẽ khám phá thêm những bí mật nào về cấu trúc bên trong của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.
R.T
Theo Universe Today
