Một nghiên cứu mới do các nhà khoa học đến từ Đại học Oxford, Viện Nghiên cứu Tây Nam (Southwest Research Institute) và Viện Khoa học Hành tinh (Planetary Science Institute) ở Tucson, Arizona dẫn đầu đã cung cấp bằng chứng đầu tiên về dòng nhiệt đáng kể tại cực Bắc của Enceladus, làm thay đổi giả định trước đây rằng sự thoát nhiệt chỉ giới hạn ở cực Nam hoạt động mạnh của nó.
Phát hiện này xác nhận rằng vệ tinh băng giá này phát ra nhiều nhiệt hơn đáng kể so với dự đoán nếu nó chỉ là một thiên thể thụ động, củng cố thêm giả thuyết rằng nó có thể duy trì sự sống.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances.
Enceladus là một thế giới rất năng động, với đại dương nước mặn toàn cầu nằm bên dưới lớp băng, được cho là nguồn gốc của lượng nhiệt này. Sự hiện diện của nước lỏng, nhiệt năng và các hóa chất phù hợp (như phosphorus (phốt-pho) và các hợp chất hydrocarbon phức tạp) khiến đại dương ngầm của nó được coi là một trong những nơi có tiềm năng cao nhất trong Hệ Mặt Trời cho sự sống ngoài Trái Đất.
Tuy nhiên, đại dương ngầm này chỉ có thể duy trì sự sống nếu nó tồn tại trong một môi trường ổn định, nơi cân bằng giữa lượng năng lượng mất đi và thu được. Sự cân bằng này được duy trì nhờ hiện tượng nung nóng thủy triều: lực hấp dẫn của Sao Thổ kéo giãn và nén Enceladus trong quá trình nó di chuyển trên quỹ đạo quanh hành tinh này, sinh ra nhiệt bên trong. Nếu Enceladus không hấp thụ đủ năng lượng, các hoạt động bề mặt sẽ chậm lại hoặc dừng hẳn, và đại dương có thể bị đóng băng. Ngược lại, nếu năng lượng quá nhiều, các hoạt động trong đại dương có thể tăng lên, làm thay đổi môi trường của nó.
“Enceladus là một mục tiêu then chốt trong việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất, và việc hiểu rõ sự duy trì năng lượng của nó trong thời gian dài là yếu tố quan trọng để xác định liệu nó có thể nuôi dưỡng sự sống hay không,” Tiến sĩ Georgina Miles (Viện Nghiên cứu Tây Nam và Nhà khoa học thỉnh giảng tại Khoa Vật lý, Đại học Oxford), tác giả chính của bài báo, cho biết.
Cho đến nay, các phép đo trực tiếp về sự thoát nhiệt từ Enceladus chỉ được thực hiện tại cực Nam, nơi các cột hơi nước và băng phun mạnh mẽ từ những khe nứt sâu trên bề mặt. Ngược lại, cực Bắc trước đây được cho là không hoạt động về mặt địa chất.
Sử dụng dữ liệu từ tàu không gian Cassini của NASA, các nhà nghiên cứu đã so sánh các quan sát khu vực cực Bắc trong giai đoạn tương ứng với mùa đông (2005) và mùa hè (2015) của vệ tinh này. Những dữ liệu này được dùng để đo lượng năng lượng mà Enceladus mất đi từ đại dương ngầm “ấm ấp” (0°C) khi nhiệt truyền qua lớp vỏ băng đến bề mặt giá lạnh (-223°C) rồi phát xạ ra không gian.
Bằng cách mô hình hóa nhiệt độ bề mặt dự kiến vào ban đêm ở cực Bắc của Enceladus và so sánh chúng với các quan sát hồng ngoại từ thiết bị quang phổ hồng ngoại của Cassini (CIRS), nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng bề mặt tại cực Bắc ấm hơn khoảng 7 độ so với dự đoán. Sự sai lệch này chỉ có thể được giải thích bởi việc nhiệt bị rò rỉ từ đại dương bên dưới.
Lưu lượng nhiệt đo được (46 ± 4 miliwatt trên mỗi mét vuông) nghe có vẻ nhỏ, nhưng tương đương với khoảng hai phần ba lượng nhiệt mất đi (trên cùng diện tích) qua lớp vỏ lục địa của Trái Đất. Trên toàn bộ Enceladus, sự thoát nhiệt dẫn này đạt tổng cộng khoảng 35 gigawatt - tương đương công suất của hơn 66 triệu tấm pin Mặt Trời (530 W mỗi tấm) hoặc 10.500 tua-bin gió (3,4 MW mỗi tua-bin).
Khi kết hợp với lượng nhiệt thoát ra ước tính trước đây từ cực Nam hoạt động của Enceladus, tổng lượng nhiệt mất của vệ tinh này tăng lên 54 gigawatt. Con số này gần khớp với lượng nhiệt được sinh ra từ các lực thủy triều. Sự cân bằng giữa sản sinh và thất thoát nhiệt này cho thấy đại dương của Enceladus có thể duy trì trạng thái lỏng trong thời gian địa chất dài, cung cấp một môi trường ổn định nơi sự sống có thể hình thành.
“Việc hiểu rõ lượng nhiệt mà Enceladus mất đi ở quy mô toàn cầu là rất quan trọng để xác định liệu nó có thể duy trì sự sống hay không,” Tiến sĩ Carly Howett (Khoa Vật lý, Đại học Oxford và Viện Khoa học Hành tinh ở Tucson, Arizona), tác giả liên hệ của bài báo, cho biết. “Thật phấn khích khi kết quả mới này cho thấy Enceladus có khả năng duy trì lâu dài, một yếu tố then chốt cho sự phát triển của sự sống.”
Theo các nhà nghiên cứu, bước tiếp theo quan trọng sẽ là xác định xem đại dương của Enceladus đã tồn tại đủ lâu để sự sống có thể phát triển hay chưa. Hiện tại, tuổi của nó vẫn chưa chắc chắn.
Nghiên cứu cũng cho thấy rằng dữ liệu nhiệt có thể được sử dụng để ước tính độc lập độ dày của lớp vỏ băng. Đây là một thông số quan trọng cho các sứ mệnh tương lai nhằm thăm dò đại dương của Enceladus, chẳng hạn như bằng các tàu đổ bộ hoặc tàu lặn tự hành. Kết quả cho thấy lớp băng dày từ 20 đến 23 km tại cực Bắc, với độ dày trung bình toàn cầu từ 25 đến 28 km, tức là dày hơn một chút so với các ước tính trước đây dựa trên các kỹ thuật viễn thám và mô hình hóa khác.
“Việc phát hiện những thay đổi rất nhỏ trong nhiệt độ bề mặt do dòng nhiệt dẫn của Enceladus gây ra giữa các biến thiên ngày và mùa là một thách thức, và chỉ có thể thực hiện được nhờ các nhiệm vụ mở rộng của Cassini,” Tiến sĩ Miles bổ sung. “Nghiên cứu của chúng tôi nhấn mạnh tầm quan trọng của các sứ mệnh dài hạn đến những thế giới đại dương có thể chứa sự sống, và rằng dữ liệu thu được có thể phải mất hàng thập kỷ mới bộc lộ hết các bí mật của nó.”
Bryan
Theo Phys.org
