Sao Diêm Vương hay Pluto có quỹ đạo hình Elip quanh Mặt Trời. Hình dáng của quỹ đạo khiến hành tinh lùn này gần Mặt Trời hơn Sao Hải Vương trong 20 năm trong mỗi một năm Diêm Vương (Plutonian) khoảng 248 năm Trái Đất. PLuto lần cuối có vị trí gần Mặt Trời hơn Sao Hải Vương từ 1979 đến 1999. Và khi nó có vị trí tương đối gần với Trái Đất thì các nhà khoa học đã nhanh chóng gửi tàu khám phá Những chân trời mới - New Horizons, vào năm 2015 khi tàu này có cú chạm mặt ngoạn mục với Pluto, các dữ liệu đã được gửi về Trái Đất cho biết bầu khí quyển của hành tinh lùn này tăng gấp đôi mật độ qua mỗi thập kỷ. 

Ảnh: Bầu khí quyển của Pluto khả kiến được chụp bởi tàu vũ trụ New Horizon hồi 2015 NASA/ Johns Hopkins/ SwRI.

Khí quyển của Pluto đang dần biến mất

Sao Diêm Vương hay Pluto có qũy đạo hình Elip quanh Mặt Trời. Hình dáng của quỹ đạo khiến hành tinh lùn này gần Mặt Trời hơn Sao Hải Vương trong 20 năm trong mỗi một năm Diêm Vương (Plutonian) khoảng 248 năm Trái Đất. PLuto lần cuối có vị trí gần Mặt Trời hơn Sao Hải Vương từ 1979 đến 1999. Và khi nó có vị trí tương đối gần với Trái Đất thì các nhà khoa học đã nhanh chóng gửi tàu khám phá Những chân trời mới - New Horizons, vào năm 2015 khi tàu này có cú chạm mặt ngoạn mục với Pluto, các dữ liệu đã được gửi về Trái Đất cho biết bầu khí quyển của hành tinh lùn này tăng gấp đôi mật độ qua mỗi thập kỷ. Nhưng gần đây, vào năm 2018 qua các quan sát thì các dữ liệu cho thấy bầu khí quyển của Sao Diêm Vương đang bắt đầu giảm và cuối cùng sẽ biến mất.

Các nhà nghiên cứu đã trình bày những kết quả này vào 4 tháng 10 năm 2021 tại cuộc họp thường niên DPS lần thứ 53. Họ cho biết công trình mới này gồm khi Sao Diêm Vương đi xa khỏi Mặt Trời theo quỹ đạo của nó thì bầu khí quyển sẽ bị đóng băng và rơi xuống bề mặt của hành tinh lùn này.

Ngày 15 tháng 8 năm 2018, sự che khuất

Các nhà thiên văn học trên Trái Đất lần đầu tiên phát hiện ra sự thay đổi của bầu khí quyển của Pluto ào năm 1988, vào thời điểm đó, cả nhân loại coi Pluto là hành tinh thứ 9 trong Hệ Mặt Trời. Nhưng kể từ năm 2006, nó được phân loại lại là hành tinh lùn. Trong sự kiện huyền bí năm 1988, ánh sáng của một ngôi sao dần dần mờ đi ngay trước khi biến mất sau Sao Diêm Vương. Sự mờ đi này chứng tỏ sự hiện diện của bầu khí quyển mỏng, bị bóp méo của Sao Diêm Vương. New Horizons sau đó có thể phân tích bầu khí quyển đó từ một khoảng cách gần, khi nó đi qua vào năm 2015.

Từ năm 1988 cho tới nay, các nhà thiên văn học đã theo dõi bầu khí quyển của nó thông qua sự thay đổi của các ngôi sao bởi Diêm Vương Pluto khi nhìn từ Trái Đất. Vào tối ngày 15 tháng 8 năm 2018, họ đã biết rằng Pluto sẽ đi qua phía trước của một ngôi sao khi quan sát từ Mỹ và Mexico. Họ biết rằng - vì hành tinh lùn và bầu khí quyển của ó được chiếu sáng ngược bởi một ngôi sao - một bóng mờ mờ của Pluto sẽ di chuyển trên bề Mặt Trái Đất - Như là Nhật Thực của Pluto và một ngôi sao vậy. Đường trung tâm của “thiên thực” này chạy từ Baja California đến Delaware. Các nhà khoa học đã triển khai các kính viễn vọng theo đường đó để nghiên cứu Pluto, khi bầu khí quyển của nó được một ngôi sao chiếu sáng ngược.

Trong hai phút ít ỏi, ánh sáng của ngôi sao nền giảm dần khi nó đi qua bầu khí quyển của Sao Diêm Vương, sau đó tăng sáng trở lại khi hai thiên thể đi qua nhau. Bạn có thể thấy đường cong ánh sáng đó trong phần trong của hình ảnh bên dưới, nhưng tại sao nó lại có hình chữ W, đỉnh của nó là gì?

 

Ảnh:Hình ảnh qua SwRI / NASA.

Phân tích

Các nhà khoa học co thể phân tích đường cong ánh sáng đã nói trên để có được thông tin về mật độ bầu khí quyển của Sao Diêm Vương. Tia chớp trung tâm chỉ xuất hiện khi người quan sát quan sát đúng đường trung tâm của che khuất, nói cách khác nó chỉ xảy ra khi Sao Diêm Vương che lấp ngôi sao ở nền và ánh sáng của ngôi sao ấy bị khúc xạ hoặc bẻ cong vào một điểm ở trung tâm đổ bóng của Sao Diêm Vương. Nhìn thấy chớp trung tâm này giúp các nhà thiên văn tin tưởng rằng họ đang quan sát đúng đối tượng và phân tích của họ về sự kiện là chính xác nhất có thể.

Tất cả sự chú ý đến từng chi tiết nhỏ này rất quan trọng khi bạn đang nhìn xuyên qua thành tỉ dặm không gian vào bầu khí quyển mỏng manh (tạm thời) của một thế giới nhỏ bé như Sao Diêm Vương. Hành tinh lùn này có chiều hàng nhỏ hơn 2400km, trái ngược với con số 13000km của Trái Đất. Đó là lý do vì sao sự xuất hiện của chớp trung tâm lại rất quan trọng. Nó giúp họ tự tin hơn vào phân tích của mình vì chí ít là họ đã có một đường đi đúng. Và bây giờ, câu hỏi có thể là -  nếu Sao Diêm Vương ở gần MẶt Trời nhất trong khoảng từ 1979 đến 1999 và nếu New Horizons nhìn thấy bầu khí quyển vẫn tăng vào năm 2015, thì tạo sao chúng ta lại thấy nó bắt đầu giảm vào năm 2018? Tại sao nó không giảm sớm hơn?

Nguyên nhân là do tác động vật lý tương tự như cát trên bãi biển ấm nhất vào cuối buổi chiều mặc dù mặt trời lên cao nhất vào giữa trưa

“Độ trễ” hay quán tính nhiệt

Bề mặt của Sao Diêm Vương là băng giá, và bầu khí quyển phần lớn nitơ của nó được hỗ trợ bởi thăng hoa của các lớp đá bề mặt. Đó là xu hướng của nước đá chuyển sang trạng thái khí khi nhiệt độ tăng lên.Vì vậy, khi Sao Diêm Vương đến gần Mặt Trời nhất (1979-1999)nhiệt độ bề mặt của nó nóng lên và mật độ bầu khí quyển của nó thì bắt đầu tăng lên. Bây giờ khi Sao Diêm Vương di chuyển ra xa Mặt Trời thì ngược lại, khí quyển bị đóng băng và rơi xuống bề mặt. Nhưng nó không giảm ngay lập tức, đó là vì băng có quán tính nhiệt. Một sự tương đồng với điều này là cách Mặt Trời làm nóng cát trên bãi biển, ánh nắng gay gắt nhất vào buổi trưa, nhưng cát sau đó tiếp tục hấp thụ nhiệt trong suốt buổi chiều, vì vậy nó sẽ nóng nhất vào cuối buổi chiều. Sự tồn tại liên tục của khí quyển của Sao Diêm Vương cho thấy các hồ chứa bằng nitơ trên bề mặt  được giữ ấm bằng nhiệt tích trữ dưới bề mặt và dữ liệu mới nhất cho thấy chúng đang bắt đầu nguội.

Vì vậy những quan sát mới về Sao Diêm Vương 2018 giúp các nhà khoa học hiểu không chỉ bầu khí quyển của hành tinh lùn này mà còn cả cách nó lưu trữ và giải phóng nhiệt.

Ảnh: Bản đồ Hệ Mặt Trời cho thấy vị trí của Sao Diêm Vương vào tháng 10 năm 2021 theo Cybersky.

Tham khảo

  1. SwRI scientists confirm decrease in Pluto’s atmospheric density. Southwest Research Institute. https://www.swri.org/press-release/scientists-confirm-decrease-plutos-atmospheric-density. Published 2021. Accessed October 15, 2021.