Trong năm phút: Mặt Trăng Callisto
Callisto là vệ tinh ngoài cùng trong bốn vệ tinh lớn mà Galileo Galilei phát hiện cạnh Sao Mộc vào tháng 1 năm 1610. Đây là một khối băng và đá có đường kính 4.821 km, hơi nhỏ hơn Sao Thủy một chút; chỉ có Ganymede và Titan của Sao Thổ là vệ tinh lớn hơn. Callisto quay quanh Sao Mộc một vòng hết 16,7 ngày ở khoảng cách chừng 1,88 triệu km, nên là vệ tinh xa nhất trong số các vệ tinh của Sao Mộc có kích thước lớn.
Điều làm nó nổi bật là hầu như chẳng có chuyện gì xảy ra với nó. Io đầy núi lửa, Europa có lớp vỏ trẻ và nứt nẻ, Ganymede mang dấu vết của những chuyển động vỏ cổ xưa. Callisto gần như không có những thứ đó. Bề mặt của nó khoảng bốn tỷ năm tuổi, nên các hố va chạm từ thuở sơ khai của Hệ Mặt Trời vẫn còn đó, chồng lên nhau. Rất ít nơi lưu giữ được bản ghi về va chạm đầy đủ như vậy, vì thế giới khoa học xem Callisto như một cuốn sách lịch sử.
Bên trong nó cũng khác thường. Số đo trọng lực từ tàu Galileo cho thấy đá và băng có lẽ chưa bao giờ tách hẳn thành lõi đá và lớp vỏ băng. Điều này trái ngược rõ rệt với người hàng xóm lớn hơn là Ganymede. Các số liệu từ trường cũng gợi ý có một lớp nước lỏng bên dưới vỏ, dù chưa được xác nhận.
Cuối cùng, Callisto nằm ngoài vùng bức xạ mạnh nhất của Sao Mộc. Đó là lý do các kỹ sư luôn chọn nó khi hình dung một tiền đồn của con người trong hệ Sao Mộc, và cũng là lý do tàu Juice của ESA sẽ bay ngang qua nó nhiều lần.
Khoa học thực sự: điều đã biết và điều mới chỉ suy đoán
Phát hiện và tên gọi
Galileo nhìn thấy Callisto qua kính thiên văn vào tháng 1 năm 1610, và nhà thiên văn người Đức Simon Marius cũng tuyên bố đã tự phát hiện các vệ tinh này. Những cái tên ta dùng ngày nay đến từ Marius, người công bố chúng năm 1614. Trong thần thoại Hy Lạp, Callisto là một tiên nữ được thần Zeus yêu mến. Nữ thần Hera ghen tuông đã biến nàng thành gấu, sau đó Zeus đặt nàng lên bầu trời thành chòm Đại Hùng.
Phát hiện này có ý nghĩa vượt xa Sao Mộc. Việc thấy những đốm sáng nhỏ rõ ràng quay quanh một hành tinh khác cho thấy không phải mọi thứ trên trời đều xoay quanh Trái Đất. Callisto, chậm nhất và xa nhất trong bốn vệ tinh, là vệ tinh dễ theo dõi nhất đêm này qua đêm khác, vì nó dịch chuyển rất từ từ từ bên này sang bên kia của Sao Mộc.
Kích thước, quỹ đạo và trọng lực
Callisto rộng khoảng 99% Sao Thủy nhưng khối lượng chỉ bằng khoảng một phần ba. Nguyên nhân là mật độ: khoảng 1,83 gam trên centimet khối, cho thấy đây là hỗn hợp băng và đá chứ không phải phần lõi giàu kim loại như Sao Thủy. Trọng lực bề mặt khoảng 1,24 mét trên giây bình phương, bằng chừng một phần tám của Trái Đất. Vệ tinh này bị khóa thủy triều nên luôn quay một mặt về phía Sao Mộc. Không như Io, Europa và Ganymede, nó không nằm trong cộng hưởng quỹ đạo của ba vệ tinh kia, nên lực thủy triều của Sao Mộc làm nó nóng lên ít hơn nhiều.
Việc ít bị đốt nóng giải thích được nhiều điều. Sự co giãn do thủy triều giữ cho Io nóng chảy và giúp lớp vỏ của Europa hoạt động. Callisto bị co giãn ít hơn nhiều, nên bên trong nguội hơn và bề mặt chưa bao giờ được làm mới bởi núi lửa hay các chuyển động vỏ lớn.
Cặp song sinh có số phận khác nhau
Callisto và Ganymede có kích thước gần bằng nhau và cấu tạo từ lượng băng và đá tương tự, nên trên giấy trông như một cặp song sinh. Nhưng lịch sử của chúng rẽ sang hai hướng. Ganymede đã phân tầng, có lõi kim loại, lớp phủ đá và bề mặt bị đứt gãy làm biến dạng. Callisto dường như mới chỉ phân tầng một phần, với băng và đá vẫn trộn lẫn trong phần lớn bên trong. Tìm hiểu vì sao hai vệ tinh giống nhau lại đi đến kết cục khác nhau là một trong những câu hỏi lớn về cách hệ Sao Mộc hình thành.
Bề mặt hầu như không đổi
Hố va chạm phủ gần như toàn bộ Callisto, và mặt đất là hỗn hợp tối màu của băng và bụi đá. Đặc điểm ngoạn mục nhất là Valhalla, một bồn va chạm khổng lồ với vùng trung tâm sáng rộng khoảng 360 km. Xung quanh nó là các vòng gờ núi lan ra gần 2.000 km tính từ tâm. Chúng hình thành khi lớp vỏ nứt và gợn sóng sau một cú va chạm khổng lồ từ rất lâu về trước.
Các nhà khoa học hành tinh xác định tuổi bề mặt bằng cách đếm hố va chạm: càng nhiều hố trên một diện tích thì mặt đất càng lộ ra lâu. Theo thước đo đó, Callisto có một trong những bề mặt cổ nhất được biết trong Hệ Mặt Trời, vì vậy nó là điểm tham chiếu để đánh giá bề mặt các vệ tinh khác trẻ hay già.
Những bức ảnh cận cảnh của Galileo cho thấy một điều bất ngờ. Hố nhỏ lại hiếm một cách đáng ngạc nhiên, thay vào đó là các lớp trầm tích tối mịn và những trụ băng sáng. Lời giải thích hàng đầu là băng ở bề mặt từ từ chuyển thành khí dưới ánh nắng, để lại bụi tối và bào mòn địa hình. Vậy nên bề mặt tuy cổ xưa nhưng không bị đóng băng theo thời gian.
Một đại dương có thể tồn tại
Cuối thập niên 1990, từ kế của Galileo phát hiện Callisto làm nhiễu từ trường của Sao Mộc như thể có một lớp dẫn điện nằm gần bề mặt. Lời giải thích hợp lý nhất là một lớp nước lỏng mặn, có thể nằm sâu 100 km hoặc hơn dưới lớp băng. Đây là bằng chứng gián tiếp chứ không phải quan sát trực tiếp, và các chi tiết vẫn còn tranh luận. Europa là ứng viên nổi tiếng hơn cho sự sống, nhưng Callisto là đối tượng so sánh hữu ích vì cho thấy một đại dương có thể tồn tại ra sao trên vệ tinh gần như không được thủy triều làm nóng.
Khí quyển và bức xạ
Callisto có bầu khí quyển cực mỏng gồm carbon dioxide do Galileo phát hiện, cùng một lớp tích điện chắp vá phía trên. Nó quá mỏng để thở hay tạo ra thời tiết. Bức xạ ở bề mặt thấp hơn nhiều so với Io hay Europa, vì vệ tinh này quay ngoài các vành đai bức xạ mạnh nhất của Sao Mộc. Thấp hơn không có nghĩa là bằng không, và ở lâu dài vẫn cần che chắn. Một nghiên cứu của NASA năm 2003 đã xem xét một căn cứ có người ở Callisto như bàn đạp tiến ra phần ngoài của Hệ Mặt Trời.
Các sứ mệnh
Pioneer 10 và 11 bay qua Sao Mộc năm 1973 và 1974, rồi Voyager 1 và 2 nối tiếp năm 1979, gửi về những bức ảnh thực sự đầu tiên về bề mặt đầy hố của Callisto. Tàu quỹ đạo Galileo sau đó nghiên cứu hệ Sao Mộc từ tháng 12 năm 1995 đến tháng 9 năm 2003, với nhiều lần bay sát Callisto. Tàu Juice của ESA phóng vào tháng 4 năm 2023 và dự kiến đến Sao Mộc năm 2031. Tàu có kế hoạch bay ngang Callisto 21 lần trước khi vào quỹ đạo quanh Ganymede.
Tự mình quan sát
Bạn không cần kính thiên văn lớn để tìm Callisto. Với ống nhòm giữ vững, Sao Mộc hiện ra cùng một hàng chấm mờ ngắn bên cạnh, và Callisto là một trong số đó. Vì mất 16,7 ngày để quay một vòng, vị trí của nó thay đổi chậm, và trong vài tuần bạn có thể thấy nó di chuyển từ bên này sang bên kia hành tinh. Nó thường là chấm xa Sao Mộc nhất.
Callisto trong tiểu thuyết và trò chơi
Callisto chưa bao giờ nổi tiếng trong hư cấu bằng Europa hay Ganymede, nhưng nó có một lịch sử dài trong truyện pulp. Truyện ngắn đầu tay của Isaac Asimov, “The Callistan Menace” (1940), kể về các đoàn thám hiểm đến vệ tinh này rồi biến mất không dấu vết. Lin Carter viết loạt tám cuốn về Callisto cho nhà xuất bản Dell từ năm 1972 đến 1978, là những cuộc phiêu lưu kiếm hiệp vũ trụ để tri ân Edgar Rice Burroughs. Trò chơi kinh dị The Callisto Protocol (2022) đặt một nhà tù trên vệ tinh này.
Hư cấu phần lớn tưởng tượng ra rừng rậm, vương quốc hay quái vật. Callisto thật là một thế giới băng giá đầy hố va chạm, và khoảng cách giữa hai bên cho thấy các tàu thăm dò đã thay đổi bức tranh của ta về Hệ Mặt Trời đến mức nào. Các nhà văn thuở trước có thể bịa gần như mọi thứ cho một vệ tinh họ chưa từng thấy chi tiết. Sau Voyager và Galileo, những câu chuyện hay hơn là những câu chuyện xuất phát từ băng, hố va chạm và mức bức xạ có thật.
Những hiểu lầm thường gặp
- “Callisto lớn hơn Sao Thủy.” Nó hơi nhỏ hơn và nhẹ hơn khoảng ba lần.
- “Nó là vệ tinh lớn thứ hai trong Hệ Mặt Trời.” Nó là thứ hai trong các vệ tinh của Sao Mộc. Tính tất cả vệ tinh thì Ganymede và Titan lớn hơn, nên Callisto đứng thứ ba.
- “Một thế giới chết, chẳng có gì để nghiên cứu.” Bề mặt của nó yên tĩnh về địa chất, nhưng băng vẫn đang bị bào mòn, và nó có thể chứa một đại dương.
- “Chắc chắn có đại dương.” Bằng chứng chỉ là gián tiếp. Juice sẽ kiểm chứng bằng nhiều lần bay ngang hơn.
- “Ở đó không có bức xạ.” Đây là vệ tinh lớn êm dịu nhất, nhưng phi hành gia vẫn cần che chắn.
Đọc tiếp
Các vệ tinh của Sao Mộc cho bạn bức tranh toàn cảnh về bốn vệ tinh lớn đặt cạnh nhau. Ganymede là người hàng xóm lớn hơn, có từ trường riêng và một lịch sử rất khác.
