Ganymede

Trong năm phút: Ganymede là gì

Ganymede là mặt trăng lớn nhất trong hệ Mặt Trời. Nó quay quanh Sao Mộc, có đường kính khoảng 5.270 km và rộng hơn cả hành tinh Sao Thủy. Đây cũng là mặt trăng duy nhất được biết là có từ trường riêng, và nhiều bằng chứng cho thấy một đại dương mặn sâu nằm ẩn dưới lớp vỏ băng của nó. Sự kết hợp giữa kích thước kỷ lục và nguồn nước ẩn giấu ấy khiến Ganymede liên tục xuất hiện trong cả khoa học hành tinh lẫn khoa học viễn tưởng.

Ganymede là một trong bốn mặt trăng Galileo lớn, cùng với Io, Europa và Callisto. Bạn có thể đọc về cả gia đình này trong bài giới thiệu các mặt trăng của Sao Mộc. Trang này chỉ nói riêng về Ganymede: nó cấu tạo từ gì, chúng ta thực sự biết gì về đại dương của nó, những tàu vũ trụ nào đã ghé thăm, và các nhà văn đã dùng nó ra sao.

Một hành tinh nhỏ quay quanh một hành tinh lớn

Cách dễ nhất để hình dung Ganymede là coi nó như một hành tinh nhỏ tình cờ quay quanh một hành tinh lớn hơn. Đường kính của nó khoảng 5.268 km. Sao Thủy có đường kính 4.879 km, còn Titan, mặt trăng của Sao Thổ và là mặt trăng lớn thứ hai, khoảng 5.150 km. Tuy vậy Sao Thủy vẫn nặng hơn, vì nó chủ yếu là kim loại và đá. Ganymede gồm khoảng một nửa là đá và một nửa là băng nước, nên khối lượng chỉ bằng khoảng 45% khối lượng Sao Thủy.

Bên trong, Ganymede phân lớp giống như một hành tinh. Đa số các nhà khoa học cho rằng nó có lõi giàu kim loại ở trung tâm, một lớp manti đá bao quanh, và phía trên cùng là lớp vỏ dày gồm băng và nước. Các phép đo trọng lực của tàu Galileo cho thấy vật chất nặng đã chìm dần về phía giữa. Điều đó có nghĩa là Ganymede từng đủ nóng để các thành phần tách lớp, điều mà rất ít mặt trăng làm được triệt để như vậy. Callisto, người hàng xóm của nó, dường như phân tách kém hơn nhiều.

• Quỹ đạo: cách Sao Mộc khoảng 1,07 triệu km, mỗi vòng mất 7,15 ngày.
• Tự quay: bị khóa thủy triều, nên một mặt luôn hướng về Sao Mộc.
• Trọng lực: khoảng 1,4 mét trên giây bình phương, xấp xỉ một phần bảy trọng lực Trái Đất.
• Nhiệt độ: nhiệt độ bề mặt trung bình khoảng âm 160 độ C.

Được phát hiện và đặt tên thế nào

Galileo Galilei phát hiện Ganymede vào tháng 1 năm 1610. Ông hướng một chiếc kính thiên văn thời kỳ đầu về phía Sao Mộc và để ý thấy vài đốm sáng nhỏ xếp thẳng hàng bên cạnh hành tinh này. Qua vài đêm, các đốm sáng đổi vị trí, và ông kết luận rằng chúng đang quay quanh Sao Mộc. Đó là bằng chứng mạnh mẽ chống lại quan niệm cũ rằng mọi thứ trên bầu trời đều quay quanh Trái Đất.

Nhà thiên văn người Đức Simon Marius nói rằng ông cũng thấy các mặt trăng này vào khoảng cùng thời điểm, và chính Marius đã đề xuất các tên Io, Europa, Ganymede và Callisto trong một cuốn sách xuất bản năm 1614. Các tên này chỉ trở thành tên chuẩn vào thế kỷ XIX. Trước đó, giới thiên văn thường gọi đơn giản Ganymede là Sao Mộc III.

Cái tên bắt nguồn từ thần thoại Hy Lạp. Ganymede là một hoàng tử thành Troy đẹp đến mức thần Zeus, người La Mã gọi là Jupiter, đã bắt chàng lên đỉnh Olympus để làm người rót rượu cho các vị thần. Trong bốn mặt trăng Galileo, đây là mặt trăng duy nhất mang tên nam.

Khoa học thực sự

Dưới đây là những điều đã được xác lập bằng phép đo, và những điều vẫn chỉ là suy đoán có cơ sở.

Hai loại địa hình

Bề mặt Ganymede như một tấm vải ghép. Khoảng một phần ba là địa hình tối màu, nhiều hố va chạm, có lẽ đã hàng tỷ năm tuổi. Galileo Regio là vùng tối nổi tiếng nhất. Phần còn lại sáng hơn và bị cắt ngang bởi những gờ và rãnh song song dài, nơi lớp vỏ băng đã bị kéo giãn, nứt vỡ và biến đổi theo thời gian. Bề mặt chủ yếu là băng nước trộn với bụi sẫm màu hơn. Sự thật đã xác lập: các bức ảnh của Voyager và Galileo cho thấy rõ cả hai loại địa hình.

Một từ trường riêng

Vào giữa thập niên 1990, tàu Galileo bay ngang qua Ganymede và phát hiện một điều bất ngờ: mặt trăng này tự tạo ra từ trường. Chưa có mặt trăng nào khác được biết là làm được điều đó. Nguồn gốc nhiều khả năng nhất là một lõi sắt lỏng nóng bỏng đối lưu và hoạt động như một máy phát điện từ, giống lõi của Trái Đất. Từ trường này tạo ra một bong bóng từ nhỏ bên trong từ trường lớn hơn nhiều của Sao Mộc, và sinh ra các cực quang rực sáng quanh hai cực của Ganymede. Sự thật đã xác lập: cả từ trường lẫn cực quang đều đã được đo đạc. Chi tiết về lõi vẫn chỉ là một mô hình.

Một đại dương ẩn giấu

Các số liệu từ trường của Galileo còn cho thấy từ trường của Ganymede biến đổi đồng bộ với từ trường Sao Mộc. Quy luật đó đúng như điều ta chờ đợi nếu dưới bề mặt có một lớp vật chất dẫn điện, chẳng hạn nước mặn. Năm 2015, các nhà thiên văn dùng Kính viễn vọng Không gian Hubble quan sát cực quang của Ganymede và thấy chúng dao động qua lại ít hơn mức sẽ có nếu không có lớp đó. Phân tích của họ gợi ý một đại dương sâu khoảng 100 km, nằm dưới lớp băng dày chừng 150 km.

Hãy coi các con số đó là ước tính. Chưa ai nhìn thấy trực tiếp đại dương này, và một số mô hình mô tả nhiều lớp băng và nước xếp chồng như chiếc bánh sandwich thay vì một biển mở duy nhất. Vì đại dương sâu như vậy, nó có thể chứa nhiều nước hơn tất cả các đại dương của Trái Đất cộng lại. Liệu nó có thể nuôi dưỡng sự sống hay không vẫn là câu hỏi bỏ ngỏ. Nhiều nhà khoa học cho rằng Europa, nơi đại dương có thể chạm tới lớp đá, là ứng viên tốt hơn. Suy đoán: sự sống trong đại dương của Ganymede. Hiện chưa tìm thấy gì.

Những chuyến ghé thăm đến nay

Pioneer 10 bay qua Sao Mộc năm 1973, và hai tàu Voyager gửi về những bức ảnh chi tiết đầu tiên của Ganymede năm 1979. Tàu Galileo quay quanh Sao Mộc từ 1995 đến 2003 và thực hiện nhiều lần bay sát. Tháng 6 năm 2021, tàu Juno của NASA bay cách bề mặt khoảng 1.000 km, lần quan sát gần nhất trong hơn hai mươi năm.

Vị khách tiếp theo là JUICE của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA), viết tắt của Jupiter Icy Moons Explorer. Tàu được phóng ngày 14 tháng 4 năm 2023 và dự kiến tới Sao Mộc vào tháng 7 năm 2031. Nếu kế hoạch đúng như dự định, nó sẽ bắt đầu bay quanh Ganymede vào tháng 12 năm 2034, trở thành tàu vũ trụ đầu tiên quay quanh một mặt trăng không phải Mặt Trăng của chúng ta. Các thiết bị của nó sẽ lập bản đồ băng, đo từ trường và dò độ sâu của đại dương.

Ganymede trong tiểu thuyết

Các nhà văn yêu thích Ganymede vì nó lớn, đầy băng và ở gần một nguồn nước, khiến nó trở thành nơi lý tưởng để lập thuộc địa. Trong Farmer in the Sky (1950) của Robert A. Heinlein, các gia đình di cư lên Ganymede để biến đất hoang thành ruộng đồng. Lucky Starr and the Moons of Jupiter (1957) của Isaac Asimov đưa nhân vật chính tới các mặt trăng của Sao Mộc, trong đó có Ganymede. Trong loạt tiểu thuyết The Expanse của James S. A. Corey, Ganymede là mặt trăng nông nghiệp nuôi sống phần lớn vùng ngoài của hệ Mặt Trời, và số phận của nó trở thành bước ngoặt của câu chuyện.

Có một điều mà tiểu thuyết thường làm nhẹ đi: Ganymede nằm trong các vành đai bức xạ của Sao Mộc. Liều bức xạ trên bề mặt thấp hơn nhiều so với Europa, nhưng vẫn vượt xa mức con người có thể chịu an toàn lâu dài, nên một căn cứ thật sự sẽ cần được che chắn.

Những hiểu lầm thường gặp

• "Nó lớn hơn Sao Thủy nên đáng lẽ phải là hành tinh." Kích thước không quyết định điều đó. Ganymede quay quanh Sao Mộc chứ không phải Mặt Trời, và khối lượng của nó nhỏ hơn Sao Thủy rất nhiều.
• "Đại dương đã được xác nhận." Bằng chứng khá mạnh nhưng chỉ là gián tiếp. Nó đến từ các phép đo từ trường và cực quang, không phải từ mẫu vật hay hình ảnh trực tiếp.
• "Ở đó có không khí để thở." Ganymede chỉ có một tầng khí quyển oxy cực kỳ mỏng, sinh ra khi bức xạ phá vỡ băng trên bề mặt. Nó hoàn toàn không thể thở được.
• "Europa là mặt trăng duy nhất có đại dương." Europa được chú ý nhiều nhất, nhưng Ganymede, Callisto, Enceladus của Sao Thổ và có lẽ cả Titan cũng được cho là giấu nước dưới bề mặt.

Đọc tiếp

• Các mặt trăng của Sao Mộc: cả gia đình mặt trăng, từ núi lửa của Io đến những mặt trăng ngoài cùng nhỏ nhất.
• Europa (mặt trăng): người hàng xóm băng giá có đại dương là mục tiêu hàng đầu còn lại trong cuộc tìm kiếm sự sống.
• Callisto: mặt trăng nhiều hố va chạm nhất trong bốn mặt trăng Galileo, và là hàng xóm phía ngoài của Ganymede.