Vết Đỏ Lớn trên Sao Mộc

Tóm tắt trong năm phút

Vết Đỏ Lớn là một cơn bão trên Sao Mộc, một vùng mây hình bầu dục xoay tròn ở bán cầu nam của hành tinh và rộng hơn Trái Đất. Gió quanh rìa của nó thổi vài trăm kilômét một giờ, và các nhà thiên văn đã theo dõi nó khoảng hai thế kỷ. Sao Mộc không có mặt đất rắn để phá vỡ một cơn bão, và đó là lý do chính khiến cơn bão này tồn tại lâu đến vậy. Cơn bão là một phần của bức tranh lớn hơn về hành tinh khổng lồ này, mà chúng ta theo dõi trong bài Các mặt trăng của Sao Mộc, còn những con số cơ bản của hành tinh nằm ở bài Sự thật về Sao Mộc.

Đây là bản tóm tắt ngắn. Vết Đỏ nằm ở khoảng 22 độ vĩ nam, tính từ xích đạo của Sao Mộc. Nó quay ngược chiều kim đồng hồ, đúng hướng của một hệ cao áp ở bán cầu nam, nên được gọi là xoáy nghịch (anticyclone). Năm 2017, nó có chiều rộng khoảng 16.000 km, tức khoảng 1,3 lần đường kính Trái Đất. Tâm của nó khá lặng gió, trong khi vùng rìa chuyển động với tốc độ lên tới khoảng 430 km/h. Nó đã co nhỏ và tròn dần suốt nhiều thập kỷ, nhưng chưa thể biến mất ngay.

Nếu chỉ nhớ ba điều, hãy nhớ những điều này:

• Đây là một xoáy cao áp khổng lồ, tồn tại lâu dài, không phải một cái hố, một ngọn núi hay một cái hồ.
• Nó đủ rộng để chứa trọn Trái Đất, nhưng nhỏ hơn nhiều so với thời thế kỷ 19.
• Màu đỏ của nó là thật, nhưng các nhà khoa học vẫn chưa thống nhất những hợp chất nào tạo nên màu ấy.

Đây là loại bão gì?

Sao Mộc chủ yếu được cấu tạo từ hydro và heli. Thứ ta nhìn thấy từ bên ngoài là một lớp mây bị vòng quay nhanh của hành tinh kéo thành các dải: một ngày trên Sao Mộc chưa đến mười giờ. Các dải sáng được gọi là đới (zone), còn các dải tối gọi là vành đai (belt). Gió ở các dải kề nhau thổi ngược chiều, và nơi các luồng gió ngược chiều cọ xát vào nhau, không khí có thể cuộn lại thành xoáy.

Vết Đỏ Lớn nằm ở rìa nam của Vành đai Xích đạo Nam, giữa hai dòng chảy xiết thổi ngược hướng nhau. Hãy hình dung một con lăn xoay giữa hai băng chuyền đang chạy. Hai dòng chảy giữ cho nó quay, và chuyển động xoáy vẫn gọn gàng thay vì loang ra.

Trên Trái Đất, bão nhiệt đới quay quanh một tâm áp thấp và hút năng lượng từ nước biển ấm. Vết Đỏ thuộc một kiểu hệ thống khác. Tâm của nó là cao áp và nó quay ngược chiều kim đồng hồ ở bán cầu nam. Đỉnh mây của nó nhô cao hơn mây xung quanh vài kilômét, vì vậy nó nổi bật rõ trên ảnh hồng ngoại.

Khoa học thực sự

Kích thước, tốc độ và độ sâu

Theo thước đo của con người, Vết Đỏ rất khổng lồ. Năm 2017, nó rộng khoảng 16.000 km, trong khi Trái Đất có đường kính khoảng 12.700 km. Vào cuối thế kỷ 19, các nhà quan sát mô tả nó dài khoảng 40.000 km, đủ chỗ cho ba Trái Đất xếp thành hàng. Đến thời các chuyến bay ngang qua của tàu Voyager năm 1979, nó dài khoảng 23.000 km, và năm 2014 Kính viễn vọng Không gian Hubble đo được khoảng 16.500 km, bề rộng nhỏ nhất từng ghi nhận vào thời điểm đó.

Gió tuân theo một quy luật rõ ràng. Dọc theo rìa, không khí lao đi với tốc độ lên tới khoảng 430 km/h, gần bằng tốc độ của những cơn lốc xoáy mạnh nhất trên Trái Đất. Càng vào gần tâm, không khí càng gần như đứng yên. Một vòng quay đầy đủ của hình bầu dục mất khoảng sáu ngày Trái Đất.

Nó sâu đến đâu? Trong một thời gian dài không ai biết. Tàu vũ trụ Juno của NASA, quay quanh Sao Mộc từ tháng 7 năm 2016, đã bay qua phía trên Vết Đỏ ở độ cao khoảng 9.000 km vào ngày 10 tháng 7 năm 2017. Các thiết bị của tàu, gồm các phép đo trọng lực và một máy đo bức xạ vi sóng cảm nhận nhiệt từ bên dưới lớp mây, cho thấy cơn bão ăn sâu vài trăm kilômét, khoảng 300 đến 500 km. Nghe thì nhiều, và đúng là nhiều, nhưng vẫn chỉ là một lớp mỏng so với bán kính khoảng 70.000 km của Sao Mộc. Vết Đỏ rộng nhưng nông, giống như một chiếc bánh kếp.

Vì sao nó có màu đỏ?

Màu sắc là điều nổi tiếng nhất về cơn bão này, nhưng cũng là điều ít ngã ngũ nhất. Mây của Sao Mộc phần lớn là băng amoniac màu trắng, nên chắc chắn có thứ gì đó nhuộm màu cho Vết Đỏ. Các nhà nghiên cứu có hai giả thuyết chính. Theo giả thuyết thứ nhất, ánh nắng phá vỡ các hợp chất như amoniac và amoni hydrosulfua ở tầng cao khí quyển, để lại những hợp chất màu nâu đỏ. Theo giả thuyết thứ hai, cơn bão nâng vật chất từ các tầng sâu hơn lên, nơi chúng phản ứng và đổi màu. Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm ủng hộ một phần giả thuyết thứ nhất, nhưng chưa ai chứng minh được chắc chắn những hợp chất nào gây ra màu đó.

Sắc đỏ này không cố định. Qua nhiều năm, Vết Đỏ từng có màu đỏ gạch, cam, hồng cá hồi và khá nhạt. Sự thay đổi đó là một lý do khiến các nhà thiên văn tiếp tục theo dõi nó.

Vì sao nó tồn tại lâu đến vậy?

Một cơn bão trên Trái Đất sẽ tan khi vào đất liền hoặc gặp vùng nước lạnh. Sao Mộc là hành tinh khí khổng lồ, không có mặt đất, cũng không có đại dương. Không có gì ma sát vào đáy cơn bão, và nhiệt bên trong của chính hành tinh giữ cho khí quyển luôn chuyển động. Hai dòng chảy xiết hai bên giữ cho nó tiếp tục quay. Các mô phỏng máy tính cũng cho thấy Vết Đỏ lớn thêm nhờ nuốt các xoáy nhỏ hơn trôi vào, nhờ đó nhận thêm năng lượng mới.

Một cơn bão kéo dài hàng thế kỷ vẫn phải hao hụt năng lượng ở đâu đó, và ma sát cùng nhiễu loạn chậm rãi làm nó yếu đi. Vì thế việc Vết Đỏ co nhỏ không có gì lạ. Câu hỏi còn bỏ ngỏ là nó co nhanh đến mức nào.

Nó có đang thu nhỏ không?

Có. Các phép đo cẩn thận từ cuối thế kỷ 19 đến thập niên 2010 cho thấy Vết Đỏ hẹp dần và tròn dần, bớt giống một hình bầu dục dài. Năm 2019, Hubble và các nhà thiên văn nghiệp dư thấy những mảng mây bong ra khỏi rìa của nó, khiến báo chí đưa tin về một cơn bão đang chết dần. Các nhà khoa học hành tinh cho biết việc bong mảng đó là hành vi bình thường, không phải dấu hiệu kết thúc. Việc Vết Đỏ sẽ phai đi trong vài thập kỷ tới hay ổn định ở kích thước nhỏ hơn vẫn còn tranh luận, và câu trả lời trung thực là chưa có mô hình nào được chứng minh là đúng.

Hai thế kỷ quan sát

Vào thế kỷ 17, nhà thiên văn người Ý gốc Pháp Giovanni Domenico Cassini theo dõi một đốm tối trên Sao Mộc trong nhiều năm, nhưng các nhà thiên văn cho rằng đó có lẽ là một đặc điểm khác. Những bản vẽ rõ ràng về Vết Đỏ hiện nay bắt đầu từ thập niên 1830, chẳng hạn của nhà thiên văn nghiệp dư người Đức Heinrich Schwabe. Khoảng năm 1878, nó trở nên đỏ rực nổi bật và thu hút sự chú ý rộng rãi. Sau đó các tàu thăm dò vũ trụ tiếp nối: Pioneer 10 bay qua Sao Mộc năm 1973, và hai tàu Voyager năm 1979 ghi lại chi tiết dòng chảy xoáy quanh Vết Đỏ. Hubble theo dõi kích thước của nó từ thập niên 1990, và Juno nay nhìn xuống bên dưới nó.

Vết Đỏ trong tiểu thuyết

Vết Đỏ Lớn hiếm khi là trục chính của một câu chuyện, nhưng đó là cột mốc duy nhất của Sao Mộc mà độc giả vốn đã biết, nên các nhà văn dùng nó như cách nói tắt cho độ đồ sộ của hành tinh này. Truyện vừa "A Meeting with Medusa" (1971) của Arthur C. Clarke đưa một khinh khí cầu khổng lồ vào khí quyển Sao Mộc, còn tiểu thuyết 2010: Odyssey Two (1982) của ông biến chính hành tinh này thành sân khấu cho một thay đổi lớn. Những câu chuyện như vậy mượn lại điều cơn bão thật dạy chúng ta: trên một thế giới không có bề mặt, thời tiết chính là phong cảnh.

Với người mê khoa học viễn tưởng, Vết Đỏ ngoài đời còn hay hơn truyện. Một cơn bão già hơn đa số quốc gia, rộng hơn hành tinh của chúng ta và vẫn chưa được hiểu hết, là kiểu chi tiết mà tiểu thuyết sẽ bị chê là phóng đại.

Những hiểu lầm thường gặp

• "Nó là một cơn bão nhiệt đới." Không hẳn. Bão nhiệt đới là hệ thấp áp. Vết Đỏ là cao áp và quay ngược hướng so với bão ở cùng bán cầu.
• "Nó rộng bằng ba Trái Đất." Điều đó đúng khoảng thế kỷ 19. Ngày nay nó rộng khoảng 1,3 Trái Đất.
• "Nó là một vật rắn hoặc một cái hố." Nó là mây. Sao Mộc không có bề mặt, nên một tàu thăm dò sẽ chỉ chìm dần qua lớp khí ngày càng đặc và nóng.
• "Nó sắp biến mất." Nó đang co lại, nhưng việc bong mảng năm 2019 không có nghĩa là nó đang chết, và không ai nêu được ngày nó kết thúc.
• "Đó là đốm mà Cassini đã thấy." Có lẽ không. Các ghi chép liên tục về cơn bão ngày nay bắt đầu từ thế kỷ 19, không phải thế kỷ 17.
• "Sao Mộc chỉ có một cơn bão." Nó có rất nhiều. Một xoáy bầu dục nhỏ hơn mang tên Oval BA hình thành năm 2000 khi các cơn bão trắng hợp nhất, và vài năm sau nó chuyển sang màu đỏ.

Đọc tiếp

• Các mặt trăng của Sao Mộc: bốn vệ tinh lớn quay quanh cùng hành tinh này, và vì sao lực hấp dẫn của Sao Mộc định hình chúng.
• Sự thật về Sao Mộc: kích thước, độ dài ngày, thành phần và những con số về hành tinh chứa Vết Đỏ.