Sao Mộc trong năm phút
Sao Mộc là hành tinh thứ năm tính từ Mặt Trời và là hành tinh lớn nhất Hệ Mặt Trời. Đây là một hành tinh khí khổng lồ, nên không có bề mặt rắn để hạ cánh: hành tinh chủ yếu gồm hydro và heli, càng xuống sâu càng đặc và nóng. Hơn 1.300 Trái Đất có thể nằm gọn bên trong nó, vậy mà nó tự quay một vòng chỉ trong khoảng 9 giờ 56 phút, ngày ngắn nhất trong các hành tinh. Một vòng quay quanh Mặt Trời mất gần 12 năm Trái Đất.
Những đặc điểm còn lại cũng đồ sộ không kém. Sao Mộc có các dải mây sọc, một cơn bão rộng hơn cả Trái Đất, từ trường mạnh nhất trong các hành tinh, một vành đai mờ nhạt và hơn 90 vệ tinh đã biết, trong đó có bốn vệ tinh lớn do Galileo phát hiện năm 1610. Từ tháng 7 năm 2016, tàu vũ trụ Juno của NASA quay quanh hành tinh này và đo đạc những gì nằm bên dưới lớp mây. Muốn biết chi tiết về các vệ tinh, hãy xem bài tổng hợp về các vệ tinh của sao Mộc.
Khoa học thực sự: những gì chúng ta biết
Kích thước, khối lượng và khoảng cách
Đường kính xích đạo của sao Mộc khoảng 143.000 km, gấp khoảng 11 lần Trái Đất. Khối lượng của nó gấp khoảng 318 lần Trái Đất, tức khoảng hai lần rưỡi khối lượng của tất cả các hành tinh khác gộp lại. Dù vậy, nó cũng chỉ bằng khoảng một phần nghìn khối lượng Mặt Trời. Vì được tạo thành từ các khí nhẹ, mật độ trung bình của nó chỉ khoảng 1,3 gam trên centimét khối, bằng một phần tư Trái Đất.
Tốc độ quay nhanh làm hành tinh bị dẹt lại. Đường kính qua xích đạo lớn hơn đường kính qua hai cực khoảng 9.000 km. Sao Mộc quay quanh Mặt Trời ở khoảng cách trung bình khoảng 778 triệu km, tức 5,2 lần khoảng cách Trái Đất – Mặt Trời. Ánh sáng Mặt Trời mất khoảng 43 phút để tới đó và yếu hơn ở Trái Đất khoảng 27 lần.
Thành phần cấu tạo
Tính theo số phân tử, khí quyển sao Mộc gồm khoảng 90% hydro và 10% heli, gần giống tỷ lệ trong Mặt Trời, cùng một lượng nhỏ metan, amoniac, hơi nước và các khí khác. Những đám mây nhìn thấy được là các lớp mỏng ở tầng cao khí quyển, phía trên cùng là các tinh thể băng amoniac, còn bên dưới là các hợp chất khác. Ở đỉnh mây, nhiệt độ vào khoảng -145 °C.
Càng đi xuống, áp suất càng tăng cho đến khi hydro hành xử như chất lỏng, và sâu hơn nữa như một kim loại dẫn điện. Hydro kim loại chuyển động được cho là nguồn tạo ra từ trường. Điều gì nằm ở chính tâm hành tinh vẫn đang được làm rõ. Các mô hình cũ hình dung một lõi nhỏ, rắn, gồm đá và băng. Thay vào đó, các phép đo trọng lực của Juno cho thấy một lõi "loãng" hay mờ ranh giới, trong đó các nguyên tố nặng hòa dần vào lớp hydro phía trên. Nhiệt độ ở đó ước tính trên 20.000 °C.
Các dải mây, bão và Vết Đỏ Lớn
Các sọc của sao Mộc là những vùng sáng (zone), nơi khí bốc lên, xen kẽ với những dải tối hơn (belt), nơi khí chìm xuống. Giữa chúng là các dòng khí xoáy mạnh thổi với tốc độ vài trăm km mỗi giờ. Bão hình thành dọc theo các ranh giới này, và nhiều cơn kéo dài nhiều năm.
Nổi tiếng nhất là Vết Đỏ Lớn, một cơn bão áp suất cao xoay ngược chiều kim đồng hồ và rộng hơn cả Trái Đất. Các nhà thiên văn đã theo dõi liên tục nó từ thập niên 1830, và trong những thập kỷ gần đây nó đang nhỏ dần. Lịch sử của nó và nguồn năng lượng nuôi nó được giải thích trong bài Great Red Spot. Juno cũng phát hiện một điều không ai ngờ tới ở các cực: một xoáy thuận nằm trên cực bắc, được bao quanh bởi tám xoáy khác, và một xoáy thuận trên cực nam, được bao quanh bởi năm xoáy.
Từ trường và vành đai
Sao Mộc có từ trường mạnh nhất trong các hành tinh, mạnh hơn từ trường Trái Đất khoảng 20.000 lần. Nó giữ các hạt mang điện trong những vành đai bức xạ dữ dội đến mức tàu vũ trụ cần lớp che chắn dày, và tạo ra các cực quang ở hai cực sáng hơn nhiều so với bất cứ thứ gì trên Trái Đất.
Hành tinh này cũng có vành đai, nhưng chúng mờ nhạt và được tạo thành từ bụi mịn chứ không phải băng. Voyager 1 phát hiện ra chúng vào năm 1979. Bụi này được cho là bị văng ra từ các vệ tinh nhỏ phía trong khi thiên thạch va vào chúng.
Các vệ tinh
Hơn 90 vệ tinh đã được xác nhận, và con số này vẫn tăng khi các nhà thiên văn tìm thấy thêm những vệ tinh nhỏ, ở xa. Bốn vệ tinh Galileo lớn mỗi cái là một thế giới riêng. Io là thiên thể có hoạt động núi lửa mạnh nhất được biết đến. Europa có đại dương nước mặn bên dưới lớp băng. Ganymede là vệ tinh lớn nhất Hệ Mặt Trời, lớn hơn cả sao Thủy, và là vệ tinh duy nhất được biết là có từ trường riêng. Callisto là một khối băng và đá cổ xưa, chi chít hố va chạm. Câu chuyện đầy đủ nằm trong bài tổng hợp về các vệ tinh của sao Mộc.
Sứ mệnh Juno của NASA
Juno là tàu thăm dò của NASA, phóng ngày 5 tháng 8 năm 2011 và đi vào quỹ đạo quanh sao Mộc vào tháng 7 năm 2016. Tàu chạy bằng năng lượng Mặt Trời với ba tấm pin rất lớn, bay theo một quỹ đạo dài, kéo giãn, cứ vài tuần lại lướt sát đỉnh mây rồi vòng ra xa. Phần lớn thiết bị điện tử nhạy cảm của nó được đặt trong một khoang có vách titan để chịu được bức xạ.
Các thiết bị của Juno đo trọng lực, từ trường và bức xạ vi sóng phát ra từ sâu trong khí quyển, nhờ đó các nhà khoa học có thể "nhìn" xuống dưới lớp mây. Những kết quả chính cho đến nay:
- Lõi dường như bị pha loãng và trải rộng, chứ không phải một quả cầu cứng nhỏ.
- Các dòng khí xoáy của sao Mộc đi sâu khoảng 3.000 km, sâu hơn nhiều so với dự đoán.
- Các vùng cực có những cụm xoáy thuận khổng lồ.
- Khí quyển chứa nhiều nước hơn một số ước tính trước đây, điều này quan trọng đối với các giả thuyết về cách hành tinh hình thành.
Sau khi đạt các mục tiêu ban đầu, sứ mệnh được kéo dài để bao gồm những lần bay sát các vệ tinh của sao Mộc: Ganymede năm 2021, Europa năm 2022, và Io hai lần, vào tháng 12 năm 2023 và tháng 2 năm 2024. JunoCam, chiếc camera màu của tàu, được thiết kế để công chúng có thể cùng chọn và xử lý ảnh, và những người xử lý ảnh nghiệp dư đã tạo ra nhiều bức ảnh đẹp nhất của nó. Hai sứ mệnh khác đang tiếp bước: JUICE của ESA và Europa Clipper của NASA, cả hai đều được phóng để nghiên cứu các vệ tinh băng giá.
Sao Mộc trong văn học viễn tưởng
Sao Mộc là địa điểm được yêu thích trong khoa học viễn tưởng kinh điển. Trong tiểu thuyết 2010: Odyssey Two (1982) của Arthur C. Clarke, một thế lực ngoài hành tinh biến sao Mộc thành một mặt trời nhỏ thứ hai, được người ta gọi là Lucifer, để đại dương của Europa được sưởi ấm (chi tiết này tiết lộ phần kết của truyện). Tiểu thuyết dành cho thanh thiếu niên Lucky Starr and the Moons of Jupiter (1957) của Isaac Asimov đưa nhân vật chính đến các vệ tinh của sao Mộc. Các nhà văn thường dùng hành tinh này theo cùng một cách: như một cánh cửa khổng lồ dẫn tới vùng ngoài của Hệ Mặt Trời, còn các vệ tinh mới là đích đến thực sự. Việc lên kế hoạch ngoài đời thực ngày nay cũng như vậy, vì các vệ tinh là nơi hầu hết nhà khoa học hy vọng tìm thấy điều kiện có thể sống được.
Những hiểu lầm phổ biến
- "Sao Mộc là một ngôi sao hỏng." Nó được tạo từ các khí chính giống Mặt Trời, nhưng một thiên thể cần khối lượng gấp khoảng 80 lần sao Mộc mới bắt đầu phản ứng nhiệt hạch hydro thông thường. Sao Mộc quá nhẹ để bùng cháy và không bao giờ có thể trở thành một mặt trời.
- "Có thể hạ cánh xuống nó." Không có bề mặt rắn. Một tàu vũ trụ chìm sâu hơn sẽ gặp lớp khí đặc hơn, nóng hơn cho đến khi bị nghiền nát.
- "Vết Đỏ Lớn lúc nào cũng trông như vậy." Kích thước và màu sắc của nó đã thay đổi theo thời gian, và nó đã nhỏ đi kể từ khi con người bắt đầu đo đạc cẩn thận.
- "Sao Mộc chỉ là tấm khiên chặn mọi sao chổi." Lực hấp dẫn của nó đúng là kéo vào và hất văng các sao chổi, và các mảnh của sao chổi Shoemaker-Levy 9 đã đâm vào nó vào tháng 7 năm 1994. Nhưng các nhà khoa học cho rằng tác dụng che chắn phức tạp hơn nhiều so với một vệ sĩ đơn giản.
- "Chỉ sao Thổ mới có vành đai." Sao Mộc, sao Thiên Vương và sao Hải Vương cũng có vành đai. Vành đai của sao Mộc chỉ mỏng và tối.
Đọc tiếp
Các vệ tinh của sao Mộc: bốn thế giới Galileo và hàng chục vệ tinh nhỏ hơn, và vì sao Europa và Io được chú ý nhất.
Great Red Spot: cơn bão đã tồn tại bao lâu, vì sao nó đang nhỏ dần và Juno đã đo được gì bên trong nó.
