Hệ Mặt Trời bên ngoài tràn ngập nước ở thể lỏng. Một đại dương nước mặn nằm ẩn mình dưới lớp vỏ băng của Europa, mặt trăng lớn thứ tư của Sao Mộc, chứa lượng nước còn nhiều hơn tất cả các đại dương trên Trái Đất cộng lại. Một biển nước ngầm trên mặt trăng Enceladus của Sao Thổ phun những cột hơi nước vào không gian. Và có những dấu hiệu hấp dẫn cho thấy các đại dương cũng có thể tồn tại trên Ganymede, Callisto, Titan và các mặt trăng xa xôi khác.
Giờ đây, một mặt trăng khác dường như cũng đang âm thầm chứa đựng một đại dương. Mặt trăng Mimas của Sao Thổ, nổi tiếng với vẻ ngoài kỳ lạ giống Ngôi Sao Chết trong phim Star Wars, có thể ẩn chứa nước ở thể lỏng bên dưới lớp vỏ băng giá của nó. Nếu điều này là sự thật, những biển nước tương tự có thể đang ẩn náu ngay trước mắt chúng ta, và hệ Mặt Trời bên ngoài có thể có nhiều điều kiện sống hơn chúng ta tưởng.
Năm 2014, các nhà khoa học lần đầu tiên công bố bằng chứng cho thấy Mimas có thể là một thế giới nước – khơi mào cho một cuộc tranh luận kéo dài cả thập kỷ. Nhiều người, bao gồm Alyssa Rhoden, một nhà khoa học hành tinh hiện đang làm việc tại Viện Nghiên cứu Tây Nam ở Boulder, Colorado, đã rất hoài nghi về khả năng này. Lý do của họ rất đơn giản: Bề mặt đầy miệng hố va chạm của Mimas không cho thấy dấu hiệu của một đại dương bên trong. Giống như Enceladus, lực hấp dẫn của Sao Thổ sẽ khuấy động nước biển bên trong Mimas, gây ra các vết nứt lớn xuất hiện trên bề mặt băng. Nhưng không có vết nứt nào như vậy được nhìn thấy.
Tuy nhiên, tình thế có thể đã thay đổi. Hai nghiên cứu, một của Rhoden và các đồng nghiệp và một của Valéry Lainey thuộc Đài thiên văn Paris và các đồng nghiệp, đã đưa ra một lập luận mạnh mẽ hơn về sự tồn tại của đại dương và thậm chí giải thích cho nghịch lý trên bề mặt. Kết hợp lại, nghiên cứu cho thấy Mimas có thể có một đại dương trẻ và đang thay đổi. Nếu vậy, nó làm dấy lên triển vọng về một hệ Mặt Trời bên ngoài đầy hoạt động. Khả năng đó là điều khiến Rhoden hào hứng nhất, và cô đã chia sẻ với Tạp chí Knowable về đại dương tiềm năng này và lý do tại sao nó có thể là một lợi ích lớn cho các nhà khoa học.
Cuộc trò chuyện này đã được chỉnh sửa về độ dài và rõ ràng.
Chúng ta biết gì về những đại dương ẩn này?
Về nhiều mặt, chúng trông giống như đại dương của chúng ta – ít nhất là chúng có thể được tạo thành từ nước mặn.
Chúng ta biết rằng những thế giới đại dương này có bề mặt băng giá từ vẻ ngoài sáng sủa tổng thể của chúng, được xác nhận bởi các phép đo bằng kính thiên văn và tàu vũ trụ phát hiện ra dấu hiệu của băng nước. Một số mặt trăng đại dương thậm chí có mật độ đủ thấp đến mức chúng có thể có băng nước trộn lẫn với đá trong lòng. Với nhiệt, băng nước đó tan chảy thành nước lỏng, sẽ xói mòn đá để tạo ra nước mặn. Trên Enceladus, nước mặn đang phun ra ngoài không gian.
Xét đến việc hệ Mặt Trời bên ngoài lạnh giá như thế nào, điều gì tạo ra nhiệt?
Thoạt nhìn, các đại dương xa xôi có vẻ như không thể tồn tại. Nhiệt để làm tan chảy băng rất khó có được ở xa Mặt Trời như vậy. Nhưng nhờ một điểm kỳ lạ về trọng lực, hệ Mặt Trời bên ngoài có thể khá ấm áp.
Hãy xem xét Sao Mộc và mặt trăng Europa của nó. Sao Mộc tác động một lực hấp dẫn mạnh mẽ lên Europa, kéo dài Europa theo hướng của Sao Mộc. Vì quỹ đạo của Europa là lệch tâm – nó xoay gần Sao Mộc trước khi xoay ra xa hơn – Europa bị kéo dài và thả ra theo thời gian. Điều này tạo ra ma sát bên trong cung cấp nhiệt cần thiết để duy trì một đại dương lỏng.
Chúng ta lần đầu tiên thấy dấu hiệu cho thấy Europa có thể chứa một đại dương ngầm khi tàu Voyager bay qua Sao Mộc vào năm 1979. Europa trông không giống Mặt Trăng của chúng ta hay thậm chí hầu hết các thiên thể trong hệ Mặt Trời bên trong. Bề mặt băng giá của nó không có nhiều miệng hố va chạm mà thay vào đó được bao phủ bởi các đường cắt ngang và các mảnh vỡ đã dịch chuyển xung quanh. Bạn không cần phải nhìn kỹ lắm để tưởng tượng rằng có điều gì đó khác đang diễn ra ở đó.
Bạn có đề cập đến các đặc điểm bề mặt. Chúng ta dựa vào bằng chứng nào khác để phát hiện ra một đại dương ẩn?
Một cách là nhìn vào từ trường. Vì nước mặn dẫn điện, nó có thể tạo ra từ trường xung quanh mặt trăng làm gián đoạn từ trường của hành tinh. Đó là một bằng chứng hàng đầu cho đại dương ngầm của Europa.
Nhưng chỉ riêng điều đó là chưa đủ. Chính sự kết hợp của các bằng chứng dẫn chúng ta đến kết luận rằng có một đại dương. Ví dụ, chúng ta cũng có thể xem xét các phép đo muối trên bề mặt và cách trọng lực của mặt trăng tác động lên tàu vũ trụ. Vì mật độ của đá hoặc kim loại lỏng khác với mật độ của nước lỏng, nên kích thước của những lực tác động đó cung cấp manh mối về vật chất, cũng như vị trí tập trung của nó trong mặt trăng.
Hoặc chúng ta có thể đơn giản hình dung cách mặt của mặt trăng thay đổi hướng trong suốt quỹ đạo của nó. Nói chung, những mặt trăng nhỏ này luôn hướng cùng một mặt về phía hành tinh mẹ của chúng, giống như Mặt Trăng của chúng ta. Nhưng khi một mặt trăng di chuyển qua quỹ đạo của nó, hướng nó hướng tới có thể dịch chuyển một chút qua lại – tạo ra một sự rung lắc trong phần nhìn thấy được. Mức độ rung lắc đó phụ thuộc vào cấu trúc bên trong. Một lớp vỏ băng trên đại dương có thể di chuyển tự do hơn một lớp vỏ băng trên đá, vì vậy những thay đổi có xu hướng lớn hơn. Đó là cách đại dương được phát hiện tại Enceladus. Và đó là một trong những bằng chứng tốt nhất cho một đại dương tại Mimas.
Hãy nói về Mimas. Làm thế nào bạn lại nghiên cứu mặt trăng này?
Tôi đã dành khoảng một thập kỷ để nghiên cứu Europa và các mặt trăng băng giá khác khi bài báo về Mimas năm 2014 được công bố. Bài báo đó đã đo sự rung lắc đó, hay sự dao động, khi phần nhìn thấy được của mặt trăng dịch chuyển, cho thấy Mimas có thể chứa một đại dương ngầm hoặc một lõi có hình dạng kỳ lạ.
Nhưng một đại dương dường như là không thể. Mimas trông rất giống Mặt Trăng của chúng ta, với bề mặt đầy miệng hố va chạm. Nó không có bất kỳ đường cắt ngang hay mảnh vỡ nào như Europa. Và nó chắc chắn không phun ra các mạch nước phun như Enceladus. Vì vậy, tôi đã nhìn vào Mimas, và tôi nói, “Không đời nào đó là một mặt trăng đại dương.” Tuy nhiên, tôi nhận ra mình không thể bác bỏ ý tưởng này.
Tôi đã giữ Mimas trong tâm trí mình trong nhiều năm, cuối cùng đã tập hợp một bài báo cho Đánh giá Hàng năm về Khoa học Trái Đất và Hành tinh vào năm 2023. Bài báo đó đã loại trừ một số kịch bản đại dương và chỉ để lại một lựa chọn, một đại dương được hình thành gần đây, rất lâu sau chính Mimas. Một đại dương trẻ có thể kín đáo. Nhưng đó vẫn chỉ là một giả thuyết.
Công trình nghiên cứu gần đây nhất đã thay đổi bức tranh như thế nào?
Đầu năm 2024, Valéry Lainey và nhóm của ông đã báo cáo bằng chứng quan sát mới ủng hộ một đại dương trên Mimas. Họ không xem xét sự dao động mà là sự thay đổi quỹ đạo của Mimas theo thời gian – những thay đổi phụ thuộc vào cấu trúc bên trong. Họ phát hiện ra rằng những thay đổi đó không thể được giải thích bằng một lõi có hình dạng kỳ lạ, để lại một đại dương là lựa chọn khả thi nhất.
Nghiên cứu của nhóm tôi, được công bố vào tháng 6, đã tiếp tục giải thích sự thiếu vắng các vết nứt bề mặt có thể nhìn thấy. Chúng tôi lập luận rằng đại dương quá trẻ – chỉ mới 10 triệu năm tuổi – đến nỗi nó chỉ mới ngừng phát triển gần đây. Chúng tôi nghĩ rằng ứng suất thủy triều của một đại dương trẻ đang khuấy động có thể không đủ để làm nứt băng bên trên. Thay vào đó, điều cần thiết là ứng suất xảy ra khi đại dương cuối cùng đóng băng lại. Vì Mimas đang mất nhiệt khi quỹ đạo của nó trở nên ít lệch tâm hơn theo thời gian, việc đóng băng lại – chỉ mới bắt đầu trên Mimas – sẽ khiến băng bên trên bị nứt.
Nghiên cứu cho thấy rằng cuối cùng Mimas có thể sẽ mất đại dương của nó, điều này hơi buồn, vì nó chỉ mới được công nhận. Nhưng mặt khác, Mimas có thể trở thành Enceladus mới – mặt trăng tuyệt vời nhất của Sao Thổ – với các vết nứt sâu và thậm chí có thể là các tia nước.
đọc thêm:
Nghiên cứu này có ý nghĩa lớn như thế nào?
Tôi quan tâm đến điều này từ quan điểm địa vật lý. Chúng ta coi những kỷ nguyên đầu tiên trong hệ Mặt Trời của chúng ta là thời kỳ nóng bỏng, khi tất cả các hoạt động diễn ra, sau đó mọi thứ phát triển theo hướng yên tĩnh hơn. Mặt trăng Charon của Sao Diêm Vương có thể đã mất một đại dương. Và các đại dương của Europa và Ganymede khá cũ. Việc một mặt trăng có thể hình thành một đại dương mới trong lịch sử của nó, và chúng ta có thể chứng kiến điều đó? Thật thú vị! Nó mở ra khả năng bất kỳ thế giới nào, kể cả thế giới có bề mặt cũ, đầy miệng hố va chạm, có thể đang trải qua một quá trình chuyển đổi tương tự.
Cũng có sự quan tâm đến khả năng sinh sống – liệu những đại dương này có phù hợp để hỗ trợ sự sống hay không. Hiện tại, chúng ta không biết liệu bất kỳ đại dương nào của hệ Mặt Trời, ngoài đại dương của chúng ta, có thể sinh sống được, đã từng có người sinh sống hoặc hiện đang có người sinh sống hay không. Nhưng nếu Mimas thực sự có một đại dương, chúng ta có thể có một cửa sổ để tìm hiểu cách những thế giới này phát triển và thậm chí cách môi trường sống được tạo ra và mất đi. Thật thú vị khi có thể nhìn thấy những quá trình này khi chúng xảy ra – thay vì luôn xem xét trạng thái cuối cùng của những điều đã xảy ra từ lâu.
Những sứ mệnh sắp tới nào có thể cho chúng ta biết thêm?
Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đã phóng tàu thăm dò các mặt trăng băng giá của Sao Mộc, hay Juice, sẽ thực hiện các quan sát chi tiết về Europa, và các mặt trăng Ganymede và Callisto, cho thấy dấu hiệu của các đại dương. Và vào mùa thu năm 2024, NASA sẽ gửi tàu Europa Clipper lên quỹ đạo quanh Sao Mộc để xác định xem Europa có điều kiện phù hợp cho sự sống hay không.
Hệ thống Sao Thiên Vương, nằm trong chương trình nghị sự hàng đầu của NASA cho một sứ mệnh tương lai, là nơi tôi thấy những tác động lớn nhất đối với công trình gần đây này. Nó giống với hệ thống Sao Thổ một cách đáng ngạc nhiên, bao gồm cả việc chứa các mặt trăng giàu băng, kích thước trung bình tương tự như Mimas và Enceladus. Nếu có một đại dương trẻ trên Mimas, thì không phải là một bước nhảy vọt lớn để xem xét rằng các thế giới nước cũng có thể tồn tại giữa các mặt trăng của Sao Thiên Vương.
