Khám phá bí ẩn Sao Thổ

Góc Tìm Hiểu - 06/05/2020

Sao Thổ tức Thổ tinh là hành tinh thứ sáu tính theo khoảng cách trung bình từ Mặt Trời và là hành tinh lớn thứ hai về đường kính cũng như khối lượng, sau Sao Mộc trong Hệ Mặt Trời. Tên tiếng Anh của hành tinh mang tên thần Saturn trong thần thoại La Mã, ký hiệu thiên văn của hành tinh là thể hiện cái liềm của thần.

Khám phá bí ẩn Sao Thổ

Sao Thổ là hành tinh khí khổng lồ và không có một bề mặt xác định. Tốc độ tự quay nhanh của hành tinh khiến nó có hình phỏng cầu dẹt; tại xích đạo của Sao Thổ phình ra và hai cực dẹt đi, khoảng cách giữa hai cực so với đường kính tại xích đạo chênh nhau tới 10%: lần lượt là 54.364 km60.268 km.

Sao Thổ là hành tinh duy nhất trong Hệ Mặt Trời có khối lượng riêng trung bình nhỏ hơn khối lượng riêng của nước; ít hơn khoảng 30% và do đó, đây là hành tinh có khối lượng riêng nhỏ nhất. Sao Thổ có khối lượng là 5,6846×1026 kg , cao hơn khoảng 95 lần so với Trái Đất, đây là hành tinh nặng thứ 2 trong hệ Mặt trời.

Sao Thổ và vành đai của nó

Thành phần chủ yếu của hành tinh là hiđrô, chúng trở thành chất lỏng không lý tưởng khi mật độ cao trên 0,01 g/cm3, mật độ này đạt được ở bán kính nơi chứa 99,9% khối lượng của Sao Thổ. Nhiệt độ, áp suất và mật độ bên trong tăng dần dần về phía lõi, và tại những lớp sâu hơn trong hành tinh, hiđrô chuyển sang pha kim loại.

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học vào năm 2004, họ tính ra được khối lượng của lõi bằng 9–22 lần khối lượng của Trái Đất, và đường kính bằng 25.000 km. Lõi này được bao quanh bởi lớp hiđrô kim loại lỏng dày hơn, tiếp đến là lớp lỏng gồm heli và phân tử hiđrô bão hòa mà dần dần theo độ cao chúng chuyển sang pha khí. Lớp ngoài cùng dày khoảng 1000 km và chứa bầu khí quyển Sao Thổ

Phần bên trong của Sao Thổ rất nóng, đạt tới nhiệt độ 11.700 °C tại lõi, và hành tinh bức xạ nhiệt vào vũ trụ cao gấp 2,5 lần so với năng lượng bức xạ nó nhận được từ Mặt Trời. Đa số lượng năng lượng phát ra tuân theo cơ chế Kelvin–Helmholtz của quá trình hành tinh tự nén hấp dẫn chậm, nhưng nếu chỉ có duy nhất quá trình này thì không đủ giải thích lượng nhiệt Sao Thổ phát ra. Một cơ chế phụ khác có thể đó là Sao Thổ sinh ra nhiệt thông qua "sự mưa" của những giọt heli xuống sâu bên trong hành tinh. Khi những giọt này rơi qua lớp hiđrô mật độ thấp hơn giọt heli, quá trình này phát ra nhiệt lượng do sự ma sát giữa giọt và môi trường và quá trình này khiến cho tầng khí quyển Sao Thổ suy giảm lượng heli theo thời gian.  Những cơn gió trong khí quyển Sao Thổ mạnh thứ hai so với những cơn gió thổi trên các hành tinh trong Hệ Mặt Trời. nhiệt độ trung bình trong khí quyển Sao Thổ khoảng −185 °C, nhiệt độ tại xoáy khí quyển đạt đến −122 °C, và các nhà khoa học tin rằng nó là điểm ấm nhất trên Sao Thổ.

Sao Thổ - Hành tinh nặng thứ 2 trong Hệ Mặt Trời


Năm 2006, các chuyên gia đã quan sát thấy một dải mây với tên gọi "Chuỗi Ngọc trai" dài 60.000 km ở bắc bán cầu, những đặc điểm này chính là những vùng quang mây và cho phép họ có thể chụp được những tầng mây ở sâu bên dưới.

Điểm nổi bật trên hành tinh này là vành đai của nó, đây là hành tinh có vành đai mở rộng nhất và nhìn rõ nhất trong tất cả các hành tinh của hệ mặt trời.

Vành đai này mở rộng từ 6.630 km đến 120.700 km bên trên xích đạo của Sao Thổ, với độ dày trung bình bằng 20 mét và chứa tới 93% băng nước, một ít tholin và 7% cacbon vô định hình. Những hạt trong vành đai có kích thước từ những hạt bụi nhỏ cho tới những tảng băng lớn 10 m. Có hai giả thuyết chính về nguồn gốc của vành đai này. Một là những phần còn lại của một vệ tinh tự nhiên của Sao Thổ đã bị phá hủy. Giả thuyết thứ hai đó là những vật liệu còn lại từ tinh vân lúc hình thành Hệ Mặt Trời còn sót lại khi Sao Thổ hình thành. 

Nói về quỹ đạo của Sao Thổ, với tốc độ quỹ đạo trung bình bằng 9,69 km/s, Sao Thổ mất 10.759 ngày Trái Đất (hay khoảng 29,5 năm), để đi hết một vòng quanh Mặt Trời, vì khoảng cách trung bình giữa Sao Thổ và Mặt Trời là trên 1,4 tỷ kilômét. Quỹ đạo elip của Sao Thổ nghiêng khoảng 2,48° tương đối so với mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất. Bởi vì độ lệch tâm quỹ đạo bằng 0,056, khoảng cách giữa Sao Thổ và Mặt Trời thay đổi xấp xỉ 155 triệu kilômét giữa cận điểm quỹ đạo và viễn điểm quỹ đạo, tương ứng những điểm gần nhất và xa nhất từ hành tinh đến Mặt Trời. Thời gian sao Thổ quay quanh trục rất nhanh. Ngày nay các nhà khoa học thống nhất 1 ngày trên hành tinh này chỉ mất 10 giờ 32 phút 35 giây. 

Cho tới nay Sao Thổ có ít nhất 82(trước đó là 62) vệ tinh, 53 trong số đó đã được đặt tên, và Titan là vệ tinh được phát hiện đầu tiên của Sao Thổ năm 1655 và là vệ tinh lớn nhất của Sao Thổ (thậm chí nó còn có kích thước to hơn hành tinh nhỏ nhất của hệ Mặt Trời là Sao Thủy 5,6%), chiếm hơn 90% tổng khối lượng của mọi vật thể quay quanh Sao Thổ bao gồm cả vành đai, là vệ tinh duy nhất trong Hệ Mặt Trời có bầu khí quyển dày trên đó đã phát hiện ra tồn tại những hợp chất hữu cơ. Nó cũng là vệ tinh duy nhất được biết có những hồ hiđrô cacbon và các mạng lưới xông khô phát ra từ những luồng khí và bụi có thể ẩn dấu nước lỏng ở vùng phía Nam.. nhiều vệ tinh còn lại có kích cỡ rất nhỏ: 49 vệ tinh có đường kính nhỏ hơn 50 km và 13 vệ tinh lớn hơn 50 km, có 7 vệ tinh có khối lượng đủ lớn để đạt đến trạng thái cân bằng thủy tính và các vành đai dày đặt với chuyển động phức tạp của riêng mình. 

Trong các vệ tinh lớn, 8 vệ tinh tự quay quanh chính mình trong cùng 1 thời gian với 1 vòng chung quanh Sao thổ nên luôn có 1 mặt luôn hướng về Sao Thổ và 1 mặt quay đi giống như trường hợp của Mặt trăng quay quanh Trái Đất. 

Trong số các vệ tinh nhỏ, 6 vệ tinh đi ngược với chiều quay của Sao Thổ, hầu hết các vệ tinh của Sao thổ có cấu tạo giữa băng và đá.


Sao Thổ - Hành tinh khí khổng lồ trong Hệ Mặt Trời

Các tàu thăm dò về Sao Thổ:

Pioneer 11 là con tàu đầu tiên bay qua Sao Thổ vào tháng 9 năm 1979, khi đó nó cách hành tinh 20.000 km từ đỉnh mây khí quyển. Các bức ảnh gửi về gồm hành tinh và một số vệ tinh của nó, tuy vậy độ phân giải quá thấp để nhìn rõ các chi tiết bề mặt. Con tàu cũng nghiên cứu vành đai Sao Thổ, phát hiện ra vành đai mỏng F và những khoảng tối trong vành lại sáng lên khi nhìn dưới góc pha nghiêng lớn hướng về Mặt Trời, hay những khoảng trống tối này chứa những hạt bụi nhỏ tán xạ ánh sáng. Thêm vào đó, Pioneer 11 đã đo được nhiệt độ của Titan và cho thấy vệ tinh này quá lạnh để tồn tại sự sống.

Tháng 11 năm 1980, con tàu không gian Voyager 1 đến hệ thống Sao Thổ. Nó đã gửi về những bức ảnh phân giải cao của hành tinh, các vành đai và vệ tinh của nó. Chi tiết bề mặt của nhiều vệ tinh đã được quan sát lần đầu tiên.
Khoảng một năm sau, vào tháng 8 năm 1981, Voyager 2 tiếp tục bay qua và nghiên cứu hệ thống hành tinh này. Thêm nhiều bức ảnh chụp gần các vệ tinh Sao Thổ gửi về Trái Đất, cũng như thêm những dữ liệu về sự thay đổi trong khí quyển và vành đai hành tinh.
Hai tàu cũng đã phát hiện và xác nhận thêm vài vệ tinh nữa bay gần hoặc bên trong vành đai Sao Thổ.

Năm 2006, cơ quan NASA thông báo tàu Cassini đã phát hiện ra dấu vết của nước lỏng phóng ra từ những mạch nước phun trên 1 vệ tinh của sao Thổ. Trong các bức ảnh chụp đã hiện ra những tia chứa hạt băng đang được phun vào quỹ đạo quanh Sao Thổ từ những mạch phun ở vùng cực nam vệ tinh này.

Thật thú vị khi Sao Thổ là hành tinh xa nhất trong số năm hành tinh có thể quan sát bằng mắt thường, những hành tinh khác bao gồm Sao Thủy, Sao Kim, Sao Hỏa và Sao Mộc . Vào đêm tối trời, Sao Thổ hiện ra như một điểm sáng, màu vàng . Đa số những người muốn quan sát hành tinh này phải sử dụng kính thiên văn (hoặc ống nhòm lớn) phóng đại ít nhất 20× mới có thể nhìn thấy được vành đai của nó.

Bảo Trân

Góc Tìm Hiểu