Một loạt các khám phá mới từ sứ mệnh Juno của NASA về Sao Mộc đã đưa chúng ta xuống bên dưới bề mặt của vệ tinh núi lửa Io của hành tinh khí khổng lồ này và vào thế giới của những cơn lốc xoáy chơi trò ô tô đụng nhau ở cực bắc của Sao Mộc.
Juno đã đến hệ thống Sao Mộc vào năm 2016, nhưng một động cơ đẩy bị hỏng khiến nó hiện bị kẹt trong một quỹ đạo cực rộng đưa nó đến gần Sao Mộc và các vệ tinh của nó sau mỗi 53 ngày. Tuy nhiên, trong những lần bay ngang qua đó, Juno đã thu thập được một lượng lớn dữ liệu chất lượng cao về bầu khí quyển của Sao Mộc, bao gồm cả ở hai cực của hành tinh này, vốn trước đây chưa từng được nghiên cứu chi tiết.
Ở cực bắc của Sao Mộc có một lớp sương mù tầng bình lưu, Juno đã đo được rằng lớp này mát hơn môi trường xung quanh là 52 độ F (11 độ C). Xung quanh lớp mây cực là các luồng phản lực thổi nhanh hơn 100 dặm một giờ (161 km một giờ). Bên dưới lớp sương mù, vùng cực bắc là nơi sinh sống của một cơn bão trung tâm khổng lồ có đường kính khoảng 1.864 dặm (3.000 km), được bao quanh bởi "những người hâm mộ" của nó — tám cơn bão nhỏ hơn có kích thước từ 1.490 đến 1.790 dặm (2.400 đến 2.800 km), vượt xa bất kỳ hiện tượng tương tự nào mà chúng ta có trên Trái Đất.
Juno đã theo dõi chuyển động của hệ thống xoáy thuận này bằng ánh sáng khả kiến và hồng ngoại (dưới dạng nhiệt phát ra từ sâu hơn trong bầu khí quyển) kể từ năm 2016, sử dụng JunoCam và Jovian Infrared Aurora Mapper (JIRAM) tương ứng. Hai thiết bị này đã chỉ ra rằng mỗi trong tám xoáy thuận trôi về phía cực thông qua một quá trình gọi là "trôi beta". Quá trình tương tự xảy ra với các xoáy thuận trên Trái đất và là kết quả của lực Coriolis tương tác với mô hình gió xoáy thuộc về mỗi xoáy thuận. Tuy nhiên, trên Trái đất, các xoáy thuận không bao giờ đến gần các cực. Đó là vì chúng càng đến gần các cực lạnh, khô thì chúng càng cạn kiệt không khí ấm, ẩm cung cấp năng lượng cho chúng. Trên Sao Mộc, động lực học khí quyển khác nhau và đây không phải là vấn đề. Nhưng một khi đến cực, các cơn lốc xoáy của Sao Mộc bắt đầu va vào nhau.
"Những lực cạnh tranh này khiến các cơn lốc xoáy 'nảy' ra khỏi nhau theo cách gợi nhớ đến lò xo trong một hệ thống cơ học", Yohai Kaspi, đồng điều tra viên Juno từ Viện Khoa học Weizmann ở Israel, cho biết trong tuyên bố. "Tương tác này không chỉ ổn định toàn bộ cấu hình mà còn khiến các cơn lốc xoáy dao động xung quanh vị trí trung tâm của chúng, khi chúng trôi chậm về phía tây, theo chiều kim đồng hồ, xung quanh cực."
Trong khi đó, cách xa bầu khí quyển của Sao Mộc, Juno gần đây đã thực hiện các chuyến bay định kỳ qua vệ tinh Sao Mộc ở gần nhất, Io — thiên thể có nhiều núi lửa nhất trong hệ mặt trời hệ thống.
Trong chuyến bay ngang qua Io của Juno vào ngày 27 tháng 12 năm 2024, tàu vũ trụ đã phát hiện ra điều được coi là vụ phun trào núi lửa mạnh mẽ nhất từng được ghi nhận trên Io. Khi Juno quay trở lại vào ngày 2 tháng 3, núi lửa vẫn đang phun trào dung nham và dự kiến vẫn hoạt động trong chuyến bay ngang qua tiếp theo của Juno, diễn ra vào ngày 6 tháng 5 ở khoảng cách 55.300 dặm (89.000 km) từ bề mặt Io.
Nhưng chính những gì nằm bên dưới bề mặt Io mới khiến nhóm khoa học của Juno phấn khích. Bằng cách kết hợp Máy đo bức xạ vi sóng (MWR) của tàu vũ trụ với JIRAM, các nhà khoa học đã có thể đo nhiệt độ dưới lòng đất trên Io, phát hiện ra sự hiện diện của các dòng magma ngầm.
"Nhóm khoa học Juno thích kết hợp các tập dữ liệu rất khác nhau từ các thiết bị rất khác nhau và xem chúng tôi có thể học được điều gì", Shannon Brown thuộc Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA cho biết. "Khi chúng tôi kết hợp dữ liệu MWR với hình ảnh hồng ngoại của JIRAM, chúng tôi đã rất ngạc nhiên trước những gì chúng tôi thấy: bằng chứng về magma vẫn ấm chưa đông cứng bên dưới lớp vỏ nguội của Io. Ở mọi vĩ độ và kinh độ, đều có các luồng dung nham nguội."
Các bài viết liên quan:
— Tàu vũ trụ Juno của NASA quan sát sự kiện núi lửa mạnh nhất từng thấy trên vệ tinh Io của Sao Mộc
— Tàu thăm dò Juno của NASA phát hiện các vụ phun trào núi lửa đang hoạt động trên vệ tinh Io của Sao Mộc (hình ảnh)
— Tàu thăm dò Juno của NASA phát hiện ra một ngọn núi lửa mới khổng lồ trên vệ tinh Io của Sao Mộc
Trước đây, Juno đã loại trừ sự tồn tại của một đại dương magma lớn bên dưới Bề mặt của Io có thể nuôi dưỡng các núi lửa, nhưng các dòng chảy mát mẻ và dâng lên này có thể giải thích cách các núi lửa của Io phun trào. Nhóm khoa học tính toán rằng khoảng 10% bề mặt bên dưới của mặt trăng có các dòng chảy mát mẻ này, điều này cho chúng ta biết thêm về cách nhiệt được vận chuyển từ bên trong nóng của Io đến bề mặt của nó, cho phép thế giới thường xuyên tự tái tạo bề mặt thông qua các dòng dung nham tràn ra trên mặt đất.
"Các núi lửa, cánh đồng dung nham và dòng dung nham ngầm của Io hoạt động giống như bộ tản nhiệt của ô tô, truyền nhiệt hiệu quả từ bên trong ra bề mặt, tự làm mát trong chân không của không gian", Brown cho biết.
Các kết quả mới nhất của Juno đã được trình bày vào ngày 29 tháng 4 tại Đại hội đồng Liên minh Khoa học Trái đất Châu Âu tại Vienna.
Juno đã đến hệ thống Sao Mộc vào năm 2016, nhưng một động cơ đẩy bị hỏng khiến nó hiện bị kẹt trong một quỹ đạo cực rộng đưa nó đến gần Sao Mộc và các vệ tinh của nó sau mỗi 53 ngày. Tuy nhiên, trong những lần bay ngang qua đó, Juno đã thu thập được một lượng lớn dữ liệu chất lượng cao về bầu khí quyển của Sao Mộc, bao gồm cả ở hai cực của hành tinh này, vốn trước đây chưa từng được nghiên cứu chi tiết.
Ở cực bắc của Sao Mộc có một lớp sương mù tầng bình lưu, Juno đã đo được rằng lớp này mát hơn môi trường xung quanh là 52 độ F (11 độ C). Xung quanh lớp mây cực là các luồng phản lực thổi nhanh hơn 100 dặm một giờ (161 km một giờ). Bên dưới lớp sương mù, vùng cực bắc là nơi sinh sống của một cơn bão trung tâm khổng lồ có đường kính khoảng 1.864 dặm (3.000 km), được bao quanh bởi "những người hâm mộ" của nó — tám cơn bão nhỏ hơn có kích thước từ 1.490 đến 1.790 dặm (2.400 đến 2.800 km), vượt xa bất kỳ hiện tượng tương tự nào mà chúng ta có trên Trái Đất.
Juno đã theo dõi chuyển động của hệ thống xoáy thuận này bằng ánh sáng khả kiến và hồng ngoại (dưới dạng nhiệt phát ra từ sâu hơn trong bầu khí quyển) kể từ năm 2016, sử dụng JunoCam và Jovian Infrared Aurora Mapper (JIRAM) tương ứng. Hai thiết bị này đã chỉ ra rằng mỗi trong tám xoáy thuận trôi về phía cực thông qua một quá trình gọi là "trôi beta". Quá trình tương tự xảy ra với các xoáy thuận trên Trái đất và là kết quả của lực Coriolis tương tác với mô hình gió xoáy thuộc về mỗi xoáy thuận. Tuy nhiên, trên Trái đất, các xoáy thuận không bao giờ đến gần các cực. Đó là vì chúng càng đến gần các cực lạnh, khô thì chúng càng cạn kiệt không khí ấm, ẩm cung cấp năng lượng cho chúng. Trên Sao Mộc, động lực học khí quyển khác nhau và đây không phải là vấn đề. Nhưng một khi đến cực, các cơn lốc xoáy của Sao Mộc bắt đầu va vào nhau.
"Những lực cạnh tranh này khiến các cơn lốc xoáy 'nảy' ra khỏi nhau theo cách gợi nhớ đến lò xo trong một hệ thống cơ học", Yohai Kaspi, đồng điều tra viên Juno từ Viện Khoa học Weizmann ở Israel, cho biết trong tuyên bố. "Tương tác này không chỉ ổn định toàn bộ cấu hình mà còn khiến các cơn lốc xoáy dao động xung quanh vị trí trung tâm của chúng, khi chúng trôi chậm về phía tây, theo chiều kim đồng hồ, xung quanh cực."
Trong khi đó, cách xa bầu khí quyển của Sao Mộc, Juno gần đây đã thực hiện các chuyến bay định kỳ qua vệ tinh Sao Mộc ở gần nhất, Io — thiên thể có nhiều núi lửa nhất trong hệ mặt trời hệ thống.
Trong chuyến bay ngang qua Io của Juno vào ngày 27 tháng 12 năm 2024, tàu vũ trụ đã phát hiện ra điều được coi là vụ phun trào núi lửa mạnh mẽ nhất từng được ghi nhận trên Io. Khi Juno quay trở lại vào ngày 2 tháng 3, núi lửa vẫn đang phun trào dung nham và dự kiến vẫn hoạt động trong chuyến bay ngang qua tiếp theo của Juno, diễn ra vào ngày 6 tháng 5 ở khoảng cách 55.300 dặm (89.000 km) từ bề mặt Io.
Nhưng chính những gì nằm bên dưới bề mặt Io mới khiến nhóm khoa học của Juno phấn khích. Bằng cách kết hợp Máy đo bức xạ vi sóng (MWR) của tàu vũ trụ với JIRAM, các nhà khoa học đã có thể đo nhiệt độ dưới lòng đất trên Io, phát hiện ra sự hiện diện của các dòng magma ngầm.
"Nhóm khoa học Juno thích kết hợp các tập dữ liệu rất khác nhau từ các thiết bị rất khác nhau và xem chúng tôi có thể học được điều gì", Shannon Brown thuộc Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA cho biết. "Khi chúng tôi kết hợp dữ liệu MWR với hình ảnh hồng ngoại của JIRAM, chúng tôi đã rất ngạc nhiên trước những gì chúng tôi thấy: bằng chứng về magma vẫn ấm chưa đông cứng bên dưới lớp vỏ nguội của Io. Ở mọi vĩ độ và kinh độ, đều có các luồng dung nham nguội."
Các bài viết liên quan:
— Tàu vũ trụ Juno của NASA quan sát sự kiện núi lửa mạnh nhất từng thấy trên vệ tinh Io của Sao Mộc
— Tàu thăm dò Juno của NASA phát hiện các vụ phun trào núi lửa đang hoạt động trên vệ tinh Io của Sao Mộc (hình ảnh)
— Tàu thăm dò Juno của NASA phát hiện ra một ngọn núi lửa mới khổng lồ trên vệ tinh Io của Sao Mộc
Trước đây, Juno đã loại trừ sự tồn tại của một đại dương magma lớn bên dưới Bề mặt của Io có thể nuôi dưỡng các núi lửa, nhưng các dòng chảy mát mẻ và dâng lên này có thể giải thích cách các núi lửa của Io phun trào. Nhóm khoa học tính toán rằng khoảng 10% bề mặt bên dưới của mặt trăng có các dòng chảy mát mẻ này, điều này cho chúng ta biết thêm về cách nhiệt được vận chuyển từ bên trong nóng của Io đến bề mặt của nó, cho phép thế giới thường xuyên tự tái tạo bề mặt thông qua các dòng dung nham tràn ra trên mặt đất.
"Các núi lửa, cánh đồng dung nham và dòng dung nham ngầm của Io hoạt động giống như bộ tản nhiệt của ô tô, truyền nhiệt hiệu quả từ bên trong ra bề mặt, tự làm mát trong chân không của không gian", Brown cho biết.
Các kết quả mới nhất của Juno đã được trình bày vào ngày 29 tháng 4 tại Đại hội đồng Liên minh Khoa học Trái đất Châu Âu tại Vienna.
