Lần đầu tiên, các nhà thiên văn học đã chụp được hình ảnh trực tiếp cực quang khó nắm bắt của sao Hải Vương.
Các nhà khoa học từ lâu đã nghi ngờ rằng hành tinh băng khổng lồ xa xôi này có những màn trình diễn ánh sáng lấp lánh, dựa trên những gợi ý thoáng qua từ chuyến bay ngang qua của tàu thăm dò Voyager 2 và các quan sát về hoạt động tương tự trên sao Mộc, sao Thổ và sao Thiên Vương. Việc chụp ảnh cực quang của Sao Hải Vương vẫn nằm ngoài tầm với cho đến khi Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST hoặc Webb) hướng con mắt mạnh mẽ của mình về phía hành tinh băng giá này.
"Hóa ra, việc thực sự chụp ảnh hoạt động cực quang trên Sao Hải Vương chỉ có thể thực hiện được nhờ độ nhạy gần hồng ngoại của Webb", Henrik Melin đến từ Đại học Northumbria, người đã tiến hành nghiên cứu khi còn làm việc tại Đại học Leicester, cho biết trong tuyên bố đi kèm với các bức ảnh. "Thật kinh ngạc khi không chỉ nhìn thấy cực quang, mà độ chi tiết và độ rõ nét của chữ ký thực sự khiến tôi bị sốc."
Điều quan trọng hơn nữa là bản chất độc đáo của cực quang trên Sao Hải Vương, mà các nhà khoa học cho rằng khác với cực quang trên Trái Đất, Sao Mộc và Sao Thổ, nơi cực quang thường chỉ giới hạn ở các cực. Điều này là do từ trường của chúng tương đối thẳng hàng với trục quay của chúng, dẫn các hạt tích điện từ gió mặt trời về phía các vùng cực.
Ngược lại, sao Hải Vương có từ trường nghiêng và lệch rất nhiều, nghĩa là cực quang của nó xuất hiện ở những vị trí không ngờ tới, chẳng hạn như vĩ độ trung bình của hành tinh này.
Những quan sát này có thể thực hiện được nhờ Máy quang phổ cận hồng ngoại (NIRSpec) của Kính viễn vọng không gian James Webb, một thiết bị phân tích ánh sáng được hấp thụ hoặc phát ra bởi các thiên thể. Bằng cách phân tích các bước sóng khác nhau của ánh sáng này, các nhà khoa học có thể xác định các đặc tính vật lý quan trọng, chẳng hạn như nhiệt độ, khối lượng và thành phần hóa học.
Trong trường hợp này, NIRSpec đã chụp được những hình ảnh chi tiết về tầng điện ly của sao Hải Vương — lớp tích điện của tầng khí quyển trên cùng, tương tự như tầng điện ly của Trái đất, nơi hình thành cực quang. Điều thú vị là dữ liệu của Webb cho thấy sự phát thải của cation trihydro (H₃⁺), một trong những ion dồi dào nhất trong vũ trụ. Phát hiện này có ý nghĩa quan trọng vì H₃⁺ đóng vai trò quan trọng trong cực quang của các hành tinh, phát sáng để phản ứng với các tương tác giữa bầu khí quyển của các hành tinh và các hạt tích điện từ gió mặt trời.
"H3+ là một dấu hiệu rõ ràng trên tất cả các hành tinh khí khổng lồ — Sao Mộc, Sao Thổ và Sao Thiên Vương — về hoạt động cực quang, và chúng tôi mong đợi sẽ thấy điều tương tự trên Sao Hải Vương khi chúng tôi nghiên cứu hành tinh này trong nhiều năm qua bằng các cơ sở trên mặt đất tốt nhất hiện có", nhà khoa học Heidi Hammel của JWST giải thích. "Chỉ với một Webb giống như máy móc, chúng tôi mới có được sự xác nhận cuối cùng".
Nhóm nghiên cứu cũng có thể đo nhiệt độ của Sao Hải Vương, một điều chưa từng được thực hiện kể từ khi Voyager 2 bay ngang qua vào tháng 8 năm 1989. "Tôi đã rất ngạc nhiên [về kết quả]", Melin nói. "Lớp khí quyển trên của Sao Hải Vương đã nguội đi hàng trăm độ [vào thời điểm đó]. Trên thực tế, nhiệt độ vào năm 2023 chỉ bằng hơn một nửa nhiệt độ vào năm 1989."
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— Những màn trình diễn ánh sáng tuyệt đẹp trên Sao Thiên Vương và Sao Thổ có thể sớm thu hút sự chú ý của Kính viễn vọng không gian James Webb
— Cực quang ngoài Trái đất có xảy ra trên các hành tinh khác không?
— Những màn trình diễn ánh sáng tuyệt đẹp trên Sao Thiên Vương và Sao Thổ có thể sớm thu hút sự chú ý của Kính viễn vọng không gian James Webb
Sự sụt giảm nhiệt độ của các hành tinh có thể giúp giải thích tại sao cực quang lại khó quan sát đến vậy. Điều này là do cực quang xảy ra khi các hạt tích điện kích thích các khí trong khí quyển, khiến chúng phát ra ánh sáng. Nhiệt độ cao hơn thường có nghĩa là nhiều hạt năng lượng hơn và tỷ lệ va chạm cao hơn, dẫn đến cực quang sáng hơn. Nhiệt độ lạnh hơn đáng kể sẽ làm giảm mật độ các ion năng lượng, dẫn đến phát xạ yếu hơn, khó phát hiện hơn.
Các nhà thiên văn học sẽ tiếp tục nghiên cứu Sao Hải Vương bằng JWST, hy vọng có thể hiểu sâu hơn về hành tinh kỳ lạ nhất trong hệ mặt trời của chúng ta.
"Khi chúng ta nhìn về phía trước và mơ về các sứ mệnh tương lai tới Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, giờ đây chúng ta biết rằng việc có các thiết bị được điều chỉnh theo bước sóng của ánh sáng hồng ngoại để tiếp tục nghiên cứu cực quang sẽ quan trọng như thế nào", Leigh Fletcher của Đại học Leicester, đồng tác giả của bài báo, cho biết thêm. "Đài quan sát này cuối cùng đã mở ra cánh cửa sổ vào tầng điện ly cuối cùng, trước đây bị ẩn giấu của các hành tinh khổng lồ này."
Các nhà khoa học từ lâu đã nghi ngờ rằng hành tinh băng khổng lồ xa xôi này có những màn trình diễn ánh sáng lấp lánh, dựa trên những gợi ý thoáng qua từ chuyến bay ngang qua của tàu thăm dò Voyager 2 và các quan sát về hoạt động tương tự trên sao Mộc, sao Thổ và sao Thiên Vương. Việc chụp ảnh cực quang của Sao Hải Vương vẫn nằm ngoài tầm với cho đến khi Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST hoặc Webb) hướng con mắt mạnh mẽ của mình về phía hành tinh băng giá này.
"Hóa ra, việc thực sự chụp ảnh hoạt động cực quang trên Sao Hải Vương chỉ có thể thực hiện được nhờ độ nhạy gần hồng ngoại của Webb", Henrik Melin đến từ Đại học Northumbria, người đã tiến hành nghiên cứu khi còn làm việc tại Đại học Leicester, cho biết trong tuyên bố đi kèm với các bức ảnh. "Thật kinh ngạc khi không chỉ nhìn thấy cực quang, mà độ chi tiết và độ rõ nét của chữ ký thực sự khiến tôi bị sốc."
Điều quan trọng hơn nữa là bản chất độc đáo của cực quang trên Sao Hải Vương, mà các nhà khoa học cho rằng khác với cực quang trên Trái Đất, Sao Mộc và Sao Thổ, nơi cực quang thường chỉ giới hạn ở các cực. Điều này là do từ trường của chúng tương đối thẳng hàng với trục quay của chúng, dẫn các hạt tích điện từ gió mặt trời về phía các vùng cực.
Ngược lại, sao Hải Vương có từ trường nghiêng và lệch rất nhiều, nghĩa là cực quang của nó xuất hiện ở những vị trí không ngờ tới, chẳng hạn như vĩ độ trung bình của hành tinh này.
Những quan sát này có thể thực hiện được nhờ Máy quang phổ cận hồng ngoại (NIRSpec) của Kính viễn vọng không gian James Webb, một thiết bị phân tích ánh sáng được hấp thụ hoặc phát ra bởi các thiên thể. Bằng cách phân tích các bước sóng khác nhau của ánh sáng này, các nhà khoa học có thể xác định các đặc tính vật lý quan trọng, chẳng hạn như nhiệt độ, khối lượng và thành phần hóa học.
Trong trường hợp này, NIRSpec đã chụp được những hình ảnh chi tiết về tầng điện ly của sao Hải Vương — lớp tích điện của tầng khí quyển trên cùng, tương tự như tầng điện ly của Trái đất, nơi hình thành cực quang. Điều thú vị là dữ liệu của Webb cho thấy sự phát thải của cation trihydro (H₃⁺), một trong những ion dồi dào nhất trong vũ trụ. Phát hiện này có ý nghĩa quan trọng vì H₃⁺ đóng vai trò quan trọng trong cực quang của các hành tinh, phát sáng để phản ứng với các tương tác giữa bầu khí quyển của các hành tinh và các hạt tích điện từ gió mặt trời.
"H3+ là một dấu hiệu rõ ràng trên tất cả các hành tinh khí khổng lồ — Sao Mộc, Sao Thổ và Sao Thiên Vương — về hoạt động cực quang, và chúng tôi mong đợi sẽ thấy điều tương tự trên Sao Hải Vương khi chúng tôi nghiên cứu hành tinh này trong nhiều năm qua bằng các cơ sở trên mặt đất tốt nhất hiện có", nhà khoa học Heidi Hammel của JWST giải thích. "Chỉ với một Webb giống như máy móc, chúng tôi mới có được sự xác nhận cuối cùng".
Nhóm nghiên cứu cũng có thể đo nhiệt độ của Sao Hải Vương, một điều chưa từng được thực hiện kể từ khi Voyager 2 bay ngang qua vào tháng 8 năm 1989. "Tôi đã rất ngạc nhiên [về kết quả]", Melin nói. "Lớp khí quyển trên của Sao Hải Vương đã nguội đi hàng trăm độ [vào thời điểm đó]. Trên thực tế, nhiệt độ vào năm 2023 chỉ bằng hơn một nửa nhiệt độ vào năm 1989."
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— Những màn trình diễn ánh sáng tuyệt đẹp trên Sao Thiên Vương và Sao Thổ có thể sớm thu hút sự chú ý của Kính viễn vọng không gian James Webb
— Cực quang ngoài Trái đất có xảy ra trên các hành tinh khác không?
— Những màn trình diễn ánh sáng tuyệt đẹp trên Sao Thiên Vương và Sao Thổ có thể sớm thu hút sự chú ý của Kính viễn vọng không gian James Webb
Sự sụt giảm nhiệt độ của các hành tinh có thể giúp giải thích tại sao cực quang lại khó quan sát đến vậy. Điều này là do cực quang xảy ra khi các hạt tích điện kích thích các khí trong khí quyển, khiến chúng phát ra ánh sáng. Nhiệt độ cao hơn thường có nghĩa là nhiều hạt năng lượng hơn và tỷ lệ va chạm cao hơn, dẫn đến cực quang sáng hơn. Nhiệt độ lạnh hơn đáng kể sẽ làm giảm mật độ các ion năng lượng, dẫn đến phát xạ yếu hơn, khó phát hiện hơn.
Các nhà thiên văn học sẽ tiếp tục nghiên cứu Sao Hải Vương bằng JWST, hy vọng có thể hiểu sâu hơn về hành tinh kỳ lạ nhất trong hệ mặt trời của chúng ta.
"Khi chúng ta nhìn về phía trước và mơ về các sứ mệnh tương lai tới Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, giờ đây chúng ta biết rằng việc có các thiết bị được điều chỉnh theo bước sóng của ánh sáng hồng ngoại để tiếp tục nghiên cứu cực quang sẽ quan trọng như thế nào", Leigh Fletcher của Đại học Leicester, đồng tác giả của bài báo, cho biết thêm. "Đài quan sát này cuối cùng đã mở ra cánh cửa sổ vào tầng điện ly cuối cùng, trước đây bị ẩn giấu của các hành tinh khổng lồ này."
