Phát hiện đầy hứa hẹn về hành tinh lùn nằm giữa sao Hỏa và sao Mộc

Ceres – thiên thể lớn nhất trong vành đai tiểu hành tinh giữa sao Hỏa và sao Mộc – có thể sở hữu lớp vỏ gồm hơn 90% là nước đá. Nếu đúng như vậy, vật thể có nhiều hố va chạm và sẹo này có thể giúp chúng ta hiểu thêm rất nhiều điều về các thế giới đại dương trong Hệ mặt trời và hình dung chúng có thể trông như thế nào khi đóng băng hoàn toàn.

Nhà địa vật lý hành tinh Mike Sori của Đại học Purdue ở Mỹ cho biết: "Chúng tôi nghĩ rằng có rất nhiều nước đá gần bề mặt Ceres và nó dần trở nên ít băng hơn khi ta đi sâu hơn nữa".

Được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1801, Ceres đôi khi được gọi là tiểu hành tinh vì vị trí của nó trong Hệ Mặt trời. Thế nhưng, nó có khối lượng khá lớn và lại có dạng hình cầu – đủ tiêu chuẩn để được phân loại là một hành tinh lùn, dù đường kính chỉ bằng một nửa kích thước của sao Diêm Vương.

Nó cũng là một vật thể kỳ lạ khá thú vị. Đây là hành tinh lùn duy nhất gần Mặt trời hơn sao Hải Vương và có những đốm sáng có thể là bằng chứng của núi lửa băng hoạt động trên bề mặt của nó.

Vì vậy, có khả năng là có chứa không ít nước ở đó, nhưng vấn đề là bao nhiêu? Các ước tính trước đây, dựa trên các hố va chạm trên bề mặt, cho rằng lượng nước không quá 30%. Đó là bởi vì, nếu bề mặt là nước đá, các nhà khoa học nghĩ rằng các hố va chạm sẽ dần biến dạng theo thời gian và trở nên mịn hơn và nông hơn.

Khi tàu vũ trụ Dawn của NASA đến Ceres vào năm 2015, nó đã phát hiện các hố va chạm được xác định rõ ràng và chúng không hề giống với những gì các nhà nghiên cứu mường tượng về Ceres băng giá. Vì vậy, các nhà khoa học đã đưa ra ước tính mới theo dữ liệu cập nhật.

Sori nói: "Mọi người từng nghĩ rằng nếu Ceres rất băng giá, các hố va chạm sẽ biến dạng nhanh chóng theo thời gian, giống như các sông băng chảy trên Trái đất hoặc giống như mật ong chảy. Tuy nhiên, chúng tôi đã chứng minh thông qua các mô phỏng của mình rằng trong các điều kiện trên Ceres, băng có thể rắn hơn nhiều so với dự đoán trước đây nếu bạn trộn vào một ít đá rắn".

Sử dụng dữ liệu từ tàu Dawn và mô phỏng máy tính về một thế giới băng giá, nhóm của nhà khoa học hành tinh Ian Pamerleau từ Đại học Purdue, đã tìm cách điều tra xem giả định này có đúng không.

Và họ phát hiện ra rằng chỉ cần một ít đất trộn vào băng là đủ để tạo ra tính toàn vẹn về mặt cấu trúc và duy trì các hố va chạm sắc nét. Pamerleau giải thích: "Ngay cả chất rắn cũng sẽ chảy trong thời gian dài mà băng lại chảy dễ hơn đá. Thường thì các hố sâu va chạm ban đầu tạo ra ứng suất cao nhưng sau đó thông qua quá trình băng chảy, trở về trạng thái ứng suất thấp hơn, tạo ra một hố nông hơn.

Nhưng các mô phỏng máy tính của chúng tôi tính đến một cách mới với băng có một ít tạp chất trộn lẫn vào, điều này sẽ cho phép lớp vỏ rất giàu băng hầu như không chảy ngay cả trong hàng tỉ năm. Do đó, chúng ta có thể có được một Ceres giàu băng vẫn phù hợp với các miệng hố sắc nét (có ứng suất cao) quan sát được. Chúng tôi đã thử nghiệm các cấu trúc vỏ khác nhau trong các mô phỏng này và phát hiện ra rằng lớp vỏ chuyển tiếp với hàm lượng băng cao gần bề mặt, rồi thấp dần theo độ sâu là cách tốt nhất để hạn chế giảm dần ứng suất của miệng hố trên Ceres"

Hơn 90% lớp vỏ của hành tinh lùn này có thể là nước đá, các nhà nghiên cứu tin rằng có thể cung cấp một số hiểu biết sâu sắc về các thế giới đại dương phủ băng khác. Trong Hệ Mặt trời, có khá nhiều những thế giới đại dương kiểu như thế, chẳng hạn vệ tinh Europa của sao Mộc và có thể là Ganymede, các vệ tinh Enceladus và Mimas của sao Thổ và có khả năng là các vệ tinh Miranda và Ariel của sao Thiên Vương.

Những vệ tinh này có lớp vỏ băng dày, bên dưới đó người ta cho rằng một đại dương nước lỏng được duy trì nhờ nhiệt sinh ra từ tương tác hấp dẫn giữa các vệ tinh chị em và hành tinh mẹ.

Nhưng Ceres không quay quanh một hành tinh nào và cũng chẳng có vệ tinh riêng mà Ceres chỉ quay quanh Mặt trời. Các tác động của sao Hỏa và sao Mộc rất nhỏ do khoảng cách xa. Điều đó có nghĩa là không có hoạt động thủy triều nào giữ ấm bên trong nó. Các nhà nghiên cứu cho biết bất kỳ đại dương nào từng ở đó đều sẽ bị đóng băng hoàn toàn.

Sori nói: "Chúng tôi giải thích tất cả những điều này là Ceres từng là một 'thế giới đại dương' giống như Europa, nhưng đó một đại dương nhiều tạp chất lầy lội. Khi đại dương lầy lội đó đóng băng theo thời gian, nó tạo ra một lớp vỏ băng giá với một ít vật liệu đá bị mắc kẹt bên trong".

Nếu đúng như vậy, điều đó có nghĩa là các thế giới đại dương có thể trông rất khác so với những gì chúng ta mường tượng. Ngoài ra, NASA đã từng gửi một tàu vũ trụ đến Ceres trước đây. Họ có thể cần phải làm như vậy một lần nữa để có cái nhìn rõ hơn. Một thế giới đại dương có thể bị đóng băng của hành tinh lùn này khiến nó trở thành một mục tiêu nghiên cứu rất hấp dẫn.

Sori nói: "Nếu chúng ta đúng, phần thú vị nhất là chúng ta có một thế giới đại dương đóng băng khá gần Trái đất. Ceres có thể là một điểm so sánh có giá trị đối với các mặt trăng băng giá chứa đại dương thuộc phía xa trong Hệ Mặt trời, như mặt trăng Europa của sao Mộc và mặt trăng Enceladus của sao Thổ. Ceres khi đó là thế giới băng giá dễ tiếp cận nhất trong Vũ trụ. Điều đó khiến nó trở thành mục tiêu tuyệt vời cho các sứ mệnh tàu vũ trụ trong tương lai".