Phát hiện mới về cấu trúc lõi sao Hỏa
Nghiên cứu mới hé lộ phát hiện đột phá về cấu trúc bên trong của sao Hỏa, giúp chúng ta hiểu sâu hơn về quá trình tiến hóa và lý do nó mất đi từ trường.
Một nghiên cứu mới được công bố trên Tạp chí Nature đã vén bức màn bí ẩn về cấu trúc sâu bên trong sao Hỏa.
Dựa trên dữ liệu địa chấn, các nhà khoa học đã xác nhận rằng, “hành tinh Đỏ” sở hữu một cấu trúc lõi phức tạp: Một lõi trong ở thể rắn, được bao bọc bởi một lớp lõi ngoài ở thể lỏng - một cấu trúc tương tự đến kinh ngạc so với Trái đất.
Phát hiện này có ý nghĩa to lớn đối với việc tìm hiểu quá trình hình thành và phát triển của sao Hỏa. Nguồn: NASA.
Hàng tỷ năm trước, hành tinh này có thể đã sở hữu một bầu khí quyển dày đặc hơn, đủ để duy trì nước lỏng chảy trên bề mặt. Bầu khí quyển này có lẽ đã được bảo vệ bởi một tấm khiên từ trường tương tự như của Trái đất. Tuy nhiên, ngày nay, sao Hỏa không còn lớp bảo vệ đó nữa.
Nhiều nhà khoa học nghi ngờ rằng, chính sự biến mất của từ trường đã khiến bầu khí quyển dần dần thoát vào không gian, biến sao Hỏa thành một hành tinh lạnh lẽo, khô cằn như hiện nay.
Trái đất: Một hình mẫu để so sánh
Lõi Trái đất bao gồm một tâm rắn được bao bọc bởi một lớp ngoài ở thể lỏng. Chuyển động của dòng vật chất trong vùng lỏng này tạo ra hiệu ứng dynamo, sản sinh ra từ trường của hành tinh.
Từ trường này đóng vai trò như một lá chắn, làm lệch hướng các hạt mang điện từ Mặt trời, duy trì môi trường sống lâu dài trên Trái đất.
Cấu trúc lõi của Trái đất. Nguồn: NASA
Những manh mối từ lớp vỏ bị từ hóa của sao Hỏa cho thấy, hành tinh này cũng từng có một từ trường, có lẽ được tạo ra bởi một cấu trúc bên trong tương tự. Tuy nhiên, các nhà khoa học tin rằng, lõi của sao Hỏa cuối cùng đã nguội đi và ngừng chuyển động, chấm dứt hệ thống bảo vệ này.
Bề mặt sao Hỏa cũng lưu giữ những bằng chứng ấn tượng về việc nước từng chảy tự do, cho thấy một khí hậu thuận lợi hơn trong quá khứ xa xôi. Bằng chứng bao gồm các lòng hồ khô cạn chứa khoáng chất được hình thành trong nước và các mạng lưới thung lũng rộng lớn được chạm khắc bởi sông suối.
Trước đây, các nhóm làm việc với máy đo địa chấn trên tàu InSight của NASA đã lần đầu tiên đã xác định được lõi của sao Hỏa và kết luận rằng, nó vẫn ở trạng thái lỏng. Giờ đây, kết quả mới từ Huixing Bi tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc ở Hợp Phì cùng các đồng nghiệp cho thấy, có thể tồn tại một lớp rắn bên trong lõi chất lỏng này.
Bí ẩn hành tinh lâu đời
Cấu trúc bên trong của sao Hỏa từ lâu đã là một bí ẩn hấp dẫn. Liệu nó có từng giống như Trái đất, với một lớp lỏng động bao quanh một tâm rắn? Hay kích thước nhỏ hơn của sao Hỏa đã ngăn cản sự hình thành như vậy?
Để giải mã những câu hỏi này, hàng loạt sứ mệnh cao cấp đã được gửi đến sao Hỏa, từ các xe tự hành như: Spirit, Opportunity, Curiosity và Perseverance nghiên cứu khoáng vật học bề mặt, đến tàu quỹ đạo ExoMars Trace Gas Orbiter của Cơ quan Vũ trụ châu Âu nghiên cứu chu trình nước và tàu vũ trụ Maven của NASA nghiên cứu sự thất thoát khí quyển. Trong số đó, tàu đổ bộ InSight được cử đi để nghiên cứu các hoạt động địa chấn.
Tàu đổ bộ Insight hạ cánh xuống sao Hỏa vào năm 2018. Nguồn: JPL-Caltech.
Năm 2021, Simon Stähler từ ETH Zurich (Thụy Sĩ) và các cộng sự đã công bố công trình nghiên cứu nền tảng từ tàu đổ bộ InSight. Họ phân tích cách sóng địa chấn từ các trận "sao Hỏa chấn" lan truyền qua lớp phủ (mantle), đi qua lõi, phản xạ lại từ phía bên kia của hành tinh và quay trở lại thiết bị của InSight.
Họ đã mô hình hóa một lõi chỉ có một lớp chất lỏng duy nhất, lớn hơn và kém đặc hơn so với dự kiến và không có lõi bên trong. Kích thước này rất lớn với bán kính khoảng 1.800 km (bằng một nửa bán kính sao Hỏa) và mật độ thấp cho thấy nó chứa các nguyên tố nhẹ như carbon, lưu huỳnh và hydro, làm thay đổi nhiệt độ nóng chảy của lõi và ảnh hưởng đến cách nó kết tinh theo thời gian, khiến nó nhiều khả năng vẫn ở dạng lỏng.
Phát hiện khoa học mang tính đột phá
Việc nhóm của Huxing Bi tìm thấy một lõi trong rắn (bán kính 610 km) có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Sự hiện diện của nó cho thấy quá trình kết tinh và hóa rắn đang diễn ra khi hành tinh nguội dần theo thời gian. Cấu trúc lõi này giống với Trái đất hơn và do đó nhiều khả năng đã từng tạo ra hiệu ứng dynamo trong quá khứ.
Việc nhóm của Stähler báo cáo một lõi hoàn toàn lỏng trong khi nhóm của Huxing Bi báo cáo có một lõi trong rắn có vẻ như là một sự mâu thuẫn. Tuy nhiên, đây là một ví dụ tuyệt vời về sự tiến bộ trong việc thu thập và phân tích dữ liệu khoa học.
Trong nghiên cứu của Stähler, khả năng tồn tại một lõi trong rắn không bị loại trừ hoàn toàn. Các tác giả chỉ ra rằng, cường độ tín hiệu của dữ liệu lúc đó không đủ mạnh để xác định các sóng địa chấn đi qua ranh giới của một lõi trong.
Để có được kết quả nghiên cứu mới này, các nhà khoa học đã lựa chọn cẩn thận các loại sự kiện địa chấn cụ thể ở một khoảng cách nhất định so với InSight. Họ cũng áp dụng các kỹ thuật phân tích dữ liệu mới để tách tín hiệu yếu ra khỏi nhiễu của thiết bị.
Việc hiểu rõ cấu trúc bên trong của các hành tinh trong Hệ Mặt trời là yếu tố then chốt để phát triển các lý thuyết về cách chúng hình thành, phát triển và tiến hóa./.
