Khí metan gây siêu bão trên Sao Thiên Vương và Hải Vương

Hình ảnh một cơn bão trên Sao Thiên Vương vào năm 2018. Ảnh: NASA

Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương là hai hành tinh nằm ngoài cùng trong hệ Mặt Trời và được gọi là hành tinh băng khổng lồ vì chúng giàu nước. Các nhà khoa học hiểu rất ít về những hành tinh xa xôi này. Nhưng sau khi tàu vũ trụ Voyager 2 bay ngang qua chúng vào những năm 1980, các nhà khoa học nhận ra hai hành tinh này đôi khi xuất hiện những cơn bão lớn, tồn tại trong thời gian ngắn. Những cơn bão dữ dội nhưng thoáng qua này xuất hiện vài năm một lần và lớn đến mức có thể nhìn thấy chúng (bằng kính viễn vọng) từ Trái Đất.

Các nhà nghiên cứu từ lâu đã tự hỏi tại sao những cơn bão trên các hành tinh này lại khó đoán như vậy?. Một nhóm nhà thiên văn học phát hiện, metan có thể là "chìa khóa" kiểm soát những cơn bão này. Kết quả nghiên cứu công bố trên cơ sở dữ liệu arXiv hôm 3/9.

Để tạo ra một cơn bão, nhiệt phải tăng lên từ bên trong của hành tinh lên bề mặt của nó. Ở đó, khí nóng bắt đầu nguội đi, có thể gây ra nhiễu động và kích hoạt hình thành bão. Nhưng bên trong các hành tinh này luôn ấm, và bề mặt bên ngoài luôn lạnh, vậy tại sao bão không xảy ra mọi lúc?

Theo nghiên cứu, metan là phân tử phổ biến thứ ba, sau hydro và heli, trong bầu khí quyển sâu của cả hai hành tinh. Thông thường, khí metan không có nhiều tác dụng ngoại trừ việc trôi nổi trong khí quyển, nhưng các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô hình phân giải đám mây 3D để mô phỏng quá trình đối lưu. Sử dụng các mô phỏng này, nhóm kết luận vận tốc điển hình của sự đối lưu khô trong bầu khí quyển sâu khá thấp (khoảng 1 m/s) nhưng đủ để duy trì quá trình vận chuyển mêtan hướng lên trên và sự đối lưu ẩm ở mức độ ngưng tụ mêtan bị ức chế mạnh.

Khí metan thường tồn tại ở dạng khí, nhưng ở các vùng phía trên của bầu khí quyển thế giới băng giá này, khí metan có thể ngưng tụ, tạo thành những giọt nước rơi xuống các độ cao thấp hơn, các tác giả nghiên cứu đề xuất. Ở đó chúng nóng lên và bốc lên trở lại, hoàn thành một chu kỳ tương tự như chu trình nước trên Trái Đất. Khi bầu khí quyển trở nên quá bão hòa với khí metan, một lớp ổn định sẽ hình thành. Giống như một tấm chăn ướt, lớp ổn định này ngăn nhiệt đến bề mặt, do đó ngăn chặn sự hình thành bão.

Các lớp này thường được tìm thấy ở tất cả các vĩ độ của Sao Hải Vương và xung quanh đường xích đạo và các vĩ độ trung bình của Sao Thiên Vương. Nhưng các cực của Sao Thiên Vương không có đủ khí metan để tạo ra một lớp bão hòa ổn định. Do đó, nhiệt có thể dễ dàng bốc lên bề mặt và tạo ra những cơn bão lớn hơn, nghiên cứu nêu.

Mặt khác, Sao Hải Vương có nhiều khí metan hơn và các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng đôi khi khí metan đó có thể bốc lên từ lớp ổn định và phân tán khắp khí quyển, cho phép nhiệt lưu thông và bão hình thành, trước khi mọi thứ ổn định trở lại.

Ở những hành tinh băng khổng lồ, sự đối lưu khô yếu và sự đối lưu ẩm bị ức chế mạnh. Tuy nhiên, khi đủ mêtan được vận chuyển lên trên, thông qua sự đối lưu khô và sự khuếch tán hỗn loạn, các cơn bão đối lưu ẩm không thường xuyên có thể hình thành. Những cơn bão này sẽ xảy ra thường xuyên hơn trên Sao Hải Vương so với Sao Thiên Vương, do dòng nhiệt bên trong của Sao Hải Vương, nhóm nghiên cứu kết luận.

Nhóm tác giả đề xuất cần phải nghiên cứu thêm để hiểu cách các yếu tố trong bầu khí quyển khổng lồ băng giá này tương tác với nhau.

Bảo Anh (Theo Live Sience)