Khám phá nguyên nhân bí ẩn "sọc hổ" trên vệ tinh Enceladus của Sao Thổ

Kể từ khi khám phá ra “sọc hổ”, các nhà khoa học đã cố gắng lí giải chúng là gì và yếu tố đầu tiên nào đã tạo ra chúng. Nghiên cứu mới do Viện Khoa học Carnegie tiến hành đã tiết lộ điều kiện vật lý chi phối các khe nứt này.

Điều này bao gồm sự liên quan đến hoạt động của mặt trăng, tại sao chúng xuất hiện quanh cực nam của Enceladus và tại sao các đối tượng khác không có đặc điểm tương tự.

Một nghiên cứu xuất hiện gần đây trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên, được dẫn dắt bởi Doug Hemingway - một thành viên của Viện Khoa học Carnegie với Khoa Từ tính mặt đất. Ông được hỗ trợ bởi các nhà khoa học Maxwell Rudolph của Đại học California, Davis và Michael Manga của Đại học California Berkeley.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các mô hình địa vật lý của Enceladus để điều tra các lực lượng vật lý cho phép “sọc hổ” hình thành và duy trì vị trí theo thời gian.

Mối quan tâm đặc biệt là lý do tại sao các sọc này chỉ hiện diện ở cực nam của mặt trăng và tại sao chúng cách đều nhau. Như Hemingway đã giải thích:

"Lần đầu tiên được tìm thấy bởi tàu vũ trụ Cassini tới Sao Thổ, những sọc này gần như không được biết đến trong Hệ Mặt Trời của chúng ta. Chúng song song và cách đều nhau, dài khoảng 130km và cách nhau 35km. Điều khiến chúng đặc biệt thú vị là chúng liên tục phun trào nước đá. Không có hành tinh băng giá hay mặt trăng nào khác có đặc điểm đó giống như chúng. "

Câu trả lời cho câu hỏi đầu tiên khá thú vị. Rõ ràng, các mô hình hé lộ rằng các khe nứt tạo nên các sọc có thể được hình thành ở một trong hai cực và chúng chỉ đơn giản được hình thành ở cực nam trước tiên.

Lý do cho sự tồn tại của chúng, mặt khác, liên quan đến sự tương tác của Enceladus với Sao Thổ và độ lệch tâm quỹ đạo của nó. Để phá vỡ nó, Enceladus mất hơn một ngày (chính xác là 1.37) để hoàn thành một quỹ đạo của Sao Thổ.

Do tỷ lệ 2: 1 có nghĩa là chuyển động cộng hưởng quỹ đạo mà nó cùng với vệ tinh Dione, Enceladus xay ra hiện tượng lệch tâm trong quỹ đạo của nó (0,0047), đi từ 236.918 km (147.214 dặm) ở gần nhất với nó (periapsis) đển 239.156 km (148.605 dặm) ở xa nhất của so với nó (apoapsis).

Sự lệch tâm này làm cho Enceladus kéo dài và uốn cong, dẫn đến hoạt động sưởi ấm bên trong và hoạt động địa nhiệt. Quá trình này cho phép Enceladus duy trì một lớp chất lỏng bên trong lớp lõi của nó.

Các cực là nơi các tác động của biến dạng gây ra bởi lực hấp dẫn này được hấp thụ nhiều nhất, dẫn đến các tảng băng mỏng hơn ở đây và các khe nứt hình thành. Quá trình này cũng dẫn đến các giai đoạn làm mát, trong thời gian đó, một số đại dương dưới lớp vỏ của Enceladus sẽ đóng băng. Sự tan băng và đóng băng này sẽ làm cho lớp băng dày và mỏng trong lòng Enceladus, gây ra những thay đổi về áp suất dẫn đến vết nứt.

Bởi vì lớp băng mỏng hơn ở hai cực, nên nó dễ bị nứt nhất, dẫn đến “sọc hổ”.

"Mô hình của chúng tôi giải thích khoảng cách đều đặn của các vết nứt," ông nói. "Nó khiến cho tảng băng bị uốn cong vừa đủ để tạo ra vết nứt song song cách đó khoảng 35 km."

Cơ chế tương tự này giải thích tại sao các khe nứt của Enceladus vẫn duy trì và tiếp tục phun trào các luồng nước. Sự tương tác thủy triều của mặt trăng với sao Thổ dẫn đến một chu kỳ kéo dài và uốn cong liên tục. Điều này ngăn chặn các khe nứt đóng lại và thay vào đó đảm bảo rằng chúng mở rộng và thu hẹp thường xuyên

Về lý do tại sao điều này xảy ra trên Enceladus chứ không phải các mặt trăng khác - như Ganymede, Europa, Titan và các "thế giới đại dương" khác - có kích thước tương đương. Các mặt trăng lớn hơn có trọng lực mạnh hơn ngăn ngừa bị bẻ gãy do các tương tác thủy triều mở ra các đường vào bên trong.

Do đó, Enceladus là mặt trăng băng giá duy nhất được biết đến nơi “sọc hổ” có thể xảy ra. Như Hemingway đã mô tả nó:

"Nhờ những khe nứt này mà chúng tôi đã có thể lấy mẫu và nghiên cứu đại dương đáy biển của Enceladus, thứ được các nhà sinh vật học yêu thích, chúng tôi nghĩ rằng điều quan trọng là phải hiểu các lực hình thành và duy trì chúng. Mô hình hóa các hiệu ứng vật lý của chúng ta qua lớp vỏ băng giá của mặt trăng đã chỉ ra một chuỗi các sự kiện và quy trình có thể cho phép các sọc đặc biệt này tồn tại. "

Trong những thập kỷ tiếp theo, hy vọng rằng một nhiệm vụ khác có thể được gửi đến hệ thống Sao Thổ để khám phá Enceladus một cách chi tiết hơn. Dữ liệu thu được bởi Cassini đã xác nhận rằng các chuỗi phun trào từ các khe nứt của nó có chứa các phân tử hữu cơ.

Phương Huyền

Theo Science Alert