Giả thuyết “điên rồ” về sương mù hành tinh đã được chứng minh đúng ra sao?

[Nhung Phan]

Bầu khí quyển của sao Diêm Vương thật sự khác thường. Nó chứa đầy các hạt nitơ, mê-tan và carbon monoxide li ti. Những hạt này hấp thụ ánh sáng mặt trời, làm mát rồi phát ra nhiệt, từ đó điều chỉnh toàn bộ “ngân sách năng lượng” của hành tinh lùn này. Dữ liệu từ kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) đã xác nhận rằng sự trao đổi nhiệt kỳ lạ này là có thật.

Tàu vũ trụ New Horizons của NASA đã chụp được hình ảnh bề mặt sao Diêm Vương được bao phủ trong lớp sương mù khí quyển. Nguồn: NASA/JHUAPL/SwRI​

Khám phá này cho thấy bầu khí quyển của sao Diêm Vương khác hoàn toàn với bất kỳ hành tinh nào trong hệ mặt trời. Điều thú vị là nghiên cứu về lớp sương mù này có thể giúp con người hiểu thêm về điều kiện sống thời kỳ đầu trên Trái Đất, khi hành tinh của chúng ta vẫn còn nghèo oxy nhưng lại giàu nitơ và hydrocarbon.

Kính viễn vọng JWST cũng phát hiện một hiện tượng đáng chú ý: các hạt trong bầu khí quyển sao Diêm Vương trôi dạt và lắng xuống mặt trăng lớn nhất của nó: Charon. Đây là điều chưa từng thấy trong các cặp hành tinh - mặt trăng khác trong hệ mặt trời.

Giả thuyết từng bị nghi ngờ, giờ đã được xác thực​

Giáo sư Xi Zhang từ Đại học California, Santa Cruz là người đầu tiên đưa ra giả thuyết năm 2017 rằng bầu khí quyển của sao Diêm Vương được điều tiết bởi các hạt sương mù. Khi đó, ý tưởng này bị cho là “điên rồ”. Tuy nhiên, ông và đồng nghiệp đã đưa ra dự đoán cụ thể: nếu sương mù làm mát hành tinh, nó sẽ phát ra bức xạ hồng ngoại mạnh, có thể phát hiện bằng kính thiên văn đủ lớn.

Tên lửa Ariane 5 của Arianespace phóng cùng Kính viễn vọng không gian James Webb của NASA trên tàu, ngày 25 tháng 12 năm 2021, từ Khu vực phóng ELA-3 của Cảng vũ trụ Châu Âu tại Trung tâm vũ trụ Guiana ở Kourou, Guiana thuộc Pháp. Kính viễn vọng không gian James Webb (đôi khi được gọi là JWST hoặc Webb) là một kính viễn vọng hồng ngoại lớn với gương chính dài 21,3 foot (6,5 mét). Đài quan sát sẽ nghiên cứu mọi giai đoạn của lịch sử vũ trụ - từ bên trong hệ mặt trời của chúng ta đến các thiên hà xa nhất có thể quan sát được trong vũ trụ sơ khai. Tín dụng: NASA/Bill Ingalls ​

Vào dịp Giáng sinh năm 2021, kính viễn vọng JWST được phóng lên không gian bằng tên lửa Ariane 5, mang theo hy vọng kiểm chứng dự đoán này. Và chỉ trong vài năm, điều không tưởng đã trở thành sự thật. Kết quả thu được không chỉ khẳng định lý thuyết của Zhang mà còn mở ra một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới.

Những hình ảnh chi tiết từ JWST đã tiết lộ hoạt động trên bề mặt sao Diêm Vương, trong đó có sự di chuyển của các lớp băng nitơ và mê-tan, cùng với khí quyển dày chứa các hợp chất dễ bay hơi. Mặt trăng Charon, ngược lại, không có bầu khí quyển, bề mặt chủ yếu là băng nước và hợp chất gốc amoniac. Vùng cực đỏ của nó được cho là kết quả từ khí mê-tan bay từ sao Diêm Vương sang và trải qua biến đổi hóa học.

JWST cũng ghi nhận dữ liệu bức xạ nhiệt dưới dạng đường cong ánh sáng ở các bước sóng 18, 21 và 25 micromet, cùng quang phổ hồng ngoại chất lượng cao từ 4,9 đến 27 micromet. Đây là những dữ liệu chưa từng có trước đó.

Các phân tích này giúp các nhà khoa học đo được độ phát xạ, nhiệt độ và tính dẫn nhiệt của các khu vực khác nhau trên sao Diêm Vương và Charon. Kết quả giúp hiểu rõ cách phân bố băng và sự dịch chuyển khí từ sao Diêm Vương sang mặt trăng.

Giáo sư Zhang cho rằng những dữ liệu này không chỉ giúp hiểu về sao Diêm Vương mà còn cho thấy cách sương mù hoạt động trong môi trường cực kỳ khắc nghiệt, từ đó mở rộng kiến thức về hệ mặt trời. Ông cũng nhấn mạnh rằng trước khi có oxy trên Trái Đất (cách đây khoảng 2,4 tỷ năm), sự sống vẫn phát triển dưới lớp khí quyển giàu nitơ và hydrocarbon - rất giống với hiện tượng trên sao Diêm Vương.

Tài liệu tham khảo chính
Bài báo khoa học được đăng trên tạp chí Nature Astronomy ngày 2/6/2025, do nhóm nghiên cứu quốc tế dẫn đầu bởi các nhà khoa học từ Đài quan sát Paris và Đại học Reims Champagne-Ardenne. Zhang cùng nghiên cứu sinh Linfeng Wan là người xây dựng mô hình lý thuyết để phân tích dữ liệu từ JWST.