Dữ liệu trọng lực phi trọng lực do sứ mệnh Juno của NASA thu thập cho thấy gió khí quyển của Sao Mộc xuyên qua hành tinh này theo dạng hình trụ, song song với trục quay của nó. Một bài báo về những phát hiện này gần đây đã được công bố trên tạp chí Nature Astronomy. Khám phá này cung cấp sự hiểu biết sâu sắc hơn về cấu trúc bên trong gây tranh cãi từ lâu của các hành tinh khí khổng lồ.
Vào ngày 7 tháng 9 năm 2023, Juno của NASA đã chụp được hình ảnh này của Sao Mộc trong chuyến bay gần Sao Mộc lần thứ 54. Hình ảnh này được chụp bằng dữ liệu thô từ thiết bị JunoCam và được xử lý để nâng cao chi tiết về các tính năng và màu sắc của đám mây. Nguồn hình ảnh: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS, Xử lý hình ảnh: TanyaOleksuikCCBYNCSA3.0
Tìm hiểu bầu khí quyển của Sao Mộc
Các nhà thiên văn học và các nhà khoa học hành tinh từ lâu đã tò mò về Bầu không khí hỗn loạn của sao Mộc. Kể từ khi Juno đi vào quỹ đạo Sao Mộc vào năm 2016, nó đã hiểu rõ về những thay đổi trong bầu khí quyển của Sao Mộc. Trong suốt 55 chuyến bay ngang qua Sao Mộc của tàu vũ trụ cho đến nay, một bộ thiết bị khoa học đã quan sát bên dưới những đám mây hỗn loạn của Sao Mộc để tiết lộ cách hành tinh khí khổng lồ hoạt động từ trong ra ngoài.
Khoa học vô tuyến và phần bên trong của Sao Mộc
Một cách để sứ mệnh Juno tìm hiểu về phần bên trong của Sao Mộc là thông qua khoa học vô tuyến. Khi Juno bay qua Sao Mộc với tốc độ gần 130.000 dặm/giờ (209.000 km/giờ), các nhà khoa học đã sử dụng ăng-ten Mạng Không gian Sâu của NASA để theo dõi tín hiệu vô tuyến của tàu vũ trụ và đo những thay đổi nhỏ về tốc độ của nó – nhỏ tới 0,01 mm mỗi giây. Những thay đổi này là do những thay đổi trong trường hấp dẫn của Sao Mộc và bằng cách đo những thay đổi này, về cơ bản sứ mệnh có thể nhìn vào bầu khí quyển của Sao Mộc.
Những phép đo này đã dẫn đến nhiều khám phá, bao gồm sự hiện diện của lõi loãng sâu bên trong Sao Mộc và độ sâu của các vành đai và vành đai trên Sao Mộc kéo dài khoảng 1.860 dặm (3.000 km) từ đỉnh mây xuống phía dưới.
Kỹ thuật toán học nâng cao
Để xác định vị trí của gió và tính chất của hình trụ, các tác giả của nghiên cứu đã áp dụng một kỹ thuật toán học có thể mô phỏng sự thay đổi trọng lực và độ cao bề mặt trên các hành tinh đá như Trái đất. Tại Sao Mộc, kỹ thuật này có thể được sử dụng để lập bản đồ gió sâu một cách chính xác. Sử dụng dữ liệu Juno có độ chính xác cao, các tác giả có thể tạo ra các mô hình có độ phân giải cao gấp bốn lần so với dữ liệu được tạo trước đây bằng dữ liệu từ tàu vũ trụ Voyager và Galileo tiên phong của NASA tới Sao Mộc.
Zhu tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA, Nam California "Chúng tôi đã sử dụng một kỹ thuật ràng buộc được phát triển cho các bộ dữ liệu thưa thớt về các hành tinh trên mặt đất để xử lý dữ liệu Juno", Ryan Park, một nhà khoa học của NASA và là người đứng đầu khảo sát khoa học trọng lực của sứ mệnh cho biết. “Đây là lần đầu tiên kỹ thuật này được áp dụng cho một ngoại hành tinh.”
Các phép đo của trường hấp dẫn phù hợp với mô hình cách đây hai thập kỷ xác định các dải không khí đông-tây mạnh mẽ của Sao Mộc kéo dài vào trong từ các vùng màu trắng và đỏ của các đám mây và dải băng. Nhưng các phép đo cũng cho thấy luồng không khí giống như vành đai của Sao Mộc không mở rộng theo mọi hướng như một quả cầu bức xạ mà có dạng hình trụ hướng vào trong và chảy dọc theo hướng trục quay của Sao Mộc. Làm thế nào những cơn gió trong bầu khí quyển sâu của Sao Mộc hình thành như thế nào đã được tranh luận từ những năm 1970, và giờ đây sứ mệnh Juno đã giải quyết được cuộc tranh luận.
"Tất cả 40 hệ số trọng lực do Juno đo đều phù hợp với các tính toán trước đây của chúng tôi về những gì chúng tôi mong đợi trường trọng lực sẽ như thế nào nếu gió xuyên qua theo hình trụ", tác giả chính của nghiên cứu Yohai Kaspi thuộc Viện Khoa học Weizmann ở Israel và là đồng nghiên cứu viên của Juno cho biết. “Khi chúng tôi phát hiện ra rằng tất cả 40 con số đều khớp chính xác với tính toán của chúng tôi, cảm giác như chúng tôi vừa trúng số.”
Tác động và sứ mệnh trong tương lai
Ngoài việc hiểu rõ hơn về cấu trúc và nguồn gốc bên trong của Sao Mộc, ứng dụng mô hình trọng lực mới cũng có thể được sử dụng để hiểu sâu hơn về bầu khí quyển của các hành tinh khác.
Juno hiện đang thực hiện một nhiệm vụ mở rộng. Trong khi bay ngang qua Sao Mộc, tàu vũ trụ chạy bằng năng lượng mặt trời cũng đã hoàn thành một loạt sứ mệnh bay ngang qua các mặt trăng băng giá Europa và Ganymede của Sao Mộc, đồng thời hiện đang thực hiện nhiều chuyến bay ngang qua Europa. Chuyến bay ngang qua Europa vào ngày 30 tháng 12 sẽ là chuyến bay gần nhất, cách bề mặt núi lửa của nó khoảng 930 dặm (1.500 km).
Scott Bolton, nhà nghiên cứu chính của sứ mệnh Juno tại Viện nghiên cứu Tây Nam ở San Antonio, cho biết: "Khi hành trình của Juno tiến triển, chúng tôi đang đạt được những kết quả khoa học thực sự xác định được Sao Mộc mới và những kết quả này có thể liên quan chặt chẽ với tất cả các hành tinh khổng lồ trong hệ mặt trời và xa hơn nữa. Độ phân giải của trường hấp dẫn mới được xác định rất giống với độ chính xác trong ước tính của chúng tôi 20 năm trước. Thật tuyệt khi thấy điều đó của chúng tôi những dự đoán rất phù hợp với kết quả."