Mặt trăng khổng lồ Ganymede của Sao Mộc là mặt trăng duy nhất được biết đến có từ trường riêng – và theo nghiên cứu mới, nó có thể đang nóng lên theo một quá trình “chưa từng được quan sát thấy ở bất kỳ nơi nào khác”.
Là một trong bốn mặt trăng Galileo quay quanh Sao Mộc, Ganymede là mặt trăng lớn nhất trong hệ Mặt Trời. Với đường kính gần 5.300 km, nó rộng hơn Mặt Trăng của Trái Đất hơn 1.600 km và lớn hơn một chút so với Sao Thủy, hành tinh nhỏ nhất của chúng ta. (Sao Mộc có hơn 100 mặt trăng đã được xác nhận, trong đó bốn mặt trăng lớn nhất được gọi là các mặt trăng Galileo.)
Từ trường nội tại nổi bật của mặt trăng này – được phát hiện bởi tàu vũ trụ Galileo của NASA vào năm 1996 – được tạo ra thông qua một quá trình gọi là dynamo, được cung cấp năng lượng bởi sắt lỏng dẫn điện đang khuấy động trong lõi của nó.
Tuy nhiên, cơ chế hình thành quá trình này vẫn còn gây tranh cãi gay gắt.
“Nhiều nghiên cứu về sự hình thành cho thấy Ganymede hình thành quá lạnh để có lõi kim loại ngay từ đầu,” đồng tác giả nghiên cứu Kevin Trinh, một nhà khoa học hành tinh tại Caltech, cho biết trong một tuyên bố. “Trong khi đó, nhiều nghiên cứu mô hình hóa về dynamo của Ganymede lại giả định rằng Ganymede hình thành lõi kim loại của nó gần như cùng lúc với khi mặt trăng tự hình thành, giống như Trái Đất. Cả hai điều này không thể đồng thời đúng.”
Vì vậy, trong một bài báo được công bố vào ngày 6 tháng 5 trên tạp chí Science Advances, các nhà nghiên cứu đề xuất một cơ chế mới đảo lộn: lõi kim loại bí ẩn và dynamo của Ganymede có thể hình thành muộn hơn thay vì sớm hơn, khi các khối sắt nóng chảy chìm vào lõi của mặt trăng khổng lồ này. Hoạt động này có thể vẫn đang diễn ra cho đến ngày nay.
Khởi đầu nóng hay lạnh?
“Dynamo làm nóng” được trình bày trong nghiên cứu là điều ngược lại với các ý tưởng truyền thống về nguồn gốc dynamo, vốn cho rằng chúng hình thành sớm trong các thiên thể lớn như Trái Đất và sau đó nguội dần.
Ví dụ, sự hình thành lõi kim loại trong các thiên thể hành tinh được cho là đã xảy ra trong vòng khoảng 200 triệu năm sau khi hệ Mặt Trời hình thành. Tuy nhiên, các mặt trăng có thể quá nhỏ để giữ đủ nhiệt từ khi sinh ra nhằm cung cấp năng lượng cho quá trình này.
Nhưng không phải mọi hy vọng đều tan biến, bởi vì một thiên thể hình thành từ “khởi đầu lạnh” vẫn có thể phát triển một lõi tạo ra từ trường, theo mô hình mới của các nhà nghiên cứu.
Mô hình này tích hợp và đơn giản hóa các đặc điểm của Ganymede, chẳng hạn như thành phần và nhiệt độ lõi của nó, giả định rằng lõi của nó bao gồm sắt và sắt sulfide, vì các thành phần này có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn.
Trong mô hình này, các khối kim loại nóng chảy chìm vào bên trong Ganymede để nuôi dưỡng lõi của nó và khuấy động từ trường. Chúng được làm nóng thông qua hai cơ chế chính: sưởi ấm phóng xạ và sưởi ấm thủy triều.
Đầu tiên, khi các đồng vị phóng xạ nặng hơn phân rã thành các nguyên tố nhẹ hơn, chúng giải phóng nhiệt. Thứ hai, lực hấp dẫn khổng lồ của Sao Mộc nén và kéo giãn Ganymede khi mặt trăng này xoay gần và xa hơn khỏi hành tinh mẹ, giống như “nhào nặn” một khối bột đá và băng có kích thước bằng hành tinh. Ma sát bên trong tạo ra nhiệt. Nhiệt này cung cấp năng lượng cho dynamo tạo ra từ trường của Ganymede.
Nhìn chung, giả thuyết này không loại trừ khả năng Ganymede hình thành với một lõi tạo ra từ trường ngay từ đầu.
Hàm ý ngoài hành tinh?
Nhưng nếu các lõi “khởi đầu lạnh” tồn tại khắp vũ trụ, nó có thể mở ra một quá trình chưa được khám phá trước đây để từ trường hình thành và bảo vệ các thế giới già cỗi, có thể dẫn đến một hàm ý thú vị trong việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất.
Từ trường là cần thiết để bảo vệ sự sống khỏi bức xạ vũ trụ và mặt trời có hại, khiến chúng trở thành điều kiện tiên quyết trong hầu hết các cuộc tìm kiếm hành tinh có thể sinh sống. Nhưng một chút từ tính có thể đi một chặng đường dài: Như đã thấy trên Trái Đất, với từ trường yếu hơn đáng kể so với một nam châm tủ lạnh, ngay cả một từ quyển khiêm tốn cũng có thể thay đổi triển vọng của các thiên thể hành tinh.
“Có thể có các ngoại hành tinh trẻ bằng đá hoặc các ngoại hành tinh có lượng đồng vị phóng xạ thấp hơn (tức là sưởi ấm chậm hơn) sẽ thuận lợi cho một dynamo làm nóng gần đây,” Trinh nói với Live Science qua email. “Thách thức là cho đến nay chưa ai phát hiện được dynamo của một ngoại hành tinh.”