Sao Mộc

Sao Mộc là gã khổng lồ của hệ Mặt Trời — một quả cầu hydro và heli lớn đến mức tất cả các hành tinh khác có thể vừa vặn bên trong nó với chỗ trống dư ra. Với bán kính khoảng 69.900 km, nó rộng gấp mười một lần Trái Đất và, với khối lượng 318 lần Trái Đất, nặng hơn gấp đôi tất cả các hành tinh khác cộng lại. Nó không có bề mặt rắn để đứng lên: đi xuống qua các đám mây theo dải của nó, khí đơn giản trở nên nóng hơn và đặc hơn cho đến khi nó hoạt động như một kim loại lỏng nóng, dẫn điện, tất cả đường xuống một lõi khuếch tán gồm vật liệu nặng hơn hòa lẫn vào hydro xung quanh.

Dù có khối lượng đồ sộ như vậy, Sao Mộc là hành tinh tự quay nhanh nhất mà chúng ta biết. Một ngày kéo dài chưa đến mười giờ, và sự tự quay dữ dội đó khiến xích đạo phình ra ngoài thành một chỗ phồng có thể nhìn thấy, tạo cho gã khổng lồ này một dáng vẻ hơi dẹt, giống hình quả trứng ngay cả qua một kính thiên văn sân sau.

Một thế giới được tạo nên từ thời tiết

Sao Mộc không có lớp vỏ, không có lục địa, và không có đại dương nước nào — chỉ có một bầu khí quyển sâu, hỗn loạn khoảng 90% hydro và 10% heli, xen lẫn dấu vết của amoniac, metan và nước. Bộ mặt quen thuộc của nó với các sọc màu kem và gỉ sắt là một khuôn mẫu của các luồng phản lực xen kẽ: các 'vùng' sáng của khí đang bốc lên và các 'vành đai' tối hơn của khí đang chìm xuống, lao vun vút qua nhau ở tốc độ hàng trăm km mỗi giờ. Nơi chúng cắt kéo lẫn nhau, chúng sinh ra các cơn bão và xoáy nước có thể tồn tại trong nhiều năm.

Tàu quỹ đạo Juno của NASA, quay quanh hành tinh từ năm 2016, đã phát hiện rằng những cơn gió này không phải là một lớp bề mặt mỏng. Chúng lao sâu khoảng 3.000 km vào bên trong trước khi bầu khí quyển hỗn loạn cuối cùng nhường chỗ cho chất lỏng dẫn điện bên dưới. Juno cũng phát hiện các cụm xoáy thuận được sắp xếp thành các đa giác hình học quanh mỗi cực — một ngũ giác bão quanh cực nam và một bát giác quanh cực bắc, một dạng thời tiết không có gì tương đồng ở bất cứ đâu trên Trái Đất.

Vết Đỏ Lớn

Đặc điểm đặc trưng của Sao Mộc là Vết Đỏ Lớn, một cơn bão áp suất cao lớn đến mức đã được theo dõi liên tục qua kính thiên văn hơn một thế kỷ; một vết tương tự đã được ghi nhận vào những năm 1660, dù nghiên cứu gần đây cho thấy cơn bão sớm đó có thể là một cơn bão riêng biệt đã tan biến sau đó. Đây là một xoáy nghịch, một cơn bão quay ngược chiều với các hệ thống áp suất thấp của Trái Đất, với gió quất quanh vành của nó hơn 400 km/h — và, theo các phép đo của Juno, lên tới khoảng 680 km/h. Các thiết bị của Juno cho thấy gốc rễ của nó vươn sâu khoảng 300 km xuống khí quyển, sâu hơn nhiều so với bất kỳ cơn bão nào trên Trái Đất.

Vết bão cũng đang thu nhỏ. Một thế kỷ trước nó đủ rộng để nuốt chửng ba Trái Đất xếp cạnh nhau; ngày nay nó đã thu hẹp còn lại chỉ hơn một đường kính Trái Đất và trở nên tròn hơn. Vì sao nó đang co lại — và làm thế nào nó tồn tại lâu đến vậy mà không có đại dương hay đất liền để lấy năng lượng — vẫn là một trong những câu hỏi mở của hành tinh này.

Một quái vật từ tính

Sâu bên trong Sao Mộc, hydro bị nén mạnh đến mức nó biến thành chất lỏng kim loại, dẫn điện. Được khuấy động bởi sự tự quay nhanh của hành tinh, lớp này hoạt động như một máy phát điện khổng lồ, tạo ra từ trường mạnh nhất trong số các hành tinh — khoảng hai mươi lần mạnh hơn của Trái Đất và đủ rộng lớn để vươn xa hàng triệu km về phía Mặt Trời. Nếu nó phát sáng có thể nhìn thấy được, từ quyển của Sao Mộc sẽ xuất hiện lớn hơn cả Mặt Trăng tròn trên bầu trời của chúng ta.

Từ trường đó bẫy một vành đai bức xạ chết người và tạo ra cực quang tại các cực mạnh hơn hàng trăm lần so với cực quang phương bắc của Trái Đất. Nó cũng kết nối với mặt trăng núi lửa Io, cung cấp một vòng bánh donut lưu huỳnh và oxy mang điện vào hệ thống và thắp sáng những dấu vết cực quang cố định trong tầng khí quyển trên của Sao Mộc.

Một hệ Mặt Trời thu nhỏ của các mặt trăng

Sao Mộc cai quản ít nhất 95 mặt trăng đã biết — một con số vẫn tiếp tục tăng lên khi các cuộc khảo sát phát hiện thêm những vật thể bị bắt giữ ngày càng nhỏ hơn ở phía ngoài. Bốn trong số đó nổi bật hẳn: Io, Europa, Ganymede và Callisto, các mặt trăng Galilei mà Galileo Galilei phát hiện qua kính thiên văn của mình vào tháng 1 năm 1610. Việc quan sát chúng di chuyển qua lại quanh Sao Mộc đã mang lại cho ông bằng chứng trực tiếp đầu tiên rằng không phải mọi thứ trên bầu trời đều quay quanh Trái Đất.

Bốn mặt trăng này tự chúng là những thế giới riêng biệt. Io là thiên thể có hoạt động núi lửa mạnh nhất trong hệ Mặt Trời; Europa giấu một đại dương mặn dưới lớp băng của nó có thể chứa nhiều nước hơn tất cả các đại dương của Trái Đất cộng lại; Ganymede là mặt trăng lớn nhất ở bất cứ đâu, lớn hơn cả hành tinh Sao Thủy và là mặt trăng duy nhất có từ trường riêng; và Callisto tối tăm, đầy vết tích, lưu giữ một trong những bề mặt cổ xưa nhất mà chúng ta biết. Sao Mộc cũng mang một bộ vành đai bụi mờ nhạt, được tàu Voyager phát hiện năm 1979 và được nuôi dưỡng bởi mảnh vỡ bị đánh bật ra từ các mặt trăng bên trong của nó.

Lịch sử các chuyến ghé thăm

Sao Mộc là hành tinh ngoài đầu tiên được tàu vũ trụ tiếp cận. Tàu Pioneer 10 của NASA bay ngang qua năm 1973 và Pioneer 11 vào năm 1974, xác nhận bức xạ mạnh và bản chất chất lỏng của hành tinh. Cặp tàu Voyager tiếp bước vào năm 1979, phát hiện các núi lửa của Io, lớp vỏ băng của Europa và hệ thống vành đai chỉ trong một cặp lần bay ngang qua. Tàu Galileo trở thành tàu quỹ đạo đầu tiên vào năm 1995, thả một đầu dò thẳng xuống các đám mây và nghiên cứu các mặt trăng trong tám năm.

Juno đến nơi vào ngày 4 tháng 7 năm 2016 trên một quỹ đạo cực hình vòng được thiết kế để lặn xuống dưới các vành đai bức xạ và thăm dò bên trong, trọng lực và từ trường của hành tinh. Sứ mệnh của nó kể từ đó đã được kéo dài để khảo sát cận cảnh các mặt trăng Galilei. Chương đã tiếp theo đang diễn ra: tàu JUICE của Cơ quan Vũ trụ châu Âu, phóng năm 2023, đang hướng tới Sao Mộc để tập trung vào các mặt trăng băng có đại dương của nó, cùng với tàu Europa Clipper của NASA, phóng năm 2024.

Cách tìm Sao Mộc

Sao Mộc là một trong những thiên thể dễ tìm thấy nhất bằng mắt thường — một điểm sáng rực rỡ, ổn định, màu trắng kem lấn át mọi ngôi sao và thường chỉ thua Mặt Trăng và Sao Kim. Nó đạt xung đối, thời điểm sáng nhất và gần nhất, khoảng mỗi 13 tháng, khi nó mọc lúc hoàng hôn và tỏa sáng suốt đêm. Ngay cả ống nhòm thông thường cũng sẽ hé lộ bốn mặt trăng Galilei xếp thành hàng bên cạnh nó, thay đổi vị trí rõ rệt từ đêm này sang đêm khác. Một kính thiên văn nhỏ sẽ thêm vào các vành đai mây tối và, khi hành tinh quay về phía chúng ta, chính Vết Đỏ Lớn.