Rhea

Rhea là mặt trăng lớn thứ hai của Sao Thổ và là mặt trăng lớn thứ chín trong hệ Mặt Trời, thế nhưng nó vẫn là một trong những vệ tinh lớn kém kịch tính nhất của hành tinh khổng lồ này — không có những dòng sông methane như Titan, không có mạch phun nước như Enceladus, không có bán cầu đen như than như Iapetus. Thay vào đó, Rhea mang đến một ghi chép gần như nguyên vẹn về quá khứ bạo lực của hệ Mặt Trời ngoài, được viết trên một lớp vỏ băng nước cổ xưa, đầy hố va chạm rực rỡ. Với bán kính khoảng 764 km (đường kính gần 1.528 km), nó chỉ bằng khoảng một phần ba kích thước Titan, nhưng mật độ thấp của nó tiết lộ một thiên thể có khoảng ba phần tư là băng và chỉ một phần tư là đá — một 'quả cầu tuyết bẩn' đóng băng ít thay đổi qua hàng tỷ năm.

Đây cũng là địa điểm của một cột mốc nhỏ nhưng thực sự: năm 2010, Cassini đã lấy mẫu một lớp bao mỏng manh gồm oxy và carbon dioxide quanh Rhea — lần đầu tiên một tàu vũ trụ trực tiếp bắt được các phân tử của một khí quyển chứa oxy tại một thế giới khác ngoài Trái Đất.

Được phát hiện bởi chính Cassini mà sau này sẽ khám phá nó

Rhea được tìm thấy vào ngày 23 tháng 12 năm 1672 bởi nhà thiên văn học người Ý-Pháp Giovanni Domenico Cassini, cùng người quan sát mà tên tuổi sẽ được đặt cho tàu quỹ đạo lớn nghiên cứu Sao Thổ ba thế kỷ sau đó. Đây là mặt trăng thứ hai của Sao Thổ mà Cassini phát hiện, sau Iapetus vào năm 1671. Sau này ông nhóm bốn phát hiện của mình về Sao Thổ dưới cái tên tâng bốc Sidera Lodoicea, 'Các ngôi sao của Louis', để tôn vinh người bảo trợ của mình là Louis XIV; cái tên thần thoại Rhea — nữ thần Titan là mẹ của các vị thần trên đỉnh Olympus và là bạn đời của Cronus, tương ứng với Sao Thổ trong thần thoại Hy Lạp — chỉ được sử dụng rộng rãi về sau, do John Herschel đề xuất vào năm 1847.

Trong hơn ba thế kỷ, Rhea chỉ là một điểm sáng đơn thuần. Điều đó thay đổi khi Voyager 1 bay ngang qua vào năm 1980, mang về những bức chân dung thực sự đầu tiên về gương mặt đầy hố va chạm của nó, và sau đó là quyết định hơn với tàu vũ trụ Cassini của NASA/ESA, thực hiện các lần tiếp cận gần lặp lại từ năm 2005 đến 2013 và lập bản đồ mặt trăng này với độ chi tiết cao.

Một thế giới đóng băng, đầy hố va chạm

Bề mặt Rhea bị chi phối bởi băng nước và bão hòa hố va chạm, một dấu hiệu của địa hình quá cổ xưa đến mức những va chạm mới chủ yếu chỉ ghi đè lên những hố cũ hơn. Dữ liệu của Cassini cho thấy mặt trăng này gần như là một hỗn hợp đồng nhất giữa băng và đá, với mật độ chỉ khoảng 1,24 lần nước — đủ thấp, và đủ đồng đều, để có thể nó chưa bao giờ phân tách rõ ràng thành một lõi đá và một lớp phủ băng. Về bản chất, Rhea là một quả cầu băng bẩn lớn mà mức độ phân tách của nó vẫn còn được tranh luận.

Các đồng bằng đầy hố va chạm mang hai vết sẹo khổng lồ, chồng lấp lên nhau trên bán cầu quay lưng lại với Sao Thổ: Tirawa, một lưu vực va chạm nhiều vòng rộng khoảng 360 km, và lưu vực Mamaldi cổ hơn, bị hao mòn nhiều hơn, rộng khoảng 480 km, mà Tirawa đè chồng lên một phần. Tirawa nằm ở phía bắc hơn và ít bị hao mòn hơn trong cặp này. Cả hai đều được đặt tên — như các đặc điểm của Rhea thường được đặt — theo các nhân vật sáng thế từ các thần thoại thế giới (các khe núi của nó mang tên các địa danh thần thoại linh thiêng), theo chủ đề đặt tên của Liên minh Thiên văn Quốc tế dành cho mặt trăng này.

Vách băng và 'Vết loang'

Khi Voyager thoáng thấy những vệt nhạt, mờ ảo trên bán cầu phía sau của Rhea, nhiều người cho rằng đó là các lớp sương giá, gợi nhớ đến 'địa hình mờ ảo' thấy trên mặt trăng láng giềng Dione. Hình ảnh sắc nét hơn của Cassini năm 2006 đã tiết lộ sự thật: những vệt này là các hệ thống vết nứt kiến tạo sáng — các khe núi — nơi lớp vỏ đã tách ra và sụp xuống, để lộ băng tươi mới trên các mặt vách cao tới vài trăm mét.

Đặc điểm nổi bật nhất là Inktomi, một hố va chạm có tia phóng xạ rộng khoảng 47 km ở bán cầu nam, được đặt biệt danh là 'Vết loang'. Được cho là một trong những đặc điểm lớn trẻ nhất trên Rhea, va chạm xiên của nó đã đào lên lớp băng ngầm sạch và bắn ra một hệ thống tia vật chất bắn ra sáng, vươn xa hàng trăm km, khiến nó nổi bật rõ rệt so với vùng xung quanh cũ kỹ, bụi bặm hơn.

Khí quyển oxy đầu tiên được tìm thấy ngoài Trái Đất

Năm 2010, các thiết bị của Cassini phát hiện một lớp ngoại quyển mỏng như hơi thở quanh Rhea, gồm oxy phân tử và carbon dioxide. Nó mỏng đến mức khó tưởng tượng — mật độ oxy thấp hơn khoảng hàng nghìn tỷ lần so với trong không khí Trái Đất — nhưng phát hiện của nó mang tính lịch sử: đây là lần đầu tiên một tàu vũ trụ trực tiếp bắt được các phân tử của một khí quyển chứa oxy tại một thế giới khác ngoài Trái Đất.

Hóa học này không liên quan gì đến sự sống. Các hạt mang điện bị bắt giữ trong từ trường mạnh mẽ của Sao Thổ quét qua Rhea và va vào bề mặt băng của nó, tách các phân tử nước trong một quá trình gọi là phân rã bức xạ và giải phóng oxy. Carbon dioxide được cho là hình thành khi oxy phản ứng đó kết hợp với vật chất giàu carbon trong băng hoặc các hạt rơi vào. Những lớp bao oxy hình thành từ phân rã bức xạ bề mặt tương tự từ đó đã được suy luận ở các mặt trăng băng khác, nhưng lớp bao của Rhea là lớp đầu tiên được phát hiện trực tiếp.

Những vành đai có lẽ đã không tồn tại

Năm 2008, nhóm nghiên cứu Cassini báo cáo một khả năng hấp dẫn: sự sụt giảm đối xứng của các electron được phát hiện quanh Rhea gợi ý một đĩa mảnh vụn đang quay quanh, thậm chí có thể là các vành đai nhỏ rời rạc — điều sẽ khiến Rhea trở thành mặt trăng đầu tiên được biết có hệ vành đai của riêng mình. Đó là một tuyên bố thực sự gây kinh ngạc. Tuy nhiên, các chiến dịch chụp ảnh mục tiêu sau đó đã tìm kiếm vật chất được dự đoán và không tìm thấy gì, và cách lý giải về vành đai hiện nay nói chung được xem là chưa được xác nhận. Câu chuyện này là một lời nhắc nhở hữu ích về cách khoa học tự sửa chữa, ngay cả giữa chừng một sứ mệnh.

Quỹ đạo và quan sát

Rhea quay quanh Sao Thổ mỗi khoảng 4,5 ngày ở khoảng cách chừng 527.000 km, theo một đường đi gần như hoàn toàn xích đạo — quỹ đạo của nó chỉ nghiêng 0,35 độ. Giống như hầu hết các mặt trăng lớn, nó bị khóa thủy triều, luôn giữ một bán cầu hướng về phía Sao Thổ, nên cùng một mặt dẫn đầu luôn cày xới vào các mảnh vụn đang lao tới. Nhiệt độ bề mặt có ánh sáng Mặt Trời chỉ đạt khoảng −174 °C, giảm xuống gần −220 °C trong bóng tối vĩnh viễn.

Đối với người quan sát tại nhà, Rhea nằm trong tầm với nhưng không bao giờ là chuyện dễ dàng. Với độ sáng khoảng cấp sao 10, nó vô hình với mắt thường, nhưng một kính thiên văn nhỏ 75–100 mm (3–4 inch) vào một đêm trời ổn định có thể bắt được nó như một điểm sáng mờ như sao gần hành tinh, một khi ánh sáng chói của Sao Thổ được khống chế với đủ độ phóng đại. Sau Titan, nó là mặt trăng sáng nhất của Sao Thổ và là mặt trăng sáng nhất trong số các vệ tinh băng phía trong, nằm ở vị trí ngoài cùng của nhóm phía trong đó trước khoảng cách rộng lớn tới Titan ở xa.