Titan - Mặt Trăng lớn nhất của Sao Thổ

Titan là mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ và lớn thứ hai trong Hệ Mặt Trời (đứng sau mặt trăng Ganymede của Sao Mộc). Nó là mặt trăng duy nhất trong Hệ Mặt Trời có mây và bầu khí quyển dày đặc giống như các hành tinh. Các nhà khoa học cho rằng điều kiện trên Titan giống như thời kì đầu của Trái Đất (sự khác biệt chính là do Trái Đất gần Mặt Trời hơn, nên luôn luôn ấm hơn). Theo NASA, "xét theo nhiều khía cạnh, Titan - mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ là một trong những thế giới giống với Trái Đất nhất mà chúng ta tìm thấy tính đến thời điểm hiện tại". Bầu khí quyển mờ mịt màu cam xung quanh Titan khiến cho bề mặt của nó trở nên vô cùng bí ẩn đối với các nhà khoa học cho tới khi có sự xuất hiện của tàu Cassini vào năm 2004.

Khí quyển của Titan mở rộng đến độ cao khoảng 600 km (khoảng 370 dặm), cao hơn rất nhiều so với bầu khí quyển trên Trái Đất. Vì bầu khí quyển quá cao, Titan được cho là mặt trăng lớn nhất trong Hệ Mặt Trời suốt một khoảng thời gian dài. Mãi đến năm 1980, tàu vũ trụ Voyager đã tiến tới đủ gần để xác định rằng nó thực sự nhỏ hơn Ganymede. Bầu khí quyển của Titan hoạt động và phức tạp, với thành phần chính là nitơ (95%) và metan (5%). Trong đó cũng có sự hiện diện của các phân tử hữu cơ có chứa carbon và hydro, và thường bao gồm cả oxy và các nguyên tố khác tương tự như trong bầu khí quyển của Trái Đất và rất cần thiết cho sự sống.

Đặc biệt, có một bí ẩn chưa được lý giải xung quanh bầu khí quyển của Titan: do khí metan bị phá vỡ bởi ánh sáng Mặt Trời, nên các nhà khoa học tin rằng có một nguồn khác bổ sung cho lượng khí đã mất. Một trong những nguồn khí metan tiềm năng là hoạt động núi lửa, tuy nhiên điều này vẫn chưa được xác nhận. Bầu khí quyển của Titan có thể thoát ra ngoài không gian theo cách tương tự như của Trái Đất. Tàu vũ trụ Cassini đã phát hiện ra gió cực đã hút khí metan và nitơ (tích điện và tương tác với ánh sáng) theo từ trường của Sao Thổ và ra khỏi bầu khí quyển. Quá trình này được cho là tương tự với những gì xảy ra với từ trường trên Trái Đất.

"Tại mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ, Titan, các tàu vũ trụ Cassini và Huygens đã cho chúng ta thấy một trong những thế giới giống Trái Đất nhất từng gặp. Các thông tin về thời tiết, khí hậu và địa chất cung cấp những phương pháp mới để hiểu hơn về hành tinh của chúng ta", trang web của Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA (NASA's Jet Propulsion Laboratory) cho biết. Có rất nhiều hồ metan, chủ yếu tập trung gần cực Nam của Titan. Vào năm 2014, các nhà khoa học đã tìm thấy một đặc điểm mà họ hay gọi đùa là "Hòn đảo ma thuật". Nó được tạo ra bởi các bong bóng nitơ hình thành trong đại dương của Titan và tồn tại trên bề mặt đại dương trong một khoảng thời gian.

"Điều tôi nghĩ thực sự đặc biệt ở Titan là nó có các hồ và biển metan và etan lỏng, khiến nó trở thành thế giới duy nhất ngoài Trái Đất trong Hệ Mặt Trời có chất lỏng ổn định trên bề mặt của nó", Jason Hofgartner, nhà khoa học hành tinh tại Đại học Cornell, cho biết trong một phỏng vấn vào năm 2014. "Nó không chỉ có hồ và biển, mà còn có sông và thậm chí có mưa. Nó có cái mà chúng ta gọi là chu trình thủy văn, và chúng ta có thể nghiên cứu nó như một chu trình thủy văn của Trái Đất - và đây là nơi duy nhất ngoài Trái Đất mà chúng ta biết rằng chúng ta có thể làm điều đó." Nhiều khu vực lớn trên bề mặt của Titan được bao phủ bởi các cồn cát làm từ hydrocarbon.

Cồn cát trên Titan có thể giống như sa mạc Namibia ở Châu Phi. Vì khí metan tồn tại dưới dạng lỏng trên Titan, nó cũng bay hơi và tạo thành các đám mây, đôi khi gây ra mưa metan. Những đám mây băng metan và khí xyanua nổi trên bề mặt của mặt trăng này. "Titan tiếp tục gây ngạc nhiên với các quá trình tự nhiên tương tự như các quá trình trên Trái Đất, nhưng liên quan đến các vật liệu khác với nước của chúng ta", phó dự án Cassini Scott Edgington, thuộc Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA ở Pasadena, California, cho biết trong một phát biểu. Ánh sáng Mặt Trời khá mờ trên Titan và khí hậu được điều khiển chủ yếu bởi sự thay đổi lượng ánh sáng theo mùa.

Dữ liệu cũng cho thấy sự hiện diện của một đại dương lỏng bên dưới bề mặt, nhưng nó vẫn cần được xác nhận. Khi nhiều hành tinh được tìm thấy bên ngoài Hệ Mặt Trời, việc nghiên cứu bầu khí quyển của Titan như một vật thể có mây đã giúp các nhà khoa học hiểu được bầu khí quyển của các hệ hành tinh xa xôi này. "Hóa ra có rất nhiều thứ bạn có thể học được từ việc ngắm hoàng hôn", Tyler Robinson thuộc Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA nói. Vào năm 2017, tàu vũ trụ Cassini đã kết thúc sứ mệnh kéo dài hai thập kỷ của mình tới Sao Thổ. Được phóng vào ngày 15 tháng 10 năm 1997, tàu vũ trụ đã tới Sao Thổ vào ngày 30 tháng 6 năm 2004.

Khi đến nơi, Cassini đã thả tàu thăm dò Huygens do Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) chế tạo. Huygens được trang bị để nghiên cứu Titan bằng cách hạ cánh trên mặt trăng Sao Thổ và đạt được kết quả đáng kinh ngạc, tiêu biểu như việc xác định nhiều ngọn núi cao trên 3 km (khoảng 10.000 feet) trên mặt trăng này. Tàu thăm dò Huygens đã hạ cánh bằng dù vào ngày 14 tháng 1 năm 2005. Với những quan sát của Huygens, Titan đã trở thành ưu tiên hàng đầu của các nhà khoa học. Nhiệm vụ lần này đã đem lại rất nhiều kết quả tuyệt vời, như việc chụp những bức ảnh có độ phân giải cao nhất từng đạt được trên bề mặt của mặt trăng này.

Trong thời gian thực hiện nhiệm vụ, Cassini đã có được những dữ liệu cơ bản về cấu trúc của Titan, cũng như các thành phần hóa học hữu cơ phức tạp trong bầu khí quyển này. Chính từ những phát hiện của Cassini mà các nhà khoa học đã có một giả thiết về sự hiện diện của một đại dương bên trong bao gồm nước và amoniac. Tàu vũ trụ cũng đã khám phá ra sự thay đổi theo mùa trên mặt trăng này, như khi một đám mây băng hình thành ở bán cầu nam của Titan vào năm 2015 (cho thấy một mùa đông khắc nghiệt ở khu vực này). Trọng tâm của nhiệm vụ liên quan đến Titan này là tìm ra dấu hiệu về sự thay đổi theo mùa và hoạt động núi lửa.

Titan đóng một vai trò chủ đạo trong kế hoạch kết thúc của Cassini. Mặt trăng khổng lồ này có lực hấp dẫn đủ lớn để cho tàu vũ trụ có thể "luồn" giữa các vành đai của Sao Thổ trong những tháng cuối cùng của nó, và khám phá một khu vực chưa từng thấy trước đây. Lần gia tốc bằng lực hấp dẫn của Titan diễn ra hơn bốn tháng trước sự "tự sát" của Cassini làm tăng vận tốc của tàu vũ trụ lên khoảng 3.098 km/giờ (1.925 dặm/giờ) đối với Sao Thổ, khiến nó không thể quay trở lại "Đường bay lướt qua này hứa hẹn một Kết cục vô cùng hoành tráng", Earl Maize, quản lý dự án Cassini tại JPL cho biết sau đường bay vào tháng 4 năm 2017 của Cassini.

"Tàu vũ trụ hiện đang trên một con đường đạn đạo, do đó, ngay cả khi chúng ta từ bỏ các điều chỉnh nhỏ trong tương lai bằng cách sử dụng các bộ đẩy, nó vẫn sẽ đi vào bầu khí quyển của Sao Thổ vào ngày 15 tháng 9." Sau lần tăng tốc này, tàu vũ trụ tiếp tục sử dụng Titan để điều chỉnh quỹ đạo của nó, và sẽ thực hiện lần tiếp cận cuối cùng với Titan vào ngày 12 tháng 9 năm 2017. Trong 13 năm quay quanh Sao Thổ, Cassini đã có 127 lần "chạm trán" với Titan, lúc gần, lúc xa. "Cassini đã có mối quan hệ lâu dài với Titan, với những cuộc hẹn gần như hàng tháng trong hơn một thập kỷ," Maize cho biết, "Cuộc gặp gỡ cuối cùng này là giống như chào tạm biệt với những cảm xúc buồn vui, nhưng nó đã được thực hiện trong suốt nhiệm vụ, lực hấp dẫn của Titan một lần nữa đưa Cassini đến nơi chúng ta cần đến."

Người ta đã cho rằng những điều kiện trên Titan có thể khiến mặt trăng trở thành nơi có thể ở được trong tương lai xa. Nếu Mặt Trời tăng nhiệt độ (trong 6 tỷ năm nữa) và trở thành một ngôi sao khổng lồ đỏ, nhiệt độ của Titan có thể tăng lên và đủ để cho các đại dương ổn định tồn tại trên bề mặt của nó, dựa trên một số mô hình. Nếu điều này xảy ra, các điều kiện trong Titan có thể tương tự như Trái Đất, từ đó cho phép các điều kiện thuận lợi cho một số dạng sống. Các thí nghiệm trên Trái Đất cho thấy Titan nhiều khả năng là một nơi lý tưởng để sống hơn so với những suy nghĩ trước đây.

Các chất hữu cơ phức tạp từng được cho là lơ lửng trên cao trong khí quyển có thể nằm gần bề mặt hơn so với ước tính. "Trước đây, các nhà khoa học cho rằng càng gần bề mặt Titan, hóa chất khí quyển của mặt trăng này càng nghèo nàn và thiếu sức sống, Murthy Gudipati, tác giả chính của bài báo tại JPL, cho biết. "Thí nghiệm của chúng tôi cho thấy điều đó không đúng. Cùng một loại ánh sáng điều khiển hóa học sinh học trên bề mặt Trái Đất cũng có thể điều khiển quá trình hóa học trên Titan, mặc dù Titan nhận được ít ánh sáng hơn từ Mặt Trời và lạnh hơn nhiều. Titan không phải là một gã khổng lồ đang ngủ trong bầu khí quyển thấp, mà ít nhất một nửa tỉnh táo trong các hoạt động hóa học."

Tên của Titan xuất phát từ thần thoại Hy Lạp. Titans là những vị thần cao tuổi cai trị vũ trụ trước khi Olympian lên nắm quyền, theo trang web Theoi Project. Mặt trăng này được nhà thiên văn học người Hà Lan Christiaan Huygens phát hiện vào năm 1655. Tàu thăm dò Huygens thiết kế bởi Cơ quan Vũ trụ châu Âu được gửi lên mặt trăng trên tàu vũ trụ Cassini của NASA được đặt tên để vinh danh ông. Huygens là vật thể đầu tiên do con người chế tạo đáp xuống bề mặt Titan. Đường kính của Titan lớn hơn 50% so với mặt trăng của Trái Đất. Titan lớn hơn Sao Thủy nhưng chỉ bằng một nửa khối lượng của hành tinh này. Khối lượng của Titan bao gồm chủ yếu là nước dưới dạng băng và đá. Titan không có từ trường. Chỉ số của Titan:

• Đường kính: 5.150 km (3.200 dặm), khoảng một nửa kích thước của Trái Đất và gần bằng kích thước của Sao Hỏa
• Nhiệt độ bề mặt: - 179 độ C (- 290 độ F), làm cho nước cứng như đá và cho phép khí metan tồn tại ở dạng lỏng
• Áp suất bề mặt: Cao hơn một chút so với áp suất của Trái Đất. Áp suất của Trái Đất ở mực nước biển là 1 bar trong khi Titan là 1,6 bar.
• Chu kỳ quỹ đạo: Gần 16 ngày Trái Đất. Titan bị khóa chặt trong vòng quay cùng chiều kim đồng bộ với Sao Thổ, giữ một mặt luôn hướng về hành tinh này khi nó quay quanh.

Nguồn: LAN ANH DINH - vatlythienvan.com