Đại dương học của Trái Đất giúp làm sáng tỏ về những vòng xoáy lớn trên sao Mộc

Lia Siegelman vừa mới nghiên cứu về những dòng nước xoáy quanh Đại Dương Nam, bao quanh Châu Nam Cực, khi cô tình cờ nhìn thấy một hình ảnh quảng cáo về những cơn xoáy xung quanh cực Bắc của sao Mộc, được chụp bởi tàu vũ trụ Juno của NASA. “Tôi nhìn vào đó và tôi chỉ bị sốc: ‘Ồ, điều này trông giống như sự hỗn loạn trong đại dương,’” cô nói.

Vì vậy, Siegelman, một nghiên cứu viên tại Viện Đại học California, San Diego thuộc Viện Đại học Scripps về Đại dương học, quay mắt của mình đến những hình ảnh chi tiết nhất về hành tinh ngoại vi. Cô và đội ngũ của mình chứng minh lần đầu tiên rằng một loại chuyển động nhiệt đang diễn ra trên Trái Đất giải thích những lực lượng vật lý và nguồn năng lượng tạo ra những cơn xoáy trên sao Mộc. (Vì không khí và nước đều là “chất lỏng,” từ góc độ vật lý, nguyên tắc giống nhau áp dụng cho khí quyển của hành tinh khí và đại dương của chúng ta.) Họ đã công bố kết quả nghiên cứu của mình trong tạp chí Nature Physics hôm nay.

Sao Mộc, con voi có khối lượng 4 octillion pounds trong hệ mặt trời của chúng ta, tạo ra những cơn xoáy khổng lồ, cơn bão lớn xoay quanh các khu vực áp suất thấp. Một số có độ rộng hàng nghìn dặm—cỡ bằng Hoa Kỳ lục địa—với cơn gió lên đến 250 dặm mỗi giờ. Tám trong số những cơn lớn nhất đã được nhận biết ở cực Bắc của hành tinh và năm ở cực Nam. Các nhà khoa học đã đoán từ nhiều năm về nguồn gốc của chúng, nhưng bằng cách ánh xạ những cơn bão này và đo tốc độ gió và nhiệt độ của chúng, Siegelman và đồng nghiệp của cô đã chỉ ra cách chúng thực sự hình thành. Những xoáy quay nhỏ nảy lên ở đâu đó giữa những đám mây hỗn loạn—không khác gì những xoáy đại dương mà Siegelman quen thuộc—và sau đó chúng bắt đầu hợp nhất với nhau. Những cơn xoáy lớn bắt đầu phát triển bằng cách liên tục hấp thụ những đám mây nhỏ hơn và đạt được năng lượng từ chúng, để chúng tiếp tục quay, cô nói.

Là một cách thông minh để nghiên cứu thời tiết cực kỳ khắc nghiệt trên một hành tinh cách xa hơn 500 triệu dặm. “Các tác giả rõ ràng đang sử dụng từ các lĩnh vực khí tượng và đại dương học. Những người này đang áp dụng một cách tinh tế các kiến thức phong phú này cho một hành tinh mà chúng ta gần như không thể tiếp xúc,” nói Morgan O’Neill, một nhà khoa học khí tượng tại Đại học Stanford nghiên cứu về vật lý của các cơn bão và lốc xoáy trên Trái Đất và đã áp dụng công việc của mình vào Sao Thổ.

Đặc biệt, O’Neill nói rằng đội ngũ nhà khoa học đã chỉ ra cách, giống như cơn gió lốc trên Trái Đất, những cơn xoáy của sao Mộc hình thành thông qua một quá trình mang tên kinh quái: “đối lưu ẩm.” Khí nóng, ít mật độ ở đáy khí quyển của hành tinh, dần dần nâng lên, trong khi khí lạnh và mật độ cao, gần chân không lạnh, trôi xuống. Điều này tạo ra sự hỗn loạn, có thể nhìn thấy trong những đám mây xoáy ẩm của sao Mộc.

Trong khi O’Neill đã nhìn thấy hiện tượng này trong mô phỏng của khí quyển hành tinh, Siegelman và đồng nghiệp của cô chỉ ra bằng chứng thông qua quan sát. Họ kiểm tra hình ảnh của cực Bắc và cực Nam của sao Mộc được chụp khi tàu Juno lao vút qua và chụp ảnh flyby vào năm 2017. Mỗi bức tranh phát hiện một mảng phức tạp của đám mây amoni. Khi các nhà nghiên cứu so sánh hình ảnh được chụp liên tục, sự khác biệt giữa chúng đã cho thấy sự thay đổi trong đám mây và các xoáy xoay của chúng, cho phép các nhà khoa học theo dõi sự di chuyển của gió và tốc độ xoáy và tăng trưởng của chúng.

Siegelman và nhóm của cô tận dụng hình ảnh từ Jovian InfraRed Auroral Mapper, hoặc JIRAM, một thiết bị trên Juno được tài trợ bởi Cơ quan Vũ trụ Ý. Máy ảnh giải mã đám mây của sao Mộc thành các pixel có kích thước khoảng 10 dặm mỗi bên, và nhờ vào khả năng hồng ngoại, nó cũng thăm dò bức xạ nhiệt. “Đám mây cao trông lạnh lẽo, và những lỗ trong đám mây và đám mây sâu hơn trông ấm áp. Vì vậy, bạn có thể sử dụng nhiệt độ làm đơn vị đo lường đào thải, liệu có sự chuyển động lên hoặc chuyển động xuống. Đó là một điều gốc của bài báo này,” nói Andrew Ingersoll, một nhà khoa học hành tinh tại Caltech, đồng tác giả của nghiên cứu mới và là thành viên của đội Juno.

Trái Đất và khí quyển của sao Mộc có một số nét tương đồng, nhưng cũng nhiều khác biệt xuất hiện. Đối với điều gì, hành tinh khí khổng lồ này là tất cả là khí quyển, trong khi thế giới của chúng ta chỉ có một lớp mỏng, với đất đai và biển cả tạo ra một rào cản cứng giữa mặt đất và bầu trời. Điều này cho phép sao Mộc tạo ra một số mô hình thời tiết chưa từng thấy ở nhà, như cấu hình ngũ giác của các cơn xoáy ở cực Nam của nó, mà Siegelman vẫn đang cố gắng hiểu. Cô nói rằng chắc chắn còn nhiều nghiên cứu phải thực hiện và cô mong đợi thêm hình ảnh được truyền từ Juno. Tàu thăm dò có kích thước của một chiếc SUV, với ba dãy tấm pin mặt trời mở rộng ra bên ngoài, được phóng vào năm 2011 và đã quay quanh sao Mộc từ năm 2016. Có lẽ nó chỉ còn một năm nữa trên nhiệm vụ của mình, nhưng dự kiến nó sẽ thu thập thêm dữ liệu khi đi qua vài lần nữa.

Ngoài khoa học về những cơn xoáy khổng lồ của sao Mộc, Siegelman tin rằng còn một bài học khác để học: Khám phá về khí hậu và thời tiết của Trái Đất và những thế giới khác dường như là hai mặt của cùng một đồng xu. “Tôi nghĩ đó là điều tuyệt vời khi với kiến thức về động lực trên Trái Đất, chúng ta có thể áp dụng nó vào một hành tinh ở xa như vậy,” Siegelman nói. “Và điều này có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về hành tinh của chúng ta.”

Những điều tuyệt vời khác từ MYTOUR

• 📩 Thông tin mới nhất về công nghệ, khoa học và nhiều hơn nữa: Nhận bản tin của chúng tôi!
• Liệu một thế giới thực số có thể kết nối trực tiếp vào não của bạn?
• Cơn bão trong tương lai có thể đến sớm hơn và kéo dài lâu hơn
• Thế giới ảo là gì, một cách chính xác?
• Ban nhạc Marvel có một câu chuyện gốc huyền bí
• Cẩn thận với “công việc linh hoạt” và ngày làm việc không bao giờ kết thúc
• 👁️ Khám phá trí tuệ nhân tạo như chưa bao giờ có với cơ sở dữ liệu mới của chúng tôi
• 🎧 Các âm thanh không đúng? Kiểm tra tai nghe không dây, loa thanh và loa Bluetooth yêu thích của chúng tôi