Nghiên cứu dựa trên dữ liệu từ tàu thăm dò Juno của NASA đã tiết lộ rằng các tia trên Sao Mộc có thể mạnh hơn đáng kể so với những tia quan sát được trên Trái đất. Nghiên cứu đã phân tích lượng phát xạ vô tuyến thu được trong quá trình tiếp cận các cơn bão bị cô lập trên hành tinh khổng lồ, chỉ ra rằng một số lần phóng điện của sao Mộc giải phóng năng lượng tương đương ít nhất 100 lần so với tia sét thông thường trên Trái đất. Các nhà khoa học đã kiểm tra hoạt động của bốn siêu bão xảy ra từ năm 2021 đến năm 2022 ở vành đai xích đạo phía bắc của Sao Mộc, ghi lại trung bình ba lần chớp nhoáng mỗi giây trong những lần bay ngang qua.
Siêu bão tàng hình cho phép đo lường chính xác
Sự vắng mặt tạm thời của nhiều cơn bão đồng thời ở khu vực xích đạo phía bắc cho phép các nhà nghiên cứu xác định chính xác nguồn gốc của các xung được phát hiện. Tình trạng hiếm gặp này là chìa khóa để liên kết mỗi lần phóng điện với các cấu trúc đám mây cụ thể, khắc phục những hạn chế của các quan sát trước đây thường gây nhầm lẫn tín hiệu từ các nguồn khác nhau. Đầu dò Juno đã ghi lại và phân tích 613 xung vi sóng trong những lần truyền này, cho thấy sự phân bố cường độ rộng rãi.
Michael Wong, một nhà khoa học hành tinh tại Đại học California ở Berkeley và là tác giả chính của nghiên cứu, đã nhấn mạnh tầm quan trọng của cấu hình biệt lập này. Các siêu bão được phân tích cho thấy các tháp mây có chiều cao khiêm tốn so với các thành tạo khác của Sao Mộc nhưng vẫn duy trì hoạt động kéo dài trong nhiều tháng. Động lực này cho phép nhóm nghiên cứu nắm bắt được cả những sự kiện yếu hơn và dữ dội hơn, điều chỉnh các kết luận trước đó chỉ dựa trên những tia sét mạnh nhất.
Thiết bị vô tuyến khắc phục những hạn chế về quang học
- Máy đo bức xạ vi sóng của Juno hoạt động ở tần số 600 MHz, xuyên qua các đám mây dày đặc của hành tinh mà không bị nhiễu đáng kể.
- Hình ảnh từ Kính viễn vọng Không gian Hubble và các quan sát của các nhà thiên văn nghiệp dư đã giúp xác định chính xác các cơn bão cụ thể trong các chuyến bay ngang qua.
- Các xung có công suất khác nhau từ mức tương tự như sét trên mặt đất đến cao hơn hơn 100 lần, tùy thuộc vào mô hình quang phổ được áp dụng.
Phương pháp phát xạ vô tuyến giúp có thể đo công suất trực tiếp tại nguồn, giảm độ không đảm bảo liên quan đến sự suy giảm do đám mây hoặc khoảng cách. Những đám mây dày thường che khuất những tia sáng nhìn thấy được trong những quan sát trước đây, khiến việc ước tính chính xác năng lượng được giải phóng trở nên khó khăn. Máy đo phóng xạ ghi lại các xung dưới dạng bất thường ở nhiệt độ sáng, cung cấp dữ liệu đáng tin cậy hơn về cường độ phóng điện thực tế.
Thành phần khí quyển giải thích cường độ lớn hơn
Bầu khí quyển của Sao Mộc bao gồm chủ yếu là hydro, không giống như hỗn hợp nitơ và oxy phổ biến trên Trái đất. Thành phần này về cơ bản làm thay đổi quá trình đối lưu ẩm gây ra sự hình thành bão và phóng điện. Trên hành tinh khổng lồ, không khí ẩm trở nên nặng hơn, đòi hỏi phải tích lũy năng lượng nhiều hơn để bốc lên và tạo ra sự mất ổn định trong khí quyển.
Kết quả là, các cơn bão Sao Mộc đạt độ cao hơn 100 km, so với khoảng 10 km ở các cơn bão trên mặt đất. Khoảng cách thẳng đứng lớn hơn nhiều này góp phần giải phóng năng lượng mạnh hơn khi hơi nước ngưng tụ thành giọt băng và tinh thể. Cơ chế sạc điện có vẻ giống nhau trên cả hai hành tinh, nhưng điều kiện vật lý khuếch đại đáng kể công suất cuối cùng của quá trình phóng điện. Sự đối lưu trên Sao Mộc truyền nhiệt từ các lớp sâu lên đỉnh khí quyển theo một cách riêng biệt, tạo ra gió mạnh và sét dữ dội đặc trưng cho các cơn bão lớn trên hành tinh.
Sự biến đổi của sự kiện cho thấy toàn bộ quang phổ
Các phép đo chỉ ra rằng cường độ của các xung rất khác nhau trong mỗi cơn bão được phân tích. Một số sự kiện gần đạt tới các giá trị điển hình trên mặt đất, trong khi những sự kiện khác lại vượt quá chúng theo cấp độ cường độ. Sự biến đổi này cho thấy Sao Mộc có đầy đủ các hoạt động điện, không chỉ những sự kiện cực đoan nhất như người ta tin trước đây.
Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng sự không chắc chắn trong so sánh quang phổ vẫn hạn chế những kết luận chắc chắn về giới hạn công suất trên. Các phân tích mới với dữ liệu ở dải tần gần hơn giữa Trái đất và Sao Mộc có thể tinh chỉnh các tính toán này. Tàu thăm dò Juno, đi vào quỹ đạo từ năm 2016, đã cung cấp bộ dữ liệu chi tiết nhất cho đến nay về những hiện tượng này, thể hiện một bước tiến đáng kể so với các quan sát trước đây chỉ giới hạn ở phổ khả kiến hoặc hồng ngoại.