Thực đơn
Europa_(vệ_tinh)
Europa có cấu trúc rất giống với 4 hành tinh phía trong của hệ Mặt Trời (bao gồm Trái Đất), tức là có cấu tạo chủ yếu từ đá silicate. Phần vỏ ngoài được cấu tạo từ băng đá ở phía trên và lớp chất lỏng ở phía dưới, dày cỡ khoảng 100 km. Những dữ liệu tàu vũ trụ Galileo thu được về từ trường của Europa cho thấy vệ tinh này có một từ trường cảm ứng với cảm ứng từ của Sao Mộc. Điều đó cho thấy bên dưới lớp bề mặt của Europa phải có một lớp chất dẫn điện có thể là lớp nước muối dày. Lớp vỏ băng trên cùng ước tính đã bị trượt đi một góc 80°, do đó, không thể nào được gắn chặt với lớp vật chất phía trong. Sự trượt đi ấy chỉ có thể giải thích là quá trình trượt trên lớp chất lỏng.[19] Lõi của Europa có thể có cấu tạo từ sắt.[20]
Với địa hình rất bằng phẳng, Europa là một trong những thiên thể có vỏ ngoài mịn nhất trong hệ Mặt Trời.[21] Những đường rãnh ngang dọc trên bề mặt Europa chủ yếu là những dải màu có độ phản xạ khác với các vùng xung quanh chứ không phải do những lồi lõm trên bề mặt Europa tạo thành. Có rất ít những miệng hố thiên thạch do những hoạt động địa chất của Europa vẫn rất mạnh mẽ.[22][23] Bề mặt băng của Europa khiến cho nó phản xạ rất mạnh, lên tới 0.64, một trong những vệ tinh phản xạ mạnh nhất trong hệ Mặt Trời[23][24] (so với các vệ tinh khác của Sao Mộc, Callisto là 0.22, Ganymede là 0.43 và Io là 0.63). Bề mặt Europa rất trẻ và hoạt động. Dựa trên mật độ những vụ bắn phá thiên thạch trong hệ Mặt Trời, có thể thấy tuổi của bề mặt Europa từ 20 đến 180 triệu năm.[25] Cynthia Phillips, một chuyên gia nghiên cứu Europa, nói rằng không có sự đồng tình trong giới khoa học giữa những cách giải thích trái ngược nhau về bề mặt Europa.[26]
Đặc điểm bề mặt hấp dẫn và lý thú nhất của Europa là sự xuất hiện của rất nhiều những vệt tối màu đan chéo vào nhau trên toàn bộ vệ tinh, theo tiếng Latinh gọi là lineae (tiếng Anh là lines: đường). Những phân tích kĩ lưỡng cho thấy lớp vỏ của Europa, cả hai bên của rãnh đứt gãy, đang di chuyển tương đối với nhau. Những rãnh lớn có thể rộng tới 20 km, rìa của rãnh tối màu, khuếch tán ánh sáng mạnh, có những nét kẻ đều đặn. Trung tâm của rãnh là vệt sáng màu hơn.[27]
Miệng hố Pwyll đường kính 26kmMột giả thuyết được đưa ra cho rằng những rãnh này là kết quả của những vụ phun trào của các hố phun nước hay những điểm phun trào nước ngầm khi lớp vỏ băng có những kẽ hở cho nước ở lớp chất lỏng phía dưới phun lên.[28] Ta cũng có thể quan sát thấy hiện tượng này ở những rặng núi dưới đáy biển của Trái Đất. Những vết nứt này chủ yếu do lực hút mạnh của Sao Mộc làm biến dạng lớp vỏ của Europa. Do Europa luôn quay một mặt về phía Sao Mộc, tức là luôn được định hướng theo một hướng nhất định với Sao Mộc, những vết đứt gãy này cũng phải được sắp xếp một cách đặc biệt và có trật tự xác định. Tuy nhiên, chỉ những vết đứt gãy ở những khu vực trẻ nhất của bề mặt Europa được định hướng theo đúng dự đoán của các nhà khoa học. Những vùng bề mặt càng cổ xưa thì các rãnh càng được định hướng khác với hiện tại. Nguyên nhân có thể là do lớp bề mặt của Europa quay nhanh hơn lõi của nó. Lớp nước dưới bề mặt Europa đã tách phần lõi và phần vỏ của vệ tinh này, khiến chúng chuyển động không đồng bộ nhau. Bên cạnh đó là lực hút từ Sao Mộc đã làm xô dịch lớp vỏ ngoài của Europa.[29] So sánh các bức ảnh do 2 tàu thám hiểm Voyager và Galileo cung cấp, các nhà khoa học đã đưa ra ước lượng cận trên cho tốc độ dịch chuyển giả định này. Với tốc độ đó, mất 12.000 năm để lớp vỏ ngoài quay hết một vòng so với lõi bên trong của vệ tinh.[30]
Các cấu trúc khác có thể kể đến trên bề mặt Europa là những vết lenticulae có hình tròn hay hình elip (lenticulae theo tiếng Latinh nghĩa là vết tàn nhang). Có một số trong chúng giống như những ngọn đồi hình vòm, một số là các hố lõm và một số là những điểm mịn tối màu. Một số cái khác có cấu trúc gồ ghề lộn xộn. Các vết hình vòm có thể được hình thành khi lớp vỏ của vệ tinh bị các lực tác động đẩy trồi lên.[31]
Một giả thuyết cho rằng những vết lồi lõm này là kết quả của việc những tầng băng ấm ở phía dưới trồi lên qua những kẻ nứt của tầng băng ngoài cùng lạnh hơn, giống như nham thạch nóng chảy từ lớp phía dưới vỏ Trái Đất phun ra từ các miệng núi lửa.[31] Những vệt mịn sẫm màu có thể được hình thành khi tầng băng ấm nói trên bị tan chảy ra trong quá trình trồi lên mặt đất. Còn những cấu trúc gồ ghề (được gọi là đám hỗn loạn, ví dụ như đám hỗn loạn Conamara) được hình thành từ nhiều mảnh vỡ trên bề mặt của lớp vật chất tối màu có nhiều gò đống. Cấu trúc này giống như những tảng băng trôi trên các biển băng của Trái Đất.[32]
Các nhà khoa học tin rằng bên dưới lớp vỏ ngoài lạnh lẽo của Europa là một lớp nước dày, được giữ ở thể lỏng chủ yếu do nhiệt năng sinh ra từ ma sát giữa các lớp vật chất bên trong của nó.[33][34][35] Nhiệt năng sinh ra do phân rã phóng xạ có cùng công suất (trên mỗi kilogam vật chất) với quá trình tương tự ở Trái Đất. Mặc dù vậy, do thể tích tỉ lệ với lập phương kích thước, trong khi diện tích bề mặt tỉ lệ với bình phương kích thước, với kích thước nhỏ của Europa, tỉ lệ năng lượng phân rã phóng xạ trên mỗi m2 diện tích bề mặt nhỏ hơn nhiều so với Trái Đất. Vì vậy năng lượng này không đủ để cung cấp nhiệt năng cho vệ tinh. Nhiệt độ bề mặt Europa là 110 K (−160 °C; −260 °F) tại xích đạo và 50 K (−220 °C; −370 °F) tại 2 cực, khiến cho băng trên Europa cứng như đá granite.[8] Những dấu hiệu đầu tiên về khả năng tồn tại lớp chất lỏng này là sự tồn tại nhiệt năng do sự biến dạng của Europa (Europa bị biến dạng khi quay trong quỹ đạo tương đối dẹp của mình do tác động lực hút của Sao Mộc cũng như các vệ tinh lớn khác). Các nhà khoa học qua phân tích những bức ảnh của các tàu Voyager và Galileo[33] đã tranh cãi về sự tồn tại của các vùng hỗn loạn, xuất hiện rất phổ biến trên bề mặt Europa. Một số người cho rằng đó là nơi tầng chất lỏng ấm ở phía dưới trồi lên và làm tan chảy tầng băng đá. Cách giải thích này bị đặt một dấu hỏi lớn. Đa số các nhà địa chất học thiên về mô hình tầng băng đá dày. Họ cho rằng lớp chất lỏng ở dưới sâu thật khó để có quan hệ với những cấu trúc địa hình trên bề mặt Europa.[36] Các nhà khoa học cũng đưa ra các ước lượng rất khác nhau về độ dày lớp băng trên bề mặt Europa, từ vài trăm mét cho đến vài chục kilomet.[37]
2 mô hình lớp vỏ của EuropaCó 2 mô hình về lớp ngoài của Europa:
Tàu thám hiểm Galileo cho thấy Europa có mômen từ trường yếu, là từ trường hưởng ứng của từ trường Sao Mộc. Cường độ từ trường ở xích đạo chỉ cỡ 120 nT, bằng 1/6 từ trường của Ganymede và gấp 6 lần từ trường của Callisto.[38] Mômen cảm ứng từ chỉ có thể là do Europa có một lớp chất dẫn điện phía bên trong. Và phù hợp nhất là một lớp chất lỏng chứa các muối dưới bề mặt của Europa.[20] Ảnh chụp quang phổ vệ tinh cho thấy các vạch đỏ và đậm màu có thể có các muối như magiê sulfat, kết tụ khi chất lỏng ở lớp dưới khi tràn lên bề mặt bị bốc hơi.[39] Axit sulfuric ngậm nước cũng có thể là nguyên nhân gây ra những vạch bẩn trong quang phổ của Europa.[40] Cho dù là magiê sulfat hay axit sulfuric thì do các chất hóa học này đều không màu, phải có một số chất khác tạo màu cho bề mặt của Europa. Đó có thể là các hợp chất của sulfur.[41]
Sử dụng máy đo quang phổ độ phân giải cao Goddard trên kính viễn vọng Hubble, từ năm 1995, người ta đã thấy Europa có một lớp khí quyển mỏng và loãng chủ yếu cấu thành từ O2.[9][42] Áp suất khí quyển tại bề mặt của Europa là cỡ 1 μPa, bằng 10−11 áp suất khí quyển của Trái Đất. Với cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất như sát mực nước biển trên Trái Đất, lượng oxy trên Europa chỉ đủ để chứa đầy trong một thể tích bằng khoảng 12 lần sân vận động mái vòm ở Houston.[9] Năm 1997, tàu thám hiểm Galileo khi bay qua Europa đã khẳng định sự tồn tại tầng điện ly của vệ tinh này. Đó là một tầng các hạt điện tích đến từ sóng điện từ Mặt Trời và các hạt mang điện từ từ trường Sao Mộc.[43][44]
Không giống như khí oxy trên bề mặt Trái Đất, khí oxy trên Europa không đến từ quá trình trao đổi chất của sinh vật. Các dự đoán của R. E. Johnson và đồng nghiệp[45] cho rằng lớp khí quyển trên bề mặt Europa được hình thành thông qua quá trình phân giải phóng xạ (quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ do tác dụng của phóng xạ). Tia cực tím từ Mặt Trời và dòng các hạt mang điện (ion và electron) từ trường điện từ của Sao Mộc va đập với bề mặt băng đá của Europa đã phân giải nước trong phần bề mặt của vệ tinh này thành hydro và oxy. Những thành phần này được tích tụ lại và phát tán vào khí quyển của vệ tinh. Cũng các dòng năng lượng cao này va đập và đẩy bật các phân tử oxy trên bề mặt Europa vào vũ trụ. 2 quá trình này cân bằng nhau tạo nên khí quyển của vệ tinh.[46] Các phân tử oxy là thành phần nhiều nhất trong khí quyển do nó tồn tại lâu hơn các khí khác. Các phân tử oxy không bị đông lại như phân tử nước hay phân tử Hydrogen peroxit và tích tụ ngay phía trên bề mặt lớp băng đá. Các phân tử hydro quá nhẹ để bị giữ lại bởi Europa, chúng không bao giờ bay chạm tới bề mặt của vệ tinh này.[47][48]
Những quan sát trên bề mặt vệ tinh cho thấy một số phân tử oxy sinh ra do phân giải phóng xạ không thoát ra khỏi bề mặt của Europa. Nếu như lớp chất lỏng phía dưới của vệ tinh này có những đường thông lên đến bề mặt thì oxy có thể được dẫn xuống đại dương của vệ tinh, giúp hình thành những quá trình sinh học làm nền tảng cho sự sống.[49]
Các phân tử hydro và một phần oxy phân tử và nguyên tử sau khi thoát ra khỏi bề mặt Europa đã hình thành một vành đai khí lân cận quỹ đạo Europa quay quanh Sao Mộc. Vành đai khí này được gọi là đám mây trung tính. Cả tàu vũ trụ Cassini và Galileo đều phát hiện được đám mây này. Đám mây gần quỹ đạo của Europa dày hơn (nhiều hơn về số lượng nguyên tử và phân tử) so với đám mây gần quỹ đạo Io. Các mô hình vật lý dự đoán rằng tất cả các nguyên tử và phân tử trong vành đai này đều sẽ bị ion hóa và hòa vào dòng plasma điện từ trường của Sao Mộc.[50]
Thực đơn
Europa_(vệ_tinh)Liên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Europa_(vệ_tinh)