Thực đơn
Sao_Hải_Vương
Sao Hải Vương có khối lượng 1,0243×1026 kg,[6] nằm trung gian giữa Trái Đất và các hành tinh khí khổng lồ: khối lượng của nó bằng 17 lần khối lượng Trái Đất nhưng chỉ bằng 1/19 so với của Sao Mộc.[11] Lực hấp dẫn trên bề mặt của nó chỉ nhỏ hơn của Sao Mộc.[43] Bán kính xích đạo của Sao Hải Vương bằng 24.764 km[8] hay gấp bốn lần của Trái Đất. Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương được xếp thành một phân nhóm của hành tinh khí khổng lồ được gọi là "các hành tinh băng đá khổng lồ", do chúng có kích thước nhỏ hơn và mật độ các chất dễ bay hơi cao hơn so với Sao Mộc và Sao Thổ.[44] Trong những dự án tìm kiếm hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời, thuật ngữ "hành tinh kiểu Sao Hải Vương" được sử dụng để chỉ những hành tinh có khối lượng tương tự như của Sao Hải Vương,[45] giống như các nhà thiên văn cũng thường gọi các hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời là "hành tinh kiểu Mộc Tinh".
Cấu trúc bên trong của Sao Hải Vương tương tự như của Sao Thiên Vương. Khí quyển của nó chiếm khoảng 5% đến 10% khối lượng hành tinh và chiều dày khoảng 10% đến 20% bán kính hành tinh, xuống sâu tới mức áp suất 10 GPa gấp 100.000 lần áp suất khí quyển trên Trái Đất. Ở tầng khí quyển thấp hơn, mật độ của mêtan, amoniac và nước cũng cao hơn.[17]
Lớp phủ có nhiệt độ từ 2.000 K đến 5.000 K có khối lượng khoảng 10 tới 15 lần khối lượng Trái Đất và chứa chủ yếu nước, amoniac và mêtan.[1] Hỗn hợp này thường được gọi là "băng" mặc dù chúng là chất lỏng nóng và đậm đặc. Hỗn hợp lỏng này có tính dẫn điện tốt và đôi khi được gọi là đại dương nước-amoniac.[46] Lớp phủ cũng có thể chứa một tầng nước ion nơi các phân tử nước bị phân ly thành các ion hiđrô và ôxy. Ở những tầng sâu hơn, có thể hình thành trạng thái "nước siêu ion" (superionic water). Các ion ôxy bị tinh thể hóa trong khi các ion hiđrô di chuyển tự do trong mạng tinh thể ôxy.[47] Tại độ sâu 7.000 km có thể hình thành các điều kiện làm cho mêtan biến thành tinh thể kim cương và rơi như mưa đá xuống vùng lõi hành tinh.[48] Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore đã tiến hành các thí nghiệm với áp suất cực cao cho thấy nền của lớp phủ có thể bao gồm một đại dương kim cương lỏng (liquid diamond) với các hạt "diamond-bergs" trôi nổi.
Lõi của Sao Hải Vương có thành phần bao gồm sắt, nikel và silicat, và có khối lượng theo mô hình hóa bằng 1,2 lần khối lượng Trái Đất.[49] Áp suất tại trung tâm lõi cao tới 7 Mbar (700 GPa), gấp hai lần áp suất tại tâm của Trái Đất, và nhiệt độ đạt 5.400 K.[17][18]
Ở cao độ lớn, khí quyển Sao Hải Vương chứa 80% hiđrô và 19% heli.[17] Cũng có một lượng nhỏ phân tử mêtan. Dấu vết của khí mêtan cũng được phát hiện khi các nhà khoa học quan sát thấy vạch quang phổ hấp thụ điển hình của mêtan ở bước sóng trên 600 nm, trong miền bước sóng đỏ và hồng ngoại. Mêtan trong khí quyển hấp thụ ánh sáng đỏ làm cho Sao Hải Vương hiện lên có màu xanh giống như Sao Thiên Vương.[50] Tuy nhiên, màu xanh da trời sáng của Sao Hải Vương khác hẳn so với màu xanh lơ lạnh của Sao Thiên Vương. Do mật độ mêtan trong khí quyển của hai hành tương tương tự nhau nên người ta chưa biết thành phần nào trong khí quyển là nguyên nhân làm cho hai hành tinh có màu sắc khác nhau.[15]
Khí quyển Sao Hải Vương chia ra thành hai vùng chính; tầng đối lưu phía dưới với nhiệt độ trong tầng này giảm theo cao độ, và tầng bình lưu phía trên với nhiệt độ tăng theo cao độ. Biên giới giữa hai vùng này được gọi là khoảng lặng đối lưu có áp suất là 0,1 bar (10 kPa).[12] Tầng bình lưu chuyển dần thành tầng nhiệt ở áp suất từ 10−5 đến 10−4 microbar (1 đến 10 Pa).[12] Tầng nhiệt chuyển dần sang tầng ngoài nơi tiếp giáp với không gian vũ trụ.
Những dải mây ở trên cao phủ bóng xuống tầng mây thấp hơn của Sao Hải Vương. Ảnh của Voyager 2Các mô hình khí quyển cho rằng tầng đối lưu của Sao Hải Vương có những dải mây với nhiều thành phần thay đổi phụ thuộc vào cao độ của chúng. Những đám mây cao nhất hình thành ở áp suất dưới 1 bar, nơi nhiệt độ phù hợp cho khí mêtan ngưng tụ. Những vùng có mức áp suất từ 1 đến 5 bar (100 - 500 kPa) có thể hình thành các đám mây amoniac và hiđrô sunfit. Với áp suất trên 5 bar, các đám mây có thể chứa amoniac, amoni sunfua, hiđrô sunfit và nước. Các đám mây bằng nước hình thành ở độ sâu với mức áp suất 50 bar (5 MPa), nhiệt độ đạt 0 °C. Bên dưới mức này, cũng có thể có đám mây amoniac và hiđrô sunfit.[51]
Tàu Voyager 2 đã chụp được ảnh các đám mây ở trên cao khí quyển Sao Hải Vương phủ bóng lên tầng mây mờ bên dưới. Có những dải mây ở độ cao lớn bao xung quanh hành tại một vĩ độ nhất định. Chúng có bề rộng khoảng 50–150 km và cách các tầng mây thấp mờ khoảng 50–110 km.[52]
Quang phổ của Sao Hải Vương cho thấy phía thấp của tầng bình lưu là đám sương mù chứa những phân tử ngưng tụ của quá trình quang ly mêtan, như các sản phẩm êtan và axetylen.[12][17] Trong tầng bình lưu cũng có dấu vết của phân tử cacbon mônôxít và hidro xyanit.[12][53] Nhiệt độ của tầng bình lưu trên Sao Hải Vương cao hơn nhiệt độ tầng bình lưu trên Sao Thiên Vương do có nhiều phân tử hiđrôcacbon tập trung hơn.[12]
Tầng nhiệt có nhiệt độ cao bất thường lên tới 750 K do một nguyên nhân chưa rõ.[54][55] Sao Hải Vương nằm quá xa Mặt Trời để bức xạ tử ngoại từ nó có thể làm nóng tầng này. Một giả thuyết cho cơ chế làm nóng là sự tương tác của các ion trong khí quyển với từ trường của hành tinh. Giả thuyết khác cho rằng sóng trọng lực (gravity wave, chú ý khác với sóng hấp dẫn-gravitational wave) xuất phát từ bên trong hành tinh tiêu tán nhiệt ra khí quyển của nó. Tầng nhiệt chứa lượng nhỏ cacbon điôxít và nước, có nguồn gốc từ bên ngoài như bụi vũ trụ hoặc mảnh vỡ của các thiên thạch.[51][53]
Từ quyển của Sao Hải Vương giống với Sao Thiên Vương. Từ trường của nó nghiêng một góc lớn 47° so với trục tự quay và lệch ra khỏi tâm hành tinh 13.500 km (khoảng 0,55 lần bán kính). Trước khi Voyager 2 bay qua Sao Hải Vương, người ta cho rằng trục từ quyển của Sao Thiên Vương bị nghiêng lớn là do trục tự quay của hành tinh nghiêng với góc lớn. Nhưng khi so sánh từ trường của hai hành tinh với nhau, các nhà khoa học nhận ra rằng hướng của trục từ trường được đặc trưng bởi các dòng chất lỏng bên trong các hành tinh. Từ trường có thể được sinh ra bởi sự đối lưu của các chất lỏng dẫn điện bên trong một lớp vỏ mỏng hình cầu (chất lỏng này có lẽ chứa amoniac, mêtan và nước)[51] tương tự như hoạt động của các dynamo phát điện.[56]
Thành phần của mômen lưỡng cực từ của Sao Hải Vương tại xích đạo từ bằng 14 microtesla (0,14 G).[57] Mô men lưỡng cực từ của Sao Hải Vương bằng 2,2 × 1017 T•m3 (14 μT•RN3, với RN là bán kính của Sao Hải Vương). Từ trường của hành tinh này có dạng hình học phức tạp bao gồm sự phân bố tương đối lớn của thành phần phi lưỡng cực, trong đó có mô men tứ cực mà có thể vượt giá trị mô men từ lưỡng cực về độ lớn. Ngược lại Trái Đất, Sao Mộc và Sao Thổ có thành phần mô men tứ cực tương đối nhỏ, và trục từ trường của chúng hiện tại không lệch quá lớn so với trục tự quay hành tinh. Giá trị mô men tứ cực lớn của từ trường Sao Hải Vương có thể là do sự lệch khỏi tâm hành tinh của trục từ trường và sự giới hạn về mặt hình học của lớp vỏ dynamo hành tinh.[58][59]
Vùng sốc hình cung (bow shock) của Sao Hải Vương, nơi từ quyển bắt đầu làm chậm gió Mặt Trời, xuất hiện ở khoảng cách 34,9 lần bán kính hành tinh. Vùng áp suất của gió Mặt Trời cân bằng với áp suất do từ trường(magnetopause), nằm ở khoảng cách 23–26,5 bán kính Sao Hải Vương. Đuôi của từ quyển mở rộng ít nhất tới 72 lần bán kính hành tinh, và thậm chí có thể xa hơn.[58]
Sao Hải Vương cũng có một hệ thống vành đai hành tinh, mặc dù chúng mờ hơn nhiều so với vành đai Sao Thổ. Các vành đai chứa những hạt băng phủ với silicat hoặc vật liệu gốc cacbon, và là nguyên nhân chủ yếu khiến các vành đai có màu sắc đỏ.[60] Ba vành đai chính là những vành hẹp gồm Vành Adams, cách tâm Sao Hải Vương 63.000 km, Vành Le Verrier cách 53.000 km, và một vành rộng hơn nhưng mờ hơn là Vành Galle, cách tâm hành tinh 42.000 km. Phía bên ngoài Vành Le Verrier có một vành mờ là Vành Lassell; và một vành bên ngoài nó ở khoảng cách 57.000 km là Vành Arago.[61]
Vành đai đầu tiên được phát hiện vào năm 1968 bởi một nhóm nghiên cứu do Edward Guinan đứng đầu.[19][62] Nhưng lúc đó họ chỉ quan sát thấy một vành mờ, và không nhận ra một hệ thống vành đai đầy đủ.[63] Năm 1984, xuất hiện những chứng cứ rõ ràng hơn cho thấy phải có những khoảng trống giữa các vành đai. Các nhà khoa học vẫn quan sát thấy ánh sáng của một ngôi sao ở xa trong khi đáng lẽ nó phải bị che khuất bởi các vành đai.[64] Năm 1989, vấn đề được sảng tỏ khi tàu Voyager 2 năm 1989 chụp được ảnh các vành đai mờ bao quanh Sao Hải Vương. Những vành đai này có cấu trúc kết tụ các hạt vật chất lại thành một khối,[65] mà người ta vẫn chưa hiểu là do nguyên nhân gì nhưng có thể là do tương tác hấp dẫn với những vệ tinh nhỏ gần các vành đai này.[66]
Vành Adams ngoài cùng chứa năm cung sáng nổi bật đặt tên là Courage, Liberté, Egalité 1, Egalité 2 và Fraternité (Can đảm, Tự do, Công bằng và Bác ái).[67] Sự tồn tại của những cung này rất khó giải thích bởi vì theo những định luật chuyển động của cơ học thiên thể tiên đoán chúng sẽ tản ra để trở thành một vành đai với mật độ đồng nhất trong một khoảng thời gian ngắn. Các nhà thiên văn học tin rằng những cung này duy trì được hình dạng hiện nay là do ảnh hưởng hấp dẫn của vệ tinh Galatea nằm ngay phía trong những cung vành đai này.[68][69]
Những quan sát từ mặt đất năm 2005 cho thấy hệ thống vành đai Sao Hải Vương bất ổn định hơn so với suy nghĩ trước đó. Ảnh chụp từ Đài quan sát W. M. Keck trong các năm 2002 và 2003 cho thấy sự tan rã đáng kể trong các vành đai khi so sánh ảnh chụp của chúng từ tàu Voyager 2 năm 1989. Đặc biệt, dường như cung Liberté đã biến mất trong thời gian ngắn khoảng 1 thế kỷ.[70]
Thực đơn
Sao_Hải_VươngLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Sao_Hải_Vương