Nghiên cứu mới lý giải sự hình thành các vành đai Sao Thổ

Sao Thổ hẳn là hành tinh thu hút nhiều chú ý nhất trong Hệ Mặt trời, song nó cũng là một trong những hành tinh khó hiểu nhất. Bao quanh nó là bảy vành đai đồng tâm và 245 mặt trăng quay theo quỹ đạo. Hành tinh khí khổng lồ này có kích thước chỉ đứng sau Sao Mộc. Nó đã khiến bao nhà thiên văn học trăn trở trong hàng thế kỷ.

Một nghiên cứu mới đây có thể đã giải mã được một trong những bí mật của Sao Thổ: nguồn gốc các vành đai.

Nghiên cứu được tiến hành bởi một nhóm chuyên gia tới từ NASA và Đại học Durham (Anh). Họ cho rằng các vành đai có thể đã hình thành từ cuộc va chạm tương đối gần đây giữa hai mặt trăng băng giá. Họ sử dụng các siêu máy tính mạnh để giả lập gần 200 tình huống xảy ra vụ va chạm như vậy.

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu mà tàu Cassini của NASA thu thập được khi quay quanh Sao Thổ trong 13 năm (2004-2017). Casini đã tìm thấy vật liệu cấu thành các vành đai, gồm các mảnh băng tinh sạch, không bị bụi làm ô nhiễm. Những phát hiện từ tàu Cassini cho thấy các vành đai của Sao Thổ còn khá mới, chỉ vài triệu năm tuổi, và trong phần lớn lịch sử 4,5 tỷ năm của hệ mặt trời, Sao Thổ trông chẳng có gì nổi bật.

Kết quả giả lập cho thấy một vụ va chạm giữa hai mặt trăng có kích thước lớn bằng hai mặt trăng Dione và Rhea hiện nay của Sao Thổ (lần lượt có đường kính tương đương với 1/3 và nhỏ hơn ½ đường kính Mặt trăng của Trái đất) có thể giải thích cho sự hiện diện của những vành đai ấy.

Tuy các vành đai hầu như cấu thành chủ yếu từ các mảnh băng, các nhà khoa học cho rằng hai mặt trăng băng giá của hành tinh này có lõi đá. Các giả lập xác nhận rằng các mảnh băng và mảnh đá rải rác tứ tán sau vụ va chạm, cho phép các mảnh đá hợp nhất với các mặt trăng mới còn mảnh băng thì phân tán trong các quỹ đạo gần với bề mặt của Sao Thổ hơn.

Các vành đai có thể chỉ hình thành quanh các thiên thể trong giới hạn Roche, một ranh giới nơi trọng lực của vật thể quay quanh quỹ đạo yếu hơn so với các lực thủy triều của thiên thể mà nó quay quanh.

Các mô phỏng cho thấy nhiều vụ va chạm giả định có thể đẩy rất nhiều mảnh băng vào các cao độ thấp hơn, trong khi các mảnh đá sẽ kết lại với nhau trong các quỹ đạo cao hơn.

Giới khoa học hết sức quan tâm đến các mặt trăng phủ băng của Sao Thổ bởi lẽ một vài mặt trăng trong số đó, chẳng hạn như Enceladus, có thể chứa những điều kiện phù hợp để xuất hiện sự sống. Vẫn còn rất nhiều điều mà các nhà khoa học chưa biết về Sao Thổ và lịch sử của nó. Các kết quả từ nghiên cứu này chỉ là một bước nhỏ hướng tới giải mã mọi bí mật mà nó ẩn giấu.

Nghiên cứu được đăng trên The Astrophysical Journal.