NASA phát hiện hành tinh có sự khác biệt giữa sáng - tối chưa từng thấy

Hành tinh này có những đám mây khoáng chất hình thành vào buổi sáng và biến mất hoàn toàn khi màn đêm buông xuống. Phát hiện được thực hiện nhờ Kính thiên văn Không gian James Webb (JWST) của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA), mở ra góc nhìn mới về khí quyển và cơ chế thời tiết trên các ngoại hành tinh.

Theo nghiên cứu công bố trên tạp chí Science, hành tinh mang tên WASP-94A b nằm cách Trái Đất khoảng 690 năm ánh sáng trong chòm sao Microscopium. Đây là một "Sao Mộc nóng" - nhóm hành tinh khí khổng lồ có quỹ đạo cực gần ngôi sao chủ, khiến nhiệt độ bề mặt luôn ở mức rất cao.

Các nhà khoa học cho biết trên WASP-94A b tồn tại chu kỳ thời tiết cực đoan. Vào buổi sáng, bầu khí quyển của hành tinh xuất hiện dày đặc các đám mây chứa khoáng chất magie silicat - thành phần phổ biến trong đá trên Trái Đất. Tuy nhiên, đến buổi tối, những đám mây này gần như biến mất hoàn toàn, để lộ bầu trời quang đãng.

Đây là một trong những lần đầu tiên giới thiên văn trực tiếp quan sát được quá trình hình thành và tan biến của mây trên một ngoại hành tinh thuộc nhóm Sao Mộc nóng.

Giáo sư David Sing thuộc Đại học Johns Hopkins, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết trong nhiều năm qua, các đám mây dày đặc luôn là trở ngại lớn đối với việc nghiên cứu ngoại hành tinh. Theo ông, việc quan sát hành tinh thông qua lớp mây dày giống như "nhìn qua một ô cửa sổ phủ sương mù".

Ông nhấn mạnh rằng nhờ JWST, các nhà khoa học không chỉ có thể "xuyên qua" lớp mây này mà còn xác định được thành phần của chúng cũng như cách chúng hình thành và bốc hơi khi di chuyển quanh hành tinh.

Để nghiên cứu WASP-94A b, nhóm khoa học đã sử dụng phương pháp quan sát khi hành tinh đi ngang qua ngôi sao chủ. Trong quá trình đó, JWST phân tích ánh sáng từ ngôi sao xuyên qua khí quyển của hành tinh, đồng thời tách biệt phần "rìa phía trước" và "rìa phía sau" của hành tinh trong quá trình chuyển động.

Theo các nhà nghiên cứu, phần rìa phía trước đại diện cho "buổi sáng" của hành tinh, nơi các luồng gió đưa không khí từ mặt đêm lạnh hơn sang mặt ngày có nhiệt độ cực cao. Trong khi đó, phần rìa phía sau tương ứng với "buổi tối", khi không khí di chuyển trở lại khu vực tối.

Kết quả quan sát cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa hai khu vực. Phía buổi sáng chứa lượng mây khoáng chất dày đặc, còn phía buổi tối gần như không có mây.

Các nhà khoa học đưa ra hai giả thuyết nhằm lý giải hiện tượng này. Một giả thuyết cho rằng các luồng gió mạnh cuốn mây xuống sâu trong khí quyển khi chúng di chuyển sang mặt ngày nóng bỏng, khiến mây không còn quan sát được. Giả thuyết khác cho rằng nhiệt độ vượt quá 1.000 độ C ở mặt ngày đã khiến các đám mây bốc hơi nhanh chóng, tương tự hiện tượng sương mù tan vào buổi sáng trên Trái Đất nhưng diễn ra trong điều kiện khắc nghiệt hơn nhiều.

Tiến sĩ Sagnick Mukherjee, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết phát hiện này gây bất ngờ lớn đối với giới thiên văn. Trước đây, các nhà khoa học dự đoán nhiệt độ buổi sáng và buổi tối trên hành tinh sẽ có chênh lệch nhất định, song không ngờ sự khác biệt về mây và điều kiện thời tiết lại rõ rệt đến như vậy.

Theo ông Mukherjee, các kính thiên văn thế hệ trước như Hubble chỉ cho phép quan sát "trung bình" toàn bộ hành tinh, khiến dữ liệu về khí quyển và mây bị trộn lẫn. Trong khi đó, JWST có khả năng phân tích từng khu vực riêng biệt, giúp giới khoa học lần đầu tiên theo dõi trực tiếp chu kỳ hình thành và tan biến của mây trên ngoại hành tinh.

Phát hiện mới cũng góp phần giải đáp một bí ẩn kéo dài nhiều năm liên quan đến thành phần hóa học của WASP-94A b. Các quan sát trước đây từng cho rằng hành tinh này chứa lượng oxy và carbon cao gấp hàng trăm lần Sao Mộc, điều không phù hợp với các mô hình hình thành hành tinh hiện nay.

Tuy nhiên, dữ liệu mới từ JWST cho thấy hàm lượng oxy và carbon trên WASP-94A b thực tế chỉ cao hơn khoảng 5 lần so với Sao Mộc, cho thấy hành tinh này có nhiều đặc điểm tương đồng với các hành tinh khí khổng lồ trong Hệ Mặt Trời hơn so với nhận định trước đây.

Các nhà khoa học cho rằng nhóm hành tinh Sao Mộc nóng là "phòng thí nghiệm tự nhiên" lý tưởng để nghiên cứu hóa học khí quyển và cơ chế hình thành mây trong điều kiện cực đoan. Do nằm rất gần ngôi sao chủ, các hành tinh này chịu tác động mạnh từ nhiệt độ và bức xạ, qua đó giúp giới nghiên cứu hiểu rõ hơn về quá trình tiến hóa khí quyển của các thiên thể ngoài Hệ Mặt Trời.

Sau khi nghiên cứu WASP-94A b, nhóm khoa học tiếp tục khảo sát thêm 8 ngoại hành tinh khác và phát hiện hiện tượng chu kỳ mây tương tự trên hai hành tinh WASP-39 b và WASP-17 b.

Trong thời gian tới, các nhà thiên văn dự kiến mở rộng chương trình quan sát bằng JWST nhằm nghiên cứu chu kỳ thời tiết trên nhiều ngoại hành tinh khác nhau, trong đó có một hành tinh khí khổng lồ sở hữu quỹ đạo đặc biệt đi qua vùng có khả năng tồn tại sự sống quanh ngôi sao chủ.