Khoa học vũ trụ

Sao Hoả được hình thành như thế nào? Sự hình thành của Sao Hoả

Sao Hoả được hình thành, cùng với phần còn lại của Hệ Mặt Trời, vào khoảng 4.6 tỷ năm về trước. Tuy nhiên việc các hành tinh chính xác được hình thành như thế nào vẫn còn là một chủ đề còn nhiều tranh cãi. Hiện tại, hai giả thuyết đang được đưa ra để tìm ra nhà vô địch.

Giả thuyết đầu tiên và được chấp nhận rộng rãi, Bồi đắp Lõi (core accretion), phù hợp với sự hình thành của những hành tinh đất liền như Sao Hoả nhưng lại gặp vấn đề với những hành tinh khổng lồ. Giả thuyết thứ hai, kỹ thuật Bánh xe Thiên hà (disk instability), có thể giải thích cho sự hình thành của những hành tinh khổng lồ này. Các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục nghiên cứu về những hành tinh trong và ngoài Hệ Mặt Trời như một sự cố gắng để có thể hiểu được kĩ thuật nào chính xác hơn.

Mô hình Bồi đắp Lõi (core accretion)

Giả thuyết đang dẫn đầu, được biết đến với tên gọi Bồi đắp Lõi (core accretion), cho rằng Hệ Mặt Trời bắt đầu bởi một đám mây lớn, sần sùi tạo ra từ khí lạnh và bụi, gọi là Tinh vân Mặt Trời. Tinh vân này sụp đổ bởi chính trọng lực của nó và dẹp lại thành một cái đĩa quay. Vật chất được rút ra từ chính giữa của cái đĩa, tạo thành Mặt Trời.

Các hạt vật chất khác dính lại với nhau tạo thành các khối gọi là các vi hành tinh. Một vài trong số chúng tạo thành các tiểu hành tinh, sao chổi, mặt trăng và các hành tinh. Gió Mặt Trời – được tích điện từ những hạt chảy ra từ Mặt Trời – quét đi những phần tử nhẹ hơn, như là hydrogen và helium, để lại phía sau phần lớn là những thế giới nhỏ và nhiều đá. Ở những vùng phía ngoài khác, tuy nhiên, khí khổng lồ được tạo thành phần lớn từ hydrogen và helium được tạo thành vì gió Mặt Trời đã yếu hơn.

Những quan sát từ các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời có vẻ như xác nhận rằng Bồi đắp Lõi là quá trình hình thành có ưu thế hơn. Những ngôi sao với nhiều “kim loại” – một cụm từ mà các nhà thiên văn học sử dụng cho các phần từ khác hydrogen và helium – ở lõi của chúng có nhiều hình tinh khổng lồ hơn những người họ hàng ít kim loại của chúng. Theo NASA, Bồi đắp Lõi gợi ý rằng những thế giới nhỏ, nhiều đá nên phổ biến hơn khí khổng lồ nặng nề.

Việc tìm ra một hành tinh khổng lồ vào năm 2005 với một cái lõi lớn quay quanh ngôi sao giống Mặt Trời HD 149026 là một ví dụ về một vi hành tinh đã giúp Bồi đắp Lõi có lợi thế hơn.

Đây là một sự xác nhận giả thuyết Bồi đắp Lõi cho việc hình thành hành tinh và là bằng chứng của việc các hành tinh kiểu này nên tồn tại một cách phong phú,” Grey Henry nói trong một buổi họp báo. Henry, một nhà thiên văn học tại Đại học Bang Tennessee, Nashville, đã phát hiện ra sự mờ đi của ngôi sao.

Bồi đắp Lõi lần đầu tiên được nhắc đến vào cuối thế kỉ 18 bởi Immanuel Kant và Pierre Laplace. Giả thuyết nebula giúp việc giải thích cách các hành tinh trong Hệ Mặt Trời của chúng ta được hình thành như thế nào. Nhưng với việc phát hiện ra các hành tinh “Siêu Trái Đất” xoay quanh những ngôi sao khác, một giả thuyết mới, được biết đến với tên gọi Bánh xe Thiên hà được đề xuất.

Mô hình đĩa bất ổn

Mặc dù mô hình Bồi đắp Lõi phù hợp với các hành tinh đất liền, khí khổng lồ cũng cần phát triển nhanh chóng để để nắm giữ một khối lượng đáng kể của những khí nhẹ hơn mà chúng chứa đựng. Nhưng những mô phỏng vẫn chưa thể giải thích được sự hình thành nhanh chóng này.

Theo các mô hình, quá trình này có thể tốn vài triệu năm, lâu hơn khoảng thời gian mà những khí nhẹ hơn tồn tại ở giai đoạn đầu của Hệ Mặt Trời. Cùng lúc đó, mô hình Bồi đắp Lõi đối mặt với một vấn đề di cư, khi mà các hành tinh bé có vẻ như xoắn quanh Mặt Trời trong một khoảng thời gian ngắn.

Theo một giả thuyết tương đối mới, đĩa bất ổn, những khóm bụi và khí nhảy cùng nhau vào khoảng thời gian đầu của sự sống của Hệ Mặt Trời. Theo thời gian, những khóm bụi này từ từ đặc lại thành một hành tinh khổng lồ.

Những hành tinh này có thể hình thành nhanh hơn những đối thủ Bồi đắp Lõi của chúng, có lúc ít như khoảng một vài ngàn năm, cho phép chúng bẫy những khí nhẹ tan biến nhanh chóng. Chúng cũng nhanh chóng chạm đến một khối lượng quỹ đạo ổn định có thể giữ chúng khỏi việc đi đến cái chết vào Mặt Trời.

Theo nhà thiên văn học vi hành tinh Paul Wilson, nếu đĩa bất ổn thống trị việc hình thành của các hành tinh, nó nên tạo ra một số lượng lớn những thế giới trên diện rộng. Bốn hành tinh khổng lồ xoay quanh ở một khoảng cách đáng kể xung quanh ngôi sao HD 9799 cung cấp bằng chứng có thể quan sát được cho đĩa ổn định. Fomalhaut b, một vi hành tinh với một quỹ đạo 2000 năm quanh ngôi sao của nó, có thể cũng là một ví dụ của việc thế giới được tạo thành từ đĩa bất ổn, dù hành tinh cũng có thể đã bị đẩy ra do sự tương tác với những hàng xóm của nó.

Sự bồi đắp đá cuội

Thử thách lớn nhất của Bồi đắp Lõi là thời gian – xây dựng những đám khí khổng lồ đủ nhanh để giữ lấy những thành phần nhẹ hơn ở bầu khí quyển của chúng. Những nghiên cứu gần đây về việc làm thế nào mà các vật thể nhỏ hơn, kích cỡ đá cuội hợp nhất với nhau để xây dựng một hành tinh nhanh hơn đến 1000 lần so với những nghiên cứu trước đó.

Trong khi những mô phỏng trước đó, các vật thể kích cỡ lớn và vừa tiêu thụ những người họ hàng kích cỡ đá cuội ở một tỉ lệ tương đối ổn định, mô phỏng của Levision gợi ý rằng những vật thể lớn hơn hành xử như những kẻ bắt nạt, giật lấy những viên đá cuội từ những khối lượng cỡ vừa để có thể phát triển ở một tỉ lệ nhanh hơn nhiều.

Vào năm 2018, NASA sẽ phóng nhiệm vụ InSight đến Sao Hoả để nghiên cứu về lớp phía trong của hành tinh. “Nhưng InSight thì không chỉ là một nhiệm vụ Sao Hoả – nó là một kẻ khám phá hành tinh đất đá mà sẽ chỉ ra một trong những vấn đề nền móng của khoa học thuộc về hành tinh và Hệ Mặt Trời – hiểu về quá trình tạo nên những hành tinh nhiều đá bên trong của Hệ Mặt Trời (bao gồm cả Trái Đất) hơn bốn tỷ năm về trước”, theo NASA. “InSight tìm kiếm câu trả lời cho một trong những câu hỏi nền móng nhất của khoa học: Các hành tinh đất đá được hình thành như thế nào?

Sự co lại

Dù Sao Hoả có khởi đầu trải qua Đĩa bất ổn hay Hấp thụ Lõi hay Hấp thụ Đá cuội, nó tiếp tục bồi đắp trọng lượng của mình trong khi nó lớn lên. Các mô hình gợi ý rằng Hành tinh Đỏ có thể đã lớn như Sao Kim hay Trái Đất nếu khí và bụi đã được trải dài thông suốt Hệ Mặt Trời. Thay vào đó, Sao Hoả chỉ lớn bằng 10 phần trăm, gợi ý rằng nó đã được tạo trong một vùng có ít những khối để xây dựng hành tinh.

Từ đó xuất hiện mô hình Grand Tack, giả thuyết dẫn đầu trong việc giải thích thứ gọi là “vấn đề Sao Hoả nhỏ”. Theo mô hình này, Sao Mộc và Sao Thổ đã di cư về hướng Mặt Trời trong khoảng thời gian ngắn sau khi chúng được hình thành trước khi tấn công như một chiếc thuyền buồm và trở lại phía ngoài của Hệ Mặt Trời. Trên con đường đó, chúng có thể đã quét đi phần lớn những mảnh vụn mà lẽ ra nên được dùng để nuôi sự hình thành của Sao Hoả.

Một khả năng khác là những vùng với tỉ trọng thấp hình thành một cách tự nhiên trong những Đĩa tiền Hành tinh. Một lựa chọn khác là Sao Hoả thực ra có được sự khởi đầu của mình ở Vành đai Tiểu Hành tinh, sau đó di cư hướng đến Mặt Trời bởi vì sự tương tác của nó với các Vi thể Hành Tinh.

Đọc thêm:

Chủ đề xuất hiện trong bài viết
Back to top button
Close

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker