Callisto (/kəˈlɪstoʊ/, hoặc Jupiter IV) là vệ tinh lớn thứ hai của Sao Mộc.[1] Trong hệ Mặt Trời, Callisto là vệ tinh lớn thứ ba, sau Ganymede cũng của Sao Mộc & vệ tinh Titan của Sao Thổ. Callisto cũng là vật thể lớn thứ 12 trong Hệ Mặt Trời về đường kính. Vệ tinh Galileo Galilei được phát hiện vào năm 1610. Tuy kích cỡ bằng 99% Sao Thủy nhưng do có khối lượng riêng nhỏ, khối lượng của Callisto chỉ bằng 1/3 đối với Sao Thủy. Trong số 4 vệ tinh lớn của Sao Mộc mà Galilei đã phát hiện từ thế kỉ 17, Callisto có khoảng cách với Sao Mộc xa nhất, bình quân 1.880.000 km.[3] Callisto cũng không tạo nên với 3 vệ tinh lớn sót lại hệ quỹ đạo cộng hưởng (1 chu kì quanh Sao Mộc của Ganymede bằng 2 lần chu kì của Europa & bằng 4 lần của Io). Dưới sức hút cực lớn của một “hành tinh khí khổng lồ” (gas giant) như Sao Mộc, một mặt của Callisto luôn luôn hướng về phía Sao Mộc, giống như Mặt Trăng luôn chỉ quay một mặt về phía Trái Đất. Do ở xa nhất trong 4 vệ tinh lớn, ảnh hưởng của lực cuốn hút & từ trường của Sao Mộc lên Callisto là yếu nhất.[9] Với những vệ tinh gần hơn, sức hút của Sao Mộc làm biến dạng chúng, khiến các lớp của những vệ tinh này ma sát chào đời năng lượng. Chẳng hạn điển hình là Io, vệ tinh lớn nằm gần Sao Mộc nhất, dưới ảnh hưởng của những năng lượng ngoại sinh này, đã tạo ra các núi lửa vẫn đang hoạt động.

Callisto có kết cấu một nửa là đất đá & nửa sót lại là băng, khối lượng riêng xấp xỉ 1,83 g/cm3. Theo những xem xét quang phổ, mặt phẳng của Callisto được kết cấu từ băng nước, C02, silicates & các hợp chất hữu cơ. Tàu thám hiểm Galileo khi tìm hiểu Sao Mộc & các vệ tinh của nó đã nêu ra rằng, rất có thể ở phía dưới lớp mặt phẳng băng đá 1.000 km là một biển cả.[10][11]

Mặt phẳng của Callisto có không ít những hố thiên thạch & được tạo dựng ngay trong công đoạn đầu.[12] Chẳng hề thấy vết tích về những hoạt động địa chất của Callisto gần đây, không có động đất hay núi lửa cũng như sự dịch chuyển của các địa tầng. Địa hình của Callisto chủ chốt là các chuỗi hố thiên thạch nhiều kiểu dáng, những vết đứt gãy địa tầng, những rặng núi & đá cát kết.[12] Xét một cách cụ thể, mặt phẳng của Callisto là rất phong phú, với những lớp băng kết có màu sáng ở cao hơn những vành đai đất đá mịn & sẫm màu.[5] Chúng có thể là kết quả của những tiến trình biến đổi địa chất cùng với ảnh hưởng của nhiều vụ va chạm thiên thạch đã xảy ra trong dĩ vãng. Hiện thời chưa xác nhận được tuổi của những thay đổi này.[5]

Callisto có một bầu khí quyển rất mỏng với sự hiện ra của CO2,[7] các nguyên tử oxy,[8] & một tầng điện ly khá dày.[13] Ngày nay, người ta cho là Callisto được tạo dựng từ sự tích tụ rất chậm rì rì các vật chất trong vành đai của Sao Mộc vào buổi đầu của hệ Mặt Trời.[14] Vận tốc tạo dựng thấp & thiếu đi năng lượng chào đời do ma sát giữa các lớp vật chất (do cách xa Sao Mộc), Callisto không bị phân lớp một cách hoàn toàn mà chỉ bị phân lớp một phần (nếu một thiên thể bị phân lớp hoàn toàn, lớp vật chất phía trong sẽ đặc hơn & tạo ra lõi thiên thể). Chính sự phân lớp một phần đó có thể đã tạo nên cho Callisto một lõi đá nhỏ & một lớp nước dày từ 100 đến 150 km dưới lớp mặt phẳng.[15]

Với sự tồn tại của một biển cả, dù rằng ở sâu dưới lớp mặt phẳng, Callisto có thể có sự sống. Khả năng tồn tại sự sống của Callisto không nhiều bằng khả năng của Europa.[16] Một số tàu thám hiểm đã tìm hiểu vệ tinh này, từ Pioneer 10 & Pioneer 11 tới Galileo & Cassini. Trong tương quan với Sao Mộc & các vệ tinh của nó, Callisto có thể là nơi phù hợp nhất cho những chuyến thám hiểm & khai hoang trong tương lai của loài người.[17]

Danh sách

Phát hiện & cái tên[sửa | sửa mã nguồn]

Zeus quyến rũ Callisto

Galileo phát xuất hiện Callisto cùng với 3 vệ tinh Ganymede, Io & Europa hầu hết cùng lúc hồi tháng 1 năm 1610.[1]

Simon Marius là người trước tiên đề xuất đặt tên cho các vệ tinh lớn nói trên, trong đó có Callisto.[18] Ông đã gửi những đề xuất của mình cho Johannes Kepler.[19] Thế nhưng trong nhiều thế kỉ, người ta không thích gọi tên những vệ tinh như thế, chỉ dễ dàng là Jupiter IV theo cách gọi lúc ban đầu của Galileo (có nghĩa là vệ tinh thứ tư của Sao Mộc).[20] Mãi đến giữa thế kỉ 20, cách gọi tên theo các vị thần như đề xuất ban đầu của Simon Marius mới trở nên thông dụng.

Callisto là một nhân vật trong thần thoại Hy Lạp, một trong nhiều người tình của Zeus (Sao Mộc được đặt tên là Jupiter, chính là Zeus theo thần thoại Hy Lạp). Là con gái của Lycaon, vua xứ Arcadia, Callisto là một nữ thần theo hầu nữ thần săn bắn Artemis. Giống như những nữ thần khác phụ tá cho Artemis, Callisto thề giữ trọn trinh tiết. Thế nhưng Zeus đã hóa thân thành Artemis để lừa Callisto & sau đó, quan hệ với nàng (đây là một chẳng hạn về quan hệ đồng giới trong thần thoại Hy Lạp). Callisto do không giữ được lời thề, đã bị biến thành một con gấu. Con của Callisto & Zeus chính là Arcas, sau này do không biết gấu chính là mẹ mình, đã bắn Callisto. Zeus sau đó đã biến cả hai mẹ con thành hai chòm sao Đại Hùng & Tiểu Hùng.

Quỹ đạo Callisto

Callisto là vệ tinh nằm ở ngoài cùng trong số 4 vệ tinh lớn (gọi là vệ tinh Galileo) của Sao Mộc. Bán kính quỹ đạo bình quân là khoảng 1.880.000 km, gấp 26,3 lần bán kính Sao Mộc.[3] Quỹ đạo của Callisto xa hơn khá nhiều đối với quỹ đạo của vệ tinh lớn nằm kế tiếp là Ganymede ở khoảng cách 1.070.000 km. Do quỹ đạo xa như thế nên Callisto không bị cộng hưởng quỹ đạo như 3 vệ tinh sót lại, & có thể sẽ không lúc nào bị cộng hưởng quỹ đạo với 3 vệ tinh kia.[21]

Giống như các vệ hiểu rõ thường khác, Callisto bị khóa lại bởi lực cuốn hút của Sao Mộc làm cho nó luôn chỉ quay một mặt về phía Sao Mộc.[4] Chu kì tự quay của nó, chính vì thế cũng chính bằng chu kì quay quanh Sao Mộc là 16,7 ngày Trái Đất. Quỹ đạo của Callisto là rất tròn & hầu hết ngang bằng với bề mặt xích đạo của Sao Mộc. Độ dẹt quỹ đạo cũng như độ nghiêng này có sự biến đổi hầu hết là chu kì bởi ảnh hưởng của nhiều lực cuốn hút, chủ chốt là của Mặt Trời & Sao Mộc. Những chu kì này dài khoảng vài trăm năm. Mức độ biến đổi cũng rất nhỏ, so với độ dẹt là khoảng 0,0072–0,0076[21] & so với góc nghiêng là khoảng 0,20–0,60°. Chính những biến đổi này dẫn theo sự biến đổi góc nghiêng giữa trục quay của Callisto & pháp tuyến bề mặt quỹ đạo trong khoảng từ 0,4 đến 1,6°.[22]

Sự biệt lập về mặt động lực học của Callisto trong hệ làm cho nó không bị tác động nhiều bởi lực cuốn hút của Sao Mộc & có kết cấu bên trong khá đặc biệt.[23] Thêm vào đó, khoảng cách xa làm cho những dòng điện tích cực mạnh chầm chậm trường Sao Mộc không bắn phá Callisto dữ dội như các vệ tinh gần Sao Mộc hơn (năng lượng bắn phá chỉ nhỏ bằng 1/300 lần của Europa). Thành ra ảnh hưởng của những bắn phá này trên mặt phẳng của Callisto là không mấy đáng kể.[9]

Xem Thêm  Raduga Kh-55

Gần quang phổ hồng ngoại trong một khu vực đồng bằng bị bắn phá (màu đỏ) & trong cấu trúc ảnh hưởng Asgard (màu xanh), cho thấy sự hiện diện của nước đóng băng (dải hấp thụ từ 1 đến 2 micron) & Nguyên liệu ít đá trong Asgard.

Khối lượng riêng của Callisto, được xác nhận bằng 1,83 g/cm3, nêu ra rằng Callisto kết cấu từ một nửa là đá & một nửa là băng nước, có thể có thêm một số loại băng dễ cất cánh hơi như amonia.[4][10] Tỉ lệ của băng trong khối lượng của Callisto là khoảng 49–55%.[10][15] Kết cấu phần đá của Callisto còn chưa được xác nhận, nhưng rất có thể giống như kết cấu của O-chondrite dạng L/LL với ít kim loại, ít sắt & nhiều các oxide kim loại hơn đối với H-chondrite (chondrite là những mẫu thiên thạch tìm ra trên Trái Đất được phân loại theo thành phần, kết cấu). Tỉ lệ sắt: silic của Callisto là khoảng 0,9:1,3 trong lúc so với Mặt Trời là khoảng 1,8.[10]

Mặt phẳng của Callisto có độ phản xạ vào khoảng 20%.[5] Kết cấu mặt phẳng của nó không khác gì như toàn thể kết cấu của vệ tinh. Quang phổ cận hồng ngoại của Callisto cho thấy có những vạch hấp thụ của băng nước ở các bước sóng 1,04, 1,25, 1,5, 2,0 & 3,0 µm.[5] Băng nước rất thông dụng trên mặt phẳng vệ tinh, tỉ lệ có thể là từ 25–50%.[11] Nghiên cứu những dữ liệu quang phổ có độ sắc nét cao trong vùng bước sóng cận hồng ngoại & tử ngoại của Callisto nhận được từ tàu Galileo & các trạm xem xét mặt đất cho thấy: trên mặt phẳng Callisto còn tồn tại nhiều vật chất không ở dạng băng như: các khoáng silicat sắt hay magiê ngậm nước, CO2,[24] SO2,[25] amonia & các hợp chất hữu cơ.[5][11] Nhìn chung, mặt phẳng của Callisto rất không đồng nhất với những vệt sáng màu của băng nước nằm lẫn với những vệt hỗn hợp băng đá cho tới những vệt tối màu của các vật chất không ở dạng băng.[5][12]

Mặt phẳng của Callisto được chia thành hai nửa không đối xứng. Nửa bán cầu hướng theo chiều quay của vệ tinh (là nửa bán cầu ta chứng kiến khi xem xét vệ tinh đi về phía tất cả chúng ta) có màu tối hơn đối với nửa sót lại. Điều này trái ngược với các vệ tinh Galileo khác.[5] Nửa tối hơn có nhiều SO2,[26] trong lúc nửa sáng hơn, có nhiều CO2.[26] Xét một cách tổng quát, kết cấu mặt phẳng của Callisto, khá giống với các tiểu hành tinh nhóm D với nhiều vật chất chứa carbon.

Bên trong Callisto

Mặt phẳng của Callisto nằm trên một lớp quyển đá cứng & lạnh dày khoảng 80 đến 150 km.[10][15] Dưới lớp này có thể là một lớp nước mặn tạo ra một biển cả[10][15] dày từ 50 km (31 dặm) đến 200 km (120 dặm). Sự tồn tại của lớp nước này được phát hiện khi người ta tìm hiểu từ trường của Sao Mộc ảnh hưởng lên các vệ tinh của nó.[27][28] Rõ ràng, khi suy xét từ trường biến đổi của Sao Mộc ảnh hưởng lên Callisto, người ta nhận biết Callisto giống như một vật dẫn hình cầu hoàn hảo, tức là từ trường chẳng thể xuyên vào bên trong của nó. Khả năng có thể xảy ra là Callisto có một lớp chất lỏng dẫn điện dày ít đặc biệt là 10 km.[28] Lớp chất lỏng này có thể cần chứa một số chất chống đông hoặc amonia để giữ nguyên thể lỏng ở nhiệt độ thấp.[15] Khi đó lớp chất lỏng sẽ dày từ 250 km (160 dặm) đến 300 km (190 dặm).[10] Còn nếu không thực sự tồn tại lớp nước như thế, tầng quyển đá có thể dày hơn, lên tới trên dưới 300 km (190 dặm).

Bên dưới lớp quyển đá & lớp chất lỏng (nếu như nó thực sự tồn tại), phần lõi phía trong có lẽ như không đồng nhất mà là một hỗn hợp của băng đá. Càng vào sâu bên trong lõi của Callisto, tỉ lệ đá trong hỗn hợp càng tăng trưởng.[10][29] Điều này được trổ tài thông qua đại lượng mômen quán tính.[4] Phía trong cùng có thể là một lõi silicat không lớn lắm (< 600 km) với mật độ cỡ chừng 3,1–3,6 g/cm3.[4][10]

Hố thiên thạch Har & vùng nhô lên hình vòm ở trung tâmHố thiên thạch đa vành Valhalla

Mặt phẳng Callisto được tạo dựng ngay từ công đoạn trước tiên của vệ tinh. Sau công đoạn bị những thiên thạch bắn phá ác liệt, mặt phẳng của Callisto hầu hết không bao giờ thay đổi, giống như mặt phẳng của Mặt Trăng. Callisto là một trong những thiên thể bị bắn phá mạnh nhất[30] trong thời đại này với dày đặc những hố thiên thạch. Nếu như có một thiên thạch mới đâm vào Callisto, chắc nịch nó sẽ xóa đi vết tích của một hố thiên thạch cũ nào đó. Nhìn trên diện rộng, địa hình của Callisto rất dễ & khá phẳng phiu. Nó chẳng hề có những dãy núi lớn, núi lửa hay những địa hình kiến tạo[31] mà chỉ có những hố thiên thạch, những miệng thiên thạch đồng tâm cùng với những vết đứt gãy, sườn dốc & những vùng khoáng kết.[12][31]

Có thể chia mặt phẳng của Callisto thành nhiều vùng tách biệt.[12][31] Bao phủ rộng đặc biệt là những vùng có rất nhiều hố thiên thạch làm lộ ra tầng quyển đá là hỗn hợp của đá & băng. Có những vùng khác ít gập ghềnh hơn như khu vực 2 hố thiên thạch sáng màu Burr & Lofn, cũng như những hố thiên thạch cổ đại đã bị ăn mòn, vùng tâm của những miệng hố thiên thạch đa vành & những dải nằm đan xen trong vùng nhiều hố thiên thạch.[12] Những vùng sáng màu & mịn hiện ra xuôi theo những lòng máng thuộc các vùng Valhalla & Asgard, chỉ chiếm một tỉ lệ nhỏ trong địa hình Callisto. Lúc đầu người ta cho là những vùng đó là kết quả của những hoạt động địa chất gần đây đã tạo ra. Nhưng những bức ảnh do tàu thám hiểm Galileo chụp được khi cất cánh ngang qua Callisto đã nêu ra rằng chúng là kết quả của những vết đứt gãy lớn khi Callisto bị bắn phá trong dĩ vãng.[12] Không những thế còn tồn tại những vùng nhỏ tối màu & rất mịn với diện tích chỉ khoảng 10.000 km2 được tạo nên do nham thạch của những núi lửa băng cổ (núi lửa trên những thiên thể lạnh, phun ra những chất lỏng dễ cất cánh hơi thay vì đất đá nóng chảy).[12][32]

Những hố thiên thạch của Callisto có đủ mọi kích cỡ, từ cỡ nhỏ khoảng 0,1 km (là hạn chế phân giải của ảnh chụp vệ tinh) cho tới trên 100 km (không tính những miệng hố thiên thạch đa vành).[12] Những hố bé, cỡ dưới 5 km thường có đáy phẳng hoặc lõm xuống như hình cái bát. Những hố to hơn từ 5 đến 40 km ở tâm thường có một đỉnh núi nhỏ. Những hố to hơn nữa, trên 60 km thì thay vì một đỉnh núi ở giữa là một vùng nhô lên hình vòm.[12] Đó được xem như là kết quả của việc những tầng đất đá bên dưới trồi lên sau vụ va chạm. Vài hố thiên thạch to hơn nữa, trên 100 km & những hố thiên thạch sáng màu có kết cấu vòm rất đặc biệt. Chúng đặc biệt nông & có thể là dạng chuyển tiếp giữa các hố thiên thạch nhỏ thông thường & những hố thiên thạch lớn đa vành, một chẳng hạn là miệng hố Lofn.[12] Nhìn chung hố thiên thạch trên Callisto không sâu như những hố thiên thạch của Mặt Trăng.

Những kết cấu mặt phẳng lớn nhất trên Callisto chính là những hố thiên thạch đa vành làm thành vùng lòng chảo mênh mang.[12][31] Có 2 kết cấu như thế đặc biệt lớn, lớn đặc biệt là miệng hố Valhalla với vùng trọng tâm sáng màu với đường kính 600 km & có những vành cách tâm tới 1.800 km.[33] Miệng hố lớn thứ 2 là Asgard có đường kính 1.600 km.[33] Những kết cấu như thế là kết quả của những vụ va chạm lớn. Sau vụ va chạm, lớp quyển đá của Callisto bị trượt đi & rung động mạnh phía trên của lớp vật chất mềm hơn hay thậm chí là một lớp chất lỏng,[34] phiên âm là/ˌkælɨˈstoʊən/, hoặc là Callistan.[35] Những rung động này có tính hướng tâm (hướng về tâm va chạm) đã tạo ra những vết tích địa hình rõ rệt có dạng vành đồng tâm. Một kiểu kết cấu khác rất đáng Note là những chuỗi hố thiên thạch nắm trên đường thẳng, chẳng hạn như dãy Gomul. Chúng có thể là kết quả của một thiên thể hay sao chổi nào đó khi cất cánh ngang qua Sao Mộc đã bị lực cuốn hút của nó xé ra thành nhiều mảnh, trước khi đâm vào Callisto. Một khả năng khác là một sao chổi đã đâm vào Callisto với góc rất nhỏ & tạo ra một vệt dài trên mặt phẳng nó.[12] Một vụ va chạm sao chổi là chẳng hạn cho khả năng thứ đặc biệt là sao chổi Shoemaker-Levy 9.Những vết sạt lở & những vùng gò trên Callisto

Xem Thêm  10 sách thiên văn học hay về vũ trụ và các chòm sao

Như đã nói ở trên, những vệt băng nước tinh khiết với độ phản xạ lên tới 80% trên Callisto được bao quanh bởi những loại vật chất rất tối màu.[5] Những bức ảnh với độ sắc nét cao của tàu thám hiểm Galileo cho thấy những vệt băng này chủ chốt nằm trên vùng tương đối cao như vành các hố thiên thạch, các rặng núi & các gò đá.[5] Những vùng thấp hơn ở xoay quang có màu tối & khá mịn. Chúng có thể kéo dài tới 5 km kể từ chân miệng hố thiên thạch & là kết quả của việc đất đá xoay quang miệng hố bị nén lún xuống.[5]

Trong số 4 vệ tinh lớn của Sao Mộc, mặt phẳng Callisto là mặt phẳng bị xâm thực nhiều nhất.[5] Nếu so sánh với vùng đồng bằng tối màu trên Ganymede, Callisto có lẽ ít những hố thiên thạch đường kính dưới 1 km hơn.[12] Thay vì những hố thiên thạch nhỏ như thế, mặt phẳng Callisto có rất nhiều gò & những rãnh nứt.[5] Những gò đất là phần còn lại của những hố thiên thạch cổ đại đã bị xâm thực bởi một lý do nào đó.[35] Khả năng lớn nhất có thể là do sự thăng hoa rất chậm rì rì của những chất có thể cất cánh hơi như băng đá dưới nhiệt độ có thể ở mức 165K khi hướng về phía Mặt Trời.[5] Sự cất cánh hơi của những vật chất kết cấu nên lớp đá nền đã làm cho hố thiên thạch bị hủy hoại dần.[35] Những phần còn lại không có kết cấu băng bị vụn ra & sạt xuống từ thành hố thiên thạch (hiện tại vẫn xem xét được hiện tượng này).[5][12][35] Đôi lúc thành của các hố thiên thạch bị những kết cấu giống như thung lũng cắt vào, tạo ra các rãnh giống như những kết cấu trên Sao Hỏa.[5] Theo giả thuyết nói trên, người ta cho là những vùng tối nằm dưới thấp được phủ bởi những vật chất không có kết cấu băng bị rã ra từ thành hố thiên thạch.

Tuổi của những kết cấu trên mặt phẳng Callisto được xác nhận thông qua mật độ những vụ va chạm thiên thạch đã làm ra chúng. Mặt phẳng của một thiên thể được tạo dựng càng sớm thì mật độ hố thiên thạch càng dày đặc.[36] Vùng dày đặc hố thiên thạch của Callisto có thể đã tạo ra cách đây 4,5 tỉ năm, ngay từ những thời điểm ban đầu tạo dựng hệ Mặt Trời. Những kết cấu đa vành & các hố thiên thạch khác được ước đoán từ 1 tới 4 tỉ năm.[12][30]

Khí quyển & tầng điện ly[sửa | sửa mã nguồn]

Từ trường quanh Callisto

Bầu khí quyển của Callisto rất mỏng & được kết cấu từ CO2.[7] Đây là kết quả của sản phẩm quang phổ cận hồng ngoại của tàu Galileo khi xem xét được vạch hấp thụ ở bước sóng 4.2 µm. Áp suất khí quyển là 7,5 × 10−12 bar & mật độ phân tử thấp chỉ có 4 × 108 cm−3. Còn nếu không có nguồn thay thế, lượng khí quyển rất nhỏ này sẽ lập tức bị phát tán ra vũ trụ chỉ trong 4 ngày. Tiến trình thăng hoa chậm rì rì của các băng CO2 có thể chính là nguồn duy trì sự tồn tại của lớp khí quyển này.[7]

Tầng điện li của Callisto được phát hiện cũng bởi tàu Galileo.[13] Mật độ hạt điện trong tầng đó là 7–17 × 104 cm−3 khá lớn không tương thích với bầu khí quyển toàn CO2 của Callisto. Người ta nghi ngờ rằng tầng điện li của Callisto có thể chủ chốt cấu thành từ O2 với tỉ lệ lớn gấp 10 đến 100 lần CO2.[8] Mặc dầu vậy, vẫn chưa phát hiện được oxy trong khí quyển của Callisto. Những xem xét từ kính viễn vọng Hubble đã phân phối một cận trên cho mật độ của oxy trong khí quyển Callisto, thích hợp với những tính toán về tầng điện ly đã nói ở trên.[37] Tuy nhiên Hubble còn phát hiện được một số khu vực chăm chú oxy trên mặt phẳng Callisto.[38]

Như phần trên đã đề cập, kết cấu của Callisto không được phân tầng hoàn toàn mà chỉ được phân tầng một phần (suy ra từ mômen quán tính của vệ tinh) cho thấy trong lịch sử tạo dựng, Callisto chưa lúc nào đủ nóng để làm tan chảy băng của nó.[15] Vì vậy, mô hình hợp lý nhất cho sự tạo dựng của Callisto là một tiến trình tích tụ dài lâu của vật chất xoay quang Sao Mộc. Trước đây xoay quang Sao Mộc là một vành đai bụi & khí có mật độ thấp.[14] Nếu như tiến trình tạo dựng quá nhanh thì với lượng nhiệt nhận được từ các vụ va chạm, phân rã các chất phóng xạ & sự co tinh thể, Callisto đã đủ nóng để làm tan băng & phân tầng hoàn toàn.[14] Thời gian tạo dựng của Callisto, dù rằng vậy, không quá lớn đối với tuổi của chính nó, chỉ khoảng từ 0,1 đến 10 triệu năm.[14]Mặt phẳng lồi lõm của Callisto

Sau khoảng thời gian tiến trình tích tụ chấm dứt là tiến trình thăng bằng nhiệt xảy ra với nguồn nhiệt phóng xạ, thông qua dẫn nhiệt ở lớp mặt phẳng & thỏa thuận nhiệt đối lưu ở lớp chất rắn hoặc bán rắn (tình trạng hỗn hợp của băng & chất lỏng) ở lớp trong cùng.[23] Tiến trình đối lưu đó rõ ràng ra sao vẫn là một thắc mắc về các thiên thể băng trong hệ Mặt Trời. Hiện tất cả chúng ta chỉ biết rằng tiến trình như thế diễn ra rất gần nhiệt độ tan chảy của băng.[39] Sự đối lưu trong thiên thể băng là một tiến trình chậm với vận tốc dịch chuyển chỉ cỡ khoảng 1 cm/năm. Ngoài ra, khi suy xét trong thời gian tạo dựng hàng tỉ năm thì đây vẫn là một tiến trình đủ sức làm nguội thiên thể.[39] Kết luận lại, một thiên thể băng sẽ trải qua tiến trình làm lạnh với lớp rắn ngoài cùng dẫn nhiệt không có đối lưu & lớp phía trong truyền nhiệt qua tiến trình đối lưu bán rắn.[15][39] Rõ ràng, so với Callisto, lớp dẫn nhiệt là tầng quyển đá lạnh & rắn dày cỡ 100 km.[39][40] Phần phía trong của Callisto cũng tạo dựng những lớp đối lưu khác nhau do tinh thể băng dưới những áp suất khác nhau có những tình trạng khác nhau (với Callisto là từ băng tình trạng I gần mặt phẳng đến băng tình trạng VII ở tâm vệ tinh).[23] Tiến trình đối lưu bán rắn trong lõi xảy ra quá sớm trong lịch sử tạo dựng là lý do chính làm cho Callisto, thay vì có kết cấu lõi đá & mặt phẳng băng, thì đã có kết cấu rất đặc trưng như đã nói ở trên. Sự phân lớp trong lõi Callisto kéo dài hàng tỉ năm & có thể vẫn còn nữa tục cho đến hiện thời.[40]

Từ những hiểu biết về sự tạo dựng của Callisto, người ta đặt ra giả thuyết về một biển cả tồn tại như một lớp chất lỏng bên trong Callisto. Lý do được suy ra từ thuộc tính của băng tình trạng I. Đây là loại băng nằm ở trên cùng các lớp băng, có nhiệt độ tan chảy là 251 K dưới áp suất 2070 bar.[15] Áp suất càng tăng, nhiệt độ tan chảy của băng càng giảm. Bên dưới tầng quyển đá trên cùng, với độ sâu từ 100 đến 200 km, áp suất hầu hết tương tự & nhiệt độ là gần bằng hoặc cao hơn một tí đối với nhiệt độ & áp suất nói trên.[23][39][40] Vì vậy khả năng bên trên lớp băng tình trạng I là một lớp nước là tuyệt đối có thể. Nếu như bên trong băng của Callisto còn tồn tại một lượng nhỏ amonia, dù chỉ cỡ 1 – 2%, thì giả thuyết trên sẽ được cam kết vì amonia làm cho nhiệt độ tan chảy của băng còn thấp hơn nữa.[15]

Xem Thêm  Xác định mặt trăng mọc hướng nào? Giải mã bí ẩn về mặt trăng

Callisto, dù rằng kích thước hầu hết Ganymede, có lịch sử địa chất dễ dàng hơn hẳn. Mặt phẳng Callisto hầu hết được tạo ra bởi những vụ va chạm thiên thạch & các tác nhân khác tới từ không gian.[12] Trong lúc Ganymede có những vết cắt trên mặt phẳng do hoạt động địa chất, Callisto hầu hết không có những biến đổi về địa chất như thế.[11] Lịch sử địa chất độc đáo & rất dễ của Callisto là một đối chứng trọng yếu cho các nhà hành tinh học trong tiến trình tìm hiểu các thiên thể khác.[11]

Khả năng tồn tại sự sống[sửa | sửa mã nguồn]

Giống như Europa & Ganymede, Callisto được cho rằng có khả năng tồn tại sự sống ngoài Trái Đất. Có thể có những dạng sống vi con vật tồn tại trong biển cả bên dưới mặt phẳng của Callisto.[16] Mặc dầu vậy, khả năng tồn tại sự sống trên Callisto không nhiều như Europa. Lý do cơ bản là do lớp biển cả này có thể không có những Nguyên liệu rắn thiết yếu cho sự sống cũng như thiếu đi nguồn thỏa thuận nhiệt từ vùng lõi của Callisto. Nhà tìm hiểu Torrence Johnson, so sánh khả năng tồn tại sự sống trên Callisto & các vệ tinh khác của Sao Mộc như sau:[41]

Những Nguyên liệu căn bản cấu thành nên sự sống – những Hóa chất tiền sinh – khá thông dụng trên các thiên thể của hệ Mặt Trời: các sao chổi, thiên thạch & các vệ tinh băng đá. Các nhà sinh học cho là chất lỏng & năng lượng là những yếu tố căn bản để suport cho sự sống. Vì vậy thật thú vị khi tìm ra ở một thiên thể khác sự tồn tại của nước. Nhưng, năng lượng cũng là một yếu tố không kém phần trọng yếu. Trong lúc biển cả của Callisto chỉ được phân phối nhiệt năng từ những chất phóng xạ phân rã trong lõi của nó, thì Europa còn được phân phối nhiệt năng từ sự ma sát các lớp đất đá gây ra bởi lực hút của Sao Mộc.

Từ những suy luận như thế, người ta cho là trong số 4 vệ tinh lớn của Sao Mộc, Europa là vệ tinh có khả năng tồn tại sự sống lớn nhất.[16][42]

Những dự án tìm tòi Callisto[sửa | sửa mã nguồn]

Viễn tượng về việc xây dựng những nền tảng an cư trên Callisto

Các tàu thám hiểm Sao Mộc Pioneer 10 & Pioneer 11 của những năm 70 thế kỉ trước chỉ phân phối rất ít thông tin về Callisto đối với những điều đã biết về vệ tinh này trước đây từ những đài xem xét mặt đất.[5] Những phát hiện trọng yếu chỉ diễn ra khi 2 tàu thám hiểm Voyager 1 & 2 cất cánh qua Callisto vào năm 1979 & 1980. Chúng đã chụp được ảnh một nửa mặt phẳng Callisto với độ sắc nét khá tốt, từ 1 đến 2 km & xác nhận chuẩn xác nhiệt độ mặt phẳng, khối lượng & kiểu dáng của nó.[5] Sau đó, từ 1994 đến 2003, tàu Galileo đã 8 lần cất cánh ngang qua Callisto, lần cuối cùng vào năm 2001 đã vào rất gần vệ tinh này, chỉ cách mặt phẳng của nó 138 km. Nó đã chụp được ảnh toàn thể mặt phẳng Callisto & so với những vùng khẳng định, chụp được ảnh với độ sắc nét lên tới 15 m.[12] Vào năm 2000, tàu thám hiểm Cassini trên quãng đường đến Sao Thổ cũng từng thăm dò quang phổ hồng ngoại các vệ tinh lớn của Sao Mộc với độ sắc nét cao.[24] Tháng 2–3 năm 2007, đến lượt tàu New Horizons trên quãng đường tới Sao Diêm Vương cũng từng chụp những bức ảnh mới về mặt phẳng & quang phổ của Callisto.[43]

Trong tương lai, một dự án đưa tên Europa Jupiter System Mission (EJSM, dự án tìm hiểu Sao Mộc & các vệ tinh, chủ chốt là Europa) link giữa 2 trọng tâm khoa học vũ trụ NASA & ESA có thể được thực hiện vào năm 2020. Hồi tháng 2 năm 2009, 2 trọng tâm này đã xác nhận đây là mục tiêu trọng yếu có mức ưu tiên cao hơn dự án Titan Saturn System Mission (dự án tìm tòi vệ tinh Titan của Sao Thổ).[44] Mặc dầu vậy, đóng góp của phía ESA vẫn đang bị đặt dấu hỏi do vấn chủ đề chính.[45] Dự án này có thể gồm một vệ tinh cất cánh quanh Sao Mộc của ESA, một vệ tinh cất cánh quanh Europa của NASA & một vệ tinh tìm hiểu từ trường Sao Mộc của JAXA.

Tiềm năng an cư[sửa | sửa mã nguồn]

Từ năm 2003, NASA đã thực hiện một chương trình tìm hiểu đưa tên HOPE (Human Outer Planets Exploration, tạm dịch: Loài người thám hiểm những hành tinh khác)[17] phác ra viễn tượng loài người sẽ an cư trên các thiên thể khác của hệ Mặt Trời. Rõ ràng người ta đặt ra sáng tạo về một căn cứ trên Callisto với một công xưởng có thể sản xuất nhiên liệu cho những cuộc quãng đường xa hơn vào không gian.[46] Ưu thế của việc đặt một trạm dừng chân như thế ở Callisto là do bức xạ từ Sao Mộc tại Callisto là tương đối thấp, & do kết cấu địa chất ổn định của vệ tinh này. Tuy nhiên, việc xây dựng một căn cứ tại Callisto cũng giúp loài người có nền tảng để tiếp tục tìm tòi vệ tinh Europa, cũng như có thể lợi dụng lực cuốn hút từ Sao Mộc để tăng tốc cho các tàu vũ trụ hướng xa hơn ra bên ngoài hệ Mặt Trời.[17]

Ghi chú

  1. ^ Viễn điểm được tính toán dựa theo bán trục lớn a & tâm sai e: {displaystyle a*(1+e)}.
  2. ^ Cận điểm được tính toán dựa theo bán trục lớn a & tâm sai e: {displaystyle a*(1-e)}.
  3. ^ Diện tích mặt phẳng được tính dựa theo bán kính r: {displaystyle 4pi r^{2}}.
  4. ^ Thể tích v được tính dựa theo bán kính r: {displaystyle 4pi r^{3}/3}.
  5. ^ Gia tốc mặt phẳng được tính toán dựa theo khối lượng m, hằng số cuốn hút G & bán kính r: {displaystyle Gm/r^{2}}.
  6. ^ Tốc độ vũ trụ cấp 1 được tính toán dựa theo khối lượng m, hằng số cuốn hút G & bán kính r: {displaystyle {sqrt {frac {2Gm}{r}}}}.
  7. ^ Bán cầu “dẫn” là bán cầu hướng về phía di chuyển của vệ tinh, còn bán cầu “theo” là bán cầu hướng trái lại.
  8. ^ Mô men quán tính vô hướng ở giai đoạn này được tính bằng I/(mr²), trong đó I là mô men quán tính, m là khối lượng & r là bán kính lớn nhất. Giá trị này luôn bằng 0.4 nếu vật là hình cầu đồng nhất, & nhỏ hơn 0.4 nếu vật có mật độ tăng dần khi đi vào tâm.
  9. ^ Mật độ mặt phẳng & áp suất được tính toán dựa theo những số liệu được cảnh báo tại Hall, 1998, giả thiết rằng độ cao tỉ lệ (độ cao đối với mặt đất mà kể từ đó mật độ không khí biến đổi theo một thừa số dạng e mũ) là 20 km & nhiệt độ là 120 K.
  10. ^ Cộng hưởng dạng Laplace cũng giống như cộng hưởng Laplace xảy ra so với các vệ tinh Galile nhưng có một điểm nổi bật: vĩ độ giao nhau của Io–Europa & Europa–Ganymede biến đổi có tỉ lệ là một phân số chứ không được xác nhận duy nhất như ở cộng hưởng Laplace

Theo https://vi.wikipedia.org/wiki/Callisto_(v%E1%BB%87_tinh)

By ads_law

Trả lời