Sao Mộc — hành tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời — là nơi tồn tại những cơn bão khổng lồ, kéo dài hàng thế kỷ. Một nghiên cứu mới từ các nhà khoa học tại Đại học California, Berkeley cho biết những cơn bão này có thể tạo ra các tia sét cực kỳ mạnh. Một số tia có thể mạnh gấp 100 lần sét trên Trái Đất, thậm chí còn hơn.

Kết quả này dựa trên dữ liệu từ tàu vũ trụ Juno của NASA, đã quay quanh Sao Mộc từ năm 2016. Juno nghiên cứu khí quyển hành tinh bằng thiết bị đo vi sóng, phát hiện các tín hiệu vô tuyến do sét tạo ra — tương tự như nhiễu sóng mà sét gây ra trên Trái Đất. Sóng vi ba nằm ở dải tần cao của phổ vô tuyến.

Vì sao cần nghiên cứu sét ngoài Trái Đất?

Việc nghiên cứu bão trên các hành tinh khác giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về thời tiết trên Trái Đất — lĩnh vực vẫn còn nhiều điều chưa biết.

Tác giả chính Michael Wong, nhà khoa học hành tinh tại UC Berkeley, cho biết trong thập kỷ qua, các nhà khoa học đã phát hiện nhiều dạng hiện tượng phát sáng thoáng qua (TLE) liên quan đến giông bão, như:

• sprites
• jets
• halos
• ELVEs

Đây là các hiện tượng điện xảy ra trong vài phần nghìn giây ở tầng đối lưu phía trên các cơn bão lớn.

Trên Sao Mộc, sét giúp hé lộ quá trình đối lưu — cơ chế vận chuyển nhiệt trong khí quyển.

Trên Trái Đất, không khí chủ yếu là nitơ (nặng hơn nước), nên không khí ẩm nhẹ hơn và dễ bay lên. Nhưng trên Sao Mộc, không khí ẩm lại nặng hơn môi trường xung quanh, nên cần năng lượng lớn hơn để hình thành bão. Khi bão vươn lên cao, năng lượng này được giải phóng dữ dội, tạo ra gió mạnh và sét giữa các đám mây rất dữ dội.

Quan sát sét trên Sao Mộc

Gần như mọi tàu vũ trụ bay qua Sao Mộc đều ghi nhận sét, vì các tia lóe sáng nổi bật ở phía tối của hành tinh. Các sứ mệnh trước đây chỉ phát hiện các tia sáng mạnh nhất, khiến người ta nghĩ sét trên Sao Mộc mạnh hơn nhiều so với Trái Đất.

Quan điểm này thay đổi khi camera theo dõi sao cực nhạy của Juno phát hiện nhiều tia sét yếu hơn, tương tự Trái Đất. Tuy nhiên, quan sát ở mặt tối có thể gây sai lệch vì mây dày có thể che bớt ánh sáng, khiến tia sét trông yếu hơn thực tế.

Thiết bị đo vi sóng của Juno đáng tin cậy hơn vì tín hiệu có thể xuyên qua mây. Dù không được thiết kế riêng để nghiên cứu sét, nó vẫn có thể phát hiện bức xạ vi sóng từ các cơn bão gần đó.

Thách thức trong việc đo lường

Một khó khăn lớn là nhiều cơn bão xảy ra đồng thời trên các dải khí quyển rộng của Sao Mộc, khiến việc xác định tia sét thuộc về cơn bão nào trở nên khó khăn.

Wong ví điều này giống như nghe tiếng nổ trong lễ hội mà không biết đó là tiếng bỏng ngô nổ gần hay pháo nổ xa.

Những “siêu bão ẩn mình”

May mắn thay, vào năm 2021–2022, hoạt động bão ở vành đai xích đạo phía Bắc của Sao Mộc tạm thời giảm. Điều này giúp nhóm nghiên cứu cô lập từng cơn bão riêng lẻ và theo dõi chính xác hơn bằng dữ liệu từ:

• Kính viễn vọng không gian Hubble
• Camera của Juno
• Quan sát từ các nhà thiên văn nghiệp dư

Wong gọi đây là các “siêu bão ẩn mình”.

Những cơn bão này kéo dài nhiều tháng và làm thay đổi cấu trúc mây xung quanh, dù đỉnh mây không vươn cao như các siêu bão lớn hơn.

Trong thời gian này:

• Juno bay qua các cơn bão 12 lần
• 4 lần đủ gần để phát hiện tín hiệu sét
• Trung bình ghi nhận 3 tia sét mỗi giây
• Có lần ghi nhận 206 xung riêng biệt

Trong tổng số 613 xung, cường độ sét dao động từ tương đương Trái Đất đến hơn 100 lần mạnh hơn.

Một số nghiên cứu khác còn cho rằng sét trên Sao Mộc có thể mạnh gấp 1 triệu lần so với Trái Đất.

Năng lượng của sét

Việc chuyển đổi tín hiệu vi sóng thành tổng năng lượng sét là rất phức tạp. Sét tạo ra năng lượng dưới nhiều dạng:

• Sóng vô tuyến
• Ánh sáng
• Nhiệt
• Âm thanh
• Phản ứng hóa học

Trên Trái Đất, một tia sét giải phóng khoảng 1 gigajoule (1 tỷ joule) — đủ cung cấp điện cho 200 ngôi nhà trong một giờ.

Wong ước tính một tia sét trên Sao Mộc có thể giải phóng năng lượng gấp 500 đến 10.000 lần con số này.

Cơ chế hình thành sét

Quá trình tạo sét trên Sao Mộc có thể tương tự Trái Đất:

• Hơi nước bốc lên
• Ngưng tụ thành giọt nước và tinh thể băng
• Tích điện và tạo chênh lệch điện áp lớn

Trên Trái Đất, điều này thường tạo mưa đá. Trên Sao Mộc, các hạt băng gồm nước và amoniac, có thể kết hợp thành “mushballs” — dạng mưa đá mềm.

Những bí ẩn còn lại

Dù đã có tiến bộ, nhiều câu hỏi vẫn chưa có lời giải. Sét mạnh hơn đồng nghĩa với điện áp lớn hơn, nhưng cơ chế chính xác trên Sao Mộc vẫn chưa rõ.

Các cơn bão trên Sao Mộc cao hơn 100 km, trong khi trên Trái Đất chỉ khoảng 10 km.