Trong nhiều thập kỷ, bề mặt của Sao Kim vẫn là một trong những môi trường ít được hiểu rõ nhất trong Hệ Mặt Trời. Chỉ có một số ít tàu đổ bộ từng truyền dữ liệu trước khi bị phá hủy bởi nhiệt độ và áp suất khắc nghiệt của hành tinh này, khiến các nhà khoa học phải dựa vào lượng dữ liệu trực tiếp rất hạn chế.

Nhà khoa học Carl Sagan từng cảnh báo về việc rút ra những kết luận quá táo bạo từ dữ liệu ít ỏi, cho rằng rất dễ tưởng tượng ra những kịch bản kỳ lạ như khủng long lang thang trên hành tinh này. Tuy vậy, dữ liệu hạn chế không có nghĩa là không có hiểu biết. Phân tích và mô hình hóa cẩn thận vẫn có thể rút ra những quy luật có ý nghĩa ngay cả từ những tập dữ liệu nhỏ.

Một nghiên cứu gần đây do Maxence Lefèvre tại Sorbonne dẫn đầu đã làm đúng điều đó. Dựa trên các phép đo từ những sứ mệnh trước đây, nhóm nghiên cứu xây dựng một mô hình để ước tính hành vi của gió và sự di chuyển của bụi trên bề mặt hành tinh. Mục tiêu của họ mang tính thực tiễn: chuẩn bị tốt hơn cho thế hệ sứ mệnh sao Kim tiếp theo trước các điều kiện môi trường khắc nghiệt mà chúng có thể gặp phải.

Dữ liệu ít nhưng mô hình mạnh hơn

Nghiên cứu (hiện là bản tiền công bố trên arXiv) tập trung vào hai yếu tố chính: biến thiên nhiệt độ và vận chuyển bụi. Thay vì xem sao Kim như một môi trường đồng nhất, các nhà nghiên cứu chia hành tinh thành nhiều vùng riêng biệt. Cách tiếp cận này giúp họ tách riêng các quá trình chi phối điều kiện địa phương, từ đó xây dựng bức tranh thực tế hơn về cách môi trường bề mặt vận hành. Yếu tố cốt lõi của cả nhiệt độ và bụi chính là gió—giống như trên Trái Đất.

Dữ liệu từ các tàu Venera—một trong số ít phương tiện từng hạ cánh thành công xuống sao Kim—cho thấy tốc độ gió gần bề mặt chỉ khoảng 1 m/s. So với khoảng 20 m/s trên Trái Đất hoặc 40 m/s trên sao Hỏa, con số này có vẻ nhỏ. Nhưng do khí quyển sao Kim dày đặc hơn nhiều, cần năng lượng lớn hơn để tạo ra chuyển động tương đương. Dù vậy, gió vẫn có ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ bề mặt và lượng bụi trong không khí.

Chu kỳ ngày – đêm tái cấu trúc khí quyển

Một “ngày” trên sao Kim kéo dài khoảng 117 ngày Trái Đất, và ban đêm cũng dài tương tự. Điều này tạo ra những thay đổi lớn trong khí quyển: ban ngày hành tinh dần nóng lên do bức xạ Mặt Trời, còn ban đêm dần nguội đi nhờ bức xạ hồng ngoại. Tuy nhiên, các thay đổi này không giống nhau ở mọi khu vực.

Ở vùng nhiệt đới, xuất hiện sự thay đổi rõ rệt theo chu kỳ ngày–đêm. Ban ngày, gió thổi lên sườn núi (gọi là gió “anabatic”) do bề mặt nóng lên làm không khí bốc lên. Ban đêm, quá trình đảo ngược: không khí nguội đi và chảy xuống dốc (gió “katabatic”).

Những quá trình này ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt độ bề mặt. Gió katabatic khiến không khí bị nén khi chảy xuống, làm nó nóng lên—một hiện tượng gọi là làm nóng đoạn nhiệt. Kết quả là nhiệt độ ở vùng núi gần như ổn định, dao động chưa đến 1 Kelvin giữa ngày và đêm. Trong khi đó, các vùng đồng bằng có thể dao động khoảng 4 Kelvin.

Gió vùng cực và tác động lâu dài

Gần các cực, mô hình này thay đổi: gió chủ yếu luôn theo hướng katabatic, liên tục bù lại sự mất nhiệt do bức xạ hồng ngoại. Điều này rất quan trọng vì các sứ mệnh tương lai như Envision và VERITAS sẽ tập trung nghiên cứu các vùng cực.

Một sứ mệnh khác, DAVINCI, dự kiến sẽ hạ cánh xuống sao Kim lần đầu tiên sau nhiều thập kỷ. Điểm hạ cánh là Alpha Regio, một cao nguyên gần xích đạo—nơi có biến thiên nhiệt độ vừa phải hơn so với các vùng thấp xung quanh.

Tuy nhiên, liệu tàu đổ bộ có phải đối mặt với bão bụi? Khả năng cao là có. Theo tính toán của nhóm nghiên cứu, khoảng 45% diện tích Alpha Regio có gió đủ mạnh để nâng các hạt cát mịn (~75 micromet). Điều này đồng nghĩa khu vực hạ cánh có thể nằm trong vùng bão bụi hạt mịn, và mức độ của nó còn phụ thuộc vào thời điểm trong ngày.

Mô hình khu vực giúp định hướng sứ mệnh

Toàn bộ nghiên cứu dựa trên một mô hình “theo vùng” mới, chia bề mặt hành tinh thành các khu vực riêng để mô phỏng thời tiết, thay vì coi toàn bộ sao Kim như một hệ thống duy nhất.

Tuy vậy, mô hình này vẫn có thể được cải thiện thêm—ví dụ như đưa vào các đặc tính nhiệt khác nhau của bề mặt (độ phản xạ, quán tính nhiệt), hoặc tính đến khả năng hấp thụ nhiệt của CO₂ ở các mức nhiệt độ khác nhau.

Dù còn nhiều câu hỏi chưa được giải đáp, các nhà khoa học vẫn còn thời gian trước khi các tàu thăm dò mới tới sao Kim. Và khi chúng đến, chúng ta sẽ có nền tảng hiểu biết tốt hơn để giải thích những hiện tượng kỳ lạ mà chúng phát hiện.