Các nhà khoa học đã lần đầu tiên vẽ được bản đồ toàn bộ bề mặt của Titan - vệ tinh lớn nhất của Sao Thổ - các bản đồ này đã mang đến công cụ quý giá để nghiên cứu về một thiên thể giống Trái Đất nhất và nhiều thú vị nhất trong Hệ Mặt Trời của Chúng ta.
Titan là 'mặt trăng'* lớn nhất của Sao Thổ, bán kính của nó khoảng 2.575 Km, lớn hơn Sao Thủy và là vệ tinh tự nhiên lớn thứ hai trong Hệ Mặt Trời (sau mặt trăng Ganymede của Sao Mộc). Các nhà khoa học quan tâm tới Titan vì đó là mặt trăng duy nhất trong Hệ Mặt Trời đã được biết đến có mây, bề mặt có vật chất dạng lỏng và trên hết là có một bầu khí quyển đậm đặc. Bầu khí quyển lạnh của Titan gồm có chủ yếu là Ni-tơ, cũng giống khí quyển Trái Đất, khí mê-tan và chính thành phần này tạo nên các hiện tượng giống như nước bốc hơi trên Trái Đất, tạo nên mây, mưa và các dòng chảy trên bề mặt. Các thành phần hóa học khác có nguồn gốc từ mê-tan hiện diện trên bầu khí quyển của Titan tạo nên sông hồ và có thể là manh mối và nguồn gốc cho sự sống ở đây.
"Titan có rất nhiều hoạt động kiến tạo, ví dụ như nước chảy ở dạng lỏng và các đụn cát di chuyển, nhưng để hiểu được các quá trình đó Chúng ta cần phải biết điều gì đã tạo nên địa hình nhiều dốc của nó", Ralph Lorenz tại Phòng thí nghiệm vật lý ứng dụng của Đại học Johns Hopkins ở Laurel, bang Maryland, người đứng đầu nhóm vẽ bản đồ nói. "Những hiểu biết này rất có ích cho nghiên cứu về nước và các hiện tượng thời tiết và khí hậu của Titan, rất cần thiết cho nghiên cứu về các dạng địa hình của mặt trăng này", ông nói tiếp.
Bầu khí quyển của Titan có lớp sương mù dày đặc và phân tán khắp nơi, đặc điểm đó tạo ra khó khăn cho các camera được điều khiển từ xa có thể quay được hình dạng bề mặt và các vùng tối của nó, là phương pháp phổ biến để khảo sát và đo vẽ bản đồ trên các hành tinh. Tất cả các dữ liệu số mà các nhà khoa học có được về Titan đều đến từ Cassini, tàu không gian đang có quĩ đạo chuyển động quanh Sao Thổ, nó đã bay qua và tiến gần mặt trăng này khoảng gần 100 lần kể từ một thập kỷ đã qua. Cũng giống như các phương tiện khác, Cassini sử dụng radar tái tạo hình ảnh để có thể quan sát qua khí quyển nhiều sương mù và sử dụng các dữ liệu đó để ước tính độ cao của bề mặt.
Steve Wall, trợ lý của chương trình vẽ bản đồ của tàu Cassini, ở Phòng thí nghiệm phản lực của NASA ở Pasadena, bang California nói "Với phương pháp vẽ bản đồ mới này thì những bí ẩn cuốn hút nhất về thiên thể hoạt động nhiều nhất trong Hệ Mặt Trời đã được vẽ ở định dạng 3D. Ở trên Trái Đất thì các hiện tượng nước chảy ở các sông, núi lửa phun trào đều diễn ra ở cao độ cao thấp trên bề mặt. Chúng ta đang háo hức được nhìn thấy những hiện tượng đó ở Titan".
Mặt khác cũng có nhiều thách thức trong chương trình vẽ bản đồ này và thách thức lớn nhất là "Cassini không bay xung quanh Titan", Ralph Lorenz nói. "Chúng ta mới chỉ có được các hình ảnh về một nửa bề mặt của Titan và cần phải có thêm các quan sát theo các phương pháp khác nữa để ước tính được chiều cao của bề mặt của nó - tức là mức độ gồ ghề hay bằng phẳng của bề mặt. Nếu bạn chia bề mặt Titan theo dạng lưới vuông với các đường kinh tuyến và vĩ tuyến với độ chia là 1° thì Chúng ta chỉ mỡi có dữ liệu của khoảng 11% của bề mặt đó".
Nhóm nghiên cứu của Ralph Lorenz đã sử dụng thuật toán gọi là Nội suy Spline - trong đó sử dụng các đường cong mịn để nối các vùng trên mạng lưới dữ liệu bề mặt đã có. "Bạn có thể chấm một điểm ở những nơi không có dữ liệu và quan sát xem dữ liệu đã có gần nhất sau đó sử dụng các phương pháp tính trung bình để ước tính và tính toán ra được kết quả tốt nhất có thể, ông ấy nói. "Nếu bạn chọn một điểm và tất cả những điểm gần điểm đó đều có độ cao lớn thì bạn cần một lý do đặc biệt để cho rằng điểm đó ở vị trí thấp hơn. Chúng tôi sử dụng các thuật toán để phác họa được thông tin về các vị trí không có dữ liệu trên nền số liệu chung".
Bản đồ đầu tiên về các cực của Titan được phác họa dựa theo từ số liệu từ tàu Cassini của NASA. Để vẽ được bản đồ này các nhà khoa học đã sử dụng thuật toán gọi là "Nội suy Spline", trong đó sử dụng các đường cong mịn để nối các vùng trên mạng lưới dữ liệu bề mặt đã có được cung cấp bởi radar từ Cassini. Kết quả này mang đến những hiểu biết mới về bề mặt của Titan và các hiện tượng thời tiết trên đó.
Các tính toán này đã khớp với số liệu đã thu thập được về mặt trăng này, ví dụ là các vùng cực của nó có độ cao thấp hơn so với vùng xích đạo, và liên kết các điểm này với nhau cho phép các nhà khoa học tạo nên một hiểu biết mới về bề mặt của Titan, đặc biệt là các vùng điển hình nơi mà các dòng sông chảy và có các cơn mưa mê-tan định kỳ xảy ra. "Sự di chuyển của các bãi cát và sự chảy ở thể lỏng của nó do ảnh hưởng của độ dốc, các ngọn núi có thể gây ra các đám mây và do đó có mưa (do núi cao sẽ ngăn mây và tích tụ mây tại một vùng nhất định). Dữ liệu về toàn bộ bề mặt này sẽ cung cấp một phương pháp quan trọng để mô tả các hiện tượng thời tiết diễn ra trên bề mặt Titan", Ralph Lorenz nói tiếp.
Theo những dữ liệu mới nhất từ Cassini đã được sử dụng để thiết lập bản đồ này trong năm 2012, Ralph Lorenz nói "nó sẽ rất có ích khi xem lại toàn bộ kết quả hoạt động của Cassini khi nó chấm dứt hoạt động vào năm 2017, khi đó sẽ có thêm dữ liệu thực tế và sẽ có nhiều hơn khoảng trống dữ liệu hiện nay được lấp vào. Chúng tôi cảm thấy mình không thể chờ đợi được và muốn xuất bản sản phẩm này ngay. Cộng đồng đã rất hy vọng được thấy chúng, tôi nghĩ rằng đó là tiền đề cho rất nhiều nghiên cứu mới về sau".
Lưu Xuân Bình (VACA)
Theo Astronomy
*mặt trăng (viết thường) là chỉ chung các vệ tinh tự nhiên (khác với vệ tinh nhân tạo/artificial satellite) của các hành tinh, phân biệt với vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất là Mặt Trăng (viết hoa chữ cái đầu).
