Các nhà nghiên cứu liên tục sàng lọc những dữ liệu quang phổ mới được thu thập bởi các kính thiên văn mạnh mẽ như kính thiên văn không gian James Webb (JWST). Trong phần lớn các trường hợp, khi họ xác định được các đặc trưng phổ - tức những vạch hấp thụ hoặc phát xạ cụ thể của các loại ánh sáng khác nhau thu được từ một hành tinh, vệ tinh hoặc ngôi sao - thì các đặc trưng này được biết là do những nguyên tử hoặc phân tử nhất định tạo ra. Ví dụ, vạch phát xạ ở bước sóng 426,7 nanomet được biết là phát sinh từ carbon bị ion hóa một lần, biểu thị một chuyển mức nguyên tử cụ thể giữa các trạng thái năng lượng của một ion carbon.
Tuy nhiên, gần đây, một nhóm các nhà khoa học đã xác định được một vạch hấp thụ phát ra từ Titan và Pluto mà trước đây chưa từng được quan sát thấy ở bất kỳ nơi nào khác. Điều này có nghĩa là các nhà khoa học chưa biết nó bắt nguồn từ nguyên tử hay phân tử nào, nhưng dù đó là gì đi nữa, nó có thể chỉ ra một kết nối độc đáo về hóa học giữa hai thế giới này, theo một nghiên cứu mới được công bố trên máy chủ arXiv.
Những điểm giống và khác trong khí quyển
Sự khác biệt giữa Titan và Pluto là khá rõ ràng. Titan là một vệ tinh lớn và là một trong số rất ít thiên thể trong Hệ Mặt Trời có bằng chứng rõ ràng về sự tồn tại ổn định của chất lỏng trên bề mặt. Pluto là một hành tinh lùn đóng băng ở rìa Hệ Mặt Trời, lạnh hơn Titan rất nhiều và chỉ có đường kính bằng khoảng một nửa. Tuy nhiên, chúng lại có bầu khí quyển tương tự nhau. Cả hai đều sở hữu khí quyển giàu nitrogen (N) với một lượng đáng kể methane. Vì vậy, cả hai đều có các lớp khí quyển mờ đục nổi bật, được tạo ra bởi các phản ứng giữa bức xạ tử ngoại với nitrogen và methane. Tuy nhiên, do Pluto nhỏ hơn nhiều nên khí quyển của nó cũng mỏng hơn đáng kể.
Khí quyển dày và mờ đục của Titan khiến việc nghiên cứu thành phần hóa học bề mặt bằng ánh sáng phản xạ trở nên khó khăn. Trong các nghiên cứu trước đây, dữ liệu từ tàu thăm dò Cassini-Huygens cho thấy Titan có sông, hồ, các cồn cát và địa hình phức tạp, nhưng các nhà nghiên cứu không thể xác định chính xác thành phần hóa học bề mặt ngoài một số dấu hiệu về khả năng tồn tại băng nước. Các nghiên cứu trước đây bằng JWST về Titan đã mang lại hiểu biết sâu sắc hơn về hóa học khí quyển, nhưng thành phần bề mặt vẫn phần lớn chưa được biết đến vì các dấu hiệu từ bề mặt bị che khuất bởi lớp khí quyển dày hơn. Ngược lại, khí quyển của Pluto cực kỳ mỏng nên các dấu hiệu từ bề mặt dễ được phát hiện hơn.
Hình ảnh tổ hợp này cho thấy quang cảnh dưới bức xạ hồng ngoại về Titan, vệ tinh của Sao Thổ, được ghi lại bởi tàu không gian Cassini của NASA trong lần bay ngang "T-114" của sứ mệnh vào ngày 13 tháng 11 năm 2015. Nguồn: NASA
Một đặc trưng hấp thụ chưa được xác định
Nhóm thực hiện nghiên cứu mới gần đây đã phân tích các phổ JWST của Titan thu được từ NIRSpec vào năm 2022 và từ MIRI vào năm 2023, tập trung vào khoảng bước sóng 4,9 đến 5,4 micromet. Trong cả hai bộ dữ liệu, họ đều xác định được một đặc trưng hấp thụ ở bước sóng 5,11 micromet. Họ lưu ý rằng rất khó có khả năng đây là lỗi hoặc nhiễu do thiết bị, vì nó được phát hiện bởi hai thiết bị độc lập. Dữ liệu MIRI của Pluto cũng cho thấy một đặc trưng hấp thụ ở bước sóng 5,11 micromet tại gần như chính xác cùng vị trí bước sóng đó, mặc dù đặc trưng này trên Pluto rộng hơn khoảng ba lần so với trên Titan.
Nhóm nghiên cứu đã rà soát các nghiên cứu trước đây và các phổ phòng thí nghiệm đã được công bố, nhưng không thể tìm thấy bất kỳ sự trùng khớp nào với đặc trưng hấp thụ 5,11 micromet. Họ viết: "Chúng tôi không tìm thấy bất kỳ dải phổ nào được đề cập trong các công bố này tương ứng với vị trí của đặc trưng hấp thụ được quan sát thấy trên Titan và Pluto. Tuy nhiên, một dấu hiệu phổ có thể bị dịch chuyển nếu hợp chất đó được trộn lẫn với các chất khác."
Xét đến khả năng đặc trưng này là kết quả của sự dịch chuyển từ một bước sóng khác, nhóm nghiên cứu đã xác định được một số ứng viên, chẳng hạn như băng C₂H₂ và benzene trộn lẫn với các phân tử khác. Tuy nhiên, cần có thêm các thử nghiệm để xác minh liệu chúng có thực sự là nguyên nhân tạo ra đặc trưng hấp thụ này hay không.
Các nhà nghiên cứu cũng cho biết các bằng chứng hiện có cho thấy tín hiệu này phát ra từ bề mặt của cả Titan và Pluto chứ không phải từ khí quyển của chúng. Các mô hình khí quyển của Titan không tạo ra bất kỳ chỗ suy giảm hấp thụ nào tại bước sóng 5,11 micromet, trong khi các đặc trưng khí quyển khác lại được tái hiện chính xác trong mô hình.
Cuộc tìm kiếm vẫn tiếp tục
Nhóm nghiên cứu nghi ngờ rằng môi trường methane - nitrogen của Titan và Pluto, cùng với tác động của bức xạ, có thể đóng vai trò quan trọng trong con đường hóa học dẫn đến đặc trưng 5,11 micromet. Họ viết: "Một cơ chế có khả năng cao hơn liên quan đến trạng thái vật lý của các phân tử tham gia, và cụ thể hơn là sự đa dạng của môi trường xung quanh chúng ở quy mô phân tử."
Mặc dù đặc trưng hấp thụ này vẫn chưa được xác định, nhóm nghiên cứu dự định tiếp tục tìm kiếm lời giải. Các quan sát bổ sung bằng JWST có thể được sử dụng để lập bản đồ những khu vực trên Titan nơi đặc trưng 5,11 micromet mạnh nhất, từ đó có thể thu hẹp phạm vi tìm kiếm nguồn gốc hóa học của nó.
Các phép đo phòng thí nghiệm mới đối với những phân tử ứng viên đã được lựa chọn trong các hỗn hợp và môi trường nền thực tế cũng là cần thiết để tìm kiếm sự trùng khớp với đặc trưng này trong các điều kiện tương tự Titan và Pluto. Ngoài ra, vào giữa thập niên 2030, tàu không gian Dragonfly mới của NASA có thể giúp xác định trực tiếp các phân tử ứng viên trên bề mặt Titan. Tuy nhiên, việc không được trang bị khả năng quang phổ hồng ngoại sẽ ngăn cản việc phát hiện trực tiếp đặc trưng phổ này trên bề mặt.
Lyr
Theo Phys.org
