Vì sao vệt tối trên Pluto có thể là dấu hiệu cho thấy nitơ lỏng trồi lên?

Trên rìa phía bắc của Sputnik Planitia, sông băng hình trái tim nổi bật trên Pluto, ảnh từ tàu New Horizons cho thấy những đường tối mảnh xen với các mảng tối lan rộng. Cách giải thích đang được chú ý là nitơ lỏng từ dưới lớp băng đã đi lên qua khe nứt, làm ướt bề mặt rồi chảy xuống địa hình thấp hơn. Tuy nhiên, tàu vũ trụ không trực tiếp nhìn thấy chất lỏng: lập luận được xây dựng từ hình dạng dấu vết, phép so sánh với băng trên Trái Đất và mô phỏng máy tính. [1]

Ba mắt xích ấy trả lời câu hỏi vì sao các nhà khoa học nghĩ đến nitơ lỏng thay vì chỉ một lớp vật chất tối nằm trên băng. Hình thái cho biết điều gì cần được giải thích; Greenland cung cấp một hiện tượng tương tự để đối chiếu; còn mô hình kiểm tra xem chất lỏng có thể hình thành và di chuyển trong điều kiện của Pluto hay không. Chúng tạo thành một giả thuyết có cơ sở, nhưng chưa phải phép đo trực tiếp thành phần hay chuyển động của chất lỏng. [1]

New Horizons đã nhìn thấy điều gì?

Ảnh New Horizons chụp trong giai đoạn 2015–2016 cho thấy miền bắc Sputnik Planitia gồm các ô đối lưu địa chất lớn, ngăn cách bởi những đường tối hẹp. Gần đó còn có các vùng tối rộng hơn và có rìa không rõ nét. Bản thân màu tối không nói được vật liệu là gì, nhưng vị trí và cách các vệt phân bố trên một sông băng chủ yếu gồm nitơ đông lạnh khiến chúng trở thành dấu hiệu cần giải thích bằng hoạt động của bề mặt. [1]

Một chi tiết quan trọng là bề mặt Sputnik Planitia được mô hình hóa như một khu vực thường xuyên đảo trộn. Theo ước tính từ quá trình này, bề mặt có lẽ trẻ hơn một triệu năm. Vì các vệt nằm trên chính bề mặt ấy, chúng cũng phải xuất hiện sau lần tái tạo gần nhất. Đây là cơ sở để gọi hiện tượng là tương đối gần đây theo thang thời gian địa chất, chứ không có nghĩa New Horizons đã chứng kiến nitơ đang chảy. [1]

Vì sao Greenland trở thành điểm đối chiếu?

Nhóm nghiên cứu so sánh ảnh Pluto với ảnh Landsat 9 về các vùng băng trên Trái Đất, trong đó có chỏm băng Greenland. Ở Greenland, nước lỏng hiện diện trên băng và tuyết có thể tạo ra những dấu tối hẹp. Nước mưa hoặc nước đi lên từ bên dưới cũng làm một số vùng băng trông sẫm hơn. Các đường và mảng trên Sputnik Planitia có nét tương đồng về hình thái với những dấu này. [1]

Phép so sánh không đồng nhất hai môi trường. Điều kiện nhiệt độ và khí quyển của Pluto không cho phép nitơ lỏng rơi xuống như mưa, vì vậy cơ chế quen thuộc trên Greenland không thể được chuyển nguyên sang hành tinh lùn. Giá trị của đối chiếu nằm ở một ý hẹp hơn: chất lỏng làm ướt bề mặt băng có thể để lại kiểu dấu tối tương tự. Nếu Pluto từng có chất lỏng trên mặt băng, nó hợp lý hơn khi đi lên từ bên dưới. [1]

Nitơ có thể nóng chảy ở đâu?

Mô phỏng máy tính đặt nguồn chất lỏng ở đáy Sputnik Planitia, dưới một lớp băng nitơ sâu vài kilômét. Kết quả cho thấy nitơ đông lạnh tại đó có thể nóng chảy và tạo thành nitơ lỏng. Đây là bước then chốt, bởi giả thuyết không chỉ cần giải thích các vệt trên mặt; nó còn phải chỉ ra một nơi chất lỏng có thể xuất hiện dù bề mặt Pluto nhìn chung cực lạnh. [1]

Nghiên cứu cũng nêu ứng suất và biến dạng trong nitơ rắn như những quá trình vật lý đáng xem xét. Khi vật liệu ở đáy sông băng chịu các điều kiện khác với lớp trên cùng, trạng thái của nó có thể thay đổi. Dù vậy, vật lý của nitơ rắn ở nhiệt độ rất thấp và dưới tác động cơ học chưa được khảo sát chi tiết trong phòng thí nghiệm. Vì thế, mô hình cung cấp một cơ chế khả thi chứ chưa khép lại mọi câu hỏi về sự nóng chảy. [1]

Chất lỏng đi ngược lên mặt băng bằng cách nào?

Theo mô phỏng, nitơ lỏng hình thành ở đáy có thể đi qua những kênh hẹp hoặc khe nứt trong sông băng. Lực nổi hoặc áp suất từ phía dưới là hai yếu tố có thể đẩy nó lên. Có thể hình dung đây là một hệ đường dẫn nhỏ xuyên qua khối băng, nhưng các đường dẫn ấy là thành phần của mô hình, không phải cấu trúc đã được New Horizons chụp rõ. [1]

Khi tới bề mặt, nitơ có thể duy trì trạng thái lỏng đủ lâu để chảy xuống dốc và làm ướt lớp băng nitơ xung quanh. Quá trình đó có khả năng tạo ra cả đường tối tập trung lẫn mảng tối khuếch tán. Chuỗi giải thích vì vậy nối được ba vị trí: vùng nóng chảy ở đáy, lối đi trong băng và dấu vết trên mặt. Sự ăn khớp này khiến giả thuyết đáng chú ý hơn một phép so sánh hình ảnh đơn lẻ. [1]

Bằng chứng hiện mạnh đến đâu?

Bằng chứng mạnh nhất nằm ở sự hội tụ của nhiều dấu hiệu bổ trợ lẫn nhau: vệt tối có hình thái phù hợp với bề mặt từng bị chất lỏng làm ướt, nguồn chất lỏng từ dưới băng tránh được trở ngại rằng nitơ không thể rơi như mưa, và mô phỏng cho thấy vật liệu có thể nóng chảy rồi đi lên. Nghiên cứu vì thế đề xuất nitơ lỏng có thể tồn tại dưới Sputnik Planitia hiện nay hoặc đã hiện diện ở đó trong quá khứ địa chất rất gần. [1]

Điều vẫn chưa biết là các vệt có thực sự chứa dấu tích hóa học của nitơ lỏng hay không, quá trình còn diễn ra hay đã dừng, và nó phổ biến tới mức nào. Chưa có dấu hiệu rõ ràng về kiểu dòng chảy đáy này ở nơi khác trên Pluto, trong khi hơn một nửa bề mặt hành tinh lùn chưa được lập bản đồ độ phân giải cao. Quan sát tốt hơn trong tương lai mới có thể phân biệt giả thuyết dòng nitơ với những cách giải thích hình thái khác. [1]

Vì vậy, các vệt tối chưa phải hình ảnh của một dòng sông đang chảy trên Pluto. Giá trị của chúng nằm ở chỗ chúng khiến vẻ ngoài đóng băng của Sputnik Planitia được nhìn theo một cách khác: một bề mặt lạnh vẫn có thể lưu dấu chuyển động vật chất từ sâu bên dưới. Nếu cơ chế được xác nhận, Pluto sẽ không chỉ là nơi bảo tồn địa hình cũ mà còn là một thế giới có những biến đổi địa chất tương đối trẻ. [1]