Sao Mộc từng phình to gấp đôi, lớn đến mức có thể 'nuốt chửng' 10.000 Trái Đất

Là hành tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời và cũng là hành tinh đầu tiên hình thành, sao Mộc đã đóng vai trò như một "gã khổng lồ đầu đàn", có ảnh hưởng quyết định đến quá trình kiến tạo của mọi thứ khác xung quanh. Nhưng chính xác thì hành tinh này đã lớn cỡ nào khi mới ra đời? Và làm sao các nhà khoa học có thể biết được điều đó sau 4,5 tỷ năm?

Câu trả lời, bất ngờ thay, không nằm ở các vệ tinh nổi tiếng như Europa hay Ganymede, mà lại đến từ hai mặt trăng nhỏ bé ít được chú ý: Amalthea và Thebe, hai vệ tinh nằm còn gần hơn cả Io - mặt trăng nổi tiếng nhất của sao Mộc. Theo hai giáo sư Konstantin Batygin (Viện Công nghệ California - Caltech) và Fred Adams (Đại học Michigan), chính các đặc điểm quỹ đạo nghiêng nhẹ của Amalthea (0,36 độ) và Thebe (1,09 độ) là manh mối còn sót lại từ thuở sơ khai.

Thông thường, các mặt trăng gần hành tinh sẽ có quỹ đạo gần như trùng khớp với mặt phẳng xích đạo của hành tinh đó. Việc quỹ đạo của Amalthea và Thebe có độ nghiêng nhỏ nhưng đáng kể so với tiêu chuẩn này khiến Batygin và Adams nghi ngờ rằng chúng đã bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn từ Io - và điều này có thể cho phép họ "truy ngược" lại vị trí quỹ đạo của Io khi đám mây khí quanh sao Mộc vừa tan biến.

Từ vị trí này, nhóm nghiên cứu đã tính toán được bán kính của sao Mộc tại thời điểm đó: vào khoảng 2,0 đến 2,56 lần kích thước hiện tại, tức là lớn gấp khoảng 8 lần thể tích hiện tại. Khi ấy, nếu Trái Đất đã tồn tại, thì sao Mộc có thể "nhét" hơn 10.000 Trái Đất vào trong mình - thay vì con số khoảng 1.300 như ngày nay. Không chỉ vậy, từ trường của sao Mộc thời kỳ đó - vốn đã là mạnh nhất trong Hệ Mặt Trời - có thể mạnh hơn tới 50 lần so với hiện nay, hứa hẹn những cực quang rực rỡ chưa từng có nếu Mặt Trời sơ khai bùng phát.

Điểm đặc biệt trong nghiên cứu của Batygin và Adams là họ không dùng các mô hình dựng lại quá trình hình thành lõi hành tinh như truyền thống, mà dựa vào động lực học quỹ đạo của các vệ tinh và mô men động lượng có thể đo được ngày nay. “Thật kinh ngạc khi sau 4,5 tỷ năm, vẫn còn đủ manh mối để chúng ta tái dựng lại trạng thái vật lý của sao Mộc ở buổi bình minh tồn tại của nó,” Adams chia sẻ.

Tuy nhiên, vì là một phương pháp mới, giả thuyết này cũng vấp phải những điểm cần xem xét. Hai mặt trăng trong cùng hơn là Metis và Adrastea đã không được đưa vào mô hình, vì chúng có thể là tàn tích của một mặt trăng lớn hơn từng bị lực hấp dẫn của sao Mộc xé nát. Kết luận của nhóm nghiên cứu cũng dựa trên giả định rằng Thebe và Amalthea là các vệ tinh nguyên thủy, không hình thành sau này. Nếu giả định này sai, thì những suy luận về kích thước và cấu trúc ban đầu của sao Mộc có thể không còn vững chắc.

Ngoài việc mở ra hình ảnh kỳ vĩ về sao Mộc thời sơ khai - một hành tinh khổng lồ rực sáng với từ trường siêu mạnh - nghiên cứu còn góp phần làm rõ cuộc tranh luận kéo dài giữa hai giả thuyết hình thành hành tinh khí khổng lồ: từ lõi (bottom-up) hay từ sự sụp đổ trọng lực của mây khí (top-down). Những gì Batygin và Adams tìm ra ủng hộ giả thuyết bottom-up, vốn được xem là kịch bản chính trong Hệ Mặt Trời, dù khả năng top-down vẫn đang được cân nhắc cho các hệ hành tinh ngoài.

Công trình này đã được công bố trên tạp chí Nature Astronomy.

Anh Việt