Lần đầu nghe được âm thanh sóng plasma giữa sao Thổ và Enceladus

Hình ảnh mô phỏng tàu Cassini khi chuẩn bị cho lần cuối đi vào khí quyển. Ảnh: NASA

Âm thanh sao Thổ luôn nằm trong nhóm tín hiệu vũ trụ ám ảnh nhất mà con người từng chuyển đổi được từ dữ liệu quan sát, bởi sóng âm cần một môi trường vật chất đủ dày để lan truyền, trong khi khoảng chân không giữa các hành tinh gần như trống rỗng.

Giới khoa học vẫn tìm cách nghe vũ trụ bằng cách chuyển tín hiệu quan sát thành file âm thanh, và sao Thổ luôn tạo ra kết quả bất ngờ nhờ hệ vành đai khổng lồ cùng từ trường cực kỳ trật tự bao quanh hành tinh này. Ít lâu trước khi lao xuống sao Thổ kết thúc sứ mệnh năm 2017, tàu Cassini ghi lại một đoạn tín hiệu khiến không ít nhà nghiên cứu bất ngờ khi nghe lại.

Sóng plasma hé lộ đường liên lạc giữa sao Thổ và Enceladus

Đoạn âm thanh đó không xuất phát từ sóng lan truyền qua môi trường vật chất mà là sóng plasma gợn lên trong không gian quanh sao Thổ, tín hiệu Cassini thu lại hai tuần trước cú lao cuối cùng vào lớp khí quyển dữ dội của hành tinh. Hai nghiên cứu công bố năm 2018 trên tạp chí Geophysical Research Letters phân tích dữ liệu này và tìm ra những tương tác chưa từng ghi nhận trước đó giữa sao Thổ, hệ vành đai và mặt trăng Enceladus. Một trong hai nghiên cứu chứng minh lần đầu tiên rằng sóng plasma di chuyển giữa sao Thổ và Enceladus dọc theo các đường sức từ nối liền hai thiên thể.

Hình ảnh Enceladus hiện lên trên lớp sương mù của Sao Thổ được chụp vào ngày 13 tháng 9 năm 2017, một trong những hình ảnh cuối cùng của tàu Cassini. Ảnh: NASA

Trong giai đoạn cuối mang tên Grand Finale, Cassini áp sát sao Thổ ở khoảng cách đủ gần để thu tín hiệu mà không thiết bị nào trước đó chạm tới. Ở một trong những lần bay sát nhất, hai tuần trước khi kết thúc sứ mệnh, con tàu dùng thiết bị Khoa học sóng vô tuyến và plasma, viết tắt RPWS, để phát hiện sóng plasma truyền giữa sao Thổ và Enceladus.

Nhà khoa học hành tinh Ali Sulaiman, thành viên nhóm nghiên cứu RPWS tại Đại học Iowa, ví Enceladus như một cỗ máy phát điện nhỏ quay quanh sao Thổ và liên tục sinh ra năng lượng. Ông cho biết sao Thổ đáp lại nguồn năng lượng đó bằng cách phát tín hiệu dưới dạng sóng plasma, truyền qua mạch đường sức từ nối hành tinh với Enceladus ở khoảng cách hàng trăm nghìn dặm.

Vì sao tín hiệu vô thanh lại nghe như âm thanh thật

Không gian không tồn tại âm thanh đúng nghĩa vật lý vì sóng âm cần môi trường như không khí để dao động và truyền tới màng nhĩ, còn chân không vũ trụ thiếu hoàn toàn điều kiện đó. Tín hiệu Cassini thu được thuộc dạng sóng plasma tĩnh điện, loại sóng có thể lan truyền ngay trong chân không. Tần số của loại sóng này rơi đúng vào dải âm thanh mà tai người cảm nhận, nên giới khoa học chuyển chúng thành file âm thanh và tăng tốc bản ghi từ 16 phút xuống còn 28,5 giây để công chúng dễ nghe. Kết quả là một chuỗi âm thanh lách cách, rít lên rồi hạ xuống, mang đặc điểm thường gắn với hiện tượng cực quang, giới khoa học gọi hiện tượng này là tiếng rít cực quang. Các quan sát tiếng rít cực quang trước đây chủ yếu ghi nhận khi Cassini bay sát Enceladus, còn lần này tín hiệu tương tự lần đầu xuất hiện gần hành tinh chứ không phải gần mặt trăng.

Hình ảnh Enceladus do tàu Cassini chụp năm 2007. Ở phía xa, bóng của các vành đai tạo thành những vệt trên bầu khí quyển của Sao Thổ. Ảnh: NASA

Mối quan hệ đặc biệt giữa sao Thổ và Enceladus

Quan hệ giữa sao Thổ và Enceladus khác hẳn quan hệ giữa Trái Đất và Mặt Trăng. Các mạch nước ngầm phun trào từ Enceladus đưa vật chất lên không gian, và nguồn vật chất này nuôi dưỡng trực tiếp một trong các vành đai của sao Thổ. Từ trường sao Thổ bao trùm toàn bộ Enceladus, một mặt trăng vẫn hoạt động địa chất tích cực, trong khi Mặt Trăng của Trái Đất lại nằm ngoài từ quyển Trái Đất phần lớn thời gian trong tháng. Kết quả phân tích dữ liệu Cassini làm rõ thêm mối liên kết chặt chẽ giữa hành tinh và vệ tinh này, đồng thời khắc họa sự khác biệt của sao Thổ so với phần còn lại trong hệ Mặt Trời.

Gần một thập kỷ sau khi sứ mệnh Cassini khép lại, kho dữ liệu con tàu để lại vẫn tiếp tục sinh ra phát hiện mới, và bản ghi sóng plasma giữa sao Thổ và Enceladus góp thêm một minh chứng cho sự bí ẩn của vũ trụ.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng