Công trình do các nhà khoa học tại Northumbria University thực hiện, sử dụng dữ liệu từ James Webb Space Telescope (JWST), đã mang lại lời giải rõ ràng nhất từ trước đến nay. Nghiên cứu được công bố trên Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Trước đó, dữ liệu từ tàu Cassini spacecraft (hoạt động quanh Sao Thổ giai đoạn 2004–2017) cho thấy tín hiệu liên quan đến tốc độ quay của hành tinh thay đổi theo thời gian. Điều này khiến các nhà khoa học nghi ngờ rằng có điều gì đó bất thường đang diễn ra.

Đến năm 2021, nhóm nghiên cứu do giáo sư Tom Stallard dẫn đầu đã chứng minh rằng Sao Thổ thực chất không thay đổi tốc độ quay. Thay vào đó, các luồng gió mạnh ở tầng khí quyển trên cao tạo ra dòng điện, từ đó sinh ra tín hiệu cực quang khiến việc đo đạc bị “đánh lừa”. Tuy nhiên, nguồn gốc của các luồng gió này vẫn là một câu hỏi chưa có lời giải.

Quan sát đột phá từ JWST

Để giải quyết vấn đề, nhóm nghiên cứu đã sử dụng JWST theo dõi liên tục vùng cực quang phía bắc của Sao Thổ trong suốt một ngày của hành tinh. Họ tập trung vào tín hiệu hồng ngoại phát ra từ ion H₃⁺—một chỉ dấu quan trọng phản ánh nhiệt độ trong khí quyển.

Nhờ độ phân giải cao chưa từng có, dữ liệu từ JWST cho phép các nhà khoa học lập bản đồ chi tiết về sự phân bố nhiệt và mật độ hạt tích điện trong vùng cực. Độ chính xác của phép đo được cải thiện gấp 10 lần so với trước đây, mở ra cái nhìn hoàn toàn mới về cấu trúc năng lượng của hành tinh.

Cơ chế “máy bơm nhiệt” hành tinh

Kết quả cho thấy cực quang của Sao Thổ không chỉ là hiện tượng ánh sáng mà còn là nguồn năng lượng chủ chốt. Năng lượng này làm nóng cục bộ khí quyển, từ đó tạo ra các luồng gió mạnh. Các luồng gió tiếp tục sinh ra dòng điện, và chính dòng điện này lại nuôi dưỡng cực quang—tạo thành một chu trình phản hồi khép kín và ổn định.

“Về bản chất, đây là một ‘máy bơm nhiệt hành tinh’,” Stallard giải thích. “Cực quang làm nóng khí quyển, khí quyển tạo ra gió, gió sinh ra dòng điện và dòng điện lại duy trì cực quang.”

Chính chu trình này đã tạo ra ảo giác rằng tốc độ quay của Sao Thổ thay đổi, trong khi thực tế hành tinh vẫn quay ổn định.

Ý nghĩa đối với khoa học hành tinh

Phát hiện này không chỉ giải quyết một bí ẩn kéo dài hàng thập kỷ mà còn làm sáng tỏ mối liên hệ chặt chẽ giữa khí quyển và từ quyển của các hành tinh. Sự tương tác hai chiều giữa hai hệ này giúp duy trì trạng thái ổn định lâu dài, đồng thời gợi ý rằng các hành tinh khác cũng có thể tồn tại cơ chế tương tự.

Theo các nhà khoa học, kết quả này có thể thay đổi cách chúng ta hiểu về khí quyển hành tinh: những gì xảy ra trong lớp khí không chỉ ảnh hưởng đến bề mặt mà còn tác động đến toàn bộ môi trường không gian xung quanh—một lĩnh vực vẫn còn nhiều điều chưa được khám phá.

Nghiên cứu vì thế không chỉ giải đáp một câu hỏi cũ, mà còn mở ra nhiều hướng đi mới trong việc tìm hiểu cách các hành tinh vận hành trong vũ trụ rộng lớn.