WASP-121 b là tên của một ngoại hành tinh “cực đoan” — nó nóng đến mức mưa xuống những giọt sắt lỏng. Giờ đây, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng hành tinh này, nằm cách chúng ta khoảng 900 năm ánh sáng, còn bị tàn phá bởi những cơn gió mạnh ngoài sức tưởng tượng.

Đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn có thể nghiên cứu bầu khí quyển của một hành tinh ngoài hệ Mặt Trời với chiều sâu và chi tiết phức tạp như vậy.

Những cơn gió trên WASP-121 b, được phát hiện bởi một nhóm các nhà thiên văn học sử dụng Kính viễn vọng Rất Lớn (VLT) ở sa mạc Atacama, phía bắc Chile, mang theo các nguyên tố như sắt và titan di chuyển quanh hành tinh, tạo ra các mô hình thời tiết phức tạp.

“Bầu khí quyển của hành tinh này hoạt động theo những cách thách thức sự hiểu biết của chúng ta về thời tiết – không chỉ trên Trái Đất, mà trên mọi hành tinh,” Julia Victoria Seidel, nhà nghiên cứu tại Đài quan sát Côte d’Azur, cho biết trong một tuyên bố. “Nó giống như một điều bước ra từ khoa học viễn tưởng.”

Một thế giới cực đoan

Nhiều đặc điểm phi thường của WASP-121 b xuất phát từ việc nó là một “Mộc tinh siêu nóng” – một hành tinh khí khổng lồ có khối lượng khoảng 1,2 lần sao Mộc trong hệ Mặt Trời. WASP-121 b thực sự quay quanh ngôi sao của nó gần đến mức một năm ở đó chỉ kéo dài 30 giờ.

Sự gần gũi này cũng khiến WASP-121 b bị “khóa bởi lực hấp dẫn,” nghĩa là một mặt của hành tinh luôn hướng về ngôi sao (vùng ban ngày siêu nóng), trong khi mặt còn lại (vùng ban đêm) mát hơn vì luôn đối diện với không gian.

Sắt và các kim loại khác bị bốc hơi ở vùng ban ngày rực lửa, rồi bị gió cuốn sang vùng đêm, nơi chúng ngưng tụ và rơi xuống dưới dạng mưa kim loại lỏng.

Khi đi sâu vào bầu khí quyển của WASP-121 b và lập bản đồ 3D, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy các loại gió khác nhau ở các tầng khí quyển khác nhau, đồng thời quan sát thấy một dòng tia (jet stream) trải dài nửa hành tinh.

Khi dòng tia này tăng tốc, nó dường như khuấy động bầu khí quyển của WASP-121 b dữ dội trên bầu trời, băng qua ranh giới giữa vùng đêm và vùng ngày, di chuyển về phía phần nóng hơn.

“Những gì chúng tôi phát hiện thật đáng kinh ngạc: một dòng tia quay quanh xích đạo của hành tinh, trong khi một dòng chảy khác ở tầng khí quyển thấp hơn mang khí từ phía nóng sang phía mát hơn,” Seidel nói. “Kiểu khí hậu này chưa từng được quan sát trên bất kỳ hành tinh nào trước đây.

“Ngay cả những cơn bão mạnh nhất trong hệ Mặt Trời cũng có vẻ êm đềm hơn khi so sánh.”

Việc lập bản đồ phức tạp về bầu khí quyển của WASP-121 b trở nên khả thi nhờ Máy quang phổ Echelle dành cho ngoại hành tinh đá và quan sát quang phổ ổn định. Máy quang phổ này kết hợp ánh sáng từ nhiều kính thiên văn khác nhau, cho phép thu nhận gấp bốn lần lượng ánh sáng mà một thiết bị đơn lẻ có thể quan sát, từ đó giúp phát hiện các chi tiết mờ nhạt trong khí quyển của hành tinh.

Nhóm nghiên cứu đã hướng Máy quang phổ về phía WASP-121 b trong suốt một lần hành tinh này đi qua trước mặt ngôi sao chủ, hay còn gọi là một lần “quá cảnh.” Điều này giúp họ phát hiện dấu hiệu của nhiều loại hóa chất trong bầu khí quyển của Mộc tinh siêu nóng ở các tầng khí quyển khác nhau.

“Máy quang phổ cho phép chúng tôi khảo sát ba tầng khác nhau trong bầu khí quyển của ngoại hành tinh chỉ trong một lần quan sát,” Leonardo A. dos Santos, thành viên nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian, cho biết.

Các nhà nghiên cứu đã theo dõi sự di chuyển của sắt, natri và hydro, sử dụng chúng để xác định hướng gió trong các tầng khí quyển sâu, trung bình và nông của WASP-121 b. “Đây là loại quan sát rất khó thực hiện với các kính viễn vọng không gian, cho thấy tầm quan trọng của việc quan sát ngoại hành tinh từ mặt đất,” dos Santos nói.

Một bất ngờ trong nghiên cứu này là phát hiện ra titan ẩn ngay dưới dòng tia. Những quan sát trước đây về WASP-121 b không tìm thấy nguyên tố này, có thể vì lượng titan đã bị che giấu sâu trong bầu khí quyển của Mộc tinh siêu nóng.

“Thật sự đáng kinh ngạc (mind-blowing) khi chúng ta có thể nghiên cứu chi tiết như thành phần hóa học và mô hình thời tiết của một hành tinh ở khoảng cách xa như vậy,” Bibiana Prinoth, nhà nghiên cứu tại Đại học Lund và là tác giả của một bài báo liên quan về khám phá titan, nói trong tuyên bố.

Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào ngày 18-2 trên tạp chí Nature.

Minh họa về ngoại hành tinh Mộc tinh siêu nóng WASP-121 b, nơi có mưa sắt và gió dữ dội ngoài sức tưởng tượng. Ảnh: Robert Lea