EUROPA (VỆ TINH): ĐẶC ĐIỂM, THÀNH PHẦN, QUỸ ĐẠO, CHUYỂN ĐỘNG - ARTE - 2025

Europa là một vệ tinh tự nhiên hay mặt trăng của sao Mộc, được phát hiện vào năm 1610 bởi nhà thiên văn học người Ý Galileo Galilei (1564-1642). Nó là một phần của cái gọi là mặt trăng Galilean, cùng với Ganymede, Io và Callisto. Tên của nó bắt nguồn từ một nhân vật trong thần thoại Hy Lạp: Europa là mẹ của Vua Minos của đảo Crete, một trong những người tình của vua của các vị thần.

Nhà thiên văn học người Đức Simon Marius, người cùng thời với Galileo, đã gợi ý cái tên này trong một tác phẩm của ông, công trình này cũng ghi nhận việc phát hiện ra vệ tinh Jovian trước khi Galileo công bố nó.

Hình 1. Hình ảnh màu tự nhiên của Europa do sứ mệnh Galileo chụp, các đường có lẽ là vết đứt gãy trong lớp vỏ với các tảng đá lộ ra. Nguồn: Wikimedia Commons. NASA / JPL / DLR / Miền công cộng

Một ký hiệu khác được sử dụng cho vệ tinh này và hiện không được sử dụng là ký hiệu mà Galileo đề xuất ban đầu, với các chữ số La Mã. Vì vậy, Europa cũng là Sao Mộc II, vì nó là mặt trăng Galilê thứ hai gần với hành tinh này (Io là gần nhất nhưng có bốn mặt trăng khác nhỏ hơn).

Cuối cùng, các nhà thiên văn học theo gợi ý của Marius, người có thể đã phát hiện ra các vệ tinh độc lập với Galileo.

Việc phát hiện ra các mặt trăng Galilê quay quanh Sao Mộc là một cột mốc quan trọng đối với khoa học. Nó củng cố thuyết nhật tâm của Copernicus và khiến nhân loại nhận ra rằng Trái đất không phải là trung tâm của vũ trụ.

Tuy nhiên, các mặt trăng Galilê vẫn tồn tại trong một thời gian dài như những điểm sáng nhỏ, được nhìn thấy bằng kính viễn vọng quay quanh Sao Mộc.

Đó là cho đến khi các sứ mệnh không người lái Pioneer, Voyager, Galileo và New Horizons mang đến một lượng lớn thông tin về Europa và các vệ tinh còn lại của các hành tinh khổng lồ.

Đặc điểm chung

Khả năng sinh sống có thể

Europa, nhỏ hơn một chút so với Mặt trăng, có một đại dương nước dưới bề mặt và được bảo vệ khỏi gió Mặt trời bởi từ trường Jovian, mang lại cho nó một số triển vọng về khả năng sinh sống.

Hình 2. Kích thước so sánh của Europa, phía dưới bên trái, với Trái đất và Mặt trăng. Nguồn: Wikimedia Commons. Hình ảnh Toàn cảnh Trái đất của Apollo 17: NASHình ảnh qua kính của Trăng tròn: Gregory H. Hình ảnh Revera của Europa: NASA / JPL / Public domain

Thêm vào đó là thực tế rằng châu Âu có thể là kiến ​​tạo. Và ngoài Trái đất, cho đến nay không có thiên thể nào khác có địa chất phức tạp được biết đến.

Không khí

Nó cũng có bầu khí quyển, bền nhưng với oxy và mật độ của nó, mặc dù không cao bằng trái đất, cho thấy rằng có một lượng đá tốt trong thành phần của nó.

Bề mặt

Bề mặt đông lạnh rất mịn, hầu như không bị cắt ngang bởi các đường thể hiện trong hình 1.

Những đường này có thể phản ánh ứng suất trong lớp vỏ băng dày 100-150 km bao phủ Europa, làm lộ ra lớp đá bên dưới, bên dưới có nước lỏng.

Có đủ nhiệt bên trong Europa để duy trì đại dương này, do thủy triều ấm lên.

Người ta thường coi thủy triều là hiện tượng đặc trưng của các khối lượng đại dương, tuy nhiên lực hấp dẫn không chỉ di chuyển nước mà còn cả đá. Và các quá trình này tạo ra ma sát làm tiêu hao năng lượng của quỹ đạo chuyển động thành nhiệt.

Không có từ trường

Thông qua các phép đo từ trường được thực hiện bởi các sứ mệnh không người lái, người ta biết rằng Europa không có từ trường riêng. Nhưng họ cũng phát hiện sự tồn tại của một lõi sắt và một lớp nước giàu hàm lượng khoáng chất dưới lớp vỏ.

Những phép đo này chỉ ra rằng la bàn của một du khách đến châu Âu sẽ gặp phải hiện tượng dao động mạnh, đặc biệt là khi khoảng cách gần sao Mộc là cực đại. Và từ trường cường độ cao Jovian tương tác với vật liệu dẫn điện của lòng đất, gây ra những dao động này.

Albedo của Châu Âu

Người ta biết rằng Europa có bề mặt băng giá và hơi không bằng phẳng, không chỉ vì thông tin thu được qua hình ảnh mà còn do các phép đo được thực hiện đối với albedo của nó.

Albedo của bất kỳ vật thể nào - thiên văn hay thiên nhiên khác - là phần ánh sáng mà nó phản xạ. Đó là lý do tại sao giá trị của nó nằm trong khoảng từ 0 đến 1.

Nếu albedo là 0, nó có nghĩa là vật thể hấp thụ tất cả ánh sáng mà không phản xạ bất cứ thứ gì, ngược lại, nếu nó là 1 thì nó phản xạ hoàn toàn.

Gương là vật thể có albedo lớn và của Europa là 0,69. Điều này có nghĩa là nó phản chiếu khoảng 69% ánh sáng chiếu tới bề mặt của nó, một dấu hiệu cho thấy lớp băng bao phủ nó là sạch và gần đây.

Do đó, bề mặt của Europa tương đối trẻ, ước tính khoảng 10 triệu năm tuổi. Các bề mặt có lớp băng cũ có xu hướng khá tối và ít nhiễu hơn.

Một thực tế khác có lợi cho nó là bề mặt của Europa hầu như không có bất kỳ hố va chạm nào, cho thấy có đủ hoạt động địa chất để xóa bằng chứng về các tác động.

Một trong số ít miệng núi lửa này xuất hiện ở dưới cùng của hình 1. Đó là đốm sáng hình nốt ruồi với tâm tối, được gọi là Miệng núi lửa Pwyll, để vinh danh vị thần Celtic của thế giới ngầm.

Tóm tắt các đặc điểm vật lý chính của Châu Âu

Chuyển động dịch

Europa di chuyển quanh Sao Mộc với chu kỳ chỉ hơn 3 ngày rưỡi, theo một quỹ đạo khá tròn.

Một điểm đặc biệt trong chuyển động tịnh tiến của Europa là nó đang quay đồng bộ với sao Mộc. Do đó, nó luôn hiển thị cùng một khuôn mặt với hành tinh, giống như Mặt trăng đối với Trái đất. Hiện tượng này còn được gọi là khớp nối thủy triều.

Hình 3. Europa luôn hiển thị cùng một mặt với Sao Mộc nhờ chuyển động quay đồng bộ. Nguồn: NASA.

Sự ghép nối thủy triều được đặc trưng bởi thực tế là vật thể mất cùng một thời gian để quay quanh vật thể có khối lượng lớn nhất - trong trường hợp này là Sao Mộc - vì nó thực hiện một vòng quay hoàn toàn trên trục của chính nó.

Lời giải thích là các thiên thể không phải là khối lượng điểm, mà là các vật thể có kích thước đáng kể. Vì lý do này, lực hấp dẫn mà Sao Mộc tác dụng lên các vệ tinh của nó không đồng nhất, có cường độ mạnh hơn ở phía gần nhất và ít mạnh hơn ở phía xa.

Điều này tạo ra sự biến dạng tuần hoàn ở Europa, cũng bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn thường xuyên được tác động bởi các mặt trăng Galilean lân cận khác: Ganymede và Io.

Kết quả là sự khuếch đại lực hấp dẫn trong một hiện tượng được gọi là cộng hưởng quỹ đạo, khi các mặt trăng khác hút lực hấp dẫn lên Europa trong những khoảng thời gian chính xác.

Cộng hưởng Laplace

Và tất nhiên Châu Âu cũng làm như vậy với các mặt trăng khác, tạo ra một kiểu hài hòa giữa tất cả chúng.

Các hiệu ứng hấp dẫn lẫn nhau của các mặt trăng Galilê được gọi là cộng hưởng Laplace, theo tên người phát hiện ra nó, nhà toán học và thiên văn học người Pháp Pierre Simon de Laplace vào năm 1805.

Có một số loại cộng hưởng trong vật lý. Đây là sự cộng hưởng hiếm hoi trong đó chu kỳ cách mạng của ba mặt trăng theo tỷ lệ 1: 2: 4. Bất kỳ lực nào tác động lên bất kỳ thành viên nào của hệ thống này đều được truyền sang hệ thống khác, thông qua tương tác hấp dẫn.

Hình 4. Hoạt ảnh của sự cộng hưởng quỹ đạo giữa các vệ tinh Galilean. Nguồn: Wikimedia Commons. Người dùng: Matma Rex / Miền công cộng.

Do đó, các lực thủy triều làm cho toàn bộ châu Âu phải chịu các vấu và lực nén tạo ra sự sưởi ấm được mô tả ở trên. Và nó cũng khiến Europa có một đại dương nước lỏng bên trong nó.

Chuyển động quay

Europa có chuyển động quay quanh trục của chính nó, như chúng ta đã nói, có cùng khoảng thời gian với chu kỳ quỹ đạo, nhờ vào mối ghép thủy triều mà nó có với Sao Mộc.

Thành phần

Các nguyên tố tương tự cũng có ở Châu Âu cũng như trên Trái đất. Trong khí quyển có oxy, sắt và silicat nằm trong lõi, trong khi nước, chất nổi bật nhất, chiếm lớp bên dưới lớp vỏ.

Nước dưới Europa rất giàu muối khoáng, chẳng hạn như natri clorua hoặc muối thông thường. Sự hiện diện của magie sunfat và axit sunfuric có thể giải thích phần nào các vạch màu đỏ đi qua bề mặt vệ tinh.

Người ta cũng tin rằng ở châu Âu có tholins, hợp chất hữu cơ được hình thành nhờ bức xạ tia cực tím.

Tholins phổ biến trên các thế giới băng giá như Europa và mặt trăng Titan của sao Thổ. Carbon, nitơ và nước là cần thiết để chúng hình thành.

Cơ cấu nội bộ

Cấu trúc bên trong của Europa tương tự như cấu trúc của Trái đất, vì nó có lõi, lớp phủ và lớp vỏ. Mật độ của nó, cùng với Io, cao hơn trong trường hợp của hai mặt trăng Galilê khác, cho thấy hàm lượng silicat cao hơn.

Hình 5. Cấu trúc bên trong của bốn mặt trăng Galilê, theo mô hình lý thuyết. Nguồn: Kutner, M. Astronomy: một góc nhìn vật lý.

Lõi của Europa không được làm bằng kim loại nóng chảy (trái ngược với Io), điều này cho thấy rằng nước dưới lớp vỏ có hàm lượng khoáng chất cao, vì từ tính của Europa đến từ sự tương tác giữa chất dẫn điện tốt như nước với muối. và từ trường cường độ cao của Sao Mộc.

Các nguyên tố phóng xạ có rất nhiều trong lớp phủ đá, khi phân hủy sẽ phát ra năng lượng và tạo thành một nguồn nhiệt bên trong khác cho Europa, ngoài tác dụng làm nóng thủy triều.

Lớp nước ngoài cùng, một phần đóng băng và một phần lỏng, ước tính dày 100 km ở một số khu vực, mặc dù một số khu vực khác cho rằng nó chỉ khoảng 200 m.

Trong mọi trường hợp, các chuyên gia đồng ý rằng lượng nước lỏng ở Europa có thể nhiều gấp đôi lượng nước có trên Trái đất.

Người ta cũng tin rằng có những hồ nước trong các kẽ hở của lớp vỏ băng, như gợi ý trong hình 6, cũng có thể chứa đựng sự sống.

Bề mặt băng giá nhận được sự tương tác liên tục với các hạt tích điện được gửi từ các vành đai bức xạ Jovian. Từ tính mạnh của Sao Mộc làm gia tốc các điện tích và cung cấp năng lượng cho chúng. Do đó, các hạt chạm tới lớp băng bề mặt và phân mảnh các phân tử nước.

Đủ năng lượng được giải phóng trong quá trình này, đủ để tạo thành những đám mây khí phát sáng xung quanh Europa mà tàu thăm dò Cassini đã quan sát được khi nó tiến về phía Sao Thổ.

Hình 6. Cấu trúc bên trong của Châu Âu theo các mô hình được tạo ra với các thông tin có sẵn. Nguồn: Wikimedia Commons.

địa chất học

Các sứ mệnh không người lái đã cung cấp rất nhiều thông tin về Europa, không chỉ trong vô số hình ảnh có độ phân giải cao mà chúng gửi về bề mặt, mà còn bởi tác động hấp dẫn của Europa lên các con tàu.

Các hình ảnh cho thấy bề mặt màu vàng rất nhạt, không có các địa hình đáng chú ý, chẳng hạn như những ngọn núi cao chót vót hoặc những miệng núi lửa đáng chú ý, không giống như các vệ tinh Galilean khác.

Nhưng điều đáng chú ý nhất là mạng lưới các đường hình sin liên tục cắt nhau mà chúng ta thấy rõ trong hình 1.

Các nhà khoa học cho rằng những đường này bắt nguồn từ những khe nứt sâu trong băng. Nhìn kỹ hơn, các đường có rìa tối với sọc trung tâm nhạt hơn được cho là sản phẩm của các mạch nước phun lớn.

Hình 7. Các mạch nước phun của Europa do Hubble nhìn thấy. Nguồn: NASA.

Những cột hơi nước (chùm) cao vài km này được tạo thành từ nước ấm hơn bốc lên từ bên trong qua các vết nứt, theo báo cáo của các quan sát từ Kính viễn vọng Không gian Hubble.

Một số phân tích cho thấy những dấu vết do nước có hàm lượng khoáng chất cao để lại và sau đó bị bốc hơi.

Có thể dưới lớp vỏ Europa có các quá trình hút chìm, như chúng xảy ra trên Trái đất, trong đó các mảng kiến ​​tạo hội tụ ở các rìa, di chuyển tương đối với nhau trong cái gọi là vùng hút chìm.

Nhưng không giống như Trái đất, các mảng được tạo thành từ băng di chuyển trên đại dương lỏng, thay vì magma, như trên Trái đất.

Khả năng sinh sống có thể có của Châu Âu

Nhiều chuyên gia tin rằng các đại dương ở châu Âu có thể chứa sự sống của vi sinh vật, vì chúng rất giàu oxy. Ngoài ra, châu Âu có một bầu khí quyển, tuy mỏng nhưng với sự hiện diện của oxy, một nguyên tố cần thiết để duy trì sự sống.

Một lựa chọn khác để hỗ trợ sự sống là các hồ được bao bọc trong lớp vỏ băng của Europa. Hiện tại, chúng chỉ là giả định và còn thiếu nhiều bằng chứng để xác nhận chúng.

Một số bằng chứng tiếp tục được bổ sung để củng cố giả thuyết này, ví dụ như sự hiện diện của các khoáng chất đất sét trong lớp vỏ, mà trên Trái đất có liên quan đến chất hữu cơ.

Và một chất quan trọng khác, theo phát hiện mới, được tìm thấy trên bề mặt của Europa là natri clorua hoặc muối thông thường. Các nhà khoa học đã tìm thấy rằng muối ăn, trong các điều kiện phổ biến ở châu Âu, có màu vàng nhạt, được nhìn thấy trên bề mặt vệ tinh.

Nếu muối này đến từ các đại dương ở châu Âu, điều đó có nghĩa là chúng rất có thể mang những nét tương đồng với muối trên cạn, và kèm theo đó là khả năng chứa đựng sự sống.

Những phát hiện này không nhất thiết ám chỉ rằng có sự sống ở châu Âu, nhưng nếu được xác nhận, vệ tinh có đủ điều kiện để phát triển.

Đã có một sứ mệnh của NASA có tên là Europa Clipper, hiện đang được phát triển và có thể được khởi động trong vài năm tới.

Trong số các mục tiêu của nó là nghiên cứu bề mặt của Europa, địa chất của vệ tinh và thành phần hóa học của nó, cũng như xác nhận sự tồn tại của đại dương dưới lớp vỏ. Chúng ta sẽ phải đợi thêm một thời gian nữa để tìm hiểu.

Người giới thiệu

1. Đài BBC. Tại sao mặt trăng băng giá Europa của sao Mộc là ứng cử viên tốt nhất để tìm thấy sự sống ngoài Trái đất trong Hệ Mặt trời? Được khôi phục từ: bbc.com.
2. Eales, S. 2009. Hành tinh và Hệ hành tinh. Wiley-Blackwell.
3. Kutner, M. 2003. Thiên văn học: một quan điểm vật lý. Nhà xuất bản Đại học Cambridge.
4. Pasachoff, J. 2007. Vũ trụ: Thiên văn học trong Thiên niên kỷ mới. Ấn bản thứ ba. Thomson-Brooks / Cole.
5. Seeds, M. 2011 Hệ mặt trời. Phiên bản thứ bảy. Học tập Cengage.
6. Wikipedia. Châu Âu (mặt trăng). Được khôi phục từ: en.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Europa Clipper. Được khôi phục từ: es.wikipedia.org.