Đám mây dài 1.800 km trên sao Hỏa cho thấy băng hình thành mà không cần bụi

Mỗi buổi sáng trong vài tháng của năm Sao Hỏa, một dải băng trắng dài tới 1.800 km — gần gấp đôi chiều dài Vương quốc Anh — tách ra từ sườn núi lửa Arsia Mons. Một nghiên cứu mới cho thấy cách duy nhất để tái tạo nó trên máy tính là cho hơi nước đóng băng trực tiếp thành các tinh thể băng, không cần một hạt bụi nào khởi phát quá trình. Các nhà vật lý gọi đây là sự tạo mầm đồng thể, và cho đến nay hiện tượng này chỉ tồn tại trong sách giáo khoa, chưa từng được quan sát trên bất kỳ bầu trời nào.

Gần như mọi đám mây trên Trái Đất đều cần một hạt nhân. Hơi nước ngưng tụ trên hạt muối, bồ hóng, phấn hoa hoặc bụi, rồi giọt nước hay tinh thể băng phát triển từ đó. Trên Sao Hỏa, các hạt nhân được cho là bụi mịn lơ lửng trong bầu khí quyển mỏng. Arsia Mons Elongated Cloud, đám mây ấn tượng nhất hành tinh này, dường như bỏ qua hoàn toàn bước đó.

Điều này có ý nghĩa vượt ra ngoài một đám mây kỳ lạ trên một hành tinh. Các nhà khoa học khí quyển xây dựng mô hình thời tiết và khí hậu, trên Trái Đất lẫn các thế giới khác, dựa trên giả định rằng mây hình thành trên các hạt vật chất. Một trường hợp tự nhiên mà điều đó không xảy ra cho thấy giả định ấy có ngoại lệ, và nhóm nghiên cứu cho biết ngoại lệ này có thể cũng áp dụng cho những đám mây cao nhất, lạnh nhất trên Trái Đất và Sao Kim.

Jorge Hernández-Bernal thuộc Laboratoire de Météorologie Dynamique ở Paris, người dẫn dắt công trình, cho biết: “Để tạo ra AMEC trong mô hình của mình, chúng tôi nhận thấy cần đưa vào một số vật lý khác thường… những hiện tượng vật lý tuy có trong sách giáo khoa nhưng được xem là lý thuyết và thường được cho là không xảy ra trong tự nhiên. Chắc chắn trước đây chưa ai thấy nó vận hành thực tế.”

Một đám mây hình thành lúc bình minh và lao về phía tây trong nhiều giờ

Arsia Mons là một núi lửa khiên cao khoảng 20 km, nằm ở cực nam trong ba ngọn núi khổng lồ xếp thành hàng trên cao nguyên Tharsis. Đám mây không xuất phát từ một vụ phun trào. Nó là băng nước và hình thành ở độ cao khoảng 45 km trên bề mặt, ở sườn phía tây của núi lửa.

Các quan sát trước đó của cùng nhóm nghiên cứu đã ghép lại chu trình hằng ngày của nó. Đám mây bắt đầu hình thành trước bình minh, sau đó vươn dài về phía tây trong khoảng hai tiếng rưỡi với tốc độ xấp xỉ 170 mét/giây. Khi ngừng phát triển, chiếc đuôi dài tách khỏi núi lửa và tiếp tục trôi cho đến khi bốc hơi trước buổi chiều. Chu trình lặp lại mỗi sáng trong khoảng 80 ngày của mỗi năm Sao Hỏa, quanh thời điểm hạ chí ở bán cầu nam, vào mùa nhiều bụi khi mây ở các vĩ độ đó vốn rất hiếm.

Thời điểm này là lý do đám mây không được giải thích trong thời gian dài. Phần lớn tàu quỹ đạo Sao Hỏa bay qua hành tinh vào buổi chiều, khi đám mây đã biến mất. Mars Express, tàu quỹ đạo của Cơ quan Vũ trụ châu Âu, và ExoMars Trace Gas Orbiter nằm trong số ít phi thuyền có thể quan sát phía buổi sáng.

Họ đã thực hiện nghiên cứu như thế nào

Nhóm nghiên cứu, đến từ hai phòng thí nghiệm khí quyển ở khu vực Paris, sử dụng một mô hình thời tiết độ phân giải cao của Sao Hỏa, kết hợp bộ giải Weather Research and Forecasting — mã được xây dựng cho Trái Đất — với vật lý của Mars Planetary Climate Model. Sau đó, họ so sánh đầu ra của mô hình với hình ảnh từ ba thiết bị trên Mars Express: Visual Monitoring Camera, High Resolution Stereo Camera và máy quang phổ OMEGA.

Khi chạy với vật lý mây tiêu chuẩn, trong đó băng chỉ có thể hình thành trên bụi, mô hình đã thất bại. Nó tạo ra các luồng gió đúng nhưng không tạo được chiếc đuôi dài, sắc nét. Mảnh ghép còn thiếu là một sóng núi mạnh. Khi gió tràn qua Arsia Mons, khối núi lửa nâng các khối không khí ẩm lên vài kilômét chỉ trong vài phút. Theo ESA, không khí lạnh đi khoảng 30 độ trong mười phút, còn độ ẩm tương đối tăng lên mức cao gấp hơn 100.000 lần so với điều kiện thường ngày trên Trái Đất.

Đến thời điểm đó, không khí chứa quá nhiều hơi dư thừa đến mức tự đóng băng. Khi các nhà nghiên cứu bổ sung sự tạo mầm băng đồng thể vào mô hình, đám mây xuất hiện đúng nơi nó có mặt trên Sao Hỏa, phát triển đuôi, thắt hẹp trước khi buông ra và tách khỏi núi lửa muộn hơn vào buổi sáng, rất giống đám mây thực. Trong phiên bản bài báo trước khi phản biện, nhóm tính toán rằng hàng trăm hạt băng trên mỗi centimét khối hình thành theo cách này trong vùng không khí lạnh nhất. Mức đó đủ để hấp thụ lượng hơi nước dư thừa, nhờ vậy chiếc đuôi vẫn ổn định khi gió đưa nó về phía tây.

Vì sao mây trên Trái Đất không làm như vậy

Vật lý này không mới. Điều mới là nhìn thấy nó hoạt động. Hơi nước cần đạt mức siêu bão hòa cực độ để đóng băng mà không cần trợ giúp, và trên Trái Đất, không khí chạm đến ngưỡng đó gần như luôn gặp một hạt vật chất trước. Ngay cả ở tầng trung quyển, nơi những đám mây cao nhất của Trái Đất phát sáng lúc hoàng hôn, sự tạo mầm đồng thể cũng mới chỉ được bàn đến như một khả năng lý thuyết. Điều tương tự cũng đúng với tầng khí quyển trên cao của Sao Kim.

Sao Hỏa hội tụ đúng tổ hợp điều kiện tại một vị trí. Khí quyển mỏng và mang tương đối ít hạt bụi ở độ cao đó, trong khi Arsia Mons đủ cao để tạo ra lực nâng dữ dội, nhanh chóng. Hernández-Bernal nói: “Hơi nước chuyển trực tiếp thành các hạt mây băng mà không qua bất kỳ bước trung gian nào. Điều này giống như các giọt ngưng tụ xuất hiện giữa phòng, thay vì trên cửa sổ.”

Colin Wilson, nhà khoa học phụ trách dự án Mars Express của ESA, cho biết tàu thăm dò này “đã phát hiện AMEC, theo dõi và giám sát nó trong nhiều năm, và giờ đây đang giúp hé lộ những bí mật về sự hình thành của nó.”

Những điều nghiên cứu này chưa giải quyết

Bằng chứng là một mô hình khớp với hình ảnh, chứ không phải phép đo các tinh thể băng đang hình thành. Chưa có thiết bị nào lấy mẫu đám mây này, và cũng không thiết bị nào có thể làm vậy ở độ cao 45 km phía trên Arsia Mons. Cách diễn đạt của chính các tác giả phản ánh điều đó: tiêu đề bài báo nói sự tạo mầm đồng thể được các đám mây “gợi ý”, còn phần tóm tắt nêu kết quả “gợi ý mạnh mẽ” rằng hiện tượng này xảy ra trên Sao Hỏa.

Sự khớp nhau cũng chưa hoàn hảo. Hernández-Bernal thừa nhận một số khía cạnh của đám mây trong mô hình không hoàn toàn phù hợp với quan sát. Trong phiên bản bài báo được đăng trước phản biện, đám mây mô phỏng hẹp hơn đám mây thật từ 30% đến 50%, bắt đầu muộn khoảng một tiếng rưỡi và chỉ đạt khoảng một phần tư chiều dài quan sát được trước khi tách ra. Văn bản cuối cùng đã qua phản biện vẫn chưa được cung cấp tự do, và các tác giả cho biết nó bao gồm những phân tích bổ sung.

Giả thuyết thay thế mạnh nhất là một quần thể bụi cực mịn, gồm các hạt nhỏ hơn 100 nanomét. Chưa ai đo được bao nhiêu hạt như vậy lơ lửng phía trên Arsia Mons vào mùa đó. Nhóm đã thử nghiệm và nhận thấy loại bụi mịn hơn này tạo ra các màn mờ rộng, khuếch tán thay vì chiếc đuôi sáng, sắc nét mà máy ảnh độ phân giải cao của Mars Express quan sát được. Tuy nhiên, khi chưa có dữ liệu trực tiếp, giả thuyết thay thế này chỉ bị suy yếu chứ chưa bị bác bỏ.

Những câu hỏi thường gặp về đám mây Arsia Mons

Arsia Mons Elongated Cloud là gì?

Đó là một đám mây băng nước hình thành mỗi sáng ở phía tây Arsia Mons, một núi lửa cao 20 km trên Sao Hỏa. Nó có thể kéo dài tới 1.800 km và lặp lại hằng ngày trong khoảng 80 ngày của mỗi năm Sao Hỏa, quanh thời điểm hạ chí ở bán cầu nam.

Đám mây dài trên Sao Hỏa có phải là một vụ phun trào núi lửa?

Không. Khi hình ảnh của nó được lan truyền rộng rãi, nhiều người nhầm đó là một cột phun, nhưng Arsia Mons không phun trào. Đám mây được tạo thành từ băng nước, định hình bởi các luồng gió thổi qua núi lửa.

Sự tạo mầm đồng thể là gì?

Đó là sự hình thành băng hoặc giọt nước trực tiếp từ hơi, không cần hạt bụi hay hạt vật chất khác làm điểm khởi đầu. Hiện tượng này đòi hỏi mức siêu bão hòa cực độ nên hiếm khi có thể xảy ra trong không khí thực. Nghiên cứu này là trường hợp mạnh mẽ đầu tiên cho thấy nó xảy ra trong khí quyển của một hành tinh.

Mây trên Trái Đất có hình thành theo cách này không?

Hầu như tất cả đều hình thành trên các hạt như bụi, muối hoặc bồ hóng. Các nhà khoa học từng đề xuất rằng một số đám mây cao nhất ở tầng trung quyển của Trái Đất có thể hình thành mà không cần chúng, nhưng chưa ai quan sát được điều đó. Kết quả trên Sao Hỏa cho các nhà nghiên cứu lý do để xem xét lại.

Điều gì sẽ đến tiếp theo

Nghiên cứu xuất hiện trên Nature Geoscience vào ngày 7 tháng 10 năm 2026. Đám mây quay trở lại vào mỗi năm Sao Hỏa trong mùa xuân và mùa hè ở bán cầu nam, và Mars Express cùng ExoMars Trace Gas Orbiter vẫn nằm trong số ít phi thuyền có thể quan sát nó lúc bình minh. Nhóm cho biết công việc tiếp theo sẽ kiểm tra liệu sự tạo mầm đồng thể có chỉ riêng tại Arsia Mons hay cũng diễn ra ở các đám mây Sao Hỏa khác, cũng như liệu nó có đóng vai trò nào trong chu trình nước toàn cầu của hành tinh hay không.

Tham khảo: Hernández-Bernal và cộng sự, “Homogeneous ice nucleation from water vapour suggested by elongated clouds on Mars,” Nature Geoscience, 2026. DOI: 10.1038/s41561-026-02089-9

Thẻ: thiên văn học, esa, Sao Hỏa, Arsia Mons, khí quyển hành tinh, Mars Express