Chênh lệch 1.775°C giữa bình minh và hoàng hôn trên hành tinh này — JWST cuối cùng đã lý giải được

Kính thiên văn Không gian James Webb (JWST) đã đọc riêng biệt bầu trời buổi sáng và buổi tối của cùng một hành tinh xa lạ — và phát hiện chúng cách nhau 1.775°C.

Hành tinh này có tên WASP-121 b, một sao Mộc siêu nóng quay quanh ngôi sao của nó mỗi 30 giờ. Nó bị khóa thủy triều: một bán cầu luôn hướng về phía ngôi sao, bị nung nóng đến khoảng 2.500°C, trong khi bán cầu kia mãi mãi chìm trong đêm tối ở khoảng 725°C. Nơi hai bán cầu gặp nhau có hai ranh giới — ranh giới phía bình minh và ranh giới phía hoàng hôn. Một nghiên cứu công bố ngày 11 tháng 6 trên Nature Astronomy đã lập bản đồ cả hai cùng lúc, tiết lộ rằng đây là hai môi trường hoàn toàn khác nhau về mặt hóa học, cách nhau gần hai nghìn độ.

Cách Webb đọc một lần quá cảnh thành hai bầu trời khác nhau

Một lần quá cảnh xảy ra khi hành tinh đi ngang qua phía trước ngôi sao của nó. Các nhà thiên văn phân tích ánh sáng sao lọc qua rìa hành tinh để tìm dấu hiệu hóa học. Thông thường, cạnh buổi sáng và buổi tối hòa trộn vào một phổ trung bình duy nhất, không thể phân giải.

Điều thay đổi ở đây là quy mô và thời điểm. WASP-121 b rất lớn và quay quanh ngôi sao rất gần đến mức nó xoay khoảng 30 độ trong suốt một lần quá cảnh. Sự xoay đó lần lượt quét cạnh buổi sáng rồi cạnh buổi tối qua trường nhìn của kính thiên văn. Sử dụng máy quang phổ NIRSpec cùng thiết bị NIRISS, nhóm nghiên cứu ghi lại cách tín hiệu ánh sáng thay đổi liên tục khi hành tinh xoay.

«Với chất lượng quan sát chưa từng có, JWST cho chúng ta cái nhìn chi tiết nhất về các hành tinh xa xôi cho đến nay», tác giả chính Cyril Gapp từ Viện Thiên văn Max Planck tại Heidelberg cho biết.

Bầu trời buổi sáng vẫn đang hình thành những đám mây

Ranh giới phía buổi sáng xuất hiện đầu tiên trong trường nhìn của Webb và hấp thụ ít ánh sáng sao hơn phía buổi tối.

Giải thích được nhóm ưa thích là mây silicat — không phải giọt nước, mà là các hạt khoáng vật hình thành khi các hợp chất tạo đá ngưng tụ ở độ cao lớn. Vì khí quyển buổi sáng được tiếp tế bởi không khí từ phía đêm lạnh hơn, nó ngắn gọn đạt đến nhiệt độ đủ thấp để silicat hóa rắn và tán xạ bức xạ tới. Sự tán xạ này khiến bầu trời buổi sáng trông mờ hơn trong phổ.

Mức carbon monoxide ở cạnh này tương đối ổn định. Các phân tử nước — bị phân ly mạnh trong điều kiện cực đoan — vẫn được đo mạnh hơn ở cạnh buổi sáng so với cạnh buổi tối.

Buổi tối quá nóng để có nước

Vào cuối lần quá cảnh, ranh giới phía buổi tối đã vào trường nhìn và tín hiệu thay đổi rõ rệt. Sự hấp thụ carbon monoxide tăng lên — dấu hiệu cho thấy rìa phía đông nóng hơn. Nước trở nên ít phổ biến hơn, không phải vì hành tinh có ít nước hơn, mà vì nhiệt độ ở khí quyển trên cao đủ cực đoan để phân tách các phân tử H₂O thành nguyên tử hydro và oxy trước khi chúng có thể hấp thụ ánh sáng ở lượng có thể phát hiện được.

Cạnh buổi tối cũng lớn hơn về mặt vật lý. Nhiệt làm khí quyển trên cao giãn nở lên trên, tăng chiều sâu của khí mà ánh sáng sao phải xuyên qua. Phía buổi tối chặn nhiều bức xạ hơn phía buổi sáng ở cùng vị trí quỹ đạo.

Những cơn gió viết nên khoảng cách 1.775°C

Cả hai ranh giới đều nằm ở ranh giới giữa lò lửa vĩnh cửu của phía ban ngày và cái lạnh vĩnh cửu của phía ban đêm. Nhưng chúng không phải hình ảnh phản chiếu của nhau.

WASP-121 b duy trì những dòng phản lực nhanh về phía đông vận chuyển không khí siêu nóng từ phía ban ngày qua ranh giới buổi tối trước khi nó kịp nguội đi. Ranh giới buổi sáng ngược lại nhận không khí đã nhả đi phần lớn nhiệt của nó trong hành trình qua phía ban đêm. Kết quả là khoảng cách 1.775°C — đo trực tiếp lượng năng lượng mà sự tuần hoàn khí quyển chuyển giao trước khi tới hoàng hôn.

Điều này phù hợp với các dự đoán từ mô hình tuần hoàn cho các hành tinh bị khóa thủy triều. Thomas Evans-Soma từ Viện Max Planck và nhà thiên văn David Sing từ Đại học Johns Hopkins nằm trong số các đồng tác giả.

Điều này mở ra gì cho việc tìm kiếm hành tinh có thể ở được

WASP-121 b sẽ không có sự sống. Nhưng câu hỏi nó đặt ra vươn xa hơn. Các hành tinh đá trong vùng có thể ở được quanh các ngôi sao mát cũng được dự đoán là bị khóa thủy triều, với hai vùng ranh giới khác nhau. Nếu những cạnh đó mang chữ ký hóa học khác nhau, các kính thiên văn tìm kiếm dấu hiệu của sự sống có thể đạt đến những kết luận khác nhau tùy thuộc vào cạnh nào họ quan sát.

Kết quả của WASP-121 b là một ví dụ ở mức cực đoan. Biết rằng sự bất đối xứng ranh giới tồn tại, và hiểu điều gì thúc đẩy chúng, là bước đầu tiên để đọc chúng đúng cách.

Câu hỏi thường gặp về WASP-121 b

H: Hành tinh bị khóa thủy triều nghĩa là gì?

Khóa thủy triều xảy ra khi lực hấp dẫn của ngôi sao dần dần làm chậm vòng quay của hành tinh cho đến khi một mặt luôn hướng về phía ngôi sao và mặt kia luôn quay đi. WASP-121 b có phía ban ngày vĩnh cửu ở khoảng 2.500°C và phía ban đêm vĩnh cửu ở khoảng 725°C, không có mùa hay chu kỳ ngày đêm.

H: Tại sao mây khoáng vật hình thành vào buổi sáng nhưng không vào buổi tối?

Ranh giới buổi sáng nhận không khí từ phía đêm lạnh hơn, có thể giảm xuống nhiệt độ mà silicat hóa rắn thành hạt và tạo thành mây. Khi không khí đó đến ranh giới buổi tối, các dòng phản lực đã làm ấm lại nó khi đi qua phía ban ngày và nó quá nóng để ngưng tụ.

H: WASP-121 b đã từng được nghiên cứu chưa?

Rộng rãi. Các quan sát trước đó với Hubble và Spitzer cung cấp dữ liệu khí quyển tổng quát, nhưng không thể phân giải hai ranh giới một cách riêng biệt. Nghiên cứu này là đầu tiên đọc các cạnh buổi sáng và buổi tối như những môi trường riêng biệt trong một lần quá cảnh duy nhất.

H: Điều này có ảnh hưởng đến việc tìm kiếm sự sống trên các hành tinh khác không?

Không trực tiếp — WASP-121 b quá nóng và quá lớn để có thể ở được. Nhưng kỹ thuật này quan trọng: các hành tinh đá bị khóa thủy triều trong vùng có thể ở được cũng có thể có các cạnh ranh giới khác nhau, và việc chỉ đo một cạnh có thể cho ra hình ảnh sai về khả năng ở được của chúng.

Cyril Gapp et al., «Atmospheric asymmetries in WASP-121 b revealed by rotational transits detected with JWST», Nature Astronomy, ngày 11 tháng 6 năm 2026. DOI: 10.1038/s41550-026-02887-6

Thẻ: thiên văn học, exoplanet, JWST, terminator, Cyril Gapp, NIRSpec