Kính James Webb sẽ khởi động lại các nghiên cứu về "người khổng lồ băng" trong Hệ Mặt trời của chúng ta

Sau khi thực hiện những nhiệm vụ ban đầu và gửi về cho chúng ta hình ảnh vô cùng đáng kinh ngạc bên ngoài vũ trụ thì Kính viễn vọng không gian James Webb sẽ sớm chuyển sự chú ý sang hai "người khổng lồ băng" trong Hệ Mặt trời của chúng ta - sao Thiên Vương và sao Hải Vương.

Với khả năng nhìn vào không gian sâu của Webb, kính viễn vọng này sẽ đặc biệt có giá trị trong việc tìm hiểu chi tiết về hai hành tinh nói trên. Trong quá khứ, chỉ có một tàu vũ trụ duy nhất - Voyager 2 - bay qua và quan sát hai hành tinh này trong một thời gian ngắn vào những năm 1980.

Kể từ đó, các nhà khoa học buộc phải sử dụng nhiều kính viễn vọng khác nhau để theo dõi thời tiết trên các hành tinh này, và Webb sẽ là sự bổ sung cực kỳ đáng giá cho cộng đồng nghiên cứu về sao Thiên Vương và sao Hải Vương - cung cấp những dữ liệu cho việc nghiên cứu thành phần và nhiệt độ của từng bầu khí quyển từ đó có thể tính toán và tạo ra những mô phỏng chính xác nhất về hai "gã khổng lồ băng" này.

Sao Thiên Vương được khám phá vào năm 1781
Sao Thiên Vương do nhà thiên văn học người Đức William Herschel (1738-1822) tình cờ khám phá khi quan sát bầu trời đêm bằng kính viễn vọng vào năm 1781. Ông cho biết sao Thiên Vương tối gấp 10 lần những hành tinh khác và gần như không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Sao Thiên Vương cũng là hành tinh duy nhất lấy theo tên từ một vị thần trong thần thoại Hy Lạp (Uranus) thay vì trong thần thoại La Mã.

Khi cộng đồng khoa học kêu gọi thực hiện sứ mệnh tới sao Thiên Vương và sao Hải Vương, thì kính viễn vọng Webb chính là công cụ giúp cho chúng ta quan sát những thế giới này ở độ nét cao để tìm hiểu thêm về sự khác biệt của chúng so với sao Mộc và sao Thổ. Sao Hải Vương và sao Thiên Vương nhỏ hơn, cũng có ít hydro và heli hơn so với sao Mộc và sao Thổ.

Trưởng nhóm nghiên cứu Leigh Fletcher, một nhà khoa học hành tinh tại Đại học Leicester, Vương quốc Anh, cho biết: "Điều quan trọng mà Webb có thể làm được chính là lập bản đồ nhiệt độ khí quyển và cấu trúc hóa học của chúng".

Về mặt vật lý, khối lượng của sao Thiên Vương lớn hơn của Trái đất gần 14,5 lần, tuy nhiên nhẹ nhất trong số các hành tinh khí khổng lồ, bao gồm sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương và sao Hải Vương. Nhiệt độ khí quyển của sao Thiên Vương lạnh nhất trong tất cả các hành tinh trong Hệ Mặt trời khi không thấp hơn -224 độ C, trong khi đó phần có nhiệt độ thấp nhất của khí quyển Trái đất chỉ là -90 độ C. Nhiều người cho rằng do cách xa Mặt trời nên sao Thiên Vương lạnh lẽo, tuy nhiên điều này chưa hẳn chính xác vì sao Hải Vương mới là hành tinh xa nhất, cách Mặt trời khoảng 4,5 tỉ km so với 2,88 tỉ km của sao Thiên Vương.

Fletcher nói: "Chúng tôi nghĩ rằng thời tiết và khí hậu của những người khổng lồ băng sẽ có những đặc điểm khác biệt cơ bản so với những hành tinh khí khổng lồ. Nguyên nhân chính dẫn đến điều đó là do chúng ở rất xa Mặt trời, và sự pha trộn của các chất khí trong khí quyển rất khác so với sao Mộc và sao Thổ".

Dải bước sóng hồng ngoại trung bình của Webb sẽ cho phép các nhà điều tra phân biệt giữa các loại khí trong bầu khí quyển phía trên của hai hành tinh và tìm ra cách ánh sáng mặt trời ảnh hưởng đến quá trình sản xuất của chúng (nếu có).

Các nghiên cứu đang được thực hiện thông qua một chương trình quan sát thời gian đảm bảo với Webb, do nhà khoa học liên ngành Heidi Hammel của Webb đứng đầu. Hammel cũng là một nhà khoa học hành tinh STScI nổi tiếng trong nhiều thập kỷ quan sát bằng kính thiên văn và tàu vũ trụ về sao Thiên Vương và sao Hải Vương, kể cả với Voyager 2.

Sao Hải Vương là hành tinh thứ tám và xa nhất tính từ Mặt trời trong Hệ Mặt trời. Nó là hành tinh lớn thứ tư về đường kính và lớn thứ ba về khối lượng. Hành tinh này có khối lượng riêng lớn nhất trong số các hành tinh khí trong hệ Mặt trời. Sao Hải Vương có khối lượng gấp 17 lần khối lượng của Trái đất và hơi lớn hơn khối lượng của sao Thiên Vương(xấp xỉ bằng 15 lần của Trái đất). Sao Hải Vương quay trên quỹ đạo quanh Mặt Trời ở khoảng cách trung bình 30,1 AU, bằng khoảng 30 lần khoảng cách Trái đất - Mặt trời.

Sao Hải Vương là hành tinh đầu tiên được tìm thấy bằng tính toán lý thuyết. Dựa vào sự nhiễu loạn bất thường của quỹ đạo sao Thiên Vương, nhà thiên văn Alexis Bouvard đã kết luận rằng quỹ đạo của nó bị nhiễu loạn do tương tác hấp dẫn với một hành tinh nào đó. Vào ngày 23 tháng 9 năm 1846, nhà thiên văn Johann Galle đã phát hiện ra sao Hải Vương ở vị trí lệch 1 độ so với tiên đoán của Urbain Le Verrier. Sau đó ít lâu, người ta cũng khám phá ra Triton, vệ tinh lớn nhất của sao Hải Vương, trong khi 13 vệ tinh còn lại của nó chỉ được phát hiện trong thế kỷ XX. Cho tới nay, tàu không gian Voyager 2 là tàu duy nhất bay qua sao Hải Vương vào ngày 25 tháng 8 năm 1989.