Sao Hỏa: Bề mặt tưởng chừng tĩnh lặng ẩn chứa những cơn gió "khủng khiếp"
Dù có vẻ ngoài cằn cỗi và yên bình, sao Hỏa lại sở hữu một bầu khí quyển năng động đến kinh ngạc. Mới đây, một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances đã tiết lộ những cơn gió giật và lốc bụi trên hành tinh Đỏ có thể đạt tốc độ lên tới 44m/s (khoảng 160km/h), cao hơn nhiều so với các phép đo bề mặt trước đây.
Những cơn gió mạnh này đóng vai trò then chốt trong việc định hình khí hậu sao Hỏa, di chuyển bụi khắp hành tinh, ảnh hưởng đến các kiểu thời tiết và đặt ra những thách thức đáng kể cho các kế hoạch thám hiểm trong tương lai.
Các nhà khoa học từ lâu đã nhận thức được vai trò của gió trên sao Hỏa. Bề mặt hành tinh này được bao phủ bởi bụi mịn và cát, với các đặc điểm như cồn cát và bão bụi toàn cầu là minh chứng cho sức mạnh của luồng không khí.
Gió không chỉ nâng và di chuyển bụi mà còn ảnh hưởng đến lượng ánh sáng mặt trời chiếu tới bề mặt, cách phân phối nhiệt và hoạt động của hơi nước trong bầu khí quyển mỏng.
Việc hiểu rõ sức mạnh, vị trí, thời điểm xuất hiện và cách tương tác của gió với bụi là vô cùng quan trọng để xây dựng các mô hình khí hậu và thời tiết chính xác trên sao Hỏa. Những mô hình này là nền tảng để lập kế hoạch cho các sứ mệnh thám hiểm trong tương lai, vốn phải đối mặt với môi trường khắc nghiệt của hành tinh Đỏ.
Gió sao Hỏa mạnh hơn chúng ta nghĩ
Nghiên cứu gió trên sao Hỏa gặp nhiều thách thức do thiếu các điểm đo cố định và bầu khí quyển mỏng. Để khắc phục, các nhà khoa học tại Đại học Bern, Thụy Sỹ, dưới sự chỉ đạo của Tiến sĩ Valentin Bickel, đã áp dụng phương pháp học sâu cho hơn 50.000 hình ảnh vệ tinh từ các camera CaSSIS trên tàu quỹ đạo ExoMars Trace Gas Orbiter và HRSC trên tàu Mars Express.
Thuật toán học máy đã xác định các luồng gió bụi, những cột bụi và không khí xoay tròn, đóng vai trò như dấu vết hữu hình của gió. Khoảng 300 chuỗi ảnh lập thể tốt nhất sau đó được phân tích để theo dõi chuyển động, tính toán vận tốc và lập bản đồ hướng gió trên khắp hành tinh.
Kết quả cho thấy những cơn gió gần bề mặt liên quan đến lốc bụi đạt tới 44m/s (160km/h), cao hơn nhiều so với các phép đo trước đây (thường dưới 48km/h và hiếm khi lên đến 96km/h). Tốc độ này được đo lường rộng rãi trên khắp sao Hỏa, cho thấy những cơn gió mạnh như vậy phổ biến hơn so với giả định trước đây.
Gió mạnh đồng nghĩa với việc bụi có thể được nâng lên khỏi bề mặt nhiều hơn, ảnh hưởng đến khí hậu sao Hỏa. Bụi hấp thụ ánh sáng mặt trời, làm ấm bầu khí quyển, ảnh hưởng đến nhiệt độ, lưu thông không khí và sự phát triển của bão.
Phương pháp mới này cũng giúp các nhà khoa học lập bản đồ hành vi gió trên sao Hỏa ở quy mô toàn cầu.
Tác động của gió sao Hỏa đến các chuyến thám hiểm trong tương lai
Hiểu biết về gió trên sao Hỏa không chỉ thỏa mãn trí tò mò khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn đối với các tàu đổ bộ, xe tự hành và các sứ mệnh có người lái trong tương lai. Kiến thức vững chắc về môi trường gió giúp các nhà hoạch định thiết kế các cuộc đổ bộ an toàn, thiết bị bền bỉ và các hoạt động năng lượng mặt trời bền vững.
Bụi là mối lo ngại nghiêm trọng đối với các sứ mệnh bề mặt. Bụi có thể tích tụ trên các tấm pin mặt trời, làm giảm công suất, che khuất thiết bị và làm suy giảm hệ thống cơ khí. Xe tự hành Opportunity đã từng bị đình trệ hoạt động do bụi che phủ các tấm pin mặt trời trong một cơn bão bụi toàn cầu năm 2018.
Việc biết được thời điểm và địa điểm hình thành gió mạnh và lốc bụi sẽ giúp các nhà khoa học dự đoán các mối nguy hiểm do bụi và lập kế hoạch làm sạch hoặc giảm thiểu. Việc lựa chọn địa điểm hạ cánh và thiết kế phần cứng cũng có thể được hưởng lợi từ bản đồ gió thu được từ các phép đo quỹ đạo.
Nhóm nghiên cứu của Đại học Bern đã cung cấp một hồ sơ mới về đường đi của lốc bụi và hướng/tốc độ gió, giúp các nhà hoạch định thám hiểm tương lai có cái nhìn sâu sắc về chế độ gió tại các địa điểm phù hợp làm nơi đổ bộ và tiến hành nghiên cứu.
Điều này giúp các kỹ sư mô hình hóa cách gió có thể ảnh hưởng đến động lực học khi hạ cánh, cách bụi có thể di chuyển xung quanh khu vực hạ cánh và tần suất bụi có thể bám vào các mảng pin mặt trời hoặc cảm biến quang học.
Các phương pháp mới để lập bản đồ gió sao Hỏa thông qua học máy và theo dõi lốc xoáy bụi sẽ tiếp tục tạo ra các tập dữ liệu để tinh chỉnh các mô hình khí hậu và công cụ lập kế hoạch nhiệm vụ.
Việc hiểu rõ hơn về chế độ gió sẽ giúp xây dựng các mô hình tinh vi hơn về điều kiện bề mặt, điều này rất quan trọng đối với sự an toàn, hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị thăm dò và thám hiểm sao Hỏa.
