ũ Trụ Là Một Chiếc Bình Cách Nhiệt Hoàn Hảo
Trước hết, cần phải hiểu rằng không gian vũ trụ tự bản thân nó không có nhiệt độ. Nó là một môi trường chân không gần như tuyệt đối, có nghĩa là không có vật chất để dẫn truyền nhiệt. Vì vậy, không gian là một môi-trường-cách-nhiệt-tuyệt-vời.
Một vật thể trôi nổi trong không gian sâu thẳm, nếu không có nguồn nhiệt nào khác, sẽ nguội đi dần dần bằng cách bức xạ nhiệt của chính nó ra ngoài, cho đến khi nó đạt đến nhiệt độ cân bằng với bức xạ nền vi sóng vũ trụ (khoảng -270°C hay 3 Kelvin).
Những "Lò Sưởi" Bên Trong Các Hành Tinh Khí
Vậy tại sao các hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc hay Sao Thổ lại không bị đóng băng? Câu trả lời nằm ở hai nguồn nhiệt chính: một từ bên ngoài và một từ bên trong.
 |
| Khi tàu thăm dò khí quyển Galileo - nhảy dù xuống Sao Mộc vào ngày 7 tháng 12 năm 1995, cuối cùng nó đã bị phá hủy bởi sức nóng của Sao Mộc, chẳng phải tác động do áp lực hay gió mạnh. |
1. Nhiệt Từ Ngôi Sao Gần Đó
Nguồn nhiệt rõ ràng nhất là từ ngôi sao mẹ của chúng. Ví dụ, Sao Mộc liên tục được "sưởi ấm" bởi ánh sáng mặt trời, nhận được khoảng 50 watt năng lượng trên mỗi mét vuông ở mặt ban ngày. Dù yếu hơn nhiều so với Trái Đất, đây vẫn là một nguồn năng lượng đáng kể.
2. Nhiệt Sinh Ra Từ Sự Hình Thành và Co Lại (Cơ chế Kelvin-Helmholtz)
Đây mới là nguồn nhiệt quan trọng và mạnh mẽ nhất, giữ cho các hành tinh khí luôn ấm nóng từ bên trong.
Nhiệt từ sự hình thành: Các hành tinh khí được hình thành từ sự sụp đổ của những đám mây khí và bụi khổng lồ dưới tác động của lực hấp dẫn. Khi khối lượng vật chất khổng lồ này "rơi" vào nhau, năng lượng thế năng hấp dẫn được giải phóng và chuyển hóa thành nhiệt. Quá trình này đã tạo ra một cái lõi cực kỳ nóng ngay từ khi chúng mới hình thành.
Cơ chế Kelvin-Helmholtz: Ngay cả sau hàng tỷ năm, quá trình này vẫn tiếp tục. Bề mặt của một hành tinh khí nguội đi do bức xạ nhiệt ra ngoài không gian. Khi nguội đi, áp suất bên trong giảm xuống, khiến toàn bộ hành tinh co lại một chút dưới sức nặng của chính nó. Sự co lại này làm tăng áp suất và nhiệt độ ở phần lõi, tạo ra một nguồn nhiệt mới.
Quá trình nguội đi -> co lại -> nóng lên này diễn ra liên tục, giống như một cái lò sưởi tự nhiên khổng lồ.
Người ta ước tính Sao Mộc nhận được nhiều nhiệt từ cơ chế này hơn là từ Mặt Trời. Hiện tượng này làm Sao Mộc co lại khoảng 2cm mỗi năm.
Sao Thổ cũng có cơ chế tương tự.
Kết quả là, dù bề mặt các lớp mây bên ngoài của Sao Mộc rất lạnh, càng đi sâu vào trong, nhiệt độ và áp suất càng tăng lên một cách chóng mặt. Khi tàu thăm dò Galileo lao vào khí quyển Sao Mộc vào năm 1995, nó cuối cùng đã bị phá hủy bởi nhiệt độ chứ không phải áp suất hay gió mạnh.
Lõi của các hành tinh khí khổng lồ vẫn cực kỳ nóng sau 4.5 tỷ năm, đơn giản vì chúng quá lớn và được bao bọc bởi hàng ngàn kilômét khí quyển hoạt động như một lớp chăn cách nhiệt hoàn hảo, khiến sức nóng từ lõi không thể thoát ra ngoài dễ dàng.
