Khí quyển sao Hoả rất mỏng: áp suất trung bình ở bề mặt chỉ khoảng 6 mbar (0,6 kPa), chưa bằng 1% áp suất mực nước biển trên Trái Đất. Thành phần gần như toàn CO₂ (khoảng 95%), lạnh trung bình khoảng −65 °C. Dù mỏng đến vậy, nó vẫn đủ sức nâng bụi mịn lên cao và có những năm tạo ra bão bụi phủ kín cả hành tinh, che mặt trời hàng tuần liền.
Khí quyển sao Hoả gồm những gì
Số liệu dưới đây theo bảng của NASA (NSSDCA), phần thành phần đã được cập nhật bằng phép đo của tàu tự hành Curiosity.
| Khí | Tỷ lệ theo thể tích | Ghi chú |
|---|---|---|
| CO₂ | ~95% | Đóng băng một phần ở hai cực vào mùa đông |
| Nitơ (N₂) | ~2,6–2,8% | Rất ít so với 78% trên Trái Đất |
| Argon (Ar) | ~1,9–2% | Khí trơ, dùng làm "dấu vết" để tính lượng khí đã mất |
| Oxy (O₂) | ~0,16% | Quá ít để thở |
| CO, hơi nước | vết | Hơi nước thay đổi theo mùa |
Áp suất trung bình khoảng 6 mbar, nhưng dao động khá nhiều theo địa hình: ở đáy lòng chảo Hellas sâu nhất có thể lên trên 11 mbar, còn trên đỉnh núi lửa Olympus Mons chỉ chừng 1 mbar. Gia tốc trọng trường sao Hoả bằng khoảng 38% Trái Đất, nên cột khí kéo dài cao hơn: thang độ cao (quãng đường áp suất giảm khoảng 2,7 lần) vào cỡ 11 km, so với khoảng 8 km trên Trái Đất.
Mỏng đến mức nào: vài phép so sánh
- Áp suất 6 mbar tương đương độ cao khoảng 35 km trên Trái Đất — cao gấp ba lần độ cao bay của máy bay chở khách.
- Ở áp suất này, nước lỏng không tồn tại lâu ở bề mặt: nó hoặc đóng băng, hoặc bay hơi rất nhanh. Áp suất trung bình sao Hoả nằm sát "điểm ba" của nước (khoảng 6,1 mbar), nên chỉ một số vùng thấp mới có lúc nước lỏng giữ được thoáng chốc.
- Không khí quá loãng nên không giữ nhiệt: chênh lệch ngày – đêm ở xích đạo có thể tới hàng chục độ, ban ngày có lúc trên 0 °C, đêm tụt xuống −70 °C hoặc thấp hơn.
- Không có tầng ozone đáng kể, nên tia cực tím chiếu thẳng xuống mặt đất.
Người đứng trên sao Hoả không có bộ đồ áp suất sẽ bị sôi nước bọt và chất lỏng trong mô ở nhiệt độ cơ thể, vì áp suất thấp hơn rất nhiều so với "giới hạn Armstrong" (khoảng 63 mbar) — mức mà nước sôi ở 37 °C.
Khí quyển "thở" theo mùa
Một điều chỉ sao Hoả mới có: áp suất toàn hành tinh lên xuống khoảng một phần tư trong một năm sao Hoả (687 ngày Trái Đất). Vào mùa đông ở một bán cầu, nhiệt độ vùng cực xuống dưới khoảng −125 °C, chính CO₂ trong không khí đóng băng thành lớp băng khô phủ lên chỏm cực. Một phần đáng kể khí quyển "rơi" xuống đất. Sang xuân, băng khô thăng hoa trở lại thành khí.
Hai tàu đổ bộ Viking từ thập niên 1970 đã ghi được nhịp áp suất này, và Curiosity sau này đo lại được cùng một quy luật. Ở chỏm cực nam, lớp băng khô theo mùa khi thăng hoa còn tạo ra những tia khí phun lên mang theo bụi tối, để lại vết loang hình mạng nhện trên ảnh vệ tinh.
Bão bụi: từ cột lốc nhỏ đến bão phủ cả hành tinh
Đất sao Hoả phủ một lớp bụi rất mịn, hạt chỉ cỡ vài micromet, giàu ôxít sắt — chính thứ tạo ra màu đỏ cam. Không khí mỏng nên phải có gió mạnh mới nâng được hạt, nhưng một khi bụi đã lên cao, nó hấp thụ ánh nắng, làm khí quyển nóng lên, sinh thêm gió, rồi nâng thêm bụi. Vòng phản hồi này giải thích vì sao bão bụi có thể lớn dần thành cỡ hành tinh.
Các cấp bão bụi
| Loại | Quy mô | Tần suất |
|---|---|---|
| Lốc bụi (dust devil) | Rộng vài mét đến vài trăm mét, cao tới vài km | Hằng ngày vào mùa nóng |
| Bão bụi địa phương | Vài trăm đến khoảng 2.000 km | Thường xuyên |
| Bão bụi khu vực | Phủ một vùng lớn, có thể hàng triệu km² | Vài lần mỗi năm sao Hoả |
| Bão bụi toàn cầu | Bụi phủ gần cả hành tinh | Không đều, trung bình vài năm sao Hoả một lần |
Những cơn bão bụi toàn cầu đáng nhớ
- 1971: tàu Mariner 9 vào quỹ đạo đúng lúc cả hành tinh chìm trong bụi; chỉ thấy vài đỉnh núi lửa nhô lên. Các nhà khoa học phải chờ hàng tháng mới chụp được bề mặt.
- 2001: bão bụi toàn cầu được tàu Mars Global Surveyor theo dõi từ lúc bắt đầu.
- 2007: hai xe tự hành Spirit và Opportunity chạy bằng pin mặt trời phải giảm hoạt động để sống sót.
- 2018: bão bụi làm bầu trời tối đến mức Opportunity không còn đủ điện. Tín hiệu cuối cùng nhận ngày 10/6/2018; NASA tuyên bố kết thúc nhiệm vụ tháng 2/2019, sau gần 15 năm trên bề mặt.
Có một điểm thường bị phim ảnh phóng đại: gió bão sao Hoả có thể đạt khoảng 100 km/h, nhưng vì không khí loãng chưa bằng 1% Trái Đất, lực đẩy của nó yếu hơn rất nhiều. Một cơn bão sao Hoả không đủ sức quật ngã người hay lật tàu đổ bộ. Mối nguy thật của bão bụi là bụi che nắng, bám lên tấm pin, lọt vào khe máy móc.
Mây, sương giá và tuyết trên sao Hoả
Dù khô, sao Hoả vẫn có mây. Có mây băng nước mỏng, thường bám quanh sườn núi lửa lớn vào buổi chiều, và có cả mây băng CO₂ ở trên cao — loại mây không thể có trên Trái Đất. Tàu đổ bộ Phoenix năm 2008, ở vùng gần cực bắc, đã dùng tia laser phát hiện tuyết băng nước rơi từ mây nhưng bay hơi trước khi chạm đất. Sương giá mỏng cũng từng được chụp trên mặt đất quanh tàu Viking 2 vào mùa đông.
Một nét đẹp khác: bầu trời sao Hoả ban ngày có màu vàng nâu do bụi, nhưng hoàng hôn lại ngả xanh lam quanh Mặt Trời, vì hạt bụi mịn tán xạ ánh sáng xanh về phía trước mạnh hơn.
Góc nhìn hôm nay: đọc thời tiết sao Hoả như thế nào
Ngày nay, khí quyển sao Hoả được theo dõi liên tục hơn bất kỳ hành tinh nào ngoài Trái Đất. Các tàu quỹ đạo như Mars Reconnaissance Orbiter chụp bản đồ mây bụi hằng ngày; Emirates Mars Mission (tàu Hope của UAE) quan sát toàn hành tinh ở nhiều giờ khác nhau; các xe tự hành có trạm khí tượng nhỏ đo áp suất, nhiệt độ, gió.
- Muốn xem số liệu: NASA công bố trang thời tiết của các tàu trên bề mặt (Curiosity có trạm REMS do Tây Ban Nha chế tạo). Hãy xem đó là số đo của một điểm, không phải "thời tiết cả hành tinh".
- Muốn tự quan sát: khi sao Hoả ở gần Trái Đất (thời điểm "xung đối", khoảng 26 tháng một lần), kính thiên văn nhỏ đã thấy được chỏm cực trắng và đôi khi thấy cả hành tinh mờ đi trong bão bụi.
- Muốn hiểu sâu: đọc trang Mars Fact Sheet của NSSDCA, rồi đọc tiếp bài về việc sao Hoả mất khí quyển qua kết quả tàu MAVEN trong cùng danh mục.
Bầu khí quyển mỏng ấy là trở ngại lớn nhất cho mọi kế hoạch đưa người lên sao Hoả: phải mang theo oxy, mặc đồ áp suất, che chắn bức xạ. Nhưng nó cũng là lợi thế nhỏ — đủ dày để dùng dù hãm tốc khi đổ bộ, và đủ để chiếc trực thăng Ingenuity cất cánh năm 2021 với cánh quạt quay rất nhanh.
Câu hỏi thường gặp
Khí quyển sao Hoả có thở được không?
Không. Khí quyển sao Hoả gần như toàn CO₂, oxy chỉ khoảng 0,16%, và áp suất chỉ khoảng 6 mbar. Người không có bộ đồ áp suất và bình dưỡng khí sẽ mất ý thức trong vài chục giây.
Áp suất khí quyển sao Hoả bằng bao nhiêu so với Trái Đất?
Trung bình khoảng 6 mbar, tức chưa đến 1% áp suất mực nước biển Trái Đất (1013 hPa). Con số này thay đổi theo mùa khoảng một phần tư và theo độ cao địa hình.
Bão bụi sao Hoả có mạnh như trong phim không?
Không mạnh như phim. Gió có thể đạt khoảng 100 km/h, nhưng không khí quá loãng nên lực đẩy yếu, không quật ngã được người hay tàu. Nguy hiểm thật là bụi che nắng làm cạn điện pin mặt trời, như đã xảy ra với xe Opportunity năm 2018.
Vì sao bầu trời sao Hoả màu vàng nâu nhưng hoàng hôn lại xanh?
Ban ngày, bụi mịn giàu ôxít sắt lơ lửng khắp nơi làm trời ngả vàng nâu. Lúc hoàng hôn, ánh sáng đi qua nhiều bụi hơn, và các hạt bụi cỡ đó tán xạ ánh xanh lam về phía trước mạnh hơn, nên quanh Mặt Trời hiện quầng xanh.
Trên sao Hoả có mây và tuyết không?
Có. Sao Hoả có mây băng nước và cả mây băng CO₂. Tàu Phoenix năm 2008 phát hiện tuyết rơi từ mây nhưng bay hơi trước khi chạm đất; sương giá cũng từng được chụp quanh tàu Viking 2.
