Sao Thuỷ, Mặt Trăng và Pluto đều có khí, nhưng ít đến mức không gọi là khí quyển theo nghĩa thông thường. Sao Thuỷ và Mặt Trăng chỉ có ngoại quyển bám bề mặt (surface-bounded exosphere): các nguyên tử bay theo đường đạn từ mặt đất lên rồi rơi xuống mà gần như không va chạm nhau. Pluto khá hơn: tàu New Horizons năm 2015 đo được một lớp khí nitơ mỏng, áp suất cỡ 10 microbar — khoảng một phần trăm nghìn áp suất Trái Đất — có cả những lớp mù xanh lam.
Thế nào là "gần như không có khí quyển"
Khí quyển theo nghĩa thông thường là lớp khí đủ dày để các phân tử va chạm liên tục với nhau, tạo ra áp suất, gió, truyền nhiệt. Khi khí quá loãng, mỗi nguyên tử có thể bay hàng trăm, hàng nghìn kilômét mà không đụng nguyên tử nào. Lớp khí đó gọi là ngoại quyển. Trái Đất cũng có ngoại quyển, nhưng nằm trên cùng, cách mặt đất hàng trăm kilômét. Ở sao Thuỷ và Mặt Trăng, ngoại quyển chạm thẳng xuống mặt đất.
| Thiên thể | Áp suất bề mặt (cỡ) | Thành phần chính | Khí từ đâu |
|---|---|---|---|
| Sao Thuỷ | Khoảng 10⁻¹⁵ bar hoặc thấp hơn | Oxy, natri, hydro, heli, kali, canxi, magiê | Gió Mặt Trời, thiên thạch nhỏ, bật ra từ đất |
| Mặt Trăng | Khoảng 10⁻¹⁵ bar (ban đêm) | Argon, heli, neon, natri, kali | Gió Mặt Trời, phân rã phóng xạ trong đá, thiên thạch |
| Pluto | Khoảng 10 microbar (10⁻⁵ bar) | Nitơ, vết mê-tan, CO | Băng bề mặt thăng hoa |
| Trái Đất (so sánh) | ~1 bar | Nitơ, oxy | — |
Số liệu áp suất sao Thuỷ và Mặt Trăng lấy theo bảng NSSDCA, chỉ là bậc độ lớn. Theo NSSDCA, toàn bộ khí quanh Mặt Trăng chỉ nặng khoảng 25 tấn — nhẹ hơn một chiếc xe tải lớn chở đầy hàng.
Sao Thuỷ: một vệt đuôi natri dài
Sao Thuỷ là hành tinh gần Mặt Trời nhất, nhỏ (đường kính khoảng 4.880 km), trọng lực bằng khoảng 38% Trái Đất. Ban ngày mặt đất nóng tới khoảng 430 °C, ban đêm xuống khoảng −180 °C. Ở nhiệt độ cao và trọng lực yếu như vậy, nó không giữ được khí quyển lâu dài.
Ngoại quyển sao Thuỷ được bổ sung liên tục: hạt gió Mặt Trời và thiên thạch nhỏ đập vào đất, hất nguyên tử ra ngoài; ánh nắng làm bật nguyên tử natri, kali khỏi bề mặt. Áp lực bức xạ Mặt Trời đẩy các nguyên tử natri ra xa, tạo thành một đuôi natri dài hàng triệu kilômét phía sau hành tinh, giống đuôi sao chổi. Các nhà thiên văn nghiệp dư dùng bộ lọc riêng cho vạch natri đã chụp được đuôi này từ Trái Đất.
Tàu MESSENGER của NASA bay quanh sao Thuỷ từ 2011 tới 2015, đo được lượng natri, canxi, magiê trong ngoại quyển thay đổi theo mùa và theo vị trí, lặp lại khá đều mỗi năm sao Thuỷ (88 ngày). Tàu BepiColombo của châu Âu và Nhật Bản, phóng năm 2018, được giao nhiệm vụ đo tiếp chi tiết hơn.
Băng ở cực một hành tinh nóng
Nghịch lý: dù ban ngày nóng như vậy, đáy một số hố va chạm gần cực sao Thuỷ không bao giờ được chiếu nắng, lạnh dưới −170 °C, và MESSENGER đã xác nhận có băng nước ở đó. Không có khí quyển để mang nhiệt tới, những hố ấy lạnh vĩnh viễn.
Mặt Trăng: khí bay nhảy và bụi lơ lửng
Mặt Trăng có trọng lực khoảng 1/6 Trái Đất, tốc độ thoát ly khoảng 2,4 km/s. Một lớp khí dày nếu có cũng sẽ thoát dần trong thời gian ngắn theo thang địa chất. Lý do sâu hơn vì sao Mặt Trăng không giữ được khí quyển được bàn riêng trong danh mục cấu tạo khí quyển.
Ngoại quyển Mặt Trăng chứa argon-40 sinh ra từ phân rã kali phóng xạ trong đá, heli từ gió Mặt Trời, cùng natri và kali. Thí nghiệm LACE do phi hành đoàn Apollo 17 đặt năm 1972 đã đo được argon, heli và neon. Tàu LADEE của NASA bay quanh Mặt Trăng 2013–2014 nghiên cứu ngoại quyển và bụi; nó ghi nhận lượng khí tăng lên khi có mưa sao băng.
Các phi hành gia Apollo từng vẽ lại một vầng sáng mờ ở chân trời lúc bình minh trên Mặt Trăng; nhiều người giải thích đó là ánh nắng tán xạ trên bụi bị nâng lên do tích điện. LADEE không tìm thấy lượng bụi đủ để giải thích hiện tượng này một cách rõ ràng, nên vấn đề vẫn còn mở.
Mặt Trăng từng có khí quyển?
Một nghiên cứu năm 2017 của NASA ước tính rằng khoảng 3,5 tỷ năm trước, khi các biển dung nham phun trào mạnh, khí núi lửa có thể đã tạo cho Mặt Trăng một khí quyển tạm thời, tồn tại vài chục triệu năm. Đây là mô hình, chưa có bằng chứng trực tiếp.
Pluto: khí quyển của một thế giới băng
Pluto ở rất xa Mặt Trời (trung bình gần 40 đơn vị thiên văn), lạnh khoảng −230 °C. Bề mặt phủ băng nitơ, mê-tan và CO. Khi Pluto nhận chút nắng, băng thăng hoa thành khí, tạo nên một khí quyển mỏng — khí quyển "sinh ra" từ chính băng bề mặt.
- 1988: khi Pluto đi qua trước một ngôi sao, ánh sao mờ dần chứ không tắt phụt — bằng chứng chắc chắn đầu tiên Pluto có khí quyển.
- 1988–2015: các lần che khuất sao tiếp theo cho thấy áp suất tăng lên khoảng ba lần.
- 14/7/2015: New Horizons bay qua Pluto, đo áp suất bề mặt khoảng 10 microbar và chụp ảnh ngược sáng thấy khoảng hai mươi lớp mù xếp chồng, cao trên 200 km, có màu xanh lam do hạt nhỏ tán xạ ánh sáng.
Khí quyển Pluto lạnh hơn dự đoán ở tầng trên, nên nó mất khí ra vũ trụ chậm hơn các nhà khoa học từng nghĩ. Vì quỹ đạo Pluto rất dẹt, đang xa dần Mặt Trời sau lần gần nhất năm 1989, nhiều mô hình dự đoán phần lớn khí quyển sẽ đóng băng lại trong vài thập niên tới. Thời điểm và mức độ còn tranh luận: các lần che khuất sao gần đây cho thấy áp suất bắt đầu chững lại hoặc giảm nhẹ.
Pluto còn có một lưu vực băng nitơ rộng tên Sputnik Planitia, nửa phía tây của vùng sáng hình trái tim. Băng nitơ ở đây thăng hoa và đóng băng theo chu kỳ ngày – mùa, điều khiển một kiểu "gió" chảy quanh hành tinh. Hiện tượng này được bàn trong nhiều nghiên cứu sau New Horizons.
Góc nhìn hôm nay: vì sao những lớp khí rất mỏng vẫn đáng nghiên cứu
Ngoại quyển là nơi bề mặt, gió Mặt Trời và vũ trụ gặp nhau. Nghiên cứu chúng giúp hiểu đá trên bề mặt có gì, nước được giữ ở đâu, và vì sao một số thiên thể giữ được khí còn số khác thì không. Với các chương trình đưa người trở lại Mặt Trăng, hiểu bụi và ngoại quyển cũng có ý nghĩa thực tế: bụi Mặt Trăng tích điện bám dính vào thiết bị, và mỗi lần tàu hạ cánh xả khí cũng làm thay đổi ngoại quyển tạm thời.
- Ngắm sao Thuỷ: khó vì luôn ở gần Mặt Trời; chỉ thấy thấp ở chân trời ngay sau hoàng hôn hoặc trước bình minh vào thời điểm thuận lợi. Đừng bao giờ nhìn bằng ống nhòm hay kính thiên văn khi Mặt Trời còn trên trời.
- Xem ảnh: kho ảnh New Horizons của NASA có ảnh ngược sáng của Pluto với vành mù xanh — một trong những bức ảnh khí quyển đẹp nhất từng chụp.
- Số liệu gốc: Mercury, Moon và Pluto Fact Sheet trên NSSDCA.
Câu hỏi thường gặp
Mặt Trăng có khí quyển không?
Mặt Trăng chỉ có một ngoại quyển cực mỏng, gồm argon, heli, neon, natri, kali, tổng khối lượng chỉ khoảng 25 tấn theo NSSDCA. Lớp khí này không tạo ra áp suất đáng kể, nên trên Mặt Trăng coi như chân không.
Sao Thuỷ có khí quyển không?
Sao Thuỷ chỉ có ngoại quyển bám bề mặt, được bổ sung liên tục từ gió Mặt Trời và thiên thạch nhỏ. Nó có một đuôi natri dài hàng triệu kilômét do ánh nắng đẩy nguyên tử natri ra xa.
Pluto có khí quyển không?
Có, nhưng rất mỏng: khoảng 10 microbar, chủ yếu là nitơ, sinh ra từ băng bề mặt thăng hoa. New Horizons năm 2015 chụp được nhiều lớp mù xanh lam bao quanh Pluto.
Vì sao Mặt Trăng không có khí quyển như Trái Đất?
Mặt Trăng có trọng lực yếu, tốc độ thoát ly chỉ khoảng 2,4 km/s, nên khí dễ thoát ra vũ trụ. Nó cũng không có nguồn bổ sung khí dồi dào. Có nghiên cứu cho rằng 3,5 tỷ năm trước Mặt Trăng từng có khí quyển tạm thời do núi lửa.
Khí quyển Pluto có biến mất không?
Nhiều mô hình dự đoán phần lớn khí quyển Pluto sẽ đóng băng lại khi nó xa dần Mặt Trời. Thời điểm và mức độ còn tranh luận; các phép đo gần đây cho thấy áp suất bắt đầu chững lại.
