Tổng quan về sao Thủy

Sao Thủy hay Thủy Tinh là hành tinh nhỏ nhất và gần Mặt Trời nhất trong tám hành tinh thuộc Hệ Mặt Trời, với chu kỳ quỹ đạo bằng 88 ngày Trái đất.

Nhìn từ Trái đất, hành tinh hiện lên với chu kỳ giao hội trên quỹ đạo bằng xấp xỉ 116 ngày, và nhanh hơn hẳn những hành tinh khác. Tốc độ chuyển động nhanh này đã khiến người La Mã đặt tên hành tinh là Mercurius, vị thần liên lạc và đưa tin một cách nhanh chóng.

Do hành tinh hầu như không có khí quyển để giữ lại nhiệt lượng, bề mặt sao Thủy trải qua sự biến đổi nhiệt độ lớn nhất trong số các hành tinh, thay đổi từ 100 K (−173°C; −280°F) vào ban đêm tới 700 K (427°C; 800°F) vào ban ngày. Trục quay của sao Thủy có độ nghiêng nhỏ nhất trong Hệ Mặt Trời (khoảng 1⁄30 độ), nhưng hành tinh lại có độ lệch tâm quỹ đạo lớn nhất.

Ảnh màu sao Thủy chụp bởi MESSENGER.

Cấu trúc của sao Thủy

Sao Thủy là một trong 4 hành tinh kiểu Trái đất trong Hệ Mặt Trời, và là hành tinh cấu tạo bằng đá giống Trái đất. Đây là hành tinh nhỏ nhất trong hệ Mặt Trời với bán kính tại xích đạo là 2.439,7km.

Sao Thủy có thành phần cấu tạo khoảng 70% là kim loại và 30% silicat. Khối lượng riêng trung bình của sao Thủy là 5,427 g/cm³ cao thứ 2 trong Hệ Mặt Trời, chỉ nhỏ hơn khối lượng riêng Trái đất (5,515g/cm³) một chút. Nếu bỏ qua hiệu ứng áp lực nén hấp dẫn, các vật liệu trên sao Thủy có thể đặc hơn với khối lượng riêng khoảng 5,3 g/cm³ so với Trái đất trong trường hợp này là 4,4g/cm³.

Khối lượng riêng trung bình của sao Thủy có thể sử dụng để phỏng đoán cấu trúc chi tiết bên trong của nó. Trong khi khối lượng riêng lớn của Trái đất do đóng góp đáng kể của áp lực nén hấp dẫn, đặc biệt tại lõi, sao Thủy có thể tích nhỏ hơn và vùng lõi không bị nén mạnh như của Trái đất. Do đó, vì hành tinh có khối lượng riêng cao, lõi của nó phải lớn hơn về tỷ lệ kích thước và chứa nhiều sắt hơn.

Các nhà địa chất học ước tính rằng lõi của sao Thủy chiếm khoảng 42% thể tích của nó so với của Trái đất bằng 17%. Nghiên cứu gần đây đề xuất rằng sao Thủy có lõi nóng chảy.

Lõi của sao Thủy chứa nhiều sắt hơn bất kỳ hành tinh nào khác trong Hệ Mặt trời, và có nhiều giả thuyết đã được đưa ra để lý giải cho việc này. Giả thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất cho rằng sao Thủy ban đầu có tỉ lệ silicat-kim loại giống với các thiên thạch chondrit phổ biến, được cho là vật chất tạo đá đặc trưng của Hệ Mặt Trời, và có khối lượng gấp khoảng 2,25 lần khối lượng hiện nay của nó.

Quỹ đạo của sao Thủy

Quỹ đạo sao Thủy (vàng, nâu) trong năm 2006.

Sao Thủy quay quanh trục của nó được ba vòng trong hai chu kỳ quỹ đạo quanh Mặt Trời, khi lấy các ngôi sao cố định làm hệ quy chiếu. Nếu nhìn từ Mặt Trời, trong hệ quy chiếu quay theo quỹ đạo chuyển động, sao Thủy chỉ quay được 1 vòng trong hai chu kỳ quỹ đạo của hành tinh. Tỉ số chính xác này là do ảnh hưởng của hiện tượng khóa thủy triều. Còn nếu một người đứng trên sao Thủy, họ sẽ chỉ thấy Mặt Trời di chuyển 1 lần trên nền trời, hay chỉ có 1 "ngày" trong 2 "năm" sao Thủy.

Địa hình trên sao Thủy

Bề mặt sao Thủy có rất nhiều hố to nhỏ và lởm chởm như bề mặt Mặt Trăng, gồm các đồng bằng và hố va chạm lớn, cho thấy nó đã trải qua một thời gian yên tĩnh địa chất hàng tỷ năm.

Sao Thủy đã bị bắn phá dữ dội bởi các sao chổi và thiên thạch trong một khoảng thời gian ngắn sau khi nó hình thành cách đây 4,6 tỉ năm, và trong một giai đoạn khác cách nay 3,8 tỉ năm trước. Trong giai đoạn bắn phá thứ hai, trên toàn bộ bề mặt hành tinh xuất hiện rất nhiều hố va chạm.

"Địa hình kỳ lạ" hình thành tại điểm đối cực của hố va chạm Caloris.

Hố và bồn địa va chạm

Các hố va chạm trên sao Thủy có đường kính từ những hốc nhỏ cho đến những hố nhiều vành rộng hàng trăm kilômét. Chúng đều ở trạng thái bị "phong hóa" dần, từ những hố tỏa tia tương đối mới cho đến những hố tồn tại từ lâu chỉ còn lại dấu vết mờ. Các hố va chạm trên sao Thủy khác rõ rệt so với hố va chạm trên Mặt Trăng bởi phạm vi vật liệu bị bắn ra nhỏ hơn sau những cú va chạm của thiên thạch, đây là hệ quả của trường hấp dẫn mạnh hơn của sao Thủy so với của Mặt Trăng.

Đồng bằng trên sao Thủy

Có hai vùng đồng bằng khác nhau về mặt địa chất trên sao Thủy.

1 Những đồng bằng liên miệng núi lửa / hố va chạm là những đặc điểm cổ nhất trên bề mặt,[40] trước khi bề mặt hành tinh bị bắn phá bởi các thiên thạch. Những đồng bằng liên miệng núi lửa dường như bị làm mờ đi bởi những hố va chạm sớm hơn trước đó, và thường chỉ có các hố với đường kính dưới 30 km.
2. Những đồng bằng trơn phẳng là những vùng rộng lớn có cao độ thấp và hình dáng tương tự "biển" trên Mặt Trăng.

Một đặc điểm khác thường trên bề mặt sao Thủy đó là sự xuất hiện của nhiều vách núi cắt qua các đồng bằng. Khi lõi hành tinh lạnh đi, lớp vỏ của nó co lại và dẫn đến địa hình bề mặt bị biến dạng, sụt xuống tạo ra những vách đá này.

Môi trường bề mặt và khí quyển của sao Thủy

Mặc dù có kích thước nhỏ và vận tốc quay quanh trục chậm, Sao Thủy có một từ trường đáng chú ý và dường như phân bố trên toàn bộ hành tinh này.

Từ trường của sao Thủy đủ mạnh để làm chệch hướng gió mặt trời xung quanh hành tinh này, tạo ra từ quyển.

Tàu thăm dò sao Thủy

Hai phi thuyền Trái đất đã từng ghé thăm sao Thủy: Mariner 10 bay vào năm 1974 và 1975; và MESSENGER, được phóng lên vào năm 2004, đã quay quanh sao Thủy hơn 4.000 lần trong bốn năm. Tàu cạn kiệt nguồn nhiên liệu và rơi vào bề mặt hành tinh này vào ngày 30 tháng 4 năm 2015.