Nghiên cứu mới thách thức phân loại Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương là 'gã khổng lồ băng'

Quan niệm truyền thống coi Sao Thiên Vương (Uranus) và Sao Hải Vương (Neptune) là những 'gã khổng lồ băng', chủ yếu cấu tạo từ nước, mêtan và amoniac, đang bị đặt dấu hỏi lớn. Một nghiên cứu đột phá, được công bố vào tháng 12 năm 2025 trên tạp chí Astronomy & Astrophysics, đã đưa ra những luận điểm mới. Các nhà khoa học từ Đại học Zurich (UZH), bao gồm nghiên cứu sinh Luca Morf và Giáo sư Ravit Helleved, đã trình bày kết quả cho thấy hai hành tinh ngoài cùng này có thể sở hữu thành phần đá nhiều hơn đáng kể so với những gì chúng ta từng nghĩ.

Phát hiện này mang ý nghĩa sâu sắc đối với các mô hình hình thành hệ hành tinh. Điều này đặc biệt quan trọng vì phần lớn các ngoại hành tinh đã được xác định có kích thước tương đương với Thiên Vương Tinh và Hải Vương Tinh. Việc phân loại các hành tinh này từ lâu đã dựa trên các giả định hơn là dữ liệu thực nghiệm phong phú, do việc nghiên cứu chúng gặp nhiều hạn chế. Chỉ có tàu thăm dò Voyager 2 đã bay ngang qua các thế giới này vào các năm 1986 và 1989.

Đội ngũ nghiên cứu tại UZH đã áp dụng một phương pháp mô hình hóa mới, được mô tả là 'agnostic về thành phần'. Phương pháp này cho phép họ tạo ra hàng ngàn hồ sơ mật độ ngẫu nhiên. Sau đó, họ chỉ chọn lọc những hồ sơ nào khớp chính xác với dữ liệu quan sát thực tế từ Voyager 2. Cách tiếp cận này khác biệt rõ rệt so với các mô hình trước đây vốn thường áp đặt cấu trúc phân lớp cứng nhắc hoặc chỉ dựa vào các hồ sơ kinh nghiệm đã được đơn giản hóa.

Những mô hình phù hợp nhất với dữ liệu mới gợi ý rằng các hành tinh này có thể chủ yếu là đá. Phân tích cho thấy tỷ lệ khối lượng đá trên nước của Sao Thiên Vương có thể lớn hơn gần mười lần so với Sao Hải Vương. Điều này ngụ ý sự khác biệt đáng kể về cấu trúc bên trong giữa hai hành tinh. Hơn nữa, cách giải thích thiên về đá này lại tương thích với dữ liệu về thành phần của Sao Diêm Vương (Pluto), một thiên thể thuộc Vành đai Kuiper, vốn được biết là chứa khoảng 70% đá và kim loại. Đối với Sao Thiên Vương, phạm vi các mô hình khả thi cho thấy sự chênh lệch gấp một trăm lần về tỷ lệ khối lượng đá trên nước, dao động từ 0,04 đến gần 4.

Các mô hình mới này còn cung cấp lời giải thích hợp lý cho từ trường đa cực, hỗn loạn được quan sát thấy trên cả hai hành tinh. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các lớp 'nước ion hóa' ở các độ sâu khác nhau có khả năng tạo ra các dynamo từ trường độc lập. Điều này giải thích cho hình học từ trường không phải lưỡng cực, trái ngược với từ trường lưỡng cực tương đối đơn giản của Trái Đất. Giáo sư Helleved lưu ý rằng nghiên cứu chỉ ra từ trường của Sao Thiên Vương có nguồn gốc sâu hơn so với từ trường của Sao Hải Vương. Tuy nhiên, các nhà khoa học cũng cảnh báo rằng vẫn còn tồn tại những bất định lớn do sự hiểu biết chưa đầy đủ về hành vi của vật chất dưới áp suất và nhiệt độ cực cao bên trong các hành tinh.

Giáo sư Helleved nhấn mạnh rằng dữ liệu hiện tại chưa đủ để đưa ra kết luận cuối cùng về việc chúng là gã khổng lồ đá hay băng. Cần phải có các sứ mệnh chuyên biệt để làm sáng tỏ cấu trúc bên trong thực sự của chúng. Các nghiên cứu trong tương lai vẫn là ưu tiên hàng đầu của các cơ quan vũ trụ. Chương trình 'Tàu quỹ đạo và Tàu thăm dò Sao Thiên Vương' (UOP) của NASA là một sứ mệnh Hạng Cờ đầu, được xếp hạng ưu tiên cao nhất theo Khảo sát Thập kỷ 2023–2032. Tuy nhiên, ngày phóng dự kiến đã bị lùi lại vào giữa đến cuối những năm 2030 do tình trạng thiếu hụt sản xuất Plutonium. Trong khi đó, Trung Quốc đang lên kế hoạch cho sứ mệnh 'Thiên Vấn-4', bao gồm một chuyến bay ngang qua Sao Thiên Vương, dự kiến vào khoảng tháng 3 năm 2045, sau khi phóng vào khoảng năm 2030.