Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương trông như một cặp song sinh, nhưng hóa học của chúng cho thấy chúng được tạo thành từ vật liệu khác nhau ở những nơi khác nhau.
Một nghiên cứu công bố trên tạp chí Astronomy & Astrophysics ước tính tỷ lệ carbon-oxy sâu bên trong cả hai hành tinh, sử dụng các mô hình hóa học và vận chuyển khí quyển cùng với các quan sát carbon monoxide, nhiều trong số đó từ mảng ALMA ở Chile. Tỷ lệ đó đóng vai trò như một dấu vân tay hóa học của vật liệu mà một hành tinh hình thành từ đó.
Một tỷ lệ ẩn, được đo gián tiếp
Không ai có thể lấy mẫu khí quyển sâu của cả hai hành tinh. Các lớp mây liên tiếp chặn tầm nhìn trực tiếp, và chỉ có Voyager 2 từng bay qua chúng, vào năm 1986 và 1989.
Carbon monoxide cung cấp một cách tiếp cận. Nó hình thành hoặc tồn tại ở các lớp sâu và được mang lên qua các đám mây đến độ cao mà kính thiên văn có thể nhìn thấy, nên nồng độ của nó mang thông tin về các vùng ở rất xa bên dưới.
Nhóm nghiên cứu phát hiện Sao Hải Vương dường như giàu oxy hơn đáng kể so với Sao Thiên Vương. Kết hợp với ước tính carbon, điều đó cho Sao Hải Vương tỷ lệ carbon-oxy thấp hơn. Các khoảng giá trị khả dĩ vẫn chồng lấn, nhưng sự khác biệt khó giải thích nếu cả hai hành tinh lớn lên từ cùng một hỗn hợp trong cùng một vùng của đĩa bao quanh Mặt Trời non.
Anh em họ, không phải song sinh
So sánh kết quả với một mô hình về cách hệ Mặt Trời sơ khai tiến hóa về mặt hóa học, các tác giả đề xuất những lịch sử riêng biệt. Sao Thiên Vương có thể đã hình thành tương đối xa, gần quỹ đạo hiện tại của nó. Sao Hải Vương có thể đã bắt đầu gần Mặt Trời hơn, trong một vùng mà các chất rắn chứa nhiều oxy hơn, rồi sau đó di chuyển ra ngoài.
"Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương ngày nay có thể trông giống như cặp song sinh, nhưng hóa học của chúng đang cho chúng ta biết rằng chúng giống như anh em họ với những lịch sử rất khác nhau," Olivier Mousis thuộc Viện Nghiên cứu Tây Nam, đồng tác giả, nói.
Kết quả này quan trọng không chỉ với hai hành tinh. Các thế giới có kích thước này chiếm hơn một nửa trong khoảng 6.000 ngoại hành tinh được tìm thấy cho đến nay, nên cách các hành tinh băng khổng lồ hình thành định hình cách chúng ta nghĩ về một phần lớn các hành tinh đã biết.
Những câu hỏi còn bỏ ngỏ
Các tác giả nói rằng bức tranh chưa được xác lập. Sự trộn lẫn theo chiều thẳng đứng trong các khí quyển sâu vẫn là một nguồn bất định lớn, và cần các phép đo tốt hơn. Một sứ mệnh chuyên dụng như Tàu quỹ đạo và Thiết bị thăm dò Sao Thiên Vương, được Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ xếp hạng là ưu tiên hàng đầu cho khoa học hành tinh năm 2023, sẽ giúp giải quyết điều này.