KHÍ QUYỂN
Năm l761 người ta đón chờ một hiện tượng hiếm có trên bầu trời: sao Kim diễu qua trước đĩa Mặt Trời. Nhiều nhà thiên văn học đã chuẩn trị cho sự kiện này và thậm chí còn tổ chức những đoàn thám hiểm tới những miền xa xôi cách trở để tiến hành quan sát. Bởi vì, từ những điểm khác nhau, xa nhau trên Trái Đất nếu quan sát được thời điểm sao Kim tiến vào và rời khỏi đĩa Mặt Trời, thì có thể tính được khoảng cách từ Trái Đất tại Mặt Trời, được gọi là một đơn vị thiên văn, một trong những trị số cơ sở thường dùng trong thiên văn học và có mặt trong nhiều công thức của cơ học thiên thể.
Chuẩn bị cho những cuộc quan sát có cả các nhà thiên văn học Nga, mà Mikhain Vaxiliêvich Lômônôxốp là người tổ chức. Ông cử hai đoàn thám hiểm tới Xibêri: một ở lrơcutxco (do N. l. Pôpốp lãnh đạo), một ở Xêlenghinxcơ (do X. Ya. Rumôpxki dẫn đầu). Ông cũng tổ chức quan sát tại Xanh Pêtécbua, trên đài thiên văn của trường Đại học Tổng hợp (do A.Đ. Kraxtnnicốp và N. T. Kurganốp thực hiện), còn chính ông quyết định quan sát ngay tại nhà mình bằng một ống kính viễn vọng nhỏ.
Khi đĩa sao Kim màu đen rời khỏi đĩa Mặt Trời, Lômônôxốp nhận thấy một đường cung mảnh tại mép viền Mặt Trời cong lên như thể bị đo sao Kim hơi nâng lên, và tạo thành một chỗ lồi sáng mà ông gọi là “nốt phỏng”. Sau đó ''nốt phỏng'' vỡ ra và đĩa sao Kim hoà lẫn vào nền trời tối. Hiện tượng này mãi về sau, sang tới thế kỷ XX, mới có tên gọi là ''hiện tượng Lômônôxốp''. Sau khi cho rằng hiện tượng này là do sự khúc xạ tia Mặt Trời trong khí quyển sao Kim, nhà bác học đã tổng kết nghiên cứu của mình bằng những lời sau: ''Theo những quan sát có được, ngài cố vấn Lômônôxốp cho rằng, hành tinh sao Kim được vây bọc bởi một lớp vỏ không khí quyền quý, hệt như tấm áo khoác vào quả Địa cầu của chúng ta''.
Ảnh vô tuyến đĩa sao Kim dựa theo các ảnh
chụp của trạm thăm dò vũ trụ “Magellan”
Lômônôxốp công bố tác phẩm của mình bằng tiếng Nga và tiếng Đức nhưng nó đã bị chìm vào sự quên lãng. Vào thập niên 90 của thế kỷ XVIII Uyliam Hecsen và nhà thiên văn học Đức Iôhan Srôtơ lần thứ hai ''khám phá'' ra khí quyển sao Kim. Mãi đến thập niên 50 của thế kỷ XX, nhờ nỗ lực của các nhà thiên văn học Nga, Lômônôxốp một được công nhận là người phát hiện đầu tiên.
Bằng cách này hay cách khác, đến cuối thế kỷ XVIII con người bắt đầu hiểu ra rằng, bên ngoài sao Kim là bầu khí quyển dày đặc và một tầng mây lớn. Vậy bầu khí quyển này gồm có những gì? Và những hạt nào tạo nên những đám mây của sao Kim?
Vào những năm 60 của thế kỷ XIX các nhà thiên văn học lần đầu tiên cố tìm hiểu thành phần khí quyển sao Kim bằng phương pháp Phân tích quang phổ. Trước hết, họ hi vọng tìm thấy ở đó ''những khí của sự sống'' là ôxy và hơi nước. Nhưng, than ôi, điều họ mong chờ đã không biến thành hiện thực! Công cuộc tìm kiếm lại tái diễn vào thế kỷ XX. Viện sĩ Arixtac Apôlônôvich Bêlôpônxki ở Puncôvô, Vextô Menvin Xlaiphơ ở Phlacxtap (Flagstaff, bang Aridôna, Hoa Kỳ) đã cố tìm những dấu hiệu của những dải vạch ôxy và hơi nước trên rất nhiều những ảnh phổ chụp sao Kim và cũng không thu được kết quả gì.
Năm 1932 các nhà thiên văn học Mỹ là U.Ađamxơ và T. Đenhem ở đài thiên văn Núi Uynxon đã xác định được trong quang phổ sao Kim có ba dải thuộc khí cacbonic (CO2) cường độ của chúng cho thấy lượng khí này trong khí quyển sao Kim vượt nhiều lần so với trong khí quyển Trái Đất. Những ý định tìm ra dấu hiệu của những khí khác trong khí quyển sao Kim bao lâu sau vẫn không đem lại kết quả gì. Hành tinh này dường như vẫn che một tấm chàng mạng và không muốn lộ ra những bí mật của mình.
Sao Kim nhìn bằng các tia tử ngoại
Cùng thời gian đó, các nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu lớp vỏ mây bao bọc sao Kim. Năm 1923 Êđixơn Pettít và Xet Nicônxơn tại đài thiên văn Núi Uynxon đã tiến hành đo nhiệt độ của những đám mây trên sao Kim. Sau đó nhiều nhà thiên văn học khác cũng đã nhiều lần lặp lại công việc đo này. Và vào năm 1955 Uyliam Xintơn và Giôn Xtơrông (Hoa Kỳ) đã thu được những kết quả chắc chắn nhất. Nhiệt độ của tầng mây trên sao Kim là 233 - 240 K (khoảng -40oC). Gần hai đầu cực của sao Kim nhiệt độ hạ tới 205 -2l3 K. Không có gì đáng ngạc nhiên về hiện tượng nhiệt độ của tầng mây sao Kim thấp như vậy ở tầng bình lưu của Trái Đất nhiệt độ cũng rất thấp.
Những quan sát đặc biệt do các nhà khoa học Xô viết N. P. Barasôp, V.V.Sarônôp, V. l. Êderơxki và nhà thiên văn học người Pháp B.Lyô tiến hành cũng như lý thuyết tán xạ ánh sáng bởi tầng khí quyển dày đặc của các hành tinh được V.V. Xôbôlep phát triển đã chứng tỏ rằng kích thước các hạt mây sao Kim, là cỡ một micrômet. Nhưng bản chất của những hạt đó là gì? Những phương pháp vật lý thiên văn cổ điển không thể tìm được câu giải đáp vào giữa những năm 50 của thế kỷ XX người ta bắt đầu nghiên cứu sao Kim bằng những phương pháp thiên văn vô tuyến, còn vào những năm 60, những trạm liên hành tinh do các nhà bác học, kỹ sư Liên Xô và Mỹ chế tạo đã được phóng về phía hành tinh chưa hề được khảo sát này. Trong khoảng 40 năm trở lại đây, những thông tin thu thập được về bản chất sao Kim lớn gấp bội lần so với 350 năm trước đố quan sát bằng kính thiên văn.
Năm l956, các nhà thiên văn học thuộc phòng thí nghiệm nghiên cứu biển của Mỹ lần dầu tiên ghi được bức xạ nhiệt của sao Kim ở bước sóng 3 cm. Bức xạ này tương ứng với nhiệt độ 600 K (hơn 300oC). Sau khi tranh luận câu hỏi cái gì có thể có nhiệt độ cao như vậy, bề mặt hay tầng điện ly (tầng ion) của hành tinh, các nhà khoa học đi đến chỗ thống nhất đó là nhiệt độ bề mặt sao Kim. Năm 1967, việc Trạm liên hành tinh ''Venera - 4'' (sao Kim - 4) của Liên Xô đi vào khí quyển sao Kim và trạm tự động ''Mariner - 5'' của Mỹ bay sát hành tinh này đã cho phép khẳng định chắc chắn điều này. Tiếp đó, sau những chuyến đổ bộ xuống bề mặt sao Kim của hai trạm ''Venera - 7'' và ''Venera - 8'', người ta mới khám phá ra nhiệt độ của bề mặt sao Kim còn cao hon thế nhiều cụ thể là 730 - 740 K.
Nguyên nhân gì dẫn đến hiện tượng bề mặt sao Kim nóng đến như vậy? Lượng nhiệt mà hành tinh này nhận được từ Mặt Trời chỉ lớn gấp đôi so với Trái Đất. Giá như Trời Đất ở vào vị trí của sao Kim thì nhiệt độ của hành tinh chúng ta chỉ tăng chưa đến 60oC. Vậy cần phải có cách giải thích khác. Nhà bác học Mỹ Caclơ Xagan đã tìm ra câu trả lời. Nguyên nhân là vỏ khí của sao Kim chẳng khác một cái nồi hấp khổng lồ. Nó để nhiệt của Mặt Trời đi qua, nhưng lại không cho thoát ra ngoài. Nó hấp thụ bức xạ của chính sao Kim. Những chất hấp thụ là khí cacbonic (CO2) Chiếm khoảng 96% thành phần khí quyển và hơi nước, tuy lượng hơi nước không đáng kể (một vài phần trăm).
Ngoài ra trong khí quyển của sao Kim người to còn tìm thấy nitơ (4%) và một số khí khác ở nồng độ thấp (mêtan, amôniac các ôxit nitơ và ôxit lưu huỳnh, các hợp chất của clo và flo, oxy).
Các nhà thiên văn học nghiên cứu chi tiết sự phân bố áp suất, mật độ (tỷ khối), thành phần và nhiệt độ của khí quyển ở những dộ cao khác nhau. Áp suất khí quyển ở bề mặt sao Kim lên tới 90 atmôtphe. Kết quả cuối cùng này thu được vào đầu những năm 70 nhờ sử dụng hai trạm ''Venera - 7'', ''Venera - 8'' và nhiều lần được xác định chính xác hơn bởi một loạt thí nghiệm tiến hành sau đó. Những quan sát lâu dài tầng mây của sao Kim từ trạm ''Mariner -10'' giúp phát hiện ra nhiều chi tiết ổn định lộ rõ bằng tia tử ngoại. Những chi tiết này chuyển dịch theo hướng quay của hành tinh, nhưng vượt chuyển động quay rất lớn với chu kỳ 4 ngày đêm.
Từ đó cho thấy tại mức giới hạn trên của tầng mây (60 – 70 kim phía trên mặt hành tinh) có
những luồng gió thổi theo hướng cố định từ đông sang tây với tốc độ 110 km/giây (khu vực gần xích đạo). Tính theo thang đo ở Trái Đất thì ngang với sức gió bão cực mạnh.
Một thời gian dài câu hỏi về thành phần những đám mây sao Kim luôn là chủ đề của các cuộc tranh cãi gay gắt. Những giả thuyết cho rằng mây sao Kim được tạo thành từ những giọt nước nhỏ, những tinh thể băng, những giọt CO2 và hạt bụi lần lượt bị bác bỏ. Đầu năm 1967, khi vợ chồng Pie và Gian Côn, hai nhà vật lý thiên văn người Pháp, phát hiện ra dấu vết những hợp chất của clo và flo (HCI và HF) trong quang phổ những đám mây sao Kim, người ta lại cho rằng những hợp chất này có thể là những hạt cấu thành trên thang mây. Tuy nhiên việc phân tích kỹ lưỡng cho thấy cả giả thuyết trên cũng không đúng.
Lời giải được tìm thấy vào nỡm 1972, khi các nhà nghiên cứu người Mỹ Luidơ và Anđriu Yăng (Young) cũng như Gôtfry Xylơ trong những công trình nghiên cứu độc lập cùng đi đến kết luận chỉ có giả thuyết các đám mây sao Kim được cấu tạo từ những giọt axit sunfuric đặc (H2SO4) mới có thể đáp ứng được đầy đủ những thông số quan sát rất khác nhau về tầng mây sao Kim (chiết suất, các đạc tính phổ). Ngoài ra axit sunfuric dễ dàng kết hợp với nước. Áp suất hơi nước ở phía trên mức tầng mây vừa đúng với áp suất cần phải có nếu như các đám mây được tạo bởi dung dịch axit sunfuric 80%. Những giọt axit sunfuric như vậy có thề gặp trong tầng bình lưu của Trái Đất. Nhưng trong các đám mây của sao Kim chúng giữ một vai trò đặc biệt.
Tuy nhiên từ đâu mà có axit sunfuric trong khí quyển của sao Kim? Các công trình nghiên cứu cho thấy axit sunfuric được hình thành bằng con đường phản ứng hoá học từ đioxit lưu huỳnh (SO2) có trong các lớp nham thạch chứa lưu huỳnh của bề mặt hành tinh (các vỉa pirit) hoặc do núi lửa phun ra. Liệu có núi lửa trên sao Kim hay không? Câu hỏi cần được tiếp tục nghiên cứu.
