Bằng kính thiên văn vũ trụ Hubble, các nhà khoa học tại NASA đã phát hiện ra tầng bình lưu - một trong những lớp chính của bầu khí quyển Trái đất, xuất hiện trên một ngoại hành tinh khổng lồ, siêu nóng có tên gọi WASP-33b nằm ở chòm sao Andromeda cách chúng ta 378 năm ánh sáng. Qua phát hiện này, NASA hy vọng sẽ có thêm manh mối về cấu tạo của một hành tinh và cách nó được hình thành.

Ngoại hành tinh khổng lồ có tầng bình lưu giống Trái đất.

Tầng bình lưu trên ngoại hành tinh WASP-33b chứa các phân tử có thể hấp thụ tia cực tím (UV) và ánh sáng thấy được, đóng vai trò là một lớp "chống nắng" cho hành tinh. Cho đến hiện tại, các nhà khoa học vẫn chưa rõ liệu các phân tử này có thể được tìm thấy trong bầu khí quyển của các hành tinh to lớn, siêu nóng trong các hệ sao khác hay không.

Avi Mandell - một nhà khoa học hành tinh tại trung tâm nghiên cứu không gian Goddard của NASA, đồng tác giả nghiên cứu cho biết: "Một vài trong số các hành tinh kiểu như WASP-33b có nhiệt độ rất cao tại các lớp khí quyển trên cùng và về bản chất, nhiệt độ này sẽ được giải phóng vào không gian. Ở nhiệt độ cao, chúng tôi không kỳ vọng có thể tìm ra một bầu khí quyển chứa các phân tử có thể tạo nên cấu trúc đa lớp. "

Trong khí quyển Trái đất, tầng bình lưu nằm phía trên tầng đối lưu - một khu vực có nhiều nhiễu động khí, hoạt động thời tiết và mây. Trong tầng đối lưu, nhiệt độ ấm hơn ở dưới và lạnh hơn ở trên cao. Tầng bình lưu ngược lại nhiệt độ sẽ tăng theo độ cao - một hiện tượng được gọi là đảo nhiệt. Trên Trái đất, sự đảo nhiệt xảy ra bởi ozone trong tầng bình lưu hấp thụ quá nhiều bức xạ cực tím từ Mặt trời, ngắn các bức xạ nguy hiểm này lọt xuống bề mặt, bảo vệ sinh quyển, do đó khiến tầng bình lưu ấm dần lên.

Sự đảo nhiệt tương tự cũng xuất hiện trong tầng bình lưu của nhiều hành tinh khác trong hệ Mặt trời, chẳng hạn như sao Mộc và sao Thổ. Trong những trường hợp này, tác nhân gây nên sự đảo nhiệt là một nhóm các phân tử được gọi là hydrocarbon thay vì ozone. Mặc dù vậy, ozon hay hydrocarbon cũng không thể tồn tại được ở nhiệt độ cực cao trên hầu hết các ngoại hành tinh đã được biết đến, đang nằm ngoài hệ mặt trời của chúng ta. Điều này đã dẫn đến một cuộc tranh luận rằng liệu tầng bình lưu có tồn tại trên những ngoại hành tinh này hay không?

Để chấm dứt cuộc tranh luận dài hơi này, các nhà khoa học đã dùng kính Hubble để xác định sự đảo nhiệt trong bầu khí quyển của ngoại hành tinh WASP-33b. Họ đã phát hiện ra rằng phân tử trong khí quyển của WASP-33b gây nên hiện tượng đảo nhiệt là titanium oxide.

Theo lời của Korey Haynes - lãnh đạo nghiên cứu thì họ đã tìm ra 2 dấu hiệu rất thuyết phục cho giả thuyết ngoại hành tinh cũng có tầng bình lưu. Nhóm nghiên cứu đã phân tích hình ảnh thăm dò từ camera góc rộng số 3 của kính Hubble (WFC3). Chiếc camera này có thể thu được quang phổ của một khu vực cận hồng ngoại nơi thường có dấu hiệu của nước. Từ dải quang phổ này, nhóm nghiên cứu có thể phát hiện nước và các loại khí khác trong khí quyển của một hành tinh ở xa và xác định nhiệt độ khí quyển.

Haynes cùng các cộng sự đã dùng hình ảnh quang phổ cùng với dữ liệu từ những nghiên cứu trước đó để đo đạt sự bay hơi của nước và so sánh với sự bay hơi của các chất khí nằm sâu hơn trong khí quyển. Kết quả cho thấy trên WASP-33b, hơi nước phát ra ở tầng bình lưu tại mốc nhiệt độ 6000 độ F (3315,5 độ C). Phần bay hơi còn lại bắt nguồn từ các khí trong khí quyển tại mốc nhiệt độ khoảng 3000 độ F (1648,8 độ C).

Nhóm nghiên cứu cũng đưa ra bằng chứng quan sát đầu tiên cho thấy khí quyển của WASP-33b có chứa titanium oxide - một trong số những hợp chất có thể hấp thụ mạnh các bức xạ cực tím và ánh sáng thấy được và có thể tồn tại dưới dạng thể khí trong một bầu khí quyển cực nóng.

Theo đồng tác giả nghiên cứu Nikku Madhusudhan: "Hiểu được sự liên kết giữa các tầng bình lưu và hợp chất hóa học rất quan trọng đố với quá trình nghiên cứu khí quyển của các ngoại hành tinh. Phát hiện này sẽ đánh dấu một sự đột phá trong hướng nghiên cứu của chúng tôi".