Giải mã mô hình Trái Đất lồi lõm gây chú ý của NASA

NASA vừa giới thiệu mô hình ba chiều mang tên The Geoid, tái hiện Trái Đất với bề mặt gồ ghề, lồi lõm và nhiều mảng màu khác nhau, tạo cảm giác giống như một củ khoai tây méo mó.

Tuy nhiên, cơ quan này khẳng định mô hình không phản ánh hình dạng thực tế của Trái Đất mà dùng để trực quan hóa sự phân bố của trường hấp dẫn trên phạm vi toàn cầu. Những khu vực nhô cao biểu thị nơi có lực hấp dẫn mạnh hơn, trong khi các vùng lõm tương ứng với nơi có lực hút yếu hơn.

Thông qua mô hình này, các nhà khoa học có thể quan sát những biến thiên rất nhỏ của trường hấp dẫn - điều gần như không thể nhận biết bằng mắt thường - đồng thời hiểu rõ hơn về sự phân bố vật chất bên dưới bề mặt hành tinh.

Trọng lực không giống nhau ở mọi nơi trên Trái Đất

Trong đời sống thường ngày, con người hầu như không nhận ra sự khác biệt về trọng lực giữa các khu vực. Tuy nhiên, trên thực tế, lực hấp dẫn của Trái Đất không hoàn toàn đồng nhất.

Nguyên nhân là do cấu trúc địa chất và mật độ vật chất ở mỗi nơi khác nhau. Những khu vực có khối lượng vật chất lớn hoặc nhiều lớp đá đặc sẽ tạo ra lực hấp dẫn mạnh hơn đôi chút. Ngược lại, nơi có vật chất nhẹ hơn hoặc cấu trúc địa chất khác biệt sẽ có trọng lực yếu hơn.

Mức chênh lệch này rất nhỏ và chỉ có thể được phát hiện nhờ các vệ tinh đo trọng lực với độ chính xác rất cao.

Theo NASA, geoid là bề mặt giả định mà mực nước biển sẽ hình thành nếu toàn bộ đại dương hoàn toàn tĩnh lặng, không chịu ảnh hưởng của sóng, gió, thủy triều hay các dòng hải lưu. Do trường hấp dẫn của Trái Đất không đồng đều nên bề mặt giả định này cũng không hoàn toàn nhẵn hoặc hình cầu, mà có những biến đổi nhỏ theo từng khu vực.

Đó chính là hình dạng mà mô hình The Geoid mô phỏng.

Vì sao mô hình lại giống một củ khoai tây?

Điểm khiến nhiều người chú ý nhất là bề mặt đầy những phần lồi và lõm. Trên thực tế, các biến đổi này nhỏ hơn rất nhiều so với hình ảnh thể hiện trên mô hình.

Theo NASA, điểm cao nhất của geoid chỉ cao hơn bề mặt tham chiếu khoảng 85 m và nằm gần Iceland, trong khi điểm thấp nhất ở phía nam Ấn Độ thấp hơn khoảng 106 m. Chênh lệch giữa hai vị trí chỉ khoảng 191 m, rất nhỏ nếu so với đường kính gần 12.742 km của Trái Đất.

Nếu giữ đúng tỷ lệ thực, bề mặt geoid gần như phẳng đối với mắt người.

Để giúp người xem dễ quan sát, NASA đã phóng đại toàn bộ độ nhấp nhô lên khoảng 10.000 lần. Chính sự phóng đại này khiến mô hình Trái Đất có hình dáng giống một củ khoai tây méo mó.

Không chỉ phần địa hình được thể hiện bằng các khối nổi, màu sắc trên mô hình cũng mang ý nghĩa khoa học.

Các khu vực màu đỏ và vàng biểu thị nơi trường hấp dẫn mạnh hơn mức trung bình, còn các vùng màu xanh cho thấy lực hấp dẫn yếu hơn.

Điều này không có nghĩa những nơi có màu đỏ là vùng núi hay màu xanh là vùng trũng. Trên thực tế, một khu vực đồng bằng vẫn có thể sở hữu trường hấp dẫn mạnh hơn một vùng núi nếu bên dưới tồn tại khối vật chất lớn hơn.

Giá trị khoa học vượt xa một mô hình trực quan

Để xây dựng The Geoid, các nhà khoa học không tiến hành đo trực tiếp trên mặt đất mà sử dụng dữ liệu thu thập từ các vệ tinh chuyên quan sát trọng lực.

NASA cho biết mô hình được xây dựng dựa trên mô hình trọng trường toàn cầu GOCO06s, tổng hợp hơn một tỷ phép đo trong suốt 15 năm từ 19 vệ tinh, trong đó có cặp vệ tinh GRACE của NASA và vệ tinh GOCE của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA).

Trong quá trình hoạt động, các vệ tinh liên tục theo dõi khoảng cách giữa chúng khi bay quanh Trái Đất. Khi đi qua khu vực có lực hấp dẫn mạnh hơn, vệ tinh phía trước sẽ bị hút nhanh hơn một chút, làm thay đổi khoảng cách giữa hai vệ tinh chỉ ở mức vài micromet.

Từ những biến đổi cực nhỏ đó, các nhà khoa học có thể tính toán sự phân bố khối lượng bên trong Trái Đất và xây dựng bản đồ trường hấp dẫn với độ chính xác rất cao.

Theo NASA, geoid là mốc tham chiếu quan trọng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu.

Mô hình này được sử dụng để xác định mực nước biển trung bình toàn cầu, nghiên cứu dòng hải lưu, theo dõi tình trạng băng tan và biến đổi khí hậu, đồng thời nâng cao độ chính xác của hệ thống định vị vệ tinh (GPS) cũng như các phép đo trắc địa.

Ngoài ra, bản đồ trường hấp dẫn còn giúp các nhà khoa học nghiên cứu những cấu trúc khổng lồ nằm sâu trong lớp phủ Trái Đất - khu vực mà con người hiện chưa thể quan sát trực tiếp.

Vì vậy, mô hình "Trái Đất hình củ khoai" không phải là hình dạng thật của hành tinh mà chỉ là cách NASA trực quan hóa những sai khác rất nhỏ của trường hấp dẫn. Những phần lồi lõm gây ấn tượng trên mô hình thực chất là kết quả của việc phóng đại dữ liệu nhằm giúp con người quan sát các biến thiên gần như vô hình ở tỷ lệ thực.

Suy giảm oxy trong hệ sinh thái nước đe dọa sự ổn định của Trái Đất