Các nhà khoa học từ lâu đã biết rằng Trái Đất và sao Thủy là hai hành tinh có lõi kim loại. Giống như Trái Đất, lõi ngoài của sao Thủy được cấu tạo bằng kim loại lỏng nhưng chỉ có một số ít tư liệu cho rằng lõi bên trong của sao Thủy là kim loại rắn.
Một số nhà khoa học so sánh Sao Thủy với một khẩu súng thần công vì lõi kim loại của nó lấp đầy gần 85% thể tích của hành tinh. Lõi lớn này - lớn hơn rất nhiều so với các hành tinh đá khác trong Hệ Mặt trời của chúng ta. Các nhà khoa học cũng đã từng đặt ra câu hỏi liệu sao Thủy có thể có lõi bên trong vững chắc hay không. Những phát hiện về lõi rắn bên trong của Sao Thủy được công bố trên tạp chí Nghiên cứu Địa vật lý của Hiệp hội Địa Vật lý Mỹ, giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về sao Thủy nhưng cũng đưa ra manh mối về cách Hệ Mặt trời hình thành và cách các hành tinh đá thay đổi theo thời gian. “Phần bên trong của sao Thủy vẫn hoạt động. So với Trái Đất, phần lõi nóng chảy của sao Thủy cung cấp năng lượng từ trường yếu hơn. Phần bên trong của sao Thủy đã nguội đi nhanh hơn so với hành tinh của chúng ta. Sao Thủy có thể giúp chúng ta dự đoán về từ trường của Trái Đất sẽ thay đổi như thế nào khi lõi nguội đi”, Antonio Genova, trợ lý giáo sư tại Đại học Sapienza của Rome - người đứng đầu nghiên cứu tại Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt (Maryland), nói.
Để tìm ra thành phần tạo nên phần lõi của sao Thủy, Genova và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng các dữ liệu từ tàu Messenger với nhiệm vụ thăm dò sao Thủy của NASA. Các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu kỹ càng về sự quay tròn và lực hấp dẫn của hành tinh
Tàu vũ trụ Messenger đã đi vào quỹ đạo quanh Sao Thủy từ tháng 3/2011 và mất 4 năm để quan sát hành tinh gần với Mặt trời nhất này cho đến khi nó được đưa xuống bề mặt hành tinh vào tháng 4/2015.
Các nhà khoa học đã sử dụng các dữ liệu quan sát vô tuyến từ Messenger để xác định dị thường hấp dẫn của Sao Thủy (khu vực tăng hoặc giảm khối lượng cục bộ) và vị trí của cực quay, cho phép họ hiểu được hướng của hành tinh.
Mỗi hành tinh quay trên một trục, còn được gọi là cực. Sao Thủy quay chậm hơn nhiều so với Trái Đất, 1 ngày của nó kéo dài bằng khoảng 58 ngày của Trái Đất. Các nhà khoa học thường sử dụng các biến thể nhỏ trong cách một vật thể quay tròn để tiết lộ manh mối về cấu trúc bên trong của nó. Vào năm 2007, các quan sát radar được thực hiện từ Trái Đất cho thấy những thay đổi nhỏ trong vòng quay của Sao Thủy, được gọi là hiệu chuẩn, chứng minh rằng một số lõi của hành tinh phải là kim loại nóng chảy. Nhưng chỉ riêng những quan sát về tốc độ quay là không đủ để đưa ra một phép đo rõ ràng về lõi bên trong là như thế nào. Các nhà khoa học cũng đặt ra câu hỏi: Có thể có một lõi rắn ẩn nấp bên dưới lớp kim loại lỏng?
Trọng lực có thể giúp trả lời câu hỏi đó. “Trọng lực là một công cụ mạnh mẽ để nhìn vào bên trong sâu của một hành tinh bởi vì nó phụ thuộc vào cấu trúc mật độ của hành tinh”, Sander Goossens, nhà nghiên cứu tại NASA Goddard và đồng tác giả của nghiên cứu mới cho biết.
Khi Messenger quay quanh Sao Thủy trong suốt nhiệm vụ của mình và càng ngày càng gần bề mặt, các nhà khoa học đã ghi lại cách tàu vũ trụ tăng tốc dưới sự ảnh hưởng của lực hấp dẫn của hành tinh. Cấu trúc mật độ của một hành tinh có thể tạo ra những thay đổi tinh tế trong quỹ đạo của tàu vũ trụ. Trong phần sau của nhiệm vụ, Messenger bay khoảng 120 dặm trên bề mặt và ít hơn 65 dặm trong năm cuối cùng của nó. Các quỹ đạo ở độ cao thấp cuối cùng đã cung cấp dữ liệu tốt nhất và cho phép Genova và nhóm của ông thực hiện các phép đo chính xác nhất về cấu trúc bên trong của Sao Thủy.
Genova và nhóm của ông đã đưa dữ liệu từ Messenger vào một chương trình máy tính cho phép họ điều chỉnh các thông số và tìm ra thành phần bên trong của Sao Thủy phải như thế nào để khớp với cách nó quay và cách tàu vũ trụ tăng tốc xung quanh nó. Kết quả cho thấy, để phù hợp nhất, Sao Thủy phải có lõi bên trong lớn và chắc chắn. Họ ước tính rằng nó ở thể rắn, lõi sắt là khoảng 1.260 dặm (2.000 km) rộng và chiếm khoảng một nửa của toàn bộ phần cốt lõi của sao Thủy (khoảng 2.440 dặm, tương đương gần 4.000 km, chiều rộng). Ngược lại, cốt lõi rắn của Trái Đất là khoảng 1.500 dặm (2.400 km), chiếm hơn một phần ba toàn bộ cốt lõi của hành tinh này.
“Chúng tôi phải tập hợp thông tin từ nhiều lĩnh vực như trắc địa, địa hóa học, cơ học quỹ đạo và lực hấp dẫn để tìm hiểu cấu trúc bên trong của Sao Thủy phải là gì”, Erwan Mazarico, nhà khoa học hành tinh tại NASA Goddard, đồng tác giả của nghiên cứu mới cho biết.
