Từ khi được đưa vào sử dụng vào năm 1990, Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA đã trở thành một công cụ quan trọng trong việc quan sát và theo dõi các hành tinh khí và bầu khí quyển đang chuyển động liên tục trên khắp vũ trụ. Dù các sứ mệnh vũ trụ đã mang chúng ta tới gần hơn với các hành tinh này và cung cấp cho chúng ta cái nhìn chi tiết về các bầu khí quyển, tuy nhiên, độ phân giải và độ nhạy của Hubble cho phép chúng ta quan sát những hoạt động phức tạp xảy ra theo thời gian một cách liên tục và chính xác. Do đó, Hubble là một sự bổ sung đắc lực cho các quan sát từ các tàu vũ trụ khác, ví dụ như tàu Juno hiện đang quay quanh Sao Mộc, sứ mệnh Cassini đã hoàn thành nhiệm vụ đến Sao Thổ, và các tàu vũ trụ Du hành 1 và 2 đã đến qua cả bốn hành tinh khổng lồ trong khoảng thời gian từ 1979 đến 1989.
Được khánh thành vào năm 2014, Chương trình Di sản Bầu khí quyển Hành tinh Bên ngoài (OPAL) của kính thiên văn đã cung cấp cho chúng ta tầm nhìn hàng năm về các hành tinh khổng lồ. Dưới đây là một số hình ảnh gần đây:
Sao Mộc
[trái] — Dựa trên dữ liệu quan sát, dự báo cho sao Mộc hiện có thời tiết bão tại các vĩ độ thấp phía bắc. Các quan sát cho thấy chuỗi các cơn bão liên tiếp, tạo thành một cấu trúc xoáy đẹp mắt và phức tạp. Theo một số nhà thiên văn học hành tinh, cấu trúc này được gọi là “đường xoáy”. Các xoáy thuận và xoáy nghịch tương tác với nhau và khóa chặt với nhau giống như bánh răng trong một cỗ máy hoạt động. Nếu các cơn bão đến gần nhau, chúng có thể tạo thành một cơn bão to hơn, sánh ngang với kích thước hiện tại của Vết Đỏ Lớn. Tuy nhiên, các xoáy thuận và xoáy nghịch cản trở quá trình hợp nhất của các cơn bão riêng lẻ. Các quan sát cũng cho thấy rằng bên trong những cơn bão này có sự hoạt động, và có sự khác biệt rõ rệt về màu sắc, cho thấy sự đa dạng về độ cao và độ sâu của các đám mây trong sao Mộc. Các cơn bão xoáy và cấu trúc xoáy của chúng đã được quan sát trong thập kỷ gần đây, tuy nhiên, trong những năm 1990, không có cơn lốc xoáy hoặc xoáy nghịch nào được quan sát kèm theo giông bão.
Mặt trăng Io màu cam tạo ra một chùm ảnh quang cảnh về các đỉnh đám mây nhiều màu của Sao Mộc, đổ bóng về phía rìa phía tây của hành tinh. Độ phân giải của Hubble sắc nét đến mức nó có thể nhìn thấy vẻ ngoài lốm đốm màu cam của Io, liên quan đến vô số núi lửa đang hoạt động của nó. Những ngọn núi lửa này được phát hiện lần đầu tiên khi tàu vũ trụ Du hành 1 bay ngang qua vào năm 1979. Phần bên trong nóng chảy của mặt trăng được bao phủ bởi một lớp vỏ mỏng mà qua đó các ngọn núi lửa phun ra vật chất. Lưu huỳnh có nhiều màu sắc khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau, đó là lý do tại sao bề mặt của Io có nhiều màu sắc như vậy. Hình ảnh này được chụp vào ngày 12 tháng 11 năm 2022.
[phải] Vết Đỏ Lớn – một biểu tượng nổi tiếng của Sao Mộc – nằm ở trung tâm. Mặc dù đây là một cơn bão xoáy có đường kính đủ lớn để nuốt chửng Trái đất, nó đã thu nhỏ xuống đến kích thước nhỏ nhất từng được quan sát được cách đây 150 năm. Bên phải dưới của hình ảnh, ta có thể nhìn thấy mặt trăng băng giá Ganymede của Sao Mộc đang đi qua hành tinh khổng lồ. Ganymede lớn hơn một chút so với hành tinh Sao Thủy và là mặt trăng lớn nhất trong hệ mặt trời. Đây là một thế giới miệng núi lửa với bề mặt chủ yếu bao phủ bởi nước và băng, và các dòng băng rõ ràng được điều khiển bởi nhiệt bên trong. Tuy nhiên, do cách xa Trái đất khoảng 81.000 dặm, hình ảnh này có kích thước nhỏ hơn so với thực tế. Hình ảnh này được chụp vào ngày 6 tháng 1 năm 2023.
Sao Thiên Vương
Sao Thiên Vương – một hành tinh có vẻ ngoài đầy kỳ quặc. Không giống như Trái đất, hành tinh này không quay ở vị trí thẳng đứng hơn, mà thay vào đó, nó lăn trên một mặt của nó quanh Mặt trời khi đi theo quỹ đạo 84 năm. Nhưng điều gì làm cho Sao Thiên Vương trở thành một hành tinh đặc biệt? Trong khi Trái đất có trục quay thẳng đứng, thì Sao Thiên Vương lại có một trục quay “nằm ngang” nghiêng một cách kỳ lạ, chỉ lệch 8 độ so với mặt phẳng quỹ đạo của nó. Có nhiều giả thuyết về nguyên nhân của hiện tượng này, bao gồm thảm họa từ một mặt trăng lớn hay các tác động khổng lồ trong quá trình hình thành hành tinh.
Hậu quả của sự nghiêng này là trong khoảng thời gian kéo dài tới 42 năm, một bán cầu hoàn toàn không nhận được ánh sáng mặt trời. Vào những năm 1980, tàu vũ trụ Du hành 2 đã đến thăm Sao Thiên Vương và ghi nhận cực nam của hành tinh gần như hướng thẳng vào Mặt trời. Tuy nhiên, chế độ xem mới nhất của Hubble cho thấy rằng cực bắc đang dần nghiêng về phía Mặt trời. Sao Thiên Vương, một hành tinh đầy bí ẩn và hấp dẫn cho các nhà khoa học nghiên cứu và giải mã.
[trái] — Đây là chế độ xem Hubble về Sao Thiên Vương được chụp vào năm 2014, bảy năm sau ngày xuân phân phương bắc khi Mặt trời chiếu thẳng vào đường xích đạo của hành tinh và hiển thị một trong những hình ảnh đầu tiên từ chương trình OPAL. Nhiều cơn bão với các đám mây tinh thể băng mê-tan xuất hiện ở vĩ độ trung bắc phía trên bầu khí quyển thấp hơn có màu lục lam của hành tinh. Hubble đã chụp ảnh cận cảnh hệ thống vành đai vào năm 2007, nhưng người ta thấy các vành đai bắt đầu mở ra bảy năm sau đó ở chế độ xem này. Vào thời điểm này, hành tinh có nhiều cơn bão nhỏ và thậm chí có một số dải mây mờ.
[phải] -Năm 2022, những hình ảnh về cực bắc Sao Thiên Vương đã được ghi lại bởi Hubble và nó đã cho thấy một đám mây quang hóa dày đặc trông giống như sương mù bao phủ các thành phố. Ngoài ra, cũng có một số cơn bão nhỏ có thể được nhìn thấy ở gần rìa của ranh giới sương mù vùng cực. Hubble đã theo dõi kích thước và độ sáng của chỏm cực bắc và nhận thấy rằng nó tiếp tục sáng hơn qua từng năm.
Các nhà thiên văn học hiện đang nghiên cứu nhiều hiệu ứng để giải thích sự thay đổi của khí quyển tại cực bắc Sao Thiên Vương. Từ sự lưu thông khí quyển, tính chất hạt đến các quá trình hóa học, tất cả đều đang được xem xét để giải thích cho việc thay đổi này.
Năm 2007, tại điểm phân của Sao Thiên Vương, không có cực nào đặc biệt sáng. Tuy nhiên, khi ngày hạ chí phương bắc đến gần vào năm 2028, nắp có thể vẫn sáng hơn và sẽ hướng thẳng về Trái đất, cho phép chúng ta nhìn rõ các vành đai và cực bắc; hệ thống vòng sau đó sẽ xuất hiện trực diện. Hình ảnh này được chụp vào ngày 10 tháng 11 năm 2022 và đang gây được sự chú ý của cộng đồng thiên văn học.