Buzz
Bề mặt cháy của mặt trời sôi sục với một loại khí nóng điện tích gọi là plazma. Nhiệt độ ở mép của lò hỏa thiên nhiên này chạy ở khoảng 5,500 độ Celsius, nhưng đây mới là câu đố thực sự: Một cách nào đó, bầu không khí của mặt trời, vây quanh bề mặt như một vòng tròn, lại nóng hơn 150 lần.
“Tại sao corona có nhiệt độ 1 triệu độ trong khi photosphere chỉ có 5,500?” đặt câu hỏi Yannis Zouganelis, phó chủ nhiệm khoa học dự án cho tàu vũ trụ Solar Orbiter của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu. “Vấn đề chính là, chúng ta có nhiều ý tưởng, nhiều lý thuyết, nhưng chúng ta không có đo lường thực sự.”
Cho đến bây giờ. Năm ngoái, Solar Orbiter lao vào gần. Nó quan sát corona từ khoảng cách 140 triệu kilômét - đủ gần để có đọc số tốt, nhưng đủ xa để không làm chảy hoặc làm hỏng camera của nó. Quan trọng hơn nữa, nhờ vào một số vũ điệu thiên văn học, các kỹ sư đã điều phối động tác đó với một chuyến đi qua của Parker Solar Probe của NASA để thực hiện những đo đạc chung đầu tiên về corona. Cùng nhau, họ thực hiện những quan sát mà không một trong hai tàu không thể thực hiện được một mình, Zouganelis nói. Kết quả của họ vừa xuất hiện trong một nghiên cứu mới trên Tạp chí Astrophysical Letters.
Solar Orbiter của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu mang theo một thiết bị quan sát corona, được gọi là Metis, được phát triển bởi các nhà khoa học tại Viện Vũ trụ quốc gia Italia. Nó chặn ánh sáng từ bề mặt của mặt trời, cho phép tàu vụ trụ chụp ảnh chỉ của corona. Quay lại chi tiết corona ở các bước sóng quang và cực tím cho phép các nhà khoa học nghiên cứu động lực bên trong bầu không khí mặt trời và hiểu rõ hơn về tốc độ làm nóng bên trong nó.
Phi thăm của NASA đã di chuyển gần hơn nhiều, khoảng 9 triệu kilôm từ Mặt Trời. Mặc dù chiếc phi thăm này không có camera, nhưng nó có thể tồn tại bên trong tầng khí quyển của Mặt Trời và thực hiện đo đạc về plazma và các trường từ của nó. Điều này giúp các nhà khoa học theo dõi cách nhiệt và năng lượng di chuyển trong vùng corona.
Bằng cách sử dụng cả hai phi thăm cùng một lúc, các nhà nghiên cứu trên hai đội đã có cơ hội kết hợp đo lường và hình ảnh đồng thời. Quan trọng nhất, họ xác định rằng sự hỗn loạn trong plazma của Mặt Trời đóng góp vào nhiệt độ của corona — mặc dù họ vẫn chưa chắc chắn về mức độ đó. Plazma chủ yếu là một loại khí được tạo thành từ các hạt nóng mang điện tích phát ra từ bề mặt Mặt Trời. Khi nó tuôn về corona, nó truyền năng lượng nhiệt ra ngoài, tương tự như cách ngọn lửa của một ngọn lửa truyền năng lượng khi chớp tắt.
“Kết hợp dữ liệu từ cả hai phi thăm, trong khi chúng được sắp xếp nhưng xa cách nhau, cho chúng ta cái nhìn về sự tiến triển của plazma từ một phi thăm [đọc] đến phi thăm kế tiếp. Việc có thông tin đó rất quan trọng,” nói Nour Raouafi, nhà khoa học dự án Phi thăm Mặt Trời Parker, người không liên quan đến nghiên cứu này.
Dữ liệu mới cũng mang lại cái nhìn sâu sắc về một ẩn số khác đã làm cho các nhà thiên văn học bối rối: Làm thế nào gió mặt trời tăng tốc độ lên tới vận tốc siêu âm. Gió này được tạo thành từ các hạt mang điện tích bay dọc theo các đường từ từ Mặt Trời, có vẻ như được đẩy vào hệ Mặt Trời bởi các phát nổ nhỏ, gián đoạn ở gốc của corona. Zouganelis và đồng nghiệp của ông ở Cơ quan Vũ trụ Châu Âu cho rằng sự hỗn loạn ở phía trên corona cũng có thể liên quan đến việc tăng tốc đó. “Tất cả chúng đều cộng tác để tạo nên gió mặt trời như chúng ta thấy,” Raouafi nói.
Nhà khoa học có lý do tốt để nghiên cứu cách Mặt Trời hoạt động: Hành vi dưới và bên trong corona ảnh hưởng đến sự hình thành của tia nắng và các đợt phóng khí kháng, có thể gây hỗn loạn trên Trái Đất nếu chúng được ném theo hướng của chúng ta. Nghiên cứu cũng quan trọng đối với các cơ quan vũ trụ đang chuẩn bị gửi phi hành gia đến mặt trăng, ngoài vùng bảo vệ của cánh đồng từ trường từ của Trái Đất.
Các vệ tinh quay mặt trời của ESA và NASA được phóng cách nhau một năm, và đã mất một số màn xiếc thiên văn để đưa chúng vào cấu hình đúng cho các đo lường tập trung của họ, được lên kế hoạch cho ngày 1 tháng 6 năm 2022. Cả hai cần phải ở cùng một mặt của Mặt Trời vào cùng một thời điểm. Các phi thăm đã gần như đúng những vị trí đó đến ngày đó, nhưng Parker lại hơi lệch về một bên. Các kỹ sư đã phải xoay Solar Orbiter 45 độ để đưa Parker vào tầm nhìn của nó.
Nhà khoa học sẽ có thêm hai cơ hội tại sự kết hợp quỹ đạo này: một lần vào cuối năm nay và một lần nữa vào tháng 3 năm 2024. Các nhà nghiên cứu hy vọng có thể thực hiện thêm đo lường để biết thêm về cách mặt trời làm cho không khí của nó nóng lên đến mức độ đó. Sau đó, Solar Orbiter sẽ trôi khỏi mặt phẳng hoàng đạo để bắt đầu nghiên cứu cực của Mặt Trời.
Các đội nhóm quốc tế của nhà khoa học đã có lợi ích khi làm việc cùng nhau để chia sẻ dữ liệu trong khi cả hai phi thăm đều đang bay. “Nếu thêm vào đó kính thiên văn 4 mét tại Hawaii, cả ba đều định nghĩa một thời kỳ vàng cho nghiên cứu vật lý Mặt Trời,” Raouafi nói, đề cập đến Kính vi sao Mặt Trời Daniel K. Inouye ở Maui, có các công cụ giải quyết các mô hình được tạo ra bởi plazma nóng và lạnh trên bề mặt Mặt Trời. Các nhà khoa học sẽ sớm có thể thêm vào đó Aditya-L1 của Ấn Độ, một phi thăm Mặt Trời đã được phóng vào ngày 2 tháng 9, chỉ 10 ngày sau khi tàu hạ cánh trên mặt trăng. Trong vài tháng nữa, Aditya-L1 sẽ bắt đầu nghiên cứu các trường từ từ Mặt Trời và các cơn bão Mặt Trời khi nó quay quanh.
Đối với các nhà khoa học thiên văn học, đây là một cơ hội hiếm có để tạo ra một bức tranh chi tiết về Mặt Trời. Đây không chỉ là ngôi sao của hệ Mặt Trời chúng ta, mà còn là duy nhất ngôi sao trong vũ trụ mà con người có thể hình dung ở dạng 3D. Cuối cùng, họ có thể chụp những bức ảnh mà họ đã chờ đợi.
