Tàu thăm dò năng lượng mặt trời Parker tìm thấy năng lượng từ trường gần bề mặt của mặt trời cho phép gió mặt trời đạt tốc độ thách thức trọng lực
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu từ Tàu thăm dò Mặt trời Parker của NASA để hiểu làm thế nào gió của mặt trời, bao gồm các hạt hoặc plasma bị ion hóa, có thể vượt quá tốc độ 1 triệu dặm một giờ. (Hình minh họa tàu vũ trụ Parker Solar Probe tiếp cận mặt trời.) Tín dụng: Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng Đại học Johns Hopkins
Tàu thăm dò năng lượng mặt trời Parker của NASA xác định cơ chế điều khiển gió nhanh của mặt trời
Dữ liệu Parker Solar Probe đã giúp các nhà nghiên cứu hiểu làm thế nào gió của mặt trời có thể đạt tốc độ vượt quá 1 triệu dặm một giờ. Điều này có thể hỗ trợ dự đoán các vụ phun trào lớn trên mặt trời, nâng cao hiểu biết của chúng ta về hiện tượng gió vũ trụ và hỗ trợ tìm kiếm các hành tinh có thể ở được.
Những cơn gió nhanh nhất từng được ghi nhận trên Trái đất đạt hơn 200 dặm một giờ, nhưng ngay cả những cơn gió giật đó cũng nhạt nhòa so với sức gió của mặt trời.
Trong một bài báo xuất bản vào ngày 7 tháng 6 năm 2023 trên tạp chí Nature, một nhóm các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu từ Tàu thăm dò Mặt trời Parker của NASA để giải thích cách gió mặt trời có khả năng vượt qua tốc độ 1 triệu dặm một giờ. Họ phát hiện ra rằng năng lượng giải phóng từ từ trường gần bề mặt của mặt trời đủ mạnh để điều khiển gió mặt trời nhanh, được tạo thành từ các hạt bị ion hóa—gọi là plasma—thổi ra từ mặt trời.
James Drake, Giáo sư Đại học Xuất sắc tại Khoa Vật lý và Viện Khoa học Vật lý và Công nghệ (IPST) của Đại học Maryland, đã đồng dẫn dắt nghiên cứu này cùng với tác giả đầu tiên Stuart Bale của UC Berkeley. Drake cho biết các nhà khoa học đã cố gắng tìm hiểu các trình điều khiển gió mặt trời từ những năm 1950 và với thế giới ngày càng kết nối với nhau hơn bao giờ hết, những tác động đối với Trái đất là rất quan trọng.
Gió mặt trời tạo thành một bong bóng từ tính khổng lồ, được gọi là nhật quyển, bảo vệ các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta khỏi một loạt các tia vũ trụ năng lượng cao quất quanh thiên hà. Tuy nhiên, gió mặt trời cũng mang theo plasma và một phần từ trường của mặt trời, có thể đâm vào từ quyển của Trái đất và gây ra các nhiễu loạn, bao gồm cả bão địa từ.
Ý tưởng của nghệ sĩ về tàu vũ trụ Parker Solar Probe đang tiếp cận mặt trời. Tín dụng: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben
Những cơn bão này xảy ra khi mặt trời trải qua nhiều hoạt động hỗn loạn hơn, bao gồm các vết lóa mặt trời và sự giải phóng plasma khổng lồ vào không gian, được gọi là sự phun trào khối vành. Bão địa từ là nguyên nhân gây ra các màn trình diễn ánh sáng cực quang ngoạn mục có thể nhìn thấy gần các cực của Trái đất, nhưng ở mức mạnh nhất, chúng có thể đánh sập lưới điện của một thành phố và thậm chí có khả năng làm gián đoạn liên lạc toàn cầu. Những sự kiện như vậy, mặc dù hiếm gặp, nhưng cũng có thể gây tử vong cho các phi hành gia trong không gian.
Drake nói: “Gió mang rất nhiều thông tin từ mặt trời đến Trái đất, vì vậy việc hiểu cơ chế đằng sau gió của mặt trời là rất quan trọng vì những lý do thực tế trên Trái đất. “Điều đó sẽ ảnh hưởng đến khả năng của chúng ta trong việc hiểu cách mặt trời giải phóng năng lượng và điều khiển các cơn bão địa từ, vốn là mối đe dọa đối với mạng lưới thông tin liên lạc của chúng ta.”
Các nghiên cứu trước đây tiết lộ rằng từ trường của mặt trời bằng cách nào đó đã điều khiển gió mặt trời, nhưng các nhà nghiên cứu không biết cơ chế cơ bản. Đầu năm nay, Drake là đồng tác giả của một bài báo lập luận rằng sự nóng lên và gia tốc của gió mặt trời được thúc đẩy bởi sự kết nối lại từ tính—một quá trình mà Drake đã dành cả sự nghiệp khoa học của mình để nghiên cứu.
Các tác giả giải thích rằng toàn bộ bề mặt của mặt trời được bao phủ bởi các “tia” plasma nóng nhỏ được đẩy lên phía trên nhờ sự kết nối lại từ trường, xảy ra khi các từ trường chỉ hướng ngược nhau kết nối chéo. Đổi lại, điều này kích hoạt giải phóng một lượng lớn năng lượng.
Tàu thăm dò Mặt trời Parker của NASA đã bay qua bầu khí quyển phía trên của Mặt trời - vành nhật hoa - và lấy mẫu các hạt và từ trường ở đó. Đây là lần đầu tiên trong lịch sử, một con tàu vũ trụ chạm vào Mặt trời. Tín dụng: Ben Smith/ Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng/ NASA
Drake nói: “Hai vật hướng ngược chiều nhau thường sẽ triệt tiêu lẫn nhau, và trong trường hợp này làm như vậy sẽ giải phóng năng lượng từ trường. “Những vụ nổ xảy ra trên mặt trời đều do cơ chế đó thúc đẩy. Đó là sự hủy diệt của từ trường.”
Để hiểu rõ hơn về các quá trình này, các tác giả của bài báo Nature mới đã sử dụng dữ liệu từ Parker Solar Probe để phân tích plasma chảy ra từ vành nhật hoa—lớp ngoài cùng và nóng nhất của mặt trời. Vào tháng 4 năm 2021, Parker trở thành con tàu vũ trụ đầu tiên đi vào vành nhật hoa của mặt trời và kể từ đó đã tiến gần hơn đến mặt trời. Dữ liệu được trích dẫn trong bài báo này được chụp ở khoảng cách 13 bán kính mặt trời, hay khoảng 5,6 triệu dặm tính từ mặt trời.
Drake nói: “Khi bạn đến rất gần mặt trời, bạn bắt đầu nhìn thấy những thứ mà bạn không thể nhìn thấy từ Trái đất. “Tất cả các vệ tinh bao quanh Trái đất đều cách mặt trời 210 bán kính mặt trời, và hiện tại chúng tôi giảm xuống còn 13. Chúng tôi sắp đạt được mức gần như chúng tôi sắp đạt được.”
Sử dụng dữ liệu mới này, các tác giả của bài báo Nature đã cung cấp đặc tính đầu tiên của sự bùng nổ năng lượng từ tính xảy ra trong các lỗ nhật hoa, là các lỗ mở trong từ trường của mặt trời cũng như nguồn gió mặt trời.
Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng sự kết nối lại từ trường giữa các từ trường mở và đóng—được gọi là kết nối trao đổi—là một quá trình liên tục, chứ không phải là một loạt các sự kiện biệt lập như suy nghĩ trước đây. Điều này khiến họ kết luận rằng tốc độ giải phóng năng lượng từ trường, thứ đẩy tia plasma nóng ra bên ngoài, đủ mạnh để vượt qua lực hấp dẫn và tạo ra gió nhanh của mặt trời.
Bằng cách hiểu những sự giải phóng năng lượng nhỏ hơn liên tục xảy ra trên mặt trời này, các nhà nghiên cứu hy vọng hiểu được—và thậm chí có thể dự đoán—những vụ phun trào lớn hơn và nguy hiểm hơn phóng plasma vào không gian. Ngoài những tác động đối với Trái đất, những phát hiện từ nghiên cứu này cũng có thể được áp dụng cho các lĩnh vực thiên văn học khác.
Drake nói: “Gió được tạo ra bởi các vật thể trong vũ trụ, vì vậy việc hiểu được điều gì đẩy gió từ mặt trời có ý nghĩa rộng lớn. “Ví dụ, gió từ các ngôi sao đóng một vai trò quan trọng trong việc che chắn các hệ hành tinh khỏi các tia vũ trụ thiên hà, có thể ảnh hưởng đến khả năng sinh sống.”
Điều này không chỉ hỗ trợ sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ mà còn có thể giúp tìm kiếm sự sống trên các hành tinh khác.
Để biết thêm về nghiên cứu này, hãy xem Tàu thăm dò Mặt trời Parker lao vào gió mặt trời nhanh và khám phá nguồn gốc của nó.
Tham khảo: “Tái kết nối trao đổi là nguồn của gió mặt trời nhanh trong các lỗ vành nhật hoa” của S. D. Bale, J. F. Drake, M. D. McManus, M. I. Desai, S. T. Badman, D. E. Larson, M. Swisdak, T. S. Horbury, N. E. Raouafi, T. Phan, M. Velli, D. J. McComas, C. M. S. Cohen, D. Mitchell, O. Panasenco và J. C. Kasper, ngày 7 tháng 6 năm 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05955-3
