Parker Solar Probe - tàu vũ trụ đầu tiên chạm vào Mặt Trời

Lần đầu tiên, một con tàu vũ trụ đã chạm vào mặt trời theo đúng nghĩa đen. Các nhà khoa học đã đưa ra thông báo này vào tuần này (14 tháng 12 năm 2021) tại cuộc họp của Liên minh Địa vật lý Hoa Kỳ ở New Orleans. Họ cho biết Tàu thăm dò Mặt Trời Parker đã bay qua bầu khí quyển phía trên của mặt trời, vầng hào quang lấp lánh của nó , vào ngày 28 tháng 4 năm 2021. Vầng Nhật Hoa là lớp bên ngoài trông rực lửa của Mặt Trời xuất hiện xung quanh Mặt Trăng trong các lần nhật thực toàn phần. Parker Solar Probe đã lấy mẫu các hạt và từ trường của Nhật Hoa. Nó đang khám phá xa hơn cả những việc mà tàu vũ trụ không thể thực hiện được. Ví dụ, gió mặt trời là một dòng hạt tích điện phóng ra từ vành nhật hoa của Mặt Trời. Parker Solar Probe tìm thấy cấu trúc ngoằn ngoèo trong gió mặt trời mà các nhà khoa học đang gọi là chuyển đổi ngược.

Tầm nhìn khi tiên vào vùng Mặt Trời Image via NASA/ Johns Hopkins APL/ Naval Research Laboratory.

Tiếp cận bề mặt quan trọng Alfvén

NASA đã phóng Parker về phía Mặt Trời vào năm 2018. Khi Parker bay vòng ngày càng gần hơn trong một số cầu bay, các nhà khoa học đã tìm kiếm dấu hiệu cho thấy nó đã chạm tới bề mặt quan trọng Alfvén. Bề mặt tới hạn Alfvén là điểm đánh dấu sự kết thúc của khí quyển Mặt Trời và sự bắt đầu của gió Mặt Trời. Mặc dù mặt trời không có bề mặt rắn, nhưng nó có một ranh giới - đấy là điểm mà tại đó vật chất bên ngoài Mặt Trời liên kết với nó bởi lực hấp dẫn và lực từ trường kết thúc.

Vật chất của Mặt Trời đủ năng lượng để vượt qua bề mặt tới hạn Alfvén sẽ trở thành gió Mặt trời, kéo theo các đường sức từ trường với nó. Một khi vật chất vượt qua ranh giới này, nó sẽ di chuyển quá nhanh nên không thể quay trở lại Mặt Trời, tạo nên một vùng cắt đứt liên kết.

Các nhà khoa học ước tính bề mặt tới hạn Alfvén nằm cách bề mặt mặt trời từ 10 đến 20 lần bán kính mặt trời. Con số này tương đương với 4,3 đến 8,6 triệu dặm (7 đến 13,8 triệu km) so với mặt trời. Parker cuối cùng đã đi tới đủ gần mặt trời theo hình xoắn ốc và phát hiện ra rằng nó đã vượt qua bề mặt tới hạn Alfvén, thì nó đang ở khoảng cách cao hơn 18,8 bán kính của Mặt Trời (khoảng 8 triệu dặm hoặc 13 triệu km) so với bề mặt Mặt Trời.

Các đặc điểm của biên giới mặt trời

Parker Solar Probe đã phát hiện ra rằng ranh giới này - bề mặt tới hạn Alfvén - không nhẵn và tròn, mép của nó có nếp nhăn. Con tàu vũ trụ đi qua các gai và thung lũng khi nó lao vào và ra khỏi ranh giới. Parker đến gần chỉ dưới 15 lần bán kính Mặt Trời (khoảng 7 triệu dặm hoặc 11 triệu km) so với bề mặt Mặt Trời. Trong vùng này, nó đi qua Pseudo Streamers - đây là những cấu trúc cao chót vót nhô lên trên bề mặt Mặt Trời mà chúng ta có thể nhìn thấy trong các lần nhật thực.

Pseudo Streamers

Trong khu vực này, từ trường là lực chi phối các hạt, cung cấp bằng chứng rằng Parker đã ở bên trong bề mặt tới hạn Alfvén. Parker chỉ dành vài giờ trong Vầng Nhật Hoa, nhưng tàu vũ trụ sẽ tiếp tục bay (theo quỹ đạo lò xo) đến gần hơn, hướng tới khoảng cách 8,86 bán kính Mặt Trời (3,83 triệu dặm hay 6,1 triệu km) so với bề mặt. Chuyến bay tiếp theo của nó, vào tháng 1 năm 2022, sẽ nhúng Parker vào nhật quang một lần nữa.

Năng lượng mặt trời tối đa và chuyển đổi ngược

Vầng nhật hoa của Mặt Trời mở rộng về kích thước trong chu kỳ hoạt động mạnh của Mặt Trời. Mặt trời hiện đang ở chu kỳ 25, sẽ đạt đỉnh hoạt động (cực đại hoạt động của Mặt Trời) vào khoảng năm 2025. 

Một hành vi của mặt trời mà Parker đang nghiên cứu là những đường gấp khúc kỳ lạ trong đường sức từ trường của gió Mặt Trời. Các nhà khoa học lần đầu tiên phát hiện ra những chuyển đổi ngược này vào giữa những năm 1990 và cho rằng chúng chỉ giới hạn ở các vùng cực của Mặt Trời. Parker đã gặp phải những cú ngoằn ngoèo trong gió Mặt Trời vào năm 2019, và nhận thấy rằng chúng là phổ biến chứ không hiếm gặp. Và bây giờ Parker ở gần Mặt Trời gấp đôi so với thời điểm năm 2019, nó có thể nhìn thấy nơi bắt nguồn của những cấu trúc gấp khúc này: bề mặt Mặt Trời. Những phát hiện của nó xác nhận rằng sự chuyển đổi ngược đến từ quang quyển, hoặc bề mặt có thể nhìn thấy được của Mặt Trời.


Vị trí của tàu khám phá trong hành trình tiếp cận Mặt Trời NASA Goddard Space Flight Center/ Mary P. Hrybyk-Keith.

Parker Solar Probe: Những bí ẩn

Khi các nhà thiên văn học tìm hiểu thêm về gió mặt trời và chuyển đổi ngược, họ hy vọng nó sẽ giúp họ mở ra một bí ẩn lâu đời trong thiên văn học: Tại sao vầng nhật hoa lại nóng hơn bề mặt của Mặt Trời rất nhiều.

Các nhà khoa học hy vọng sẽ tìm hiểu thêm về vành nhật hoa siêu nóng và điều gì đã đẩy gió Mặt Trời lên tốc độ siêu âm. Điều này cũng sẽ giúp họ hiểu và dự báo các sự kiện thời tiết không gian tác động đến môi trường Trái đất và đôi khi là công nghệ của con người .

Joseph Smith , điều hành chương trình Parker tại Trụ sở NASA, cho biết:

"Thực sự thú vị khi thấy các công nghệ tiên tiến của chúng tôi thành công trong việc đưa Parker Solar Probe đến gần Mặt Trời hơn những gì chúng ta từng làm. Chúng tôi mong muốn được thấy sứ mệnh khám phá ra điều gì khác khi nó tiến gần hơn nữa trong những năm tới."

Tham khảo

1. Earthsky.org: Parker Solar Probe: 1st spacecraft to touch sun


Bài viết xem nhiều