“Chạm” vào mặt trời

Untitled 55 Soá 10 naêm 2018 KH&CN nước ngoài Ngôi sao đặc biệt trong vũ trụ Những kính viễn vọng tối tân đã mở rộng tầm nhìn của con người về vũ trụ Những con mắt nhìn vạn dặm được phóng vào không gi[.]

kh&cnKH&CN nướcnướcngoài “chạm” Vào mặt tRời Nguyễn Đức Phường đại học Quốc gia hà nội Ngày 12/8/2018, tàu có sứ mệnh lịch sử mang tên Parker Solar Probe Cơ quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) phóng vào vũ trụ tên lửa Delta IV-Heavy mũi Canaveral Đây tàu vũ trụ lồi người “chạm” vào Mặt trời Điều mang đến cho nhân loại hiểu biết chưa có ngơi ví “người mẹ hiền” Trái đất Vậy điều khiến nhà khoa học phải tiêu tốn tiền sức lực để nghiên cứu Mặt trời? Việc nghiên cứu mang cho nhân loại gì? Ngơi đặc biệt vũ trụ Những kính viễn vọng tối tân mở rộng tầm nhìn người vũ trụ Những mắt nhìn vạn dặm phóng vào khơng gian Kính vũ trụ Hubble, Kepler, Spitzer tới James Web cho phép nhà khoa học lội ngược dòng thời gian hàng chục tỷ năm trước để quan sát vũ trụ thời non trẻ: thiên hà hình thành, tàn dư Vụ nổ lớn… Ngày nay, khoảng cách mà tầm nhìn người bao quát lên đến 10 tỷ năm ánh sáng, đó, tuổi vũ trụ 13,7 tỷ năm Các nhà khoa học ước tính vũ trụ có khoảng 100 tỷ thiên hà, thiên hà trung bình chứa khoảng 100 tỷ Mặt trời ngơi cỡ trung bình nhỏ hà sa số diện vũ trụ Ngôi lớn mà người biết tới VY Canis Majoris (lớn Mặt trời khoảng 1.800 đến 2.100 lần) Tức đặt vào vị trí Mặt trời ơm trọn quỹ đạo Thổ Tuy nhiên, Mặt trời lại chiếm vị trí đặc biệt vũ trụ bao la mà có tỷ lệ nhỏ ngơi hữu có được, hình ảnh mặt trời tổng hợp từ ảnh chụp dải sóng 304 171 angstrom (Ảnh: naSa) có hệ hành tinh, tiểu hành tinh, chổi… quay quanh có thiên thể dung dưỡng sống Ngoài Trái đất, nghiên cứu từ tàu thăm dò, xe tự hành đổ lộ sống đơn giản chí tồn thiên thể khác Tháng 6/2018, NASA công bố kết thu thập từ xe tự hành Curiostity cho thấy chứng tồn khí methane hợp chất hữu vốn liên quan chặt chẽ đến sống Hỏa Hay phân tích số liệu thu thập từ quan sát hai vệ tinh Thổ tàu thăm Số 10 năm 2018 55 KH&CN nước ngồi dị Cassini thực cho thấy có tồn đại dương methane lỏng vệ tinh Titan hoạt động địa chất, phản ứng hóa học gợi ý bề mặt băng đá Enceladus có nước lỏng Để dung dưỡng sống hành tinh ngơi chủ đóng vai trị định Ngơi trung tâm không lớn để lực hấp dẫn không làm nhiễu loạn cấu trúc địa tầng hành tinh Nhiệt độ ngơi khơng q cao để xạ lượng cao hủy diệt sống hành tinh, đồng thời không q thấp để trì nhiệt độ thích hợp cho sống phát triển Một điều phải tương đối ổn định Những vụ nổ bề mặt ngơi giải phóng nguồn xạ lượng cao xóa sổ sống hành tinh Mặt trời số đáp ứng tất tiêu chí khắt khe để hệ hành tinh dung dưỡng sống Phổ mặt trời G2V, tức nhiệt độ bề mặt khoảng 5.505oC nhiệt độ trung tâm khoảng 13,6.106 K chiếm 99,98% khối lượng Hệ mặt trời Một ngơi có khối lượng Mặt trời có tuổi đời khoảng 10 tỷ năm Mặt trời trải qua gần tỷ năm kể từ hình thành giai đoạn ổn định Điều có nghĩa sống hành tinh trì thuận lợi Hệ mặt trời nằm cách trung tâm Ngân hà 26.000 năm ánh sáng nên Mặt trời hành tinh tránh tàn phá lực hấp dẫn xạ vùng trung tâm hoạt động mãnh liệt, nơi có diện siêu lỗ đen, mật độ đám khí liên dày đặc 56 Hiền từ dội Nhìn từ không gian, Trái đất viên ngọc lung linh với màu xanh đại dương, dải mây trắng uốn lượn, màu xanh lục thảm thực vật trải lên màu vàng nâu lục địa Cả hệ sinh thái đầy lượng sống cộng sinh Tất tồn tại, sinh sôi nảy nở nhờ vào nguồn lượng Mặt trời Năng lượng Trái đất thu nhận từ Mặt trời xạ điện từ, luồng hạt gió Mặt trời mang đến Công suất lượng Mặt trời chiếu lên đơn vị diện tích Trái đất 1.370 Watt/ m2 gọi số lượng Mặt trời Các chu trình tuần hồn tự nhiên (mưa, nắng, gió, bão), chu trình nhịp sinh học có nhờ nguồn lượng vơ giá Sự sống Trái đất dung dưỡng nhờ Mặt trời Mặt trời xem “người mẹ hiền” mang sống cho hành tinh thân yêu Nhưng Mặt trời không êm ả hiền từ nêu Thực tế, hoạt động dội liên tục thường xuyên diễn mãnh liệt bề mặt, lòng nhật Mặt trời Mặt trời thuộc hệ nhóm 1, tức nhóm có nhiều nguyên tố nặng Tại trung tâm, phản ứng nhiệt hạch tổng hợp hạt nhân nguyên tử Hydro thành Heli diễn Bên lõi vùng xạ, vùng đối lưu, quang Bên quang khí Mặt trời có nhật hoa mà quan sát thấy từ Trái đất kỳ nhật thực toàn phần Nhật hoa liên tục mở rộng có nhiệt độ cao (2-20.106K) Chính nơi hình thành nên gió Mặt trời Nhiệt độ cao khác thường nhật hoa bí ẩn thách thức nhà khoa học Những gió Mặt trời mang theo luồng hạt mang điện, từ trường mạnh vào không gian liên hành tinh liên Thời tiết Mặt trời tác động trực tiếp đến thời tiết Trái đất Mỗi Mặt trời hoạt động mạnh làm gián đoạn hoạt động mặt trời gây bão từ trái đất (Ảnh: roen Kelly) Số 10 năm 2018 KH&CN nước ngồi thông tin liên lạc tạo nên cực quang vùng cực Trái đất Hoạt động Mặt trời mà dễ nhận thấy quan sát từ Trái đất vết đen Số lượng, cấu trúc kích thước vết đen phản ánh rõ hoạt động Mặt trời Có vết đen lớn đặt lọt chục lần Trái đất quan sát rõ ràng mắt thường từ Trái đất thông qua lọc chuyên dụng Những vết đen có nhiệt độ khoảng 4.000-5.000 K Từ trường vết đen lớn, làm nóng vật chất lớp phía tạo vụ nổ sắc cầu, phóng thích luồng gió vật chất lượng cực lớn vào khơng gian gây bão từ ảnh hưởng trực tiếp đến Trái đất Ngày nay, xác định được chu kỳ vết đen Mặt trời 11 năm Chu kỳ Mặt trời tác động lớn đến thời tiết không gian thời tiết Trái đất Thuần dưỡng thịnh nộ Là thiên thể có vai trị định đến tồn Trái đất nên Mặt trời đối tượng nghiên cứu đặc biệt Những lợi ích việc nghiên cứu Mặt trời bao gồm: Thứ nhất, Mặt trời ngơi tiếp cận nghiên cứu trực tiếp gần Bằng việc nghiên cứu giúp hiểu biết khác vũ trụ Thứ hai, Mặt trời cung cấp nguồn lượng (ánh sáng nhiệt) cho sống Trái đất Nghiên cứu chế giúp có hiểu biết sâu sắc cách mà sống Trái đất dung dưỡng phát triển Thứ ba, Mặt trời tác động trực tiếp đến Trái đất theo nhiều cách Chẳng hạn nguồn gió Mặt trời bao gồm khí ion hóa thổi qua Trái đất với vận tốc 500 km/ giây Những tác động gió Mặt trời lên hoạt động sống Trái đất quan trọng Thứ tư, nhiễu loạn gió Mặt trời tác động lên từ trường Trái đất, kích thích lượng vành đai xạ, làm thay đổi thời tiết khơng gian Thời tiết khơng gian làm thay đổi quỹ đạo vệ tinh, làm giảm tuổi thọ chúng, gây nguy hại cho thiết bị điện tử vệ tinh trạm không gian Càng hiểu biết thời tiết không gian giúp sớm hiểu thêm chế hình thành, từ đưa dự báo xác để chủ động đối phó Thứ năm, gió Mặt trời bao trùm Hệ mặt trời, thống trị môi trường không gian xa Trái đất Khi phóng phi thuyền gửi nhà du hành tới hành tinh khác tương lai hiểu biết môi trường không gian quan trọng nhằm đảm bảo an toàn cho chuyến du hành tương lai Tuy nhiên, việc tiếp cận nghiên cứu Mặt trời nhiệm vụ dễ dàng nhà khoa học Theo nghĩa sống khí Mặt trời Với nhiệt độ cao, xạ điện từ mạnh, hoạt động bề mặt dội trở thành rào cản lớn thiết bị nghiên cứu Việc tiếp cận Mặt trời cách gần để tìm hiểu nhằm có dự báo kịp thời, xác nhiệm vụ đặc biệt quan trọng giúp đối phó với tác động khơn lường xảy ra, từ giảm thiểu thiệt hại người Những quan sát từ mặt đất qua thiết bị chuyên dụng khơng thể giúp nhà khoa học có hiểu biết tường tận định vận mệnh sống hành tinh Những “sứ giả” không gian phải đảm đương nhiệm vụ Khơng giống với việc thám hiểm hành tinh, chổi, tiểu hành tinh, cỗ máy nghiên cứu Mặt trời phải thật đặc biệt để tồn môi trường khắc nghiệt tiến đến gần Mặt trời Nhiệt độ cao Mặt trời thiêu rụi tàu thám hiểm, từ trường mạnh, xạ lượng cao phá hủy thiết bị điện tử gắn tàu Đó thách thức lớn mà nhà khoa học phải vượt qua Năm 1970, NASA phóng hai phi thuyền chuyên dụng để nghiên cứu Mặt trời Helios Hai phi thuyền bay điểm cận nhật quỹ đạo Thủy để nghiên cứu gió Mặt trời; ngày 14/3/1973, trạm khơng gian Skylab phóng lên quỹ đạo mang theo đài quan sát Mặt trời Modul gắn Skylab tiến hành quan sát nghiên cứu nhật hoa mà mang hiểu biết vùng khí bao quanh Mặt trời vùng phát xạ, hố nhật hoa; năm 1980, NASA tiếp tục sứ mệnh Solar Maximum Mission nghiên cứu vết lóa Mặt trời quan sát xạ lượng cao UV, tia X, gama Sau gần năm hoạt động, “sứ giả” cung cấp nhìn rõ hoạt động nhật hoa; SOHO - Đài quan sát nhật Mặt trời SOHO trị giá 1,27 tỷ USD kết hợp tác NASA với Cơ quan Vũ Số 10 năm 2018 57 KH&CN nước ngồi trụ châu Âu (ESA) phóng vào khơng gian năm 1995 có sứ mệnh giúp người hiểu rõ Mặt trời; phóng vào ngày 11/2/2010, Đài quan sát động lực mặt trời SDO giúp người hiểu ảnh hưởng Mặt trời lên Trái đất thời tiết không gian việc nghiên cứu cấu trúc chế hình thành từ trường Mặt trời, gió Mặt trời luồng hạt lượng cao Trong trình hoạt động, SDO chụp vụ bùng nổ khổng lồ với lượng lớn plasma phóng vào khơng gian “Chạm” vào Mặt trời Năm 1958, TS Eugene N Parker tiên đoán tồn gió Mặt trời Lúc ơng 31 tuổi giáo sư khơng có tên tuổi Đại học Chicago (Mỹ) Trong báo gửi tới Ban biên tập Astrophysical Journal, ông mô tả cách mà luồng hạt mang điện giải phóng từ Mặt trời giống dịng nước tn chảy từ nguồn Hầu hết người cho ý tưởng nhảm nhí khơng tin “Ngày người nghĩ môi trường không gian tuyệt đối Khơng có tất chân không” - Eugene N Parker nhớ lại Các nhà khoa học xem xét phản biện báo cho ý tưởng ông lố bịch Nhưng họ lại không điểm sai sót báo mà đơn giản khơng thích giả thuyết mà Parker đưa Bốn năm sau, Parker minh oan tàu vũ trụ Mariner trình bay qua Kim ghi nhận dòng hạt mang lượng tồn không gian liên hành tinh mà ngày 58 GS Eugene Parker thăm tàu vũ trụ mang tên ơng Phịng thí nghiệm vật lý ứng dụng Johns hopkins (Ảnh: naSa/Johns hopkins aPl/Ed Whitman) gọi gió Mặt trời Đó xác mà Parker tiên đoán 60 năm sau kể từ giả thuyết Eugene N Parker đưa ra, NASA gửi tàu vũ trụ “chạm” vào Mặt trời Đây sứ mệnh hứa hẹn tham vọng NASA từ trước tới Sứ mệnh lịch sử dần thành thực việc phóng tàu Parker Solar Probe vào ngày 12/8/2018 Đây lần lịch sử NASA tàu đặt tên nhân vật sống nhằm vinh danh GS Eugene N Parker Theo kế hoạch, Parker Solar Probe tiến thẳng vào vành nhật hoa, nơi mà chưa có tàu vũ trụ chạm tới Con tàu có kích thước xe khoảng cách khoảng 5,9 triệu km tính từ bề mặt Mặt trời, tức gần lần mà tàu vũ trụ Helos nắm giữ kỷ lục Ở vị trí này, tàu phải hoạt động môi trường nhiệt độ bao quanh Số 10 năm 2018 1.377oC Để làm điều đó, bảo vệ khiên cách nhiệt dày 11,43 cm, gọi Hệ thống bảo vệ nhiệt (TPS), rộng 2,3 m làm từ vật liệu carbon Phía mặt trước phủ lớp oxit nhôm để phản xạ ánh sáng xạ nhiệt Mặt trời Tại tàu vũ trụ chịu nhiệt độ vơ cao bay xuyên qua tầng nhật hoa? Chúng ta cần hiểu rằng, chất nhiệt độ thước đo chuyển động hạt nhiệt lượng đo tổng lượng hạt chuyển đổi từ động chúng Khi hạt chuyển động nhanh, tức nhiệt độ cao môi trường mật độ thấp đồng nghĩa với việc chuyển đổi lượng hơn, tức nhiệt lượng thấp Do tầng nhật hoa Mặt trời có mật độ thấp nên tàu vũ trụ tương tác với hạt vật chất hơn, nhận nhiệt lượng Điều có nghĩa Parker Solar Probe bay xuyên KH&CN nước ngồi hình ảnh mơ tàu vũ trụ Parker tiếp cận mặt trời (Ảnh: naSa/Johns hopkins aPl/Steve Gribben) qua môi trường nhiệt độ hàng triệu độ, bề mặt khiên nhiệt hướng Mặt trời phải chịu nhiệt độ gần 1.400oC Ngoài ra, tàu vũ trụ có kích thước nhỏ nên diện tích tương tác với hạt gió Mặt trời khơng nhiều bên trang bị hệ thống làm mát (sử dụng nước DI deionized) để giữ cho thiết bị tàu nhiệt độ thích hợp cho hoạt động chúng Tuy nhiên, tất thiết bị tàu vũ trụ bảo vệ khiên cách nhiệt thiết bị SPC có chức thu thập, đo đạc phân tích dịng ion, electron hướng gió Mặt trời thiết bị Một vấn đề lực hấp dẫn Mặt trời lớn, để thắng lực hút đó, tàu phải lao không gian với vận tốc cao (692.000 km/giờ) Con tàu tận dụng lực hấp dẫn Kim để tiếp cận Mặt trời quay quanh hành tinh vịng quỹ đạo Nó quay xung quanh Mặt trời 24 lần Theo tính tốn, Parker Solar Probe “chạm” Mặt trời vào ngày 19/12/2024 Parker Solar Probe phải làm việc môi trường cịn địa ngục, nơi mà chưa có “sứ giả” khơng gian thực trước Để thực sứ mệnh minh, trang bị thiết bị khoa học là: FIELDS, WISPR, SWEAP, ISʘIS để đo hạt trường điện từ thu thập số liệu liên quan vành nhật hoa, WISPR thiết bị chụp ảnh Nó quan sát gửi Trái đất hình ảnh vành nhật hoa gió Mặt trời thang lớn trước tàu bay xuyên qua Tàu vũ trụ tiếp cận khoảng cách đủ gần để quan sát gió Mặt trời tăng tốc từ hạ âm lên siêu âm bay qua vùng sản sinh hạt lượng cao Trong đó, FIELDS nghiên cứu trường điện từ khí Mặt trời việc đo bước sóng nhiễu loạn vùng phía nhật Nó tiến hành đo đạc điện trường xung quanh tàu vũ trụ thơng qua ăng ten, ăng ten nằm bên ngồi khiên chống nhiệt, nơi có nhiệt độ hàng nghìn độ SWEAP bao gồm hai thiết bị thành phần SPC SPAN có nhiệm vụ đo độ giàu, vận tốc, mật độ, nhiệt độ hạt gió Mặt trời electron, proton ion Heli nhằm giúp hiểu rõ gió Mặt trời plasma nhật hoa ISʘIS nghiên cứu hạt khí Mặt trời dải lượng rộng Bằng việc đo đạc, phân tích tính chất electron, proton, ion, ISʘIS giúp nhà khoa học có hiểu biết rõ ràng vòng đời chúng: chúng sinh từ đâu, tăng tốc nào, làm chúng thoát khỏi Mặt trời để bay vào không gian liên hành tinh Sau phóng khỏi mặt đất vào ngày 12/8/2018, tàu vũ trụ định vị Mặt trời hướng khiên nhiệt phía để bảo vệ tàu tiếp tục hành trình Trong năm hoạt động, tàu thực 24 vòng quỹ đạo quanh Mặt trời Trong lần tiếp cận Mặt trời khoảng cách gần nhất, thu thập thành phần gió Mặt trời, nghiên cứu nhật hoa cung cấp hình ảnh chưa có ngơi Tất cịn phía trước nhà khoa học kỳ vọng vào khám phá chưa có mà Parker Solar Probe mang về, giúp có nhìn chi tiết Mặt trời, từ đưa dự báo xác, kịp thời để phục vụ cho sống nhân loại sứ mệnh thám hiểm không gian sau này, đặc biệt tàu có người lái tới hành tinh khác ? Số 10 naêm 2018 59 ... Tất tồn tại, sinh sơi nảy nở nhờ vào nguồn lượng Mặt trời Năng lượng Trái đất thu nhận từ Mặt trời xạ điện từ, luồng hạt gió Mặt trời mang đến Cơng suất lượng Mặt trời chiếu lên đơn vị diện tích... phóng vào ngày 11/2/2010, Đài quan sát động lực mặt trời SDO giúp người hiểu ảnh hưởng Mặt trời lên Trái đất thời tiết không gian việc nghiên cứu cấu trúc chế hình thành từ trường Mặt trời, gió Mặt. .. SDO chụp vụ bùng nổ khổng lồ với lượng lớn plasma phóng vào khơng gian “Chạm” vào Mặt trời Năm 1958, TS Eugene N Parker tiên đốn tồn gió Mặt trời Lúc ơng 31 tuổi giáo sư khơng có tên tuổi Đại