Sống cùng một vì sao (Phần 2) ppt

Sống cùng một vìsao (Phần 2) Xử lí dữ liệu Yêu cầu tốc độ ghi ảnhcao, độ phân giảikhông gian và độ bao quátphổ rộng chi phối thiết kế của cả ba thiết bị, cũngnhư các tínhchất và quỹ đạo củaphi thuyền mang chúng. Quỹ đạo địa tĩnh của đài thiên văn trên, chẳng hạn, manglại hai lợi thế lớn để nghiên cứu Mặt trời. Thứ nhất, những quỹ đạo như vậy ở đủ cao phía trêntrái đất nên hành tinh chúng ta chỉ chặn mất ánhsáng Mặt trời trong một giờ mỗi ngày – và thậm chí chỉ trong những khoảngthời gian hai ngày, haituần mỗinăm, vào tháng 9 và tháng 3.Thứ hai, quỹ đạo địa tĩnh có nghĩa là phi thuyền SDO luôn luôn cóđộ cao không đổi, nên nó có thể truyền dữ liệu và nhận lệnhliên tục từ mộttrạm mặt đất ở gầnWhiteSands ở New Mexico. Việc liên lạc liên tục với trạmmặt đất là thiết yếu đối với SDO, nhờ hoàntoàn vào khối dữ liệu mà nótạo ra. Có tổngcộng sáu cameraCCD trên SDO –haitrên HMI và bốn trên AIA –và hầunhư mỗi giây một bức ảnh 4096× 4096pixel (16 megapixel) từ một trong số chúngphải đượcđọcra và truyền về trái đất. Các pixel trên thật sự lớn sovới các chuẩn camera CCD thương mại (13 × 13µm). Vì số photoncó thể phát hiệnra trong một lầnphơi sáng tỉ lệ với cỡ pixel, nên các CCD trên AIAcómột ngưỡngđộng lớn – từ 1 đến 10.000. (Các camera được thiết kế và sản xuất bởi các nhà khoa họcvàkĩ sư tại Phòng thí nghiệm RutherfordAppletonở gần Didcot, còn các máy dò CCD đặc biệt được hãng e2v sản xuất, hãng nàycũngở Anh quốc). Điều này thật tuyệt vời choviệc bao quát ngưỡng rộng cườngđộ trongmộttai lửa mặt trời,nhưng nó cũng có nghĩalàmỗi ảnh chứa một phần tư terabitdữ liệu. Thật vậy, tổng lượng dữ liệu gửi từ AIA vàHMI đến trạmmặt đất New Mexico là khoảng1,8 terabyte mỗi ngày,hay67 megabitmỗi giây.Để hình dungcỡ dữ liệu trên, bạn hãyxemmỗi ảnh sẽ chứa đầy 6,25đĩa DVD, cho nên sẽ mất khoảng 540.000 đĩa DVD để chứa toàn bộhìnhảnhthuđược trong một ngày. Tốc độ dữ liệu caonhư vậy có sự tác độnglớn đối với thiếtkế của Trung tâm Điều hànhKhoa học cho HMIvà AIA(EVE, với tốc độ dữ liệu nhỏ hơn nhiều, có trung tâmdữ liệu riêng của nó),hệ thốngphân phối dữ liệu và hệ thốngmà phần còn lại của cộngđồng khoahọc sử dụng để truy xuất dữ liệu trên. Đặcđiểm vừa nói tới này đặc biệtquantrọng,nếu bạn hỏi mộtnhà khoa họcxemhọ muốnthấy dữ liệu gì, thì phản ứng đầu tiên của họ luôn là “Tất cả chúng!” Thật không may,sự thật đáng sợ là mỗikhi các hình ảnh không bị nén, thì chỉ riêng AIA đã tạo ra khoảng 3,5terabyte dữ liệu mỗi ngày – tương đương với việc tải xuống khoảng 700.000bài hát MP3 chất lượng cao. Để tạo điều kiệnthuận lợi cho các nhà khoahọcnghiên cứumặt trời, một số tiện ích đã được phát triển cho phép họ khaithác khodữ liệu SDO góp phần cho những mục tiêu khoahọc đặc biệt. Thídụ, một số câu hỏi mà các nhàkhoahọc đang nghiên cứulà các tai lửacó xuất hiện cùngvới CME hay không, những loại tai lửa nào xuất hiện cùng vớinhững đặc trưng riêng biệt trong phổ EVE,và cónhững quan hệ thống kêgì giữa sự phun tràovật chất dạng sợi tóc và các cấu hình từ trường. Chúng tôi cònsáng tạo ra mộttrình xem dữ liệu, cho phép các nhà khoa học xemxétkhotài nguyên với dữ liệu nén.Điềunày làm giảmđáng kể số lượng dữ liệu phải thu thập các phép đánh giá khoahọcchính xác có thể bắt đầu. Các công cụ xử lí khácbaogồm một trangweb“Sun Today” (sdowww.lmsal.com) trưng bày các mẫu ảnh AIA và từ phổ HMI, cập nhật mỗi 5phút một lần, cùng các phim quayhàng ngày của các sự kiện mặt trời. Cái chúng tôi đang tìm hiểu Hồi cuối tháng ba, chúng tôi đã mở kính thiên văn AIA lần đầu tiên. Những hình ảnhđầu tiên thật đẹp. Tất cả các bộ lọc tinhvi phía trước đều sống sótsauđợt phóngtên lửa và tất cả các thiết bị đều hoạt động tốt. Vài ngày saukhi chúngtôi bắt đầu thu thậpdữ liệu, Mặt trời đã tặng chúngtôi một tai lửa phuntrào khổnglồ ở phía đôngcủa nó – một sự khởi đầutuyệt vời chosứ mệnh 5năm theo kế hoạch của chúngtôi. Kể từ đó, chúng tôi đã quan sátMặt trời hầu như liên tục,với chỉ vài gián đoạn ngắn hạn để điều chỉnh. Trongthời kì này,Mặt trời đã trình hiện trướcchúng tôi mộtsố CME, các phun trào dạngsợi,những tai lửa nhỏ và thậm chímộtvàitai lửa trungbình lớn.Kết quả là chúng tôi hiện đang bắt đầu đánh giá xem bao nhiêu phần Mặt trời bị tácđộng bởi sự sắp xếp lại từ tính trongmột vùng rất cục bộ. Thí dụ, nhữngkhuvực khôngcó các vết đencó thể tạo ra các nhiễu loạn tác động đến 30-60% bề mặt nhìn thấy. Các ảnhchụp ở tốc độ cao cũng hết sức phong phú.Lúc bắt đầy mộthoạt độngdạngsợi hay CME, một số chi tiết xuất hiện ở tốc độ 100-600km/s.Lúckhởi phátcủa mộttai lửa, thỉnh thoảng có các “luồnghơi” plasma chuyển động ở tốc độ 1000-2000 km/s. Khi thu lấynhững sự kiện như vậy, mộtphần diện mạo khuếch tán của chúng gâyra bởi vệt chuyển động; mộtsự phơi sáng 3stiêu biểu mà AIA chụp lấy, chẳng hạn,làm nhòe ảnh củamột cấutrúc2000km/s đi 4-8 pixel. Sự phơisáng 30stiêu biểu của phi thuyền trước đây gây ra sự nhòe ảnh nhiều gấp 5 lần hoặc hơn nữavà làm cho sự kiệnxuất hiện yếu đi 25 lần – trên thựctế, yếu đến mức sự kiện không thể nào phát hiện rađược.Chúng tôi cũng nhìn thấy các dạng sóng chuyển động cùng với các đường sức từ ở tốc độ 1000-2000 km/skhi sự kiện tai lửaphát triển. Nhữngsóng lannhanh này chưa bao giờ được trông thấytrước đây vàchúng tôi không biết cơ chế nàotạora chúnghoặc vai trò của chúng trong quá trìnhtai lửa. Hình 3.Bản đồ nhiệt độ màu giả lập củabề mặt Mặt trời, tạo ra bằng cách kết hợp nhiềuảnh bội mà AIA chụp được. Trong ảnh phíabên trái, chụp hôm16 tháng 9, ngưỡng nhiệt độ từ 1-2triệu kelvin (xanhđến đỏ). Ảnh phía bên phải chụp hầu như ngay lúc ấy, nhưngở đây ngưỡngnhiệtđộ là 2-6triệu kelvin. (Ảnh: NASA) Mặcdù một số dữ liệu này được xử lí tốt hơndưới dạng số, nhưngcác ảnh chụp nhiệt độ bội mà AIAthựchiện cũng có thể kết hợp để tạo ra một vài loại bản đồ nhiệt độ màu giả lập, giống như bản đồ trên hình 3. Phim quay của những bản đồ màu như vậy cho phép các nhà khoahọcmặt trời nghiên cứu sự tiến triển nhiệt độ khi Mặt trời im ắng,cũng như khi nó hoạt động.Những đoạn phimnày cung cấp bức tranhtrực quan của các mối tương quangiữa cácsự kiệntrên Mặt trời ở khá xa nhau.Tronghàngthập kỉ,đã có các tranh luận về tai lửa haysự phuntrào dạng sợi cóthể gây ra những sự kiện xaxôi khác. Giờ thì chỉ sau vài tháng quan sát, các đoạn phimAIAđã xác lập rõ ràng tínhnhân quả trênkhoảng cách cỡ đường kính một mặt trời hoặclớnhơn. Mặc dù hiện tại chúng ta đang trải qua kì cực tiểu sâu sắc nhất của hoạt động mặttrời tronghơn một thế kỉ, nhưng Mặt trời vẫn nói với chúng ta rất nhiều điều. Kính thiên văn AIA: thách thức bậc bốn Đài thiên văn Động lực học Mặttrờicủa NASAmang theo bathiết bị,một trong số chúng là Bộ GhiảnhKhíquyển (AIA). Việc thiết kế bốn chiếc kính thiên văn củanó mang lại trước mắt chúng ta bốn thách thức chính, khó khănhàng đầu là do bản thân ánhsángmặt trời gây ra. Lượng ánh sáng đi tới một kênh tử ngoại cực ngắn(EUV)tiêu biểu yếu hơn một tỉ lần so với ánh sángmặt trời rơilên phía trướcchiếckính thiên văn.Để loại bỏ ánh sángkhả kiến, phía trướccủa mỗi kênh EUV được tráng một lớp kim loại lọc chỉ dày 150nm, hoặc khoảng0,2%đường kính củamột sợitóc người – đủ dày để chặn ánh sángkhả kiến, nhưngđủ mỏng cho ánhsángEUV mongmuốn đi qua. Việc chế tạo những bộ lọc như vậy thật sự khókhăn, nhưngviệc thiết kế khung cho chúng còn khó hơnnữa. Những khungnày phải đủ cứng để sống sót qua các dao động vàbiếnthiênáp suất mà chúngchịutrong lúc phóngtên lửa,nhưng chúng không thể chặn một phần đáng kể ánh sángEUV. Hìnhảnhbên dưới thể hiện một trong nhiều bộ lọc đã thấtbại trong khi chúngtôi thử nghiệmcác thiết kế khác nhau để xác định xemmẫu nào sống sóttrong môi trườngphóng. Ảnh: NASA Thách thức thứ hai làđảm bảo rằng ánh sáng EUV sẽ bị phản xạ khỏi các gương của kính thiên văn. Ánh sáng EUV không phảnxạ khỏi một lớp bạc hay nhôm theo yêu cầu của gươngcủa kính thiênvăn ánhsángkhả kiến,chonên thay vì thế chúng ta phải tráng gương bằng một loạtlớp chất silicon và molybdenum mỏngxenkẽ.Những lớp trángnày không thể loạibỏ, chonên sự trục trặc ở lớp trángsẽ làmhỏng cả cái gương.Các gương còn phải có hìnhdạngthích hợp, vàvì bướcsóng của ánh sángEUV quá ngắn, cho nênchúngphải cực kì nhẵn,vớicác biến thiên căn quân phươngkhoảng 0,3 nm. Thách thức thứ ba là ánh sáng EUVdễ dàng bị hấp thụ bởi các tạp chất như các hợp chất silicon và hydrocarbon dùng để giữ kínhthiên văn AIAlại với nhau. Một lớp tráng tạp chất chỉ sâu 50 nmsẽ đủ để làm độ truyềnqua của kínhđi 50%, và các kính thiênvăn AIAcó 11 mặt khác nhautrong đó nhữngtạp chất như vậy có thể đượcđưavào, bao gồm cả các bộ lọc bội, gươngsơ cấp vàgươngthứ cấpcủa kính, và bề mặt của chínhcameraCCD. Điều này có nghĩa là chưatới 5 nm tạp chất có thể cho phép thu thập trên bất cứ bề mặt nào, hoặctrong quá trìnhchế tạo, hoặc từ khí thải của các thành phần sau khiAIAđi vào quỹ đạo. Cuối cùng, còn cócâu hỏi về tính ổn định.Mỗi pixeltrên các camera CCD của AIA thu gom ánhsáng từ một hình nón rộng khoảng 0,6 giây cung, tươngứng với khoảng 730kmtại tâm của đĩa mặt trời. Để tạo ra những hình ảnh sắc nét, chuyển độngdo phi thuyền gây ra phải hạn chế với khoảng 0,2 giây cung, hoặckhoảng 14 km trênbề mặtthái dương. Điều này đòi hỏi một hệ thống cân bằng hoạt tính, trong đó cáctín hiệu sinh ra bởi bản thân các kính thiên văn dùng đẻ điều khiển góc củacác gương thứ cấp gắn trêncác đầuđọc áp điện. Kết quả là nó ổnđịnh giống như giữ một chùmlaserhướngvào một vòng tròn mục tiêu đường kính 1mm từ khoảng cách 10 km.Đối với những người thích chơi golf, điều này tươngđương với việcmột người chơi đang đàomột cái lỗ tại OldCourse ở St Andrewstrong khi đang đứng ở rạp xiếc Piccadilly. . Sống cùng một v sao (Phần 2) Xử lí dữ liệu Yêu cầu tốc độ ghi ảnhcao, độ phân giảikhông gian và độ bao quátphổ. ổnđịnh giống như giữ một chùmlaserhướngvào một vòng tròn mục tiêu đường kính 1mm từ khoảng cách 10 km.Đối với những người thích chơi golf, điều này tươngđương với việcmột người chơi đang đàomột cái lỗ. thể bắt đầu. Các công cụ xử lí khácbaogồm một trangweb“Sun Today” (sdowww.lmsal.com) trưng bày các mẫu ảnh AIA và từ phổ HMI, cập nhật mỗi 5phút một lần, cùng các phim quayhàng ngày của các sự kiện