Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Vùng đối lưu của mặt trời đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra và phát triển từ trường của Mặt trời. Phân tích các bộ dữ liệu kéo dài hơn 20 năm, các nhà nghiên cứu đã thu được bức tranh toàn diện nhất về dòng chảy plasma bắc-nam trong khu vực đối lưu từ trước đến nay. Dòng chảy đi xung quanh khu vực đối lưu ở mỗi bán cầu trong khoảng 22 năm.
Hoạt động của mặt trời dao động trong một nhịp khoảng mười một năm, điều này được phản ánh trong số những thứ khác trong tần số của các vết đen mặt trời. Một thời gian từ tính hoàn chỉnh kéo dài 22 năm. Các nhà khoa học từ lâu đã hoang mang về những gì gây ra chu kỳ này. Nó phải liên quan đến các điều kiện bên dưới “lớp da” của ngôi sao của chúng ta: Một lớp plasma nóng – khí dẫn điện – kéo dài từ bề mặt tới 200.000 km bên dưới. Plasma trong vùng đối lưu này liên tục chuyển động.
Một nhóm các nhà khoa học từ Viện nghiên cứu hệ mặt trời Max Planck, Đại học Gottech và Đại học New York Abu Dhabi hiện đã thành công trong việc vẽ nên bức tranh toàn diện nhất về dòng chảy plasma theo hướng bắc-nam cho đến nay. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một hình dạng dòng chảy đơn giản đáng chú ý: plasma mô tả một doanh thu duy nhất trong mỗi bán cầu mặt trời, tồn tại trong khoảng 22 năm. Ngoài ra, dòng chảy theo hướng của đường xích đạo ở dưới cùng của vùng đối lưu làm cho các điểm hình thành ngày càng gần với đường xích đạo trong chu kỳ mặt trời.
Số lượng vết đen trên bề mặt mặt trời nhìn thấy khác nhau; đôi khi có nhiều hơn, đôi khi ít hơn. Khoảng cách giữa hai cực đại mặt trời là khoảng mười một năm, sau 22 năm, các vết đen mặt trời lại bị phân cực từ tính theo cùng một cách. Trong thời gian tối đa, không chỉ các vết đen lớn xuất hiện mà cả các vùng hoạt động. Ngoài ra, các vòng cung plasma nóng ấn tượng tiến sâu vào bầu khí quyển mặt trời, các hạt và phóng xạ được đưa vào không gian trong các vụ phun trào dữ dội. Tuy nhiên, ở mức tối thiểu hoạt động, mặt trời dịu xuống rõ rệt.
Giáo sư Tiến sĩ Laurent Gizon, Giám đốc MPS, tác giả đầu tiên của nghiên cứu mới cho biết: “Trong suốt chu kỳ mặt trời, dòng chảy kinh tuyến hoạt động như một băng chuyền kéo theo từ trường dọc theo và thiết lập chu kỳ của chu kỳ mặt trời. Xem hình học và biên độ của chuyển động trong phần bên trong mặt trời là điều cần thiết để hiểu từ trường của Mặt trời”, ông nói thêm. Để đạt được điều này, Gizon và nhóm của ông đã sử dụng phương pháp sinh lý học để lập bản đồ dòng chảy plasma bên dưới bề mặt của Mặt trời.
Helioseism là đối với vật lý mặt trời, địa chấn học là gì đối với địa vật lý. Các nhà nghiên cứu sinh vật học sử dụng sóng âm thanh để thăm dò bên trong Mặt trời, giống như cách các nhà địa vật lý sử dụng động đất để thăm dò bên trong Trái đất. Sóng âm mặt trời có thời gian gần năm phút và liên tục bị kích thích bởi sự đối lưu gần bề mặt. Các chuyển động liên quan đến sóng âm mặt trời có thể được đo ở bề mặt Mặt trời bằng kính viễn vọng trên tàu vũ trụ hoặc trên mặt đất.
Trong nghiên cứu này, Gizon và nhóm của ông đã sử dụng các quan sát sóng âm thanh ở bề mặt truyền theo hướng bắc-nam qua phần bên trong mặt trời. Những sóng này bị nhiễu loạn bởi dòng chảy kinh tuyến: chúng di chuyển nhanh hơn dọc theo dòng chảy so với dòng chảy. Những nhiễu loạn thời gian di chuyển rất nhỏ này (chưa đến 1 giây) được đo rất cẩn thận và được giải thích để suy ra dòng chảy bằng mô hình toán học và máy tính.
Bởi vì nó nhỏ, dòng chảy kinh tuyến là cực kỳ khó nhìn thấy trong nội thất mặt trời. “Dòng chảy kinh tuyến chậm hơn nhiều so với các thành phần chuyển động khác, chẳng hạn như vòng quay vi sai của Mặt trời,” Gizon giải thích. Lưu lượng kinh tuyến trong toàn bộ khu vực đối lưu không lớn hơn giá trị bề mặt tối đa là 50 km mỗi giờ. “Để giảm mức độ tiếng ồn trong các phép đo helioseism, cần phải tính trung bình các phép đo trong khoảng thời gian rất dài”, Tiến sĩ Zhi-Chao Liang của MPS nói.
Nhóm các nhà khoa học đã phân tích lần đầu tiên hai chuỗi dữ liệu độc lập rất dài. Một chiếc được cung cấp bởi SOHO, đài quan sát mặt trời lâu đời nhất trong không gian được điều hành bởi ESA và NASA. Dữ liệu được lấy bởi Michelson Doppler Imager (MDI) của SOHO bao gồm thời gian từ năm 1996 đến năm 2011. Một bộ dữ liệu độc lập thứ hai được cung cấp bởi Tập đoàn Mạng dao động toàn cầu (GONG), kết hợp sáu kính viễn vọng mặt trời trên mặt đất ở Hoa Kỳ, Úc, Ấn Độ, Tây Ban Nha và Chile để cung cấp các quan sát gần như liên tục về Mặt trời kể từ năm 1995.
“Cộng đồng vật lý năng lượng mặt trời quốc tế sẽ được khen ngợi vì đã cung cấp nhiều bộ dữ liệu bao gồm hai chu kỳ mặt trời gần đây nhất”, Tiến sĩ John Leibacher, cựu giám đốc của dự án GONG nói. “Điều này làm cho nó có thể trung bình trong thời gian dài và so sánh các câu trả lời, điều này hoàn toàn cần thiết để xác nhận các suy luận,” ông nói thêm.
Gizon và nhóm của ông tìm thấy dòng chảy nằm ở xích đạo ở đáy của khu vực đối lưu với tốc độ chỉ 15 km mỗi giờ (tốc độ chạy). Dòng chảy ở bề mặt mặt trời là poleward và đạt tới 50 km mỗi giờ. Bức tranh tổng thể là plasma đi xung quanh thành một vòng khổng lồ ở mỗi bán cầu. Đáng chú ý, thời gian để plasma hoàn thành vòng lặp là khoảng 22 năm – và điều này cung cấp lời giải thích vật lý cho chu kỳ mười một năm của Mặt trời.
Hơn nữa, các vết đen mặt trời xuất hiện gần hơn với đường xích đạo khi chu kỳ mặt trời tiến triển, như được thấy trong sơ đồ bướm. “Tất cả trong tất cả, nghiên cứu của chúng tôi hỗ trợ ý tưởng cơ bản rằng sự trôi dạt về phía xích đạo của các vị trí nơi các vết đen mặt trời xuất hiện là do dòng chảy kinh tuyến tiềm ẩn”, Tiến sĩ Robert Cameron của MPS nói. “Vẫn còn phải hiểu tại sao dòng chảy mặt trời trông giống như vậy, và dòng chảy kinh tuyến đóng vai trò gì trong việc kiểm soát hoạt động từ tính trên các ngôi sao khác”, Laurent Gizon nói thêm.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Viện nghiên cứu hệ mặt trời Max Planck . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :