Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Một loại cực quang đặc biệt, trải theo hướng Đông – Tây trên bầu trời đêm giống như một chiếc vòng cổ ngọc trai phát sáng, đang giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về khoa học của cực quang và những động lực mạnh mẽ của chúng ngoài không gian.
Một loại cực quang đặc biệt, trải theo hướng Đông – Tây trên bầu trời đêm giống như một chiếc vòng cổ ngọc trai phát sáng, đang giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về khoa học của cực quang và những động lực mạnh mẽ của chúng ngoài không gian. Được gọi là hạt cực quang, những ánh sáng này thường xuất hiện ngay trước màn hình cực quang lớn, gây ra bởi các cơn bão điện trong không gian được gọi là bão phụ. Trước đây, các nhà khoa học không chắc liệu các hạt cực quang bằng cách nào đó được kết nối với các màn hình cực quang khác như một hiện tượng trong không gian xảy ra trước các cơn bão dưới đất hay chúng được gây ra bởi những nhiễu động gần bầu khí quyển Trái đất hơn.
Nhưng các mô hình máy tính mới mạnh mẽ kết hợp với các quan sát từ Lịch sử thời gian của các sự kiện và tương tác vĩ mô của NASA trong sứ mệnh Bão con – THEMIS – đã cung cấp bằng chứng mạnh mẽ đầu tiên về các sự kiện trong không gian dẫn đến sự xuất hiện của các hạt này và chứng minh vai trò quan trọng chúng chơi trong môi trường không gian gần của chúng ta.
Vassilis Angelopoulos, điều tra viên chính của THEMIS tại Đại học California, Los Angeles, cho biết: “Giờ đây, chúng tôi biết chắc chắn rằng sự hình thành của những hạt này là một phần của quá trình trước khi kích hoạt một cơn bão con trong không gian. “Đây là một phần mới quan trọng của câu đố.”
Bằng cách cung cấp một bức tranh rộng hơn có thể nhìn thấy chỉ với ba tàu vũ trụ THEMIS hoặc quan sát mặt đất, các mô hình mới đã chỉ ra rằng các hạt cực quang được tạo ra bởi sự hỗn loạn trong plasma – trạng thái thứ tư của vật chất, được tạo thành từ thể khí và tích điện dẫn điện cao, hạt – xung quanh Trái đất. Các kết quả gần đây được công bố trên tạp chí Geophysical Research Letters và Journal of Geophysical Research: Space Physics cuối cùng sẽ giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về toàn bộ cấu trúc xoáy được thấy trong cực quang.
Những sự nhiễu loạn này trong không gian ban đầu được tạo ra bởi các electron nhẹ hơn và nhanh nhẹn hơn, di chuyển với trọng lượng của các hạt nặng gấp 2000 lần, và về mặt lý thuyết có thể phát triển thành các cơn bão cực quang quy mô đầy đủ.
Bí ẩn về sự hình thành hạt cực quang
Cực quang được tạo ra khi các hạt mang điện từ Mặt trời bị mắc kẹt trong môi trường từ trường của Trái đất – từ quyển – và được đưa vào tầng khí quyển trên của Trái đất, nơi va chạm khiến các nguyên tử và phân tử hydro, oxy và nitơ phát sáng. Bằng cách mô hình hóa môi trường gần trái đất trên quy mô từ hàng chục dặm đến 1,2 triệu dặm, các nhà khoa học THEMIS đã có thể hiển thị các chi tiết của hạt cực quang hình thành như thế nào.
Khi những đám mây plasma được Mặt trời ôm ngang qua Trái đất, sự tương tác của chúng với từ trường của Trái đất tạo ra các bong bóng plasma nổi phía sau Trái đất. Giống như một ngọn đèn dung nham, sự mất cân bằng trong nổi giữa các bong bóng và plasma nặng trong từ quyển tạo ra những “ngón tay” của plasma 2.500 dặm rộng xuống căng về phía Trái Đất. Dấu vết còn lại của những “ngón tay” này tạo ra cấu trúc hình hạt riêng biệt trong cực quang.
David Sibeck, nhà khoa học dự án THEMIS tại Trung tâm Chuyến bay Vũ trụ Goddard của NASA ở Greenbelt, Maryland, cho biết: “Có một nhận thức rằng, những sự kiện tương đối nhỏ xảy ra xung quanh từ quyển là quan trọng về mặt nào đó. Gần đây chúng tôi mới chỉ đạt đến điểm mà sức mạnh tính toán đủ tốt để nắm bắt được các vật lý cơ bản trong các hệ thống này.”
Giờ đây, các nhà khoa học đã hiểu các hạt cực quang có trước các cơn bão phụ, họ muốn tìm hiểu cách thức tại sao và khi nào các hạt có thể kích hoạt cơn bão lớn toàn diện. Ít nhất về lý thuyết, các ngón tay có thể làm rối các đường sức từ trường và gây ra một sự kiện bùng nổ được gọi là tái kết nối từ tính, vốn nổi tiếng là tạo ra các cơn bão và cực quang quy mô lớn lấp đầy bầu trời đêm.
Mô hình mới tháo gỡ mới
Kể từ khi ra mắt vào năm 2007, THEMIS đã thực hiện các phép đo chi tiết khi nó đi qua từ quyển để tìm hiểu nguyên nhân của các cơn bão con dẫn đến cực quang. Trong nhiệm vụ chính của mình, THEMIS đã có thể chỉ ra rằng kết nối lại từ tính là động lực chính của các cơn bão con. Các kết quả mới làm nổi bật tầm quan trọng của cấu trúc và hiện tượng trên quy mô nhỏ – những cơn bão hàng trăm và hàng ngàn dặm so với những cơn bão kéo dài hàng triệu dặm.
Slava Merkin, đồng tác giả của một trong những bài báo và nhà khoa học tại Trung tâm Bão Địa vũ trụ của NASA có trụ sở chính tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng của Đại học Johns Hopkins ở Laurel, Maryland cho biết: “Để hiểu được những đặc điểm này trong cực quang, bạn thực sự cần phải giải quyết cả quy mô toàn cầu và quy mô địa phương nhỏ hơn. Đó là lý do tại sao nó rất khó khăn cho đến nay. Nó đòi hỏi những thuật toán rất phức tạp và những siêu máy tính rất lớn.”
Các mô phỏng máy tính mới gần như hoàn toàn khớp với THEMIS và các quan sát trên mặt đất. Sau thành công ban đầu của các mô hình máy tính mới, các nhà khoa học của THEMIS đang mong muốn áp dụng chúng vào các hiện tượng cực quang chưa giải thích được khác. Đặc biệt trong việc giải thích các cấu trúc quy mô nhỏ, các mô hình máy tính rất cần thiết vì chúng có thể giúp giải thích những gì xảy ra giữa không gian nơi ba tàu vũ trụ THEMIS đi qua.
Kareem Sorathia, tác giả chính của một trong số các bài báo và nhà khoa học mới tại Trung tâm Bão Địa vũ trụ của NASA có trụ sở chính tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng Johns Hopkins. “Giờ đây, chúng tôi có thể sử dụng các mô hình toàn cầu để mô tả và điều tra chúng, điều đó sẽ mở ra rất nhiều cánh cửa mới.”
Tìm hiểu thêm về Nhiệm vụ THEMIS và ARTEMIS của NASA: https://www.nasa.gov/specials/artemis/
Nguồn truyện:
Tài liệu do NASA / Trung tâm bay vũ trụ Goddard cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Đa phương tiện liên quan :
Tham khảo Tạp chí :