Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà khoa học đã phát triển một dự đoán mới về hình dạng của bong bóng bao quanh hệ mặt trời của chúng ta bằng cách sử dụng một mô hình được phát triển với dữ liệu từ các sứ mệnh của NASA.
Các nhà khoa học đã phát triển một dự đoán mới về hình dạng của bong bóng bao quanh hệ mặt trời của chúng ta bằng cách sử dụng một mô hình được phát triển với dữ liệu từ các sứ mệnh của NASA.
Tất cả các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta đều được bao bọc trong một bong bóng từ tính, được tạo ra trong không gian bởi vật chất liên tục chảy ra của Mặt trời, gió Mặt trời. Bên ngoài bong bóng này là môi trường giữa các vì sao – khí ion hóa và từ trường lấp đầy không gian giữa các hệ sao trong thiên hà của chúng ta. Một câu hỏi mà các nhà khoa học đã cố gắng trả lời trong nhiều năm là về hình dạng của bong bóng này, nó di chuyển trong không gian khi Mặt trời quay quanh trung tâm thiên hà của chúng ta. Theo truyền thống, các nhà khoa học nghĩ về nhật quyển như một hình dạng sao chổi, với một cạnh tròn ở phía trước, được gọi là mũi và một cái đuôi dài ở phía sau.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Astronomy vào tháng 3 và được đăng trên trang bìa của tạp chí vào tháng 7 đã cung cấp một hình dạng thay thế không có đuôi dài này: bánh sừng bò xì hơi.
Hình dạng của nhật quyển rất khó đo lường từ bên trong. Cạnh gần nhất của nhật quyển là hơn mười tỷ dặm từ Trái đất. Chỉ có hai tàu vũ trụ Voyager đã đo trực tiếp khu vực này, để lại cho chúng ta hai điểm dữ liệu chân thực về hình dạng của nhật quyển.
Từ gần Trái đất, chúng ta nghiên cứu ranh giới của chúng ta với không gian giữa các vì sao bằng cách chụp và quan sát các hạt bay về phía Trái đất. Điều này bao gồm các hạt tích điện đến từ các phần xa xôi của thiên hà, được gọi là tia vũ trụ thiên hà, cùng với các tia đã có trong hệ mặt trời của chúng ta, di chuyển ra phía “sân bay trực thăng” và bị dội ngược trở lại Trái đất thông qua một chuỗi các quá trình điện từ phức tạp. Chúng được gọi là các nguyên tử trung hòa năng lượng và bởi vì chúng được tạo ra bằng cách tương tác với môi trường giữa các vì sao, chúng hoạt động như một đại diện hữu ích để lập bản đồ rìa của nhật quyển. Đây là cách sứ mệnh của NASA’s Interstellar Boundary Explorer, hay IBEX, nghiên cứu nhật quyển, sử dụng những hạt này như một loại radar, tìm ra ranh giới của hệ mặt trời của chúng ta với không gian giữa các vì sao.
Để hiểu được dữ liệu phức tạp này, các nhà khoa học sử dụng mô hình máy tính để biến dữ liệu này thành dự đoán về các đặc điểm của nhật quyển. Merav Opher, tác giả chính của nghiên cứu mới, đứng đầu Trung tâm Khoa học DRIVE do NASA và NSF tài trợ tại Đại học Boston đã tập trung vào thách thức này.
Lần lặp lại mới nhất này của mô hình Opher sử dụng dữ liệu từ các sứ mệnh khoa học hành tinh của NASA để mô tả hành vi của vật chất trong không gian lấp đầy bong bóng của nhật quyển và có được góc nhìn khác về biên giới của nó. Sứ mệnh Cassini của NASA mang theo một công cụ được thiết kế để nghiên cứu các hạt bị mắc kẹt trong từ trường của Sao Thổ, đồng thời thực hiện các quan sát về các hạt phản xạ trở lại hệ mặt trời bên trong. Các phép đo này tương tự như IBEX nhưng cung cấp một góc nhìn khác biệt về ranh giới của nhật quyển.
Ngoài ra, sứ mệnh Chân trời mới của NASA đã cung cấp các phép đo về các ion thu nhận, các hạt bị ion hóa trong không gian và được thu nhận và di chuyển cùng với gió mặt trời. Do có nguồn gốc khác biệt với các hạt gió mặt trời phát ra từ Mặt trời, các ion bốc lên nóng hơn nhiều so với các hạt gió mặt trời khác – và chính điều này đã khiến công việc của Opher tiếp tục phát triển.
Opher, giáo sư thiên văn học tại Đại học Boston cho biết: “Có hai chất lỏng trộn lẫn với nhau. “Nếu bạn có một số chất lỏng lạnh và chất lỏng nóng, và bạn đặt chúng trong không gian, chúng sẽ không trộn lẫn – chúng sẽ phát triển chủ yếu riêng biệt. Những gì chúng tôi đã làm là tách hai thành phần này của gió mặt trời và mô hình hóa hình dạng 3D kết quả của nhật quyển. “
Xem xét các thành phần của gió mặt trời một cách riêng biệt, kết hợp với công trình trước đó của Opher sử dụng từ trường mặt trời như một lực chi phối trong việc định hình khí quyển, đã tạo ra một hình dạng bánh sừng bò xì hơi, với hai tia phản lực cuộn tròn ra khỏi phần hình củ trung tâm của khí quyển, và đáng chú ý là thiếu đuôi dài được nhiều nhà khoa học dự đoán.
Bởi vì các ion thu nhận chi phối nhiệt động lực học, mọi thứ đều rất hình cầu. Nhưng vì chúng rời khỏi hệ thống rất nhanh sau cú sốc kết thúc, toàn bộ nhật quyển xẹp xuống.
Hình dạng chiếc khiên của chúng ta
Hình dạng của nhật quyển không chỉ là một câu hỏi tò mò về học thuật: nhật quyển đóng vai trò là lá chắn của hệ mặt trời của chúng ta chống lại phần còn lại của thiên hà.
Các sự kiện tràn đầy năng lượng trong các hệ sao khác như siêu tân tinh có thể tăng tốc các hạt lên gần bằng tốc độ ánh sáng. Các hạt này phóng ra mọi hướng, kể cả vào hệ mặt trời của chúng ta. Nhưng nhật quyển hoạt động như một lá chắn: Nó hấp thụ khoảng 3/4 các hạt năng lượng cực lớn này, được gọi là các tia vũ trụ thiên hà, sẽ tiến vào hệ mặt trời của chúng ta.
Những hạt vượt qua được có thể tàn phá. Chúng ta được bảo vệ trên Trái đất bởi từ trường và bầu khí quyển của hành tinh nhưng công nghệ và các phi hành gia trong không gian hoặc trên các thế giới khác lại bị ‘phơi bày’. Cả thiết bị điện tử và tế bào của con người đều có thể bị hư hại do tác động của tia vũ trụ thiên hà – và bởi vì tia vũ trụ thiên hà mang rất nhiều năng lượng, chúng khó bị chặn theo cách thiết thực cho du hành vũ trụ. Helosphere là biện pháp bảo vệ chính của người đi vũ trụ chống lại các tia vũ trụ thiên hà, vì vậy hiểu được hình dạng của nó và cách thức ảnh hưởng đến tốc độ của các tia vũ trụ thiên hà chiếu vào hệ mặt trời của chúng ta là một yếu tố quan trọng để lập kế hoạch thám hiểm không gian của con người và robot.
Hình dạng của nhật quyển cũng là một phần của câu đố tìm kiếm sự sống trên các thế giới khác. Bức xạ gây hại từ các tia vũ trụ thiên hà có thể khiến một thế giới không thể ở được, một số phận không thể tránh khỏi trong hệ mặt trời của chúng ta vì tấm chắn thiên thể mạnh mẽ của chúng ta. Khi chúng ta tìm hiểu thêm về cách nhật quyển bảo vệ hệ mặt trời của chúng ta – và cách bảo vệ đó có thể đã thay đổi trong suốt lịch sử của hệ mặt trời – chúng ta có thể tìm kiếm các hệ sao khác có thể có khả năng bảo vệ tương tự. Và một phần của đó là hình dạng: Khí quyển của chúng ta trông giống hình dạng sao chổi đuôi dài, bánh sừng bò xì hơi, hay hoàn toàn khác?
Bất kể hình dạng thực sự của nhật quyển là gì, một sứ mệnh sắp tới của NASA sẽ là một lợi ích để làm sáng tỏ những câu hỏi này: Bản đồ giữa các vì sao và tàu thăm dò gia tốc, hoặc IMAP.
IMAP dự kiến ra mắt vào năm 2024 sẽ lập bản đồ các hạt quay trở lại Trái đất từ ranh giới của nhật quyển. IMAP sẽ xây dựng dựa trên các kỹ thuật và khám phá của sứ mệnh IBEX để làm sáng tỏ bản chất của nhật quyển, không gian giữa các vì sao và cách các tia vũ trụ thiên hà xâm nhập vào hệ mặt trời của chúng ta.
Trung tâm Khoa học DRIVE của Opher nhằm tạo ra một mô hình có thể kiểm tra được của nhật quyển trong thời gian IMAP ra mắt. Dự đoán của họ về hình dạng và các đặc điểm khác của nhật quyển – và cách nó sẽ được phản ánh trong các hạt chảy ngược lại từ ranh giới – sẽ cung cấp cơ sở cho các nhà khoa học so sánh với dữ liệu của IMAP.
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.
Tham khảo Tạp chí :