Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Tốc độ quay của Mặt trời trong một tỷ năm đầu tiên của nó là không rõ. Tuy nhiên, tốc độ quay này ảnh hưởng đến các vụ phun trào mặt trời, ảnh hưởng đến sự tiến hóa của sự sống. Các nhà khoa học nghĩ rằng họ đã tìm ra nó bằng cách sử dụng Mặt trăng làm bằng chứng quan trọng.
Mặt trời là lý do tại sao chúng ta ở đây. Đó cũng là lý do tại sao “người” sao Hỏa hay “người” sao Kim thì không.
Khi Mặt trời mới chỉ là một em bé bốn tỷ năm trước, nó đã trải qua những đợt bức xạ dữ dội, phun ra những đám cháy, những đám mây năng lượng cao và các hạt trên khắp hệ mặt trời. Những cơn đau ngày càng tăng này đã giúp hạt giống sống trên Trái đất sớm bằng cách đốt cháy các phản ứng hóa học giữ cho Trái đất ấm và ẩm ướt. Tuy nhiên, những cơn giận dữ mặt trời này cũng có thể ngăn cản sự sống xuất hiện ở các thế giới khác bằng cách tước bỏ chúng trong khí quyển và các hóa chất nuôi dưỡng.
Việc các vụ nổ nguyên thủy này tàn phá đến thế giới khác như thế nào sẽ phụ thuộc vào việc Mặt trời bé quay trên trục của nó nhanh như thế nào. Mặt trời quay càng nhanh, nó sẽ càng nhanh phá hủy các điều kiện cho môi trường sống.
Tuy nhiên, phần quan trọng này trong lịch sử của Mặt trời đã khiến các nhà khoa học phải lo lắng, ông Bohal Saxena, nhà vật lý thiên văn tại Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, Maryland cho biết. Saxena nghiên cứu cách thời tiết không gian, sự thay đổi trong hoạt động của mặt trời và các điều kiện bức xạ khác trong không gian, tương tác với bề mặt của các hành tinh và mặt trăng.
Ông và các nhà khoa học khác đang nhận ra rằng Mặt trăng, nơi NASA sẽ gửi các phi hành gia vào năm 2024 chứa đựng manh mối về những bí ẩn cổ xưa của Mặt trời, điều rất quan trọng để hiểu được sự phát triển của sự sống.
Chúng ta không biết Mặt trời trông như thế nào trong một tỷ năm đầu tiên và nó cực kỳ quan trọng bởi vì nó có thể thay đổi cách khí quyển của sao Kim phát triển và nước mất nhanh như thế nào. Nó cũng có thể thay đổi sao Hỏa mất khí quyển nhanh như thế nào, và nó đã thay đổi hóa học khí quyển của Trái đất.
Kết nối Mặt trời-Mặt trăng
Saxena tình cờ tìm hiểu bí ẩn xoay tròn của Mặt trời trong khi suy ngẫm về một thứ dường như không liên quan: Tại sao, khi Mặt trăng và Trái đất được tạo thành từ cùng một thứ, có ít natri và kali trong đá mặt trăng, hay đất Mặt trăng, hơn là trong đất Trái đất ?
Câu hỏi này cũng được tiết lộ thông qua các phân tích về các mẫu Mặt trăng thời Apollo và các thiên thạch mặt trăng được tìm thấy trên Trái đất đã khiến các nhà khoa học bối rối trong nhiều thập kỷ – và nó đã thách thức lý thuyết hàng đầu về cách Mặt trăng hình thành.
Theo lý thuyết, vệ tinh tự nhiên của chúng ta đã hình thành, khi một vật thể có kích thước sao Hỏa đâm vào Trái đất khoảng 4,5 tỷ năm trước. Lực của vụ tai nạn này đã gửi các vật liệu phun vào quỹ đạo, nơi chúng kết lại với Mặt trăng.
Rosemary Killen, một nhà khoa học hành tinh tại NASA Goddard, người nghiên cứu ảnh hưởng của thời tiết không gian lên bầu khí quyển và ngoài hành tinh cũng đặt ra câu hỏi: “Trái đất và Mặt trăng sẽ hình thành với các vật liệu tương tự, vì vậy câu hỏi đặt ra là tại sao Mặt trăng cạn kiệt trong các nguyên tố này?”
Hai nhà khoa học nghi ngờ rằng một câu hỏi lớn đã thông báo cho người kia – rằng lịch sử của Mặt trời bị chôn vùi trong lớp vỏ của Mặt trăng.
Công việc trước đó của Killen đã đặt nền móng cho cuộc điều tra của nhóm. Vào năm 2012, cô đã giúp mô phỏng hoạt động của năng lượng mặt trời đối với lượng natri và kali được đưa lên bề mặt Mặt trăng hoặc bị đánh bật bởi một dòng các hạt tích điện từ Mặt trời, được gọi là gió mặt trời, hoặc do các vụ phun trào mạnh được biết đến như xuất tinh hàng loạt coronal.
Saxena đã kết hợp mối quan hệ toán học giữa tốc độ quay của một ngôi sao và hoạt động bùng phát của nó. Cái nhìn sâu sắc này được bắt nguồn từ các nhà khoa học đã nghiên cứu hoạt động của hàng ngàn ngôi sao được phát hiện bởi kính viễn vọng không gian Kepler của NASA: Họ phát hiện càng nhanh, chúng càng phát ra dữ dội.
Saxena nói: “Khi bạn tìm hiểu về các ngôi sao và hành tinh khác, đặc biệt là các ngôi sao như Mặt trời của chúng ta, bạn bắt đầu có được bức tranh lớn hơn về cách Mặt trời phát triển theo thời gian”.
Sử dụng các mô hình máy tính tinh vi, Saxena, Killen và các đồng nghiệp nghĩ rằng cuối cùng họ có thể giải quyết được cả hai bí ẩn. Mô phỏng máy tính của họ mà họ mô tả vào ngày 3 tháng 5 trong Tạp chí Vật lý thiên văn cho thấy Mặt trời sớm quay chậm hơn 50% số sao bé. Theo ước tính của họ, trong vòng một tỷ năm đầu tiên, Mặt trời mất ít nhất 9 đến 10 ngày để hoàn thành một vòng quay.
Họ đã xác định điều này bằng cách mô phỏng sự tiến hóa của hệ mặt trời của chúng ta dưới một ngôi sao chậm, trung bình và sau đó là một ngôi sao quay nhanh. Và họ phát hiện ra rằng chỉ cần một phiên bản – ngôi sao quay chậm – có thể bắn đúng lượng hạt tích điện vào bề mặt Mặt trăng để đánh bật đủ natri và kali vào không gian theo thời gian để bỏ lại số lượng chúng ta thấy trong đá Mặt trăng ngày nay .
Thời tiết không gian có lẽ là một trong những ảnh hưởng lớn đến cách tất cả các hành tinh của hệ mặt trời phát triển. Vì vậy, bất kỳ nghiên cứu nào về khả năng cư trú của các hành tinh đều cần phải xem xét.
Cuộc sống dưới ánh mặt trời sớm
Tốc độ quay của Mặt trời sớm chịu một phần trách nhiệm đối với sự sống trên Trái đất. Nhưng đối với Sao Kim và Sao Hỏa – cả hai hành tinh đá tương tự Trái Đất – nó có thể đã ngăn cản nó. (Mercury, hành tinh đá gần Mặt trời nhất, không bao giờ có cơ hội.)
Bầu khí quyển của trái đất đã từng rất khác với khí quyển do chúng ta tìm thấy ngày nay. Khi Trái đất hình thành 4,6 tỷ năm trước, một lớp vỏ mỏng hydro và heli bám vào hành tinh nóng chảy của chúng ta. Nhưng những vụ nổ từ Mặt trời trẻ đã tước đi đám mây nguyên thủy đó trong vòng 200 triệu năm.
Khi lớp vỏ Trái đất đông cứng lại, núi lửa dần dần ho ra một bầu không khí mới, lấp đầy không khí bằng carbon dioxide, nước và nitơ. Trong một tỷ năm tiếp theo, đời sống vi khuẩn sớm nhất đã tiêu thụ carbon dioxide đó và đổi lại, đã giải phóng khí mê-tan và oxy vào khí quyển. Trái đất cũng phát triển một từ trường giúp bảo vệ nó khỏi Mặt trời, cho phép bầu khí quyển của chúng ta biến thành không khí giàu oxy và nitơ mà chúng ta hít thở ngày nay.
Vladimir Airapetian, một nhà nghiên cứu sinh lý học và nhà sinh vật học cao cấp của Goddard, người nghiên cứu về thời tiết không gian ảnh hưởng đến khả năng cư trú của các hành tinh trên mặt đất cho biết: “Chúng tôi đã rất may mắn khi bầu khí quyển của Trái đất sống sót qua thời kỳ khủng khiếp”. Airapetian đã làm việc với Saxena và Killen trong nghiên cứu đầu tiên của Mặt trời.
Nếu Mặt trời của chúng ta là một công cụ quay nhanh, nó sẽ phun trào với siêu pháo sáng mạnh hơn 10 lần so với bất kỳ trong lịch sử được ghi lại, ít nhất 10 lần một ngày. Ngay cả từ trường của Trái đất cũng không đủ để bảo vệ nó. Các vụ nổ của Mặt trời sẽ làm suy giảm bầu khí quyển, làm giảm áp suất không khí đến mức Trái đất sẽ không giữ được nước lỏng. Đó có thể là một môi trường khắc nghiệt hơn nhiều.
Nhưng Mặt trời quay với tốc độ lý tưởng cho Trái đất, phát triển mạnh dưới ngôi sao đầu tiên. Sao Kim và Sao Hỏa không may mắn như vậy. Sao Kim đã từng được bao phủ trong các đại dương nước và có thể có thể ở được. Nhưng do nhiều yếu tố, bao gồm hoạt động của mặt trời và thiếu từ trường được tạo ra bên trong, Sao Kim đã mất hydro – một thành phần quan trọng của nước. Kết quả là theo ước tính, các đại dương của nó đã bốc hơi trong vòng 600 triệu năm đầu tiên. Bầu khí quyển của hành tinh trở nên dày đặc với carbon dioxide, một phân tử nặng khó thổi bay hơn. Những lực lượng này đã dẫn đến một hiệu ứng nhà kính chạy trốn khiến Sao Kim nóng đến 864 độ F (462 độ C), quá nóng đối với sự sống.
Sao Hỏa cách xa Mặt trời hơn Trái đất, dường như an toàn hơn từ các vụ nổ sao. Tuy nhiên, nó có ít sự bảo vệ hơn Trái đất. Do một phần do từ trường yếu của Hành tinh Đỏ và trọng lực thấp, Mặt trời ban đầu dần dần có thể thổi bay không khí và nước. Khoảng 3,7 tỷ năm trước, bầu khí quyển sao Hỏa trở nên loãng đến mức nước lỏng ngay lập tức bốc hơi vào không gian. (Nước vẫn tồn tại trên hành tinh, đóng băng trong mũ cực và trong đất.)
Sau khi ảnh hưởng đến quá trình sống (hoặc thiếu nó) trên các hành tinh bên trong, Mặt trời già dần dần giảm tốc độ và tiếp tục làm như vậy. Ngày nay, nó cứ sau 27 ngày lại quay một lần, chậm hơn ba lần so với thời kỳ đầu. Vòng quay chậm khiến nó hoạt động ít hơn nhiều, mặc dù Mặt trời vẫn thỉnh thoảng bùng phát dữ dội.
Khám phá Mặt trăng, Nhân chứng của Sự tiến hóa của Hệ Mặt trời
Để tìm hiểu về Mặt trời ban đầu, Saxena cho biết bạn không cần tìm đâu xa ngoài Mặt trăng, một trong những cổ vật được bảo tồn tốt nhất từ hệ mặt trời trẻ.
Lý do Mặt trăng cuối cùng trở thành một bộ hiệu chuẩn và cửa sổ thực sự hữu ích trong quá khứ là vì nó không có bầu không khí khó chịu và không có kiến tạo mảng nào làm nổi bật lớp vỏ. Vì vậy, kết quả là, bạn có thể nói, ‘Này, nếu các hạt năng lượng mặt trời hoặc bất cứ thứ gì khác va vào nó, đất của Mặt trăng sẽ cho thấy bằng chứng về điều đó.’
Các mẫu Apollo và thiên thạch mặt trăng là điểm khởi đầu tuyệt vời để thăm dò hệ mặt trời đầu tiên nhưng chúng chỉ là những mảnh nhỏ trong một câu đố lớn và bí ẩn. Các mẫu được lấy từ một khu vực nhỏ gần xích đạo mặt trăng và các nhà khoa học không thể biết chắc chắn hoàn toàn nơi trên Mặt trăng, các thiên thạch đến từ đâu, khiến chúng khó đặt chúng vào bối cảnh địa chất.
Vì Nam Cực là nơi có các miệng núi lửa bị che khuất vĩnh viễn nơi chúng ta mong đợi tìm thấy vật liệu được bảo quản tốt nhất trên Mặt trăng, bao gồm cả nước đóng băng, NASA đang nhắm đến việc gửi một chuyến thám hiểm của con người tới khu vực vào năm 2024.
Nếu các phi hành gia có thể lấy các mẫu đất mặt trăng từ vùng cực nam của Mặt trăng, thì nó có thể cung cấp thêm bằng chứng vật lý về tốc độ quay của Mặt trời bé, Airapetian, người nghi ngờ rằng các hạt mặt trời sẽ bị từ trường của Mặt trăng làm lệch hướng 4 tỷ năm trước và lắng đọng ở hai cực: “Vì vậy, bạn sẽ mong đợi – mặc dù chúng tôi chưa bao giờ nhìn vào nó – rằng hóa học của phần đó của Mặt trăng, nơi tiếp xúc với Mặt trời trẻ, sẽ bị thay đổi nhiều hơn so với các vùng xích đạo. Vì vậy, có rất nhiều khoa học được thực hiện ở đó. “
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi NASA / Goddard Space Flight Center . Bản gốc được viết bởi Lonnie Shekhtman và Miles Hatfield. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :