Mô tả của một nghệ sĩ về tàu thăm dò mặt trời Parker của NASA thu thập dữ liệu về mặt trời.
(Ảnh: © Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng của Đại học Johns Hopkins)
Mặt trời đang bắt đầu từ bỏ một số bí mật được bảo vệ chặt chẽ nhất của nó.
Các kết quả khoa học đầu tiên là từ NASA Đầu dò năng lượng mặt trời Parker (PSP), đã bay nhanh hơn và gần mặt trời hơn bất kỳ vật thể nhân tạo nào khác trong lịch sử.
Trả về PSP ban đầu, được báo cáo trong bốn bài báo được công bố trực tuyến hôm nay (4/12) trên tạp chí Nature, bắt đầu vén bức màn lên ngôi sao Trái đất, vẫn bí ẩn một cách đáng ngạc nhiên mặc dù mãi mãi là ánh sáng rực rỡ nhất trên bầu trời của chúng ta.
"Bốn bài báo cho thấy rằng, bằng cách đi vào một khu vực chưa được khám phá của hệ mặt trời, PSP đã có những khám phá tuyệt vời", Daniel Verscharen, nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Khoa học Vũ trụ Mullard tại Đại học College London, viết trong một "Tin tức và Lượt xem "trong cùng một vấn đề của Tự nhiên. Verscharen không tham gia vào bất kỳ nghiên cứu mới nào.
Hôn mặt trời
Các PSP ra mắt vào tháng 8 năm 2018, trong một nhiệm vụ trị giá 1,5 tỷ đô la để giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về hoạt động bên trong của mặt trời.
Các nhà khoa học của Mission đặc biệt quan tâm đến việc giải hai câu đố lâu đời: làm thế nào dòng các hạt chảy liên tục từ mặt trời, được gọi là gió mặt trời, được tăng tốc đến vận tốc to lớn của nó; và tại sao bầu khí quyển bên ngoài của mặt trời, hay corona, là nóng hơn nhiều so với bề mặt của nó. (Nhiệt độ Corona có thể lên tới 2 triệu độ F, hoặc 1,1 triệu độ C. Bề mặt mặt trời là khí hậu ôn hòa khi so sánh, ở mức 11.000 F, hoặc 6.000 C.)
PSP đang giải quyết những câu hỏi này bằng cách trơ tráo corona chinh no. Cứ sau 5 tháng một lần, tàu thăm dò phóng to qua bầu không khí nóng bỏng của mặt trời, có được cái nhìn cận cảnh chưa từng thấy về ngôi sao của chúng ta.
Những cách tiếp cận gần nhất, hoặc đoạn điểm cận nhật, đã đưa ra những PSP trong thời hạn 15 triệu dặm (24 triệu km) của bề mặt mặt trời cho đến nay. Trước khi nhiệm vụ này, gần nhất một cuộc điều tra đã từng nhận được để ánh nắng mặt trời là 26.550.000 dặm (42.730.000 km) - một kỳ công kéo ra vào năm 1976 bởi Helios 2 nghề, một nỗ lực chung của Hoa Kỳ và Tây Đức trước đây.
Helios 2 cũng lập kỷ lục về tốc độ nhanh nhất so với mặt trời, ở mức 153.454 dặm / giờ (246.960 km / giờ). Dấu ấn này đã bị phá vỡ bởi quỹ đạo Juno Jupiter của NASA, đạt 165.000 dặm / giờ (265.000 km / giờ) trong khi đến với người khổng lồ khí đốt vào tháng 7 năm 2016. Nhưng PSP hiện là vua tốc độ: Trong chuyến vượt cạn đầu tiên của tàu vũ trụ, vào tháng 11. Ngày 6, 2018, lực hấp dẫn mạnh mẽ của mặt trời đã tăng tốc PSP lên tốc độ tối đa 213.243 dặm / giờ (343.181 km / giờ).
Tất nhiên, điều kiện trong corona là cực kỳ khó khăn, vì vậy PSP được trang bị một số áo giáp hạng nặng: tấm khiên carbon tổng hợp dày 4,5 inch (11,4 cm), bảo vệ máy bay và bốn dụng cụ khoa học của nó khỏi nhiệt độ cao và sự bức xạ.
Những dụng cụ đó là Thí nghiệm Trường (Trường), đang đo điện trường và từ trường và sóng, trong số những thứ khác; Điều tra khoa học tích hợp về mặt trời (ISoIS), đặc trưng cho các electron, proton và các ion nặng được tăng tốc lên tốc độ cao trong bầu khí quyển của mặt trời và hơn thế nữa; Thiết bị chụp ảnh trường rộng cho thăm dò năng lượng mặt trời (WISPR), một bộ kính viễn vọng chụp ảnh corona và môi trường; và cuộc điều tra về năng lượng mặt trời của Electron Alphas và Proton (SWEAP), đang nghiên cứu các thành phần phong phú nhất trong gió mặt trời (electron, proton và ion helium).
Bốn bài báo mới báo cáo những gì các công cụ này quan sát được trong hai lần vượt qua đầu tiên của PSP, xảy ra vào tháng 11 năm 2018 và tháng 4 năm 2019.
Truy tìm gió mặt trời "chậm" đến nguồn của nó
Một trong những nghiên cứu, chẳng hạn, nhận thấy rằng Trường bắt đầu có được hàng hóa trên gió mặt trời "chậm", một thành phần của dòng không bao giờ vượt quá khoảng 1,1 triệu dặm / giờ (1,8 triệu km / giờ). "Chậm" là một thuật ngữ tương đối ở đây; gió mặt trời "nhanh" kéo theo tốc độ gấp đôi.
Các nhà khoa học đã biết rằng gió mặt trời nhanh bắt nguồn từ các "lỗ" lớn của vành - những mảng mà bầu khí quyển bên ngoài mát hơn và mỏng hơn bình thường - gần các cực của mặt trời. Và dữ liệu từ các trường cho thấy gió chậm cũng đến từ các lỗ vành, nhưng từ các lỗ nhỏ hơn gần xích đạo mặt trời.
Các trường cũng quan sát thấy sự đảo ngược đáng ngạc nhiên trong từ trường mặt trời chảy qua tàu vũ trụ: Trường đôi khi lật hướng 180 độ và sau đó, trong vài giây hoặc vài phút, lại lật trở lại.
"Những chuyển đổi này có thể liên quan đến một số loại máy bay phản lực plasma", tác giả chính của nghiên cứu và nhà điều tra chính của Trường, Stuart Bale, giáo sư vật lý tại Đại học California, Berkeley, cho biết trong một tuyên bố. "Cảm giác của riêng tôi là những chuyển đổi này, hoặc máy bay phản lực, là trung tâm của vấn đề sưởi ấm gió mặt trời."
Dữ liệu từ SWEAP, trong khi đó, chỉ ra rằng sự đảo ngược như vậy là "những khúc cua hình chữ S di chuyển trong các đường trường đến từ mặt trời", như Verscharen nói, và những cú lật đang làm tăng tốc độ của gió mặt trời.
Phát hiện từ ISoIS giúp xác thịt ra bức tranh mới nổi này. Dữ liệu của thiết bị cho thấy phải mất các hạt năng lượng mặt trời lâu hơn dự kiến để đến PSP, có lẽ vì chúng di chuyển dọc theo các đường trường hình chữ S đáng ngạc nhiên.
ISoIS cũng đã phát hiện nhiều vụ nổ hạt không đủ kịch tính để được chú ý bởi các công cụ ở đây trên Trái đất.
"Thật đáng kinh ngạc - ngay cả ở điều kiện tối thiểu của mặt trời, mặt trời tạo ra nhiều sự kiện hạt năng lượng nhỏ hơn chúng ta từng nghĩ", David McComas thuộc Đại học Princeton, nhà điều tra chính của ISoIS và là tác giả chính của một trong những nghiên cứu mới, cho biết trong một tuyên bố. (Các hoạt động năng lượng mặt trời và sáp trên chu kỳ 11 năm và ngôi sao của chúng ta hiện đang trong giai đoạn tương đối không hoạt động.)
"Các phép đo này sẽ giúp chúng tôi làm sáng tỏ các nguồn, gia tốc và vận chuyển các hạt năng lượng mặt trời và cuối cùng bảo vệ tốt hơn các vệ tinh và phi hành gia trong tương lai," McComas nói thêm.
Và WISPR đang mang đến cho các nhà khoa học một bức tranh rõ ràng hơn về mặt trời, corona và khu vực gầm rú phức tạp ngay lập tức bao quanh ngôi sao của chúng ta. Hình ảnh của WISPR giúp đưa thông tin được thu thập bởi các công cụ khác vào bối cảnh phù hợp và cũng mang lại hiểu biết sâu sắc theo cách riêng của họ.
Ví dụ: nghiên cứu mới thứ tư báo cáo, ảnh WISPR cung cấp một số bằng chứng cho khu vực không có bụi gần mặt trời, đã được đưa ra nhưng chưa được phát hiện trực tiếp. "Các hình ảnh chi tiết từ PSP cũng cho thấy các biến thể không gian trong gió mặt trời phù hợp với các biến đổi của từ trường của mặt trời trên bề mặt của nó và cho thấy các đốm plasma nhỏ được đẩy ra từ mặt trời và tạo thành một phần của gió mặt trời trẻ, "Versaren đã viết.
Điều tốt nhất vẫn chưa đến
Câu trả lời của gió mặt trời là một phần tại thời điểm này, và vẫn chưa rõ chính xác làm thế nào corona được làm nóng rất mạnh (mặc dù kết quả mới cung cấp một số manh mối hấp dẫn). Nhưng nhóm PSP có nhiều thời gian để điền vào chỗ trống, vì những kết quả mới được công bố này mới chỉ là khởi đầu. Tàu vũ trụ được thiết kế để tiếp tục nghiên cứu về mặt trời cho đến năm 2025, và các đoạn đi qua của nó sẽ ngày càng tiến gần hơn, nhờ những con ruồi điêu khắc theo quỹ đạo sao Kim.
quỹ đạo khoa học cuối cùng của PSP, ví dụ, sẽ mang nó chỉ trong vòng 3,83 triệu dặm (6,16 triệu km) của bề mặt mặt trời, được trang bị tốc độ đỉnh khoảng 430.000 mph (690.000 km / h).
Và những cách tiếp cận gần trong tương lai này sẽ trở nên thường xuyên hơn, bởi vì con đường của PSP quanh mặt trời sẽ co lại. Thời kỳ quỹ đạo của tàu thăm dò hiện tại khoảng 150 ngày Trái đất nhưng sẽ kết thúc 88 ngày kể từ khi kết thúc nhiệm vụ.
Độ dài của nhiệm vụ đó sẽ cho phép nhóm PSP nghiên cứu mặt trời ở các giai đoạn khác nhau trong chu kỳ hoạt động 11 năm của nó. Vì vậy, tàu vũ trụ hôn mặt trời nên thu thập các luồng dữ liệu thú vị khiến các nhà nghiên cứu bận rộn trong một thời gian dài sắp tới.
"Dự kiến dữ liệu PSP sẽ hướng dẫn sự hiểu biết của chúng ta về mặt trời và gió mặt trời trong nhiều năm," Verscharen viết. "Các mô hình và lý thuyết mới sẽ được thúc đẩy bởi những khám phá của tàu vũ trụ, và kiến thức này sẽ được chuyển giao cho các ngôi sao khác và các thiên văn vật lý thiên văn trong toàn vũ trụ."
- Đây là những gì trái đất trông giống như khi bạn hướng về mặt trời
- Solar Quiz: Làm thế nào bạn biết mặt trời của chúng tôi?
- Ra mắt hình ảnh! Tàu thăm dò mặt trời Parker của NASA nổ tung để chạm vào mặt trời
Câu chuyện này đã được cập nhật lúc 2 giờ chiều. EST để bao gồm một tuyên bố từ David McComas.
Cuốn sách của Mike Wall về tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh, "Ngoài đó"(Grand Central Publishing, 2018; minh họa bởi Karl Tate), là ra ngay bây giờ. Theo dõi anh ấy trên Twitter @michaeldwall. theo dõi chúng tối trên Twitter @Spacesotcom hoặc là Facebook.
