Đây là khái niệm của một nghệ sĩ về từ trường toàn cầu của Trái đất, với cú sốc cung. Trái đất nằm ở giữa hình ảnh, được bao quanh bởi từ trường của nó, được thể hiện bằng các đường màu tím. Cú sốc cung là lưỡi liềm màu xanh bên phải. Nhiều hạt năng lượng trong gió mặt trời, được biểu thị bằng vàng, bị lệch bởi "lá chắn" từ tính của Trái đất.
(Ảnh: © Walt Feimer (HTSI) / Phòng thí nghiệm hình ảnh khái niệm Trung tâm không gian vũ trụ của NASA / Goddard)
Gió mặt trời truyền plasma và các hạt từ mặt trời ra ngoài không gian. Mặc dù gió là không đổi, nhưng tính chất của nó không. Điều gì gây ra luồng này và nó ảnh hưởng đến Trái đất như thế nào?
Ngôi sao gió
Các corona, lớp ngoài của mặt trời, đạt nhiệt độ lên tới 2 triệu độ F (1,1 triệu độ C). Ở cấp độ này, lực hấp dẫn của mặt trời không thể giữ được các hạt chuyển động nhanh và chúng bay ra khỏi ngôi sao.
Hoạt động của mặt trời thay đổi theo chu kỳ 11 năm của nó, với số lượng điểm mặt trời, mức độ phóng xạ và vật liệu bị đẩy ra thay đổi theo thời gian. Những thay đổi này ảnh hưởng đến các tính chất của gió mặt trời, bao gồm từ trường, vận tốc, nhiệt độ và mật độ của nó. Gió cũng khác nhau dựa trên vị trí của mặt trời và phần đó quay nhanh như thế nào.
Vận tốc của gió mặt trời là cao hơn so với lỗ hào quang, đạt tốc độ lên đến 500 dặm (800 km) mỗi giây. Nhiệt độ và mật độ trên các lỗ vành thấp, và từ trường yếu, vì vậy các đường trường được mở ra không gian. Những lỗ này xảy ra ở hai cực và vĩ độ thấp, đạt đến mức lớn nhất khi hoạt động trên mặt trời ở mức tối thiểu. Nhiệt độ trong gió nhanh có thể đạt tới 1 triệu F (800.000 C).
Tại vành đai streamer coronal xung quanh đường xích đạo, gió mặt trời di chuyển chậm hơn, vào khoảng 200 dặm (300 km) mỗi giây. Nhiệt độ trong gió chậm đạt tới 2,9 triệu F (1,6 triệu C).
Mặt trời và bầu khí quyển của nó được tạo thành từ plasma, một hỗn hợp các hạt tích điện dương và âm ở nhiệt độ cực cao. Nhưng khi vật liệu rời khỏi mặt trời, được mang theo gió mặt trời, nó trở nên giống như khí hơn.
"Khi bạn đi xa hơn mặt trời, cường độ từ trường giảm nhanh hơn áp lực của vật liệu", Craig DeForest, nhà vật lý mặt trời tại Viện nghiên cứu Tây Nam (SwRI) ở Boulder, Colorado, cho biết trong một tuyên bố. "Cuối cùng, vật liệu bắt đầu hoạt động giống như một chất khí và ít giống như một plasma có cấu trúc từ tính."
Ảnh hưởng đến trái đất
Khi gió di chuyển khỏi mặt trời, nó mang theo các hạt tích điện và các đám mây từ tính. Được phát ra theo mọi hướng, một số cơn gió mặt trời liên tục tự chọn hành tinh của chúng ta, với những hiệu ứng thú vị.
Nếu vật chất do gió mặt trời mang đến bề mặt của một hành tinh, bức xạ của nó sẽ gây tổn hại nghiêm trọng đến bất kỳ sự sống nào có thể tồn tại. Từ trường của trái đất đóng vai trò như một lá chắn, chuyển hướng vật chất xung quanh hành tinh để nó vượt ra ngoài nó. Lực của gió kéo dài ra từ trường để nó bị đẩy vào bên trong mặt trời và kéo dài ra ở phía đêm.
Đôi khi, mặt trời phun ra những chùm plasma lớn gọi là phóng xạ khối vành (CME), hay bão mặt trời. Phổ biến hơn trong giai đoạn hoạt động của chu kỳ được gọi là cực đại mặt trời, CME có hiệu ứng mạnh hơn gió mặt trời tiêu chuẩn. [Hình ảnh: Hình ảnh tuyệt đẹp của Bão mặt trời & Bão mặt trời]
"Phóng xạ mặt trời là động lực mạnh nhất của kết nối Mặt trời-Trái đất", NASA cho biết trên trang web của mình cho Đài quan sát quan hệ mặt đất (STEREO). "Mặc dù tầm quan trọng của chúng, các nhà khoa học không hiểu đầy đủ về nguồn gốc và sự tiến hóa của CME, cũng như cấu trúc hoặc phạm vi của chúng trong không gian liên hành tinh." Nhiệm vụ STEREO hy vọng sẽ thay đổi điều đó.
Khi gió mặt trời mang các CME và các vụ nổ bức xạ mạnh mẽ khác vào từ trường của hành tinh, nó có thể khiến từ trường ở phía sau chạm vào nhau, một quá trình được gọi là kết nối lại từ tính. Các hạt tích điện sau đó chảy ngược về cực từ của hành tinh, tạo ra những màn hình tuyệt đẹp được gọi là cực quang borealisin trong bầu khí quyển phía trên. [Ảnh: Auroras tuyệt vời năm 2012]
Mặc dù một số cơ thể được bảo vệ bởi một từ trường, những người khác thiếu sự bảo vệ của họ. Mặt trăng của trái đất không có gì để bảo vệ nó, vì vậy phải gánh chịu toàn bộ. Sao Thủy, hành tinh gần nhất, có một từ trường che chắn nó khỏi cơn gió tiêu chuẩn thông thường, nhưng nó phải chịu toàn bộ sức mạnh của những vụ nổ mạnh hơn như CME.
Khi các luồng tốc độ cao và tốc độ thấp tương tác với nhau, chúng tạo ra các vùng dày đặc được gọi là vùng tương tác đồng xoay (CIR) kích hoạt các cơn bão địa từ khi chúng tương tác với bầu khí quyển của Trái đất.
Gió mặt trời và các hạt tích điện mà nó mang theo có thể ảnh hưởng đến các vệ tinh và Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) của Trái đất. Các vụ nổ mạnh có thể làm hỏng các vệ tinh hoặc có thể đẩy tín hiệu GPS bị tắt hàng chục mét.
Gió mặt trời xù lên tất cả các hành tinh trong hệ mặt trời. Nhiệm vụ Chân trời mới của NASA tiếp tục phát hiện ra nó khi nó di chuyển giữa Sao Thiên Vương và Sao Diêm Vương.
"Tốc độ và mật độ trung bình cùng nhau khi gió mặt trời di chuyển", Heather Elliott, một nhà khoa học vũ trụ tại SwRI ở San Antonio, Texas, cho biết trong một tuyên bố. "Nhưng gió vẫn đang được làm nóng bằng cách nén khi nó di chuyển, vì vậy bạn có thể thấy bằng chứng về mô hình quay của mặt trời trong nhiệt độ ngay cả trong hệ mặt trời bên ngoài.
Nghiên cứu gió mặt trời
Chúng ta đã biết về gió mặt trời từ những năm 1950, nhưng mặc dù ảnh hưởng sâu rộng đến Trái đất và các phi hành gia, các nhà khoa học vẫn không biết nó phát triển như thế nào. Một số nhiệm vụ trong vài thập kỷ qua đã tìm cách giải thích bí ẩn này.
Ra mắt vào ngày 6 tháng 10 năm 1990, sứ mệnh Ulysses của NASA đã nghiên cứu mặt trời ở nhiều vĩ độ khác nhau. Nó đo các tính chất khác nhau của gió mặt trời trong suốt hơn một chục năm.
Các quỹ đạo vệ tinh Advanced Explorer Explorer (ACE) tại một trong những điểm đặc biệt giữa Trái đất và mặt trời được gọi là điểm Lagrange. Trong khu vực này, trọng lực từ mặt trời và hành tinh kéo bằng nhau, giữ vệ tinh trong quỹ đạo ổn định. Ra mắt vào năm 1997, ACE đo gió mặt trời và cung cấp các phép đo thời gian thực về dòng chảy liên tục của các hạt.
Tàu vũ trụ sinh đôi của NASA, STEREO-A và STEREO-B nghiên cứu cạnh của mặt trời để xem gió mặt trời được sinh ra như thế nào. Ra mắt vào tháng 10 năm 2006, STEREO đã cung cấp "một cái nhìn độc đáo và mang tính cách mạng đối với hệ mặt trời-Trái đất", theo NASA.
Một nhiệm vụ mới hy vọng sẽ chiếu sáng mặt trời và gió mặt trời của nó. Parker Solar thăm dò của NASA, dự định ra mắt vào mùa hè năm 2018, nhằm mục đích "chạm mặt trời". Sau vài năm quay quanh ngôi sao, lần đầu tiên, tàu thăm dò sẽ nhúng vào corona, sử dụng kết hợp hình ảnh và phép đo để cách mạng hóa sự hiểu biết về corona và tăng hiểu biết về nguồn gốc và sự phát triển của gió mặt trời.
Nhà khoa học Nicola Fox thuộc Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng của Đại học Johns Hopkins cho biết: "Parker Solar thăm dò sẽ trả lời các câu hỏi về vật lý mặt trời mà chúng tôi đã bối rối trong hơn sáu thập kỷ". "Đó là một con tàu vũ trụ chứa đầy những đột phá công nghệ sẽ giải quyết nhiều bí ẩn lớn nhất về ngôi sao của chúng ta, bao gồm cả việc tìm hiểu tại sao corona của mặt trời nóng hơn bề mặt của nó."
Tài nguyên bổ sung
- Gió mặt trời thời gian thực (NOAA / Trung tâm dự báo thời tiết không gian)
- Dự báo 3 ngày (Trung tâm dự báo thời tiết NOAA / không gian)
- Điểm nổi bật hàng tuần và Dự báo 27 ngày (Trung tâm dự báo thời tiết NOAA / không gian)
