Thắt lưng Van Allen đập từ các hạt năng lượng mặt trời. Tín dụng hình ảnh: NASA / Tom Bridgman. Nhấn vào đây để phóng to
Theo một nghiên cứu mới của nhóm nghiên cứu do NASA dẫn đầu, một khu vực an toàn của khu vực khác trong một vành đai bức xạ xung quanh Trái đất di chuyển lên cao hơn về độ cao và vĩ độ trong thời gian cực đại trong hoạt động của mặt trời. Vùng an toàn cung cấp cường độ bức xạ giảm cho bất kỳ tàu vũ trụ tiềm năng nào phải bay trong khu vực vành đai bức xạ.
Nghiên cứu mới này đưa chúng ta đến gần hơn để hiểu làm thế nào một phần của vành đai bức xạ biến mất, Giáo sư Shing Fung thuộc Trung tâm bay không gian Goddard của NASA, Greenbelt, Md. Fung là tác giả chính của bài báo về nghiên cứu này xuất hiện trên phiên bản dòng của Thư nghiên cứu địa vật lý ngày 22 tháng 2.
Nhóm nghiên cứu dựa trên kết quả của nó dựa trên các phép đo các hạt tốc độ cao (electron), bao gồm vành đai bức xạ của Van Van Allen, từ loạt tàu vũ trụ khí tượng quay quanh cực của Cục Quản lý Đại dương và Khí quyển trong năm 1978 đến 1999. Khi tàu vũ trụ bay vào. quỹ đạo cực của chúng, chúng phát hiện ra các hạt vành đai bức xạ ít hơn ở một phạm vi vĩ độ nhất định, cho thấy các đoạn đi qua vùng an toàn của tàu vũ trụ. Các nhà nghiên cứu đã so sánh dữ liệu được lấy trong các thời kỳ hoạt động mặt trời tương đối thấp, được gọi là tối thiểu mặt trời, với dữ liệu từ các thời kỳ hoạt động mặt trời cực đại, được gọi là cực đại mặt trời. Họ nhận thấy sự thay đổi ở vị trí vùng an toàn theo vĩ độ cao hơn, và do đó độ cao, trong thời gian cực đại của mặt trời.
Nếu các vành đai bức xạ có thể nhìn thấy được, chúng sẽ giống như một cặp bánh rán xung quanh Trái đất, một bên trong trái đất với Trái đất trong lỗ Lỗ của chiếc bánh rán trong cùng. Vùng an toàn, được gọi là khu vực khe cắm trên mạng, sẽ xuất hiện dưới dạng khoảng cách giữa bánh rán bên trong và bên ngoài. Các vành đai thực sự bao gồm các hạt mang điện tích tốc độ cao (electron và hạt nhân nguyên tử) bị mắc kẹt trong từ trường Trái đất.
Từ trường Trái đất có thể được thể hiện bằng các dòng lực từ nổi lên từ vùng Nam Cực, ra ngoài vũ trụ và quay trở lại vùng Bắc Cực. Bởi vì các hạt đai phóng xạ được tích điện, chuyển động của chúng được dẫn hướng bởi các đường sức từ. Các hạt bị mắc kẹt sẽ nảy giữa các cực trong khi xoắn ốc xung quanh các đường trường.
Sóng vô tuyến tần số rất thấp (VLF) và khí nền (plasma) cũng bị giữ lại trong khu vực này. Giống như lăng kính có thể bẻ cong chùm ánh sáng, plasma có thể bẻ cong các đường truyền sóng VLF, khiến sóng truyền dọc theo từ trường Trái đất. Sóng VLF xóa vùng an toàn bằng cách tương tác với các hạt vành đai bức xạ, loại bỏ một chút năng lượng và thay đổi hướng của chúng. Điều này làm giảm vị trí phía trên các vùng cực nơi các hạt nảy lên (được gọi là điểm gương). Cuối cùng, điểm gương trở nên thấp đến mức trong bầu khí quyển Trái đất. Khi điều này xảy ra, các hạt bị mắc kẹt va chạm với các hạt trong khí quyển và bị mất.
Theo nhóm nghiên cứu, vùng an toàn được tạo ra ở khu vực có điều kiện thuận lợi để sóng VLF có thể đá các hạt. Nghiên cứu của họ là dấu hiệu đầu tiên cho thấy vị trí của khu vực này có thể thay đổi theo chu kỳ hoạt động của mặt trời. Mặt trời trải qua chu kỳ hoạt động 11 năm, từ tối đa đến tối thiểu và trở lại. Trong thời gian cực đại mặt trời, bức xạ tia cực tím (UV) tăng lên làm nóng bầu khí quyển phía trên Trái đất, tầng điện ly, khiến nó giãn nở. Điều này làm tăng mật độ của plasma bị giữ lại trong từ trường Earth.
Các điều kiện thuận lợi cho tương tác hạt sóng VLF phụ thuộc vào sự kết hợp cụ thể của mật độ plasma và cường độ từ trường. Mặc dù mật độ plasma thường giảm theo độ cao, sự giãn nở của tầng điện ly trong cực đại mặt trời làm cho plasma dày đặc hơn ở vùng an toàn tối thiểu mặt trời và buộc mật độ plasma thuận lợi cho vùng an toàn di chuyển lên độ cao. Ngoài ra, cường độ từ trường cũng giảm theo độ cao. Để tìm cường độ từ trường thuận lợi cho vùng an toàn ở độ cao cao hơn, người ta sẽ phải di chuyển về phía các cực (vĩ độ cao hơn), nơi các đường sức từ tập trung hơn và do đó mạnh hơn.
Phát hiện này giúp thu hẹp phạm vi tìm kiếm vùng tương tác hạt sóng chính tạo ra vùng an toàn, Fung nói. Hiện tại, mặc dù không có tàu vũ trụ nào sử dụng vùng an toàn, nhưng kiến thức của chúng tôi có thể giúp lập kế hoạch và vận hành các nhiệm vụ trong tương lai muốn tận dụng lợi thế của khu vực.
Theo các nhà nghiên cứu, khám phá của họ được kích hoạt bởi một công cụ truy xuất và lựa chọn dữ liệu mới do nhóm phát triển, được gọi là Hệ thống truy vấn trạng thái từ tính. Nghiên cứu được tài trợ bởi NASA và Hội đồng nghiên cứu quốc gia. Nhóm nghiên cứu bao gồm Fung, Tiến sĩ Xi Shao (Hội đồng nghiên cứu quốc gia, Washington) và Tiến sĩ Lun C. Tan (QSS Group, Inc., Lanham, Md.).
Nguồn gốc: NASA News Release
