Phác thảo các khu vực khác nhau trong từ quyển Earth Earth. Nhấn vào đây để phóng to
Tàu vũ trụ Cụm ESA đã ở đúng nơi, đúng thời điểm khi chúng bay qua một vùng của từ trường Trái đất, giúp gia tốc các electron lên khoảng 1/100 tốc độ ánh sáng. Vùng được gọi là vùng khuếch tán electron; một ranh giới chỉ dày vài km giữa từ trường Trái đất và Mặt trời. Trong suốt một giờ, tàu vũ trụ bị nhấn chìm trong một khu vực khuếch tán electron, vì gió mặt trời đang khiến lớp này di chuyển qua lại.
Các vệ tinh Cụm ESA đã bay qua các vùng của từ trường Trái đất, giúp gia tốc các electron lên khoảng một phần trăm tốc độ ánh sáng. Các quan sát trình bày các nhà khoa học của Cluster với phát hiện đầu tiên về các sự kiện này và cung cấp cho họ cái nhìn chi tiết về một quá trình phổ quát được gọi là kết nối lại từ tính.
Vào ngày 25 tháng 1 năm 2005, bốn tàu vũ trụ Cluster tìm thấy mình ở đúng nơi, đúng thời điểm: một vùng không gian được gọi là vùng khuếch tán electron. Đó là một ranh giới chỉ dày vài km xảy ra ở độ cao xấp xỉ 60 000 km so với bề mặt Trái đất. Nó đánh dấu biên giới giữa từ trường Earth Trái đất và Mặt trời. Từ trường Sun Sun được đưa đến Trái đất bằng một cơn gió gồm các hạt tích điện, được gọi là gió mặt trời.
Một vùng khuếch tán electron giống như một công tắc điện. Khi được lật, nó sử dụng năng lượng được lưu trữ trong từ trường Sun và và Trái đất để đốt nóng các hạt tích điện trong vùng lân cận với tốc độ lớn. Theo cách này, nó bắt đầu một quá trình có thể dẫn đến việc tạo ra cực quang trên Trái đất, nơi các hạt tích điện chuyển động nhanh va chạm với các nguyên tử khí quyển và làm cho chúng phát sáng.
Ngoài ra còn có một mặt độc ác hơn đối với các khu vực khuếch tán electron. Các hạt gia tốc có thể làm hỏng các vệ tinh bằng cách va chạm với chúng và khiến các điện tích tích tụ. Những mạch ngắn và phá hủy các thiết bị nhạy cảm.
Mười chín lần trong một giờ, bộ tứ Cluster thấy mình chìm trong một vùng khuếch tán electron. Điều này là do gió mặt trời đã làm vấy bẩn lớp ranh giới, khiến nó di chuyển qua lại. Mỗi lần vượt qua vùng khuếch tán electron chỉ kéo dài 10-20 mili giây cho mỗi tàu vũ trụ và một công cụ duy nhất, được gọi là Công cụ trôi điện tử (EDI), đủ nhanh để đo các electron gia tốc.
Việc quan sát rất quan trọng vì nó cung cấp các phép đo hoàn chỉnh nhất về vùng khuếch tán electron. Ngay cả những máy tính tốt nhất trên thế giới cũng có thể mô phỏng các vùng khuếch tán electron; họ chỉ không có khả năng tính toán để làm việc đó, mà Forrest Mozer, Đại học California, Berkeley, người đứng đầu cuộc điều tra dữ liệu của Cluster cho biết.
Dữ liệu sẽ cung cấp những hiểu biết vô giá về quá trình kết nối lại từ tính. Hiện tượng xảy ra trên khắp Vũ trụ trên nhiều quy mô khác nhau, bất cứ nơi nào có từ trường rối. Trong những tình huống phức tạp này, từ trường thỉnh thoảng sụp đổ thành các cấu hình ổn định hơn. Đây là sự kết nối lại và giải phóng năng lượng thông qua các vùng khuếch tán electron. Trên Mặt trời, sự kết nối lại từ tính thúc đẩy các ngọn lửa mặt trời đôi khi giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ trên các vết đen mặt trời.
Công việc này cũng có thể có một tầm quan trọng trong việc giải quyết nhu cầu năng lượng trên Trái đất. Các nhà vật lý hạt nhân đang cố gắng xây dựng các máy phát nhiệt hạch cố gắng tạo ra từ trường ổn định trong các lò phản ứng của họ nhưng bị quấy rầy bởi các sự kiện kết nối lại làm hỏng cấu hình của chúng. Nếu quá trình kết nối lại có thể được hiểu, có lẽ các cách ngăn chặn nó trong các lò phản ứng hạt nhân sẽ trở nên rõ ràng.
Tuy nhiên, điều đó vẫn nằm trong tương lai. Mozer Chúng ta cần phải làm nhiều khoa học hơn trước khi chúng ta hiểu đầy đủ về sự kết nối lại, ông nói, Mozer, với mục đích bây giờ là tìm hiểu điều kiện gió mặt trời nào kích hoạt các sự kiện kết nối lại và các vùng khuếch tán electron liên quan của chúng được nhìn thấy bởi Cluster.
Nguồn gốc: Cổng thông tin ESA
