Trong chuyến bay phá kỷ lục qua Mặt Trời vào cuối năm ngoái, tàu thăm dò Mặt Trời Parker của NASA đã chụp được những hình ảnh mới tuyệt đẹp từ bên trong bầu khí quyển của Mặt Trời. Những hình ảnh mới công bố này — được chụp ở khoảng cách gần Mặt Trời hơn bao giờ hết — đang giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của Mặt Trời trên toàn hệ mặt trời, bao gồm cả những sự kiện có thể ảnh hưởng đến Trái Đất.
“Tàu thăm dò Mặt Trời Parker một lần nữa đưa chúng ta vào bầu khí quyển năng động của ngôi sao gần nhất”, Nicky Fox, phó quản trị viên, Ban Giám đốc Sứ mệnh Khoa học tại Trụ sở NASA ở Washington, cho biết. “Chúng ta đang chứng kiến tận mắt các mối đe dọa thời tiết vũ trụ đối với Trái Đất, chứ không chỉ qua mô hình. Dữ liệu mới này sẽ giúp chúng ta cải thiện đáng kể các dự đoán thời tiết vũ trụ, nhằm đảm bảo an toàn cho các phi hành gia và bảo vệ công nghệ của chúng ta trên Trái Đất và trên toàn hệ Mặt Trời.”
Tàu thăm dò Mặt Trời Parker bắt đầu tiếp cận Mặt Trời gần nhất vào ngày 24 tháng 12 năm 2024, bay cách bề mặt Mặt Trời chỉ 3,8 triệu dặm. Khi lướt qua lớp khí quyển ngoài của Mặt Trời, được gọi là vành nhật hoa, trong những ngày quanh điểm cận nhật, nó đã thu thập dữ liệu bằng một loạt thiết bị khoa học, bao gồm Máy ảnh Trường rộng cho Tàu thăm dò Mặt Trời (Wide-Field Imager for Solar Probe, hay WISPR).
Những hình ảnh WISPR mới cho thấy vành nhật hoa và gió Mặt Trời, một dòng liên tục các hạt tích điện từ Mặt Trời lan tỏa khắp Hệ Mặt Trời. Gió Mặt Trời lan rộng khắp Hệ Mặt Trời với những tác động rộng khắp. Cùng với sự bùng nổ của vật chất và dòng điện từ Mặt Trời, nó góp phần tạo ra cực quang, làm xói mòn bầu khí quyển của các hành tinh và tạo ra dòng điện có thể gây quá tải lưới điện và ảnh hưởng đến thông tin liên lạc trên Trái Đất. Việc tìm hiểu tác động của gió Mặt Trời bắt đầu bằng việc tìm hiểu nguồn gốc của nó từ Mặt Trời.
Hình ảnh WISPR cho phép các nhà khoa học quan sát kỹ hơn những gì xảy ra với gió Mặt Trời ngay sau khi nó thoát ra khỏi vành nhật hoa. Hình ảnh cho thấy ranh giới quan trọng nơi hướng từ trường của Mặt Trời chuyển từ bắc sang nam, được gọi là dải dòng điện nhật quyển. Nó cũng ghi lại sự va chạm của nhiều vụ phun trào khối nhật hoa, hay CME — những vụ bùng phát lớn của các hạt tích điện, yếu tố chính chi phối thời tiết vũ trụ — lần đầu tiên ở độ phân giải cao.
"Trong những hình ảnh này, chúng tôi thấy các CME về cơ bản chồng chất lên nhau", Angelos Vourlidas, nhà khoa học thiết bị WISPR tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng Johns Hopkins, đơn vị thiết kế, chế tạo và vận hành tàu vũ trụ ở Laurel, Maryland, cho biết. "Chúng tôi đang sử dụng dữ liệu này để tìm hiểu cách các CME kết hợp với nhau, một yếu tố có thể rất quan trọng đối với thời tiết vũ trụ."
Video này, được tạo từ những hình ảnh do thiết bị WISPR của tàu thăm dò mặt trời Parker chụp trong chuyến bay phá kỷ lục qua Mặt trời vào ngày 25 tháng 12 năm 2024, cho thấy gió mặt trời đang thổi ra từ tầng khí quyển bên ngoài của Mặt trời, vành nhật hoa. NASA/Johns Hopkins APL/Phòng thí nghiệm nghiên cứu hải quân.
Khi các CME va chạm, quỹ đạo của chúng có thể thay đổi, khiến việc dự đoán điểm kết thúc của chúng trở nên khó khăn hơn. Sự hợp nhất của chúng cũng có thể gia tốc các hạt tích điện và trộn lẫn từ trường, khiến ảnh hưởng của CME có khả năng gây nguy hiểm hơn cho các phi hành gia, vệ tinh trong không gian và công nghệ trên mặt đất. Góc nhìn cận cảnh của Parker Solar Probe giúp các nhà khoa học chuẩn bị tốt hơn cho những tác động của thời tiết vũ trụ như vậy trên Trái Đất và xa hơn nữa.
Quan sát rõ hơn nguồn gốc của gió mặt trời
Gió Mặt Trời lần đầu tiên được đưa ra giả thuyết bởi nhà vật lý nhật học lỗi lạc Eugene Parker vào năm 1958. Lý thuyết của ông về gió Mặt Trời, vốn đã vấp phải nhiều chỉ trích vào thời điểm đó, đã cách mạng hóa cách chúng ta nhìn nhận Hệ Mặt Trời. Trước khi tàu thăm dò Mặt Trời Parker được phóng vào năm 2018, NASA và các đối tác quốc tế đã dẫn dắt các sứ mệnh như Mariner 2 , Helios, Ulysses , Wind và ACE , giúp các nhà khoa học hiểu được nguồn gốc của gió Mặt Trời — nhưng từ khoảng cách xa. Tàu thăm dò Mặt Trời Parker, được đặt theo tên của nhà khoa học quá cố, đang lấp đầy những khoảng trống hiểu biết của chúng ta về Mặt Trời ở khoảng cách gần hơn nhiều.
Trên Trái Đất, gió Mặt Trời chủ yếu là gió nhẹ ổn định, nhưng Parker Solar Probe phát hiện ra rằng nó hoàn toàn khác ở Mặt Trời. Khi tàu vũ trụ tiếp cận khoảng cách 23,5 triệu km từ Mặt Trời, nó đã gặp phải từ trường ngoằn ngoèo — một hiện tượng được gọi là chuyển hướng. Sử dụng dữ liệu của Parker Solar Probe, các nhà khoa học phát hiện ra rằng những chuyển hướng này , vốn xuất hiện thành từng cụm, phổ biến hơn dự kiến.
Khi tàu thăm dò Parker Solar Probe lần đầu tiên đi vào vành nhật hoa cách bề mặt Mặt trời khoảng 8 triệu dặm vào năm 2021, tàu đã nhận thấy ranh giới của vành nhật hoa không đồng đều và phức tạp hơn so với suy nghĩ trước đây.
Khi đến gần hơn, tàu thăm dò Mặt Trời Parker đã giúp các nhà khoa học xác định chính xác nguồn gốc của các đường cong gấp khúc tại các mảng trên bề mặt Mặt Trời, nơi hình thành các phễu từ. Năm 2024, các nhà khoa học công bố rằng gió Mặt Trời nhanh — một trong hai loại gió Mặt Trời chính — được cung cấp năng lượng một phần bởi các đường cong gấp khúc này, làm sáng tỏ thêm một bí ẩn đã tồn tại 50 năm.
Tuy nhiên, cần phải quan sát kỹ hơn mới có thể hiểu được gió mặt trời chậm, chỉ di chuyển với tốc độ 220 dặm một giây, bằng một nửa tốc độ của gió mặt trời nhanh.
“Điều chưa biết lớn nhất là: gió Mặt Trời được tạo ra như thế nào, và làm thế nào nó có thể thoát khỏi lực hấp dẫn khổng lồ của Mặt Trời?”, Nour Rawafi, nhà khoa học dự án Parker Solar Probe tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng Johns Hopkins, cho biết. “Việc hiểu được dòng chảy liên tục của các hạt này , đặc biệt là gió Mặt Trời chậm, là một thách thức lớn, nhất là khi xét đến tính chất đa dạng của các dòng này — nhưng với Parker Solar Probe, chúng ta đang tiến gần hơn bao giờ hết đến việc khám phá nguồn gốc và cách chúng tiến hóa.”
Hiểu về gió mặt trời chậm
Gió mặt trời chậm, có mật độ gấp đôi và biến đổi nhiều hơn gió mặt trời nhanh, rất quan trọng để nghiên cứu vì sự tương tác của nó với gió mặt trời nhanh có thể tạo ra các điều kiện bão mặt trời vừa phải ở Trái Đất, đôi khi sánh ngang với các CME.
Hình họa mô phỏng này cho thấy trạng thái đại diện của bong bóng từ trường Trái Đất chìm trong gió Mặt Trời chậm, trung bình khoảng 180 đến 300 dặm một giây. Phòng thí nghiệm hình ảnh khái niệm của Trung tâm bay vũ trụ Goddard của NASA.
Trước khi có tàu thăm dò Mặt Trời Parker, các quan sát từ xa cho thấy thực sự có hai loại gió Mặt Trời chậm, được phân biệt bằng hướng hoặc sự biến thiên của từ trường. Một loại gió Mặt Trời chậm, được gọi là Alfvénic, có những chuyển động đảo chiều nhỏ. Loại thứ hai, được gọi là không phải Alfvénic, không cho thấy những biến thiên này trong từ trường của nó.
Khi di chuyển xoắn ốc gần Mặt Trời hơn, Tàu thăm dò Mặt Trời Parker đã xác nhận thực sự có hai loại. Hình ảnh cận cảnh của nó cũng giúp các nhà khoa học phân biệt nguồn gốc của hai loại, mà các nhà khoa học tin là độc đáo. Gió không phải Alfvénic có thể thoát ra từ các đặc điểm gọi là luồng gió mũ sắt — những vòng lớn kết nối các vùng hoạt động, nơi một số hạt có thể nóng lên đủ để thoát ra — trong khi gió Alfvénic có thể bắt nguồn từ gần các lỗ vành nhật hoa, hay các vùng tối, mát mẻ trong vành nhật hoa.
Trên quỹ đạo hiện tại, đưa tàu vũ trụ chỉ cách Mặt Trời 3,8 triệu dặm, Parker Solar Probe sẽ tiếp tục thu thập thêm dữ liệu trong các lần bay qua vành nhật hoa sắp tới để giúp các nhà khoa học xác định nguồn gốc của gió Mặt Trời chậm. Lần bay qua tiếp theo sẽ diễn ra vào ngày 15 tháng 9 năm 2025.
Adam Szabo, nhà khoa học của sứ mệnh Parker Solar Probe tại Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, Maryland, cho biết: "Chúng tôi vẫn chưa có sự đồng thuận cuối cùng, nhưng chúng tôi có rất nhiều dữ liệu mới thú vị".
Tác giả: Mara Johnson-Groh
Trung tâm bay không gian Goddard của NASA, Greenbelt, Md.
