Khoảnh khắc lịch sử khi tàu thăm dò Parker Solar Probe của NASA lần đầu tiên xuyên qua tầng ngoài cùng của Mặt Trời, được gọi là vành nhật hoa (corona), vào ngày 28 tháng 4 năm 2021, đánh dấu một bước ngoặt lớn trong ngành khoa học vũ trụ. Sự kiện này không chỉ mở ra những hiểu biết sâu sắc về Mặt Trời mà còn cung cấp những kiến thức quan trọng về các ngôi sao khác trong vũ trụ.
Tàu Thăm Dò Parker “Chạm” Mặt Trời: Bước Tiến Đột Phá
Thomas Zurbuchen, phó quản trị viên của Ban Giám đốc Sứ mệnh Khoa học tại trụ sở NASA ở Washington DC, đã khẳng định rằng: “Tàu thăm dò Parker đã ‘chạm’ vào Mặt Trời. Đây là một khoảnh khắc tuyệt vời cho khoa học năng lượng mặt trời, đồng thời là một thành tựu đáng chú ý.”
Sự kiện này không chỉ mang ý nghĩa biểu tượng mà còn có giá trị khoa học to lớn. Việc nghiên cứu Mặt Trời giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình tiến hóa của nó và tác động của nó đến hệ mặt trời. Những gì chúng ta học được về ngôi sao của mình cũng giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các ngôi sao khác trong vũ trụ.
Vành Nhật Hoa và Gió Mặt Trời: Ranh Giới Mơ Hồ
Mặt Trời không phải là một quả cầu rắn mà là một “nồi súp” plasma dày đặc, với một lớp ngoài mỏng, giống như bầu khí quyển, được gọi là vành nhật hoa. Vật chất từ Mặt Trời thổi ra nhưng vẫn nằm trong từ trường của nó, chưa thể thoát ra không gian. Khi vật chất từ Mặt Trời thổi ra với tốc độ đủ lớn, nó có thể thoát khỏi vành nhật hoa và trở thành gió mặt trời, bay vào hệ mặt trời rộng lớn.
Ranh giới giữa vành nhật hoa và gió mặt trời không rõ ràng. Giới hạn thực sự của lớp ngoài cùng của Mặt Trời được gọi là Bề Mặt tới hạn Alfvén (ACS). Các nhà khoa học đã ước tính rằng ACS trải dài từ 10 đến 20 bán kính mặt trời từ bề mặt, tương đương khoảng 4,3 đến 8,6 triệu dặm, dựa trên hình ảnh từ xa của vành nhật hoa và các dữ liệu khác.
Hành Trình Xuyên Qua Vành Nhật Hoa Của Parker Solar Probe
Kể từ khi được phóng vào năm 2018, tàu thăm dò Parker đã đi theo quỹ đạo xoắn ốc, dần dần thắt chặt quanh Mặt Trời. Trong lần di chuyển thứ tám, khi cách Mặt Trời khoảng 18,8 bán kính mặt trời, nó đã gặp các điều kiện từ tính và hạt quan trọng, cho thấy nó đã vượt qua ACS và đi vào vành nhật hoa của Mặt Trời.
Phân tích từ thiết bị thu thập hạt trên tàu Parker cho thấy gió mặt trời gần ngôi sao này có những thay đổi đáng kinh ngạc khi từ trường đảo ngược. Gió mặt trời đi ra sẽ có dạng xoắn ốc hình chữ S trước khi bay thẳng. Những vòng xoắn này không phù hợp với bất kỳ mô hình nào trước đây, và các nhà khoa học vẫn chưa thể giải thích được.
Chuyến đi đầu tiên của tàu thăm dò vào vành nhật hoa chỉ kéo dài vài giờ. Tuy nhiên, khi chu kỳ mặt trời 11 năm bắt đầu, vành nhật hoa sẽ mở rộng ra ngoài, tạo cơ hội cho tàu thăm dò bay qua nó nhiều lần hơn. Trong quá trình di chuyển gần Mặt Trời, tàu Parker đã nhiều lần đi qua vành nhật hoa, chứng minh rằng ACS không phải là một lớp vỏ nhẵn mà chứa đầy những gợn sóng, gai và thung lũng.
Khám Phá Những Bí Ẩn Của Vành Nhật Hoa
Nour Raouafi, nhà khoa học dự án Parker, tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng Johns Hopkins, ở Maryland cho biết: “Chúng tôi đã tìm thấy bằng chứng về sự tồn tại của vành nhật hoa trong dữ liệu từ trường, dữ liệu gió mặt trời và hình ảnh trực quan. Chúng ta có thể thấy tàu vũ trụ đi qua các cấu trúc vòng, có thể nhìn thấy trong nhật thực toàn phần.”
Việc xác định cách những bất thường này hoạt động trên bề mặt Mặt Trời có thể là chìa khóa để xác định các sự kiện trên bề mặt của nó ảnh hưởng đến vành nhật hoa và cuối cùng là gió mặt trời. Mặc dù chúng ta đã biết rất nhiều về ngôi sao duy nhất của hệ mặt trời, nhưng vẫn cần một sứ mệnh như Parker để thâm nhập vào bầu khí quyển mặt trời. Chỉ sau 3 vòng quỹ đạo quanh Mặt Trời, chúng ta đã thu thập đủ dữ liệu để thay đổi nhiều điều trong quá khứ.
Nhiệm Vụ Tiếp Theo Và Khả Năng Chịu Đựng Của Tàu Parker
Trong chuyến bay thứ tám, tàu thăm dò Parker cách bề mặt Mặt Trời chưa đến 15 bán kính mặt trời. Cuối cùng, nó được dự đoán sẽ tiếp cận Mặt Trời trong vòng 8,86 bán kính của bề mặt. Chuyến bay tiếp theo của nó được lên kế hoạch vào tháng 1 năm 2022, nơi nó có khả năng sẽ đi qua vành nhật hoa một lần nữa.
Vành nhật hoa có thể lên tới hàng triệu độ C. Vậy làm thế nào tàu Parker có thể đến gần bề mặt Mặt Trời như vậy? Môi trường trong bầu khí quyển của Mặt Trời rất khắc nghiệt, nóng bức và đầy bức xạ. Tuy nhiên, tàu Parker được thiết kế để tồn tại.
Bí quyết nằm ở sự phân biệt giữa nhiệt độ và nhiệt. Nhiệt độ đo tốc độ chuyển động của các hạt, trong khi nhiệt là tổng năng lượng mà chúng truyền đi. Vành nhật hoa cực kỳ mỏng và có rất ít hạt ở đó để truyền năng lượng. Vì vậy, mặc dù các hạt di chuyển nhanh (nhiệt độ cao), chúng không thực sự truyền nhiều năng lượng cho tàu vũ trụ (nhiệt thấp).
Giống như sự khác biệt giữa việc cho tay vào lò nướng và cho tay vào nồi nước sôi. Trong không khí của lò nướng, tay bạn không bị nóng bằng khi chạm vào nước dày hơn của nồi nước sôi. Tàu Parker đã được phát triển để nghiên cứu Mặt Trời từ khoảng cách gần hơn bất kỳ tàu thăm dò nào trước đây. Nó có thể tồn tại nhờ một tấm chắn nhiệt bằng vật liệu composite carbon tiên tiến có thể chịu được nhiệt độ cao lên đến 2.500 độ F (khoảng 1.377 độ C).
Tấm chắn nhiệt này có tác dụng cắt xuyên qua sức nóng của Mặt Trời, giống như một chiếc xe đua phá tan không khí phía trước, tạo ra một luồng gió phía sau. Ở không gian phía sau xe đua, một chiếc xe khác ít bị cản gió hơn và có thể tăng tốc nhanh hơn so với khi ở phía trước. Tương tự với tàu Parker, tấm chắn nhiệt của nó đẩy nhiệt ra xa, giúp tàu và các thiết bị phía sau chịu được nhiệt độ dễ chịu hơn và không bị nóng chảy.
Những Nghiên Cứu Trước Đó Về Mặt Trời
Đây là một trong những sứ mệnh nghiên cứu khó khăn nhất của NASA cho đến nay. Hầu hết các nghiên cứu về vành nhật hoa của Mặt Trời trước đây đều được thực hiện thông qua kính thiên văn trên mặt đất hoặc vệ tinh nhân tạo trên quỹ đạo quanh Trái Đất.
Sứ mệnh đầu tiên nghiên cứu không gian giữa hành tinh của chúng ta và Mặt Trời là tàu thăm dò Helios 1. Được phóng vào không gian ngày 10 tháng 12 năm 1974, đến ngày 15 tháng 3 năm 1975, con tàu cách Mặt Trời khoảng 47 triệu km. Sau tàu Parker, đây là khoảng cách gần Mặt Trời nhất mà một thiết bị nghiên cứu do con người tạo ra đã đạt được.
Tàu vũ trụ liên lạc với các bộ điều khiển sứ mệnh trên mặt đất thông qua Mạng lưới Không gian Sâu (DSN). Bằng cách gửi tín hiệu đến tàu Parker và phân tích thông tin trả về, các kỹ sư tại Trung tâm Chuyến bay Vũ trụ Goddard xác định khoảng cách của tàu vũ trụ đến Mặt Trời, cũng như tốc độ của nó.
Hành Trình Đầy Thử Thách Và Tốc Độ Đáng Kinh Ngạc
Với trọng lượng khoảng 635 kg, tàu Parker tương đối nhẹ so với một tàu vũ trụ. Nó được phóng vào không gian bằng một trong những tên lửa mạnh nhất hành tinh, tên lửa đẩy Delta IV Heavy do United Launch Alliance (ULA) sản xuất.
Việc sử dụng tên lửa mạnh như vậy là cần thiết vì cần rất nhiều năng lượng để một tàu vũ trụ đến được Mặt Trời. Trên thực tế, năng lượng này gấp 55 lần năng lượng cần thiết để đến sao Hỏa. Tàu Parker cũng sẽ phá kỷ lục tàu vũ trụ nhanh nhất trong lịch sử. Trên quỹ đạo cuối cùng, gần Mặt Trời nhất, tàu Parker sẽ đạt tốc độ nhanh hơn bất kỳ tàu vũ trụ nào do con người tạo ra, lên tới 692.017 km/h (tương đương 192.227 mét/giây).
Nếu bạn chưa hình dung được tốc độ này nhanh như thế nào, hãy tưởng tượng: tốc độ 692.017 km/h đủ nhanh để đi từ New York (Mỹ) đến Tokyo (Nhật Bản) trong vòng chưa đầy … một phút! Trong sứ mệnh bay cuối cùng, tàu Parker sẽ tiếp cận Mặt Trời ở khoảng cách gần nhất. Tàu vũ trụ sẽ bay ở độ cao 6,1 triệu km trên bề mặt Mặt Trời, trở thành tàu vũ trụ đầu tiên trong lịch sử “chạm” gần nhất vào ngôi sao khổng lồ này.
Kết Luận
Sự kiện tàu thăm dò Parker “chạm” vào Mặt Trời đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lịch sử khám phá vũ trụ. Những dữ liệu thu thập được từ sứ mệnh này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về Mặt Trời, tác động của nó đến hệ mặt trời và mở ra những cánh cửa mới trong nghiên cứu về vũ trụ. Thành tựu này không chỉ là một chiến thắng của khoa học mà còn là nguồn cảm hứng cho những khám phá tiếp theo của nhân loại.