Tháng 2/2020, Đài quan sát năng lượng mặt trời (SDO) của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) kỷ niệm 10 năm hoạt động trong vũ trụ. Một thập kỷ qua, SDO đã luôn hướng quan sát về mặt trời, nghiên cứu cách mặt trời hoạt động và định hướng thời tiết không gian cho toàn bộ Hệ mặt trời, trong đó có cả Trái đất.
Những khám phá về Mặt trời của SDO
Kể từ khi được phóng lên vũ trụ vào ngày 11/2/2010, SDO đã thu thập được hàng triệu những bức ảnh khoa học về ngôi sao gần nhất với chúng ta, cung cấp cho các nhà khoa học những góc nhìn mới về hoạt động của mặt trời. Những dữ liệu đo đạc được về mặt trời của SDO, từ bên trong đến bầu khí quyển, từ trường và năng lượng sản sinh, đã đóng góp cho chúng ta những kiến thức khổng lồ về mặt trời. Những bức ảnh của SDO đã trở thành biểu tượng, và nếu bạn nhìn thấy những hoạt động cận cảnh của Mặt trời, thì gần như nó là của SDO. Quá trình hoạt động của SDO trong không gian cho phép nó quan sát gần như toàn bộ chu kỳ kéo dài 11 năm hoạt động của mặt trời. Và đây là một vài điểm nhất về thành quả mà SDO có được trong những năm qua.
Những vầng lửa tuyệt vời
Ngay sau khi triển khai thiết bị, SDO đã chụp được vụ phun trào tuyệt đẹp này vào ngày 30-3-2010. (Ảnh: NASA)
SDO đã chứng kiến vô số ngọn lửa kinh hoàng, đó là những chùm plasma khổng lồ được giải phóng từ bề mặt mặt trời. Rất nhiều trong số những ngọn lửa đó đã trở thành hình ảnh mang tính biểu tượng về sự dữ dội của mặt trời. Trong khoảng một năm rưỡi đầu tiên, SDO đã chứng kiến gần 200 ngọn lửa mặt trời, cho phép các nhà khoa học phát hiện ra mô hình hoạt động của chúng. Họ nhận thấy rằng khoảng 15% ngọn lửa bùng phát ở giai đoạn muộn, sẽ diễn ra trong vài phút đến vài giờ sau khi bùng phát ban đầu. Nghiên cứu từ những mô hình đặc biệt này, các nhà khoa học đã hiểu rõ hơn về tổng năng lượng được tạo ra khi mặt trời phun trào.
Những lốc xoáy trên Mặt trời
Vào tháng 2/2012, SDO đã thu thập được những hình ảnh về những cơn lốc xoáy plasma lạ thường trên bề mặt của mặt trời. Những quan sát về sau cho thấy, những cơn lốc xoáy này được tạo nên bởi từ trường xoay plasma, có tốc độ quay lên tới 186 nghìn dặm trong một giờ. Còn trên trái đất, các cơn lốc xoáy đạt tốc độ tối đa khoảng 300 dặm một giờ.
Cơn sóng khổng lồ
Biển plasma cuồn cuộn trên bề mặt của mặt trời có thể tạo ra những cơn sóng khổng lồ di chuyển xung quanh mặt trời với vận tốc lên tới 3 triệu dặm một giờ. Những cơn sóng này, được đặt tên là sóng EIT, sau khi một thiết bị có cùng tên trên một tàu vũ trụ quan sát mặt trời khác (Đài quan sát mặt trời và nhật quyển) phát hiện ra chúng, được SDO chụp lại ở độ phân giải cao vào năm 2010. Những quan sát này lần đầu tiên cho thấy các cơn sóng này chuyển động vòng quanh bề mặt của mặt trời như thế nào. Những nhà khoa học nghi ngờ những con sóng này được điều khiển bởi những cơn phun trào cực quang, vốn thường phun những đám mây plasma vào Hệ mặt trời.
Những sao chổi dễ cháy
Trong những năm qua, SDO đã theo dõi hai sao chổi bay theo mặt trời. Tháng 12 năm 2011, các nhà theo dõi cách mà sao chổi Lovejoy thoát khỏi việc bị thiêu cháy khi nó bay qua quỹ đạo cách bề mặt của mặt trời 516 nghìn dặm. Còn sao chổi ISON thì không thoát được cuộc chạm trán này với mặt trời. Thông qua những quan sát như thế này, các nhà khoa học đã được SDO cung cấp nhiều thông tin mới việc mặt trời tương tác với các sao chổi như thế nào.
Vòng lưu thông trên bề mặt
Vốn không có bề mặt rắn, mặt trời tồn tại dưới dạng dòng chảy do sức nóng dữ dội luôn cố gắng trốn thoát và sự quay của mặt trời. Việc di chuyển ở các vĩ độ trung bình là những mô hình lưu thông quy mô lớn được gọi là vòng lưu thông Meridonial. Những quan sát của SDO cho thấy các vòng lưu thông này phức tạp hơn so với suy nghĩ của các nhà khoa học và liên kết với việc tạo ra các vết đen trên mặt trời. Các hình mẫu tuần hoàn này thậm chí có thể giải thích tại sao cùng một thời điểm một nửa bán cầu có nhiều vết đen hơn phần còn lại.
Dự báo tương lai
Mặt trời đang tuôn ra vật chất từ những cơn phun trào cực quang (CME) và những cơn gió mặt trời ra toàn bộ Hệ mặt trời. Khi chúng tương tác với môi trường từ tính của trái đất, chúng có thể tạo ra thời tiết không gian, có thể gây nguy hiểm cho tàu vũ trụ và các phi hành gia. Sử dụng dữ liệu từ SDO, các nhà khoa học có thể làm việc với mô hình của một CME khi di chuyển qua Hệ mặt trời để đánh giá các hiệu ứng tiềm tàng trên trái đất. Việc quan sát mặt trời trên cơ sở thời gian dài cũng giúp các nhà khoa học xây dựng một mô hình học-máy để cố gắng dự đoán khi nào mặt trời giải phóng CME.
Sự mờ đi của vành sáng Mặt trời
Vành khí quyển siêu nóng bên ngoài của mặt trời, corona - vành sáng xung quanh mặt trời, đôi khi bị mờ đi. Các nhà khoa học khi nghiên cứu về sự mờ đi của vành sáng này đã phát hiện ra liên kết của chúng với các CME, vốn gây ảnh hưởng chính lên các sự kiện thời tiết vũ trụ khắc nghiệt có thể làm hỏng các vệ tinh và gây nguy hiểm cho các phi hành gia. Từ các dữ liệu được quan sát bởi SDO, các nhà khoa học có thể tính toán khối lượng và vận tốc của các sự kiện CME, loại nguy hiểm nhất, lên trái đất. Bằng việc liên kết với sự mờ đi của vành sáng đến kích thước của các CME, các nhà khoa học di vọng có thể nghiên cứu các tác động của thời tiết không gian quanh các ngôi sao khác, vốn quá xa để có thể đo được các CME của chúng.
Sinh tử của một vòng Mặt trời
Trong suốt một thập kỷ hoạt động, hiện nay, SDO đã quan sát gần trọn một chu kỳ mặt trời kéo dài 11 năm. Khởi đầu gần như bắt đầu của một chu kỳ mặt trời, SDO đã thấy hoạt động của mặt trời đạt đến tối đa và giờ thì đang mờ dần đến mức tối thiểu. Những quan sát kéo dài hàng năm này đã giúp các nhà khoa học hiểu được các tín hiệu của việc suy thoái và của sự bắt đầu của một chu kỳ mặt trời.
Các hố vành cực
Hình ảnh được SDO chụp vào ngày 16/3/2015, cho thấy hai điểm tối, được gọi là lỗ vành. Lỗ vành dưới, một lỗ vành cực, là một trong những lỗ lớn nhất được quan sát thấy trong nhiều thập kỷ. (Ảnh: NASA).
Thi thoảng bề mặt của mặt trời có những vết của một vùng tối rất lớn, gọi là các hố vành sáng, nơi bức xạ cực tím phát ra thấp. Liên kết với từ trường của mặt trời, các hố này đi theo chu kỳ mặt trời, tăng mạnh khi mặt trời đạt cực đại. Khi chúng di chuyển đến đỉnh và đáy của mặt trời, chúng được gọi là hố vành cực và các nhà khoa học có thể sử dụng việc biến mất của chúng để xác định khi nào từ trường của mặt trời đảo ngược - một dấu hiệu xác định khi nào mặt trời đạt cực đại.
Những bùng nổ từ tính mới
Sự tái kết nối từ tính lần đầu tiên được quan sát từ SDO vào ngày 3/5/2012. (Ảnh: NASA).
Ở thời điểm kết thúc một thập kỷ vào tháng 12/2019, các quan sát của SDO cho phép các nhà khoa học khám phá ra một dạng mới của sự bùng nổ từ tính. Dạng đặc biệt này, được gọi là sự tái kết nối từ tính tự phát (so với các dạng tái kết nối từ tính phổ biến đã được quan sát trước đó) giúp xác nhận một lý thuyết đã có hàng thập kỷ. Nó thậm chí có thể giúp các nhà khoa học hiểu được tại sao bầu khí quyết mặt trời lại quá nóng, dự đoán được thời tiết không gian tốt hơn, và có thể dẫn đến đột phá trong việc kiểm soát nhiệt hạch và các thí nghiệm plasma trong phòng thí nghiệm.
Vào năm thứ mười này, SDO sẽ tham gia với Tàu quỹ đạo mặt trời Solar Orbiter của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) trong một nhiệm vụ kết hợp giữa ESA và NASA. Với quỹ đạo nghiêng của mình, tàu Solar Orbiter sẽ có khả năng quan sát vùng cực nơi mà SDO bị hạn chế bao phủ. Solar Orbiter có những thiết bị hoàn thiện cho phép cả hai nhiệm vụ phối hợp với nhau tạo ra những hình ảnh 3D các cấu trục bên dưới bề mặt nhìn thấy được của mặt trời, cung cấp cho các nhà khoa học nhưng hiểu biết lớn hơn về các hoạt động mặt trời trong những năm tiếp theo.