Mặt trời không phải là khối cầu hoàn hảo

Các nhà khoa học mới đây đã sử dụng tàu vũ trụ RHESSI (NASA) để kiểm tra độ tròn của mặt trời với độ chính xác chưa từng có. Họ phát hiện rằng mặt trời không phải là khối cầu hoàn hảo. Trong những năm có hoạt động mạnh mẽ, mặt trời đã hình thành “lớp da dưa đỏ” dần dần tăng độ dẹt của nó: bán kính vùng xích đạo của mặt trời lớn hơn chút xíu so với bán kính ở vùng cực nó.

Kết quả được công bố trên tờ Science Express ngày 2 tháng 10.

Đồng tác giả Hugh Hudson thuộc đại học California Berkeley cho biết: “Mặt trời là vật thể lớn nhất do đó cũng là vật thể trơn nhẵn nhất trong hệ mặt trời. Chính vì có lực trọng trường cực mạnh nên độ hoàn hảo của nó đạt tới 99,999%. Xác định được hình dạng chính xác của mặt trời không phải là chuyện đơn giản”.

Nhóm nghiên cứu đã hoàn thiện công việc bằng cách phân tích dữ liệu từ máy ảnh kính quang phổ mặt trời năng lượng cao Reuven Ramaty hay RHESSI, đây là chiếc kính viễn vọng không gian tia X được phóng vào năm 2002 với nhiệm vụ tìm hiểu ngọn lửa của mặt trời. Mặc dù RHESSI không được tạo nên với mục đích xác định độ tròn của mặt trời nhưng thực tế nó lại rất lý tưởng đối với mục đích này. RHESSI đã quan sát đĩa mặt trời qua một đường cắt hẹp, và quay ở 15 rpm. Vòng quay nhanh cùng với dữ liệu lấy mẫu mô hình của tàu vũ trụ (rất cần thiết để thu được hình ảnh ngọn lửa của mặt trời) đã tạo điều kiện cho các nhà nghiên cứu truy tìm dấu tích hình dạng của mặt trời với ít sai số hệ thống hơn so với các nghiên cứu trước. Kỹ thuật của họ đặc biệt nhạy cảm đối với các khác biệt nhỏ trong bán kính xích đạo và bán kính vùng cực hay còn gọi là “độ dẹt”.

Hudson mô tả: “Chúng tôi phát hiện thấy bề mặt của mặt trời có cấu trúc khá gồ ghề: các đường lằn sáng được xắp xếp theo kiểu mạng lưới, giống như vỏ của quả dưa đỏ nhưng tinh tế hơn nhiều. Trong các giai đoạn hoạt động mạnh mẽ của mặt trời, các đường lằn này xuất hiện quanh vùng xích đạo, làm sáng hơn và làm to hơn “phần eo của ngôi sao”. Vào thời gian quan sát năm 2004 của tàu RHESSI, các đường lằn làm tăng bán kính xích đạo của mặt trời với một góc bằng 10,77 + 0,44 milli arcsecond, hay tương đương với chiều rộng của một sợi tóc con người khi được nhìn từ cách xa một dặm. 

Alexei Pevtsov, nhà khoa học thuộc chương trình RHESSI tại NASA, cho biết: “Nghe có vẻ như chỉ là một góc rất nhỏ nhưng thực tế nó lại có ý nghĩa lớn”. Sự lệch hướng nhỏ từ độ tròn hoàn hảo có thể ảnh hưởng đến lực kéo của mặt trời đối với sao Thủy; đồng thời làm biến đổi thuyết tương đối của Anhxtanh. Thuyết tương đối của Anhxtanh lại phụ thuộc vào các tính toán cẩn trọng về quỹ đạo của các hành tinh. Các chỗ phình ra tuy nhỏ nhưng cũng là các dấu hiệu làm lộ diện chuyển động bí hiểm bên trong mặt trời. Ví dụ, nếu mặt trời có lõi chuyển động nhanh sau giai đoạn đầu của quá trình hình thành sao thì nó sẽ khiến bề mặt phình ra. “Các phép tính toán chính xác của RHESSI đưa ra các điều kiện khắt khe cho những mô hình như thế”.

Các đường lằn như vỏ dưa thực chất có từ tính. Chúng tạo nên các ô đối lưu sủi bọt tăm khổng lồ trên bề mặt của mặt trời và được gọi là các “siêu hạt”. Siêu hạt là các bong bóng trong một ấm nước đang sôi được phóng đại lên với kích cỡ của một ngôi sao, trên mặt trời chúng có thể có bề ngang đạt tới 30.000 km (gấp đôi chiều rộng của Trái Đất), và được tạo thành từ plasma từ hóa sôi sùng sục. Từ trường ở trung tâm của những quả bong bóng này lan ra đến tận rìa, tại đó chúng hình thành nên các đường lằn từ tính. Các đường lằn hiện lên rõ nhất trong những năm gần thời điểm Solar Max – thời điểm đinamô bên trong mặt trời “tăng tốc độ quay” để tạo nên từ trường mạnh nhất. Các nhà vật lý học nghiên cứu mặt trời đã biết đến siêu hạt và mạng lưới từ tính mà chúng tạo ra nhiều năm nay, nhưng chỉ đến bây giờ RHESSI mới có thể tiết lộ mối quan hệ không ngờ đến giữa các siêu hạt và độ dẹt của mặt trời.

Hudson cho biết: “Khi chúng tôi loại trừ tác động của mạng lưới từ tính, chúng tôi có được thông số chính xác về hình dạng của mặt trời dưới tác động của các lực trọng trường và chuyển động. Độ dẹt đã được hiệu chỉnh của mặt trời không từ tính là 8.01 +- 0.14 milli arcsecond, gần với giá trị dự đoán của một vòng quay đơn giản”.

Phân tích bổ sung từ dữ liệu về độ dẹt mà RHESSI thu được có thể giúp các nhà nghiên cứu phát hiện một dạng sóng địa chấn đã được tìm kiếm từ lâu đang vang vọng bên trong mặt trời: chính là sự dao động trọng trường hay còn gọi là “g-mode”. Phát hiện ra g-mode sẽ mở ra một ranh giới mới cho ngành vật lý mặt trời – ngành khoa học nghiên cứu phần lõi bên trong của mặt trời.

Martin Fivian, Hugh Hudson, Robert Lin và Jabran Zahid đã viết bài báo công bố kết quả phát hiện với tiêu đề “A large excess in apparent solar oblateness due to surface magnetism” (tạm dịch là “Mặt trời dẹt hơn mức bình thường do từ tính bề mặt”); bài báo được công bố trên số ra ngày 2 tháng 10, tờ Science Express.