Mặt trời lúc đẹp nhất cũng là lúc nó nguy hiểm nhất

Được phóng lên không gian trong tháng 2/2010, dữ liệu thu được từ các bộ nhạy cảm của các công cụ trên NASA's Solar Dynamics Observatory đã định hình lại những gì chúng tôi biết về quy trình năng lượng mặt trời và nguyên nhân của hiện tượng thời tiết không gian "space weather", theo Alan Title, chuyên viên cao cấp làm việc tại the Lockheed Martin Advanced Technology Center ở Palo Alto, Hoa Kỳ, đồng thời là giáo sư vật lý làm việc tại Đại học Stanford University, Hoa Kỳ.

Mặt trời lúc đẹp nhất cũng là lúc nó nguy hiểm nhất. Đó là lúc mà ta nhìn thấy ánh sáng của mặt trời chiếu rọi xuống trái đất dưới dạng ánh sáng ở phía bắc và phía nam, xuất hiện khi các hạt tích điện từ xuất phát từ mặt trời đập vào thượng tầng khí quyển của trái đất. Nhưng trong không gian, những kết quả do Mặt trời gây ra hiện tượng thời tiết không gian theo chiều hướng có hại: các hạt năng lượng cao, tia X-quang và các tia gamma phát ra từ Mặt Trời có thể gây hại cho thiết bị điện tử nhạy cảm, máy ví tính, gây ra tai nạn và những tình huống nguy hiểm chết người tác động lên các nhà du hành vũ trụ.

Hầu hết thời gian, bầu khí quyển của Trái đất và từ trường bảo vệ chúng ta khỏi những sự kiện bạo lực xảy ra trong bầu không khí năng lượng mặt trời, chẳng hạn như các vụ nổ gần bề mặt của Mặt Trời hoặc các vụ phun trào của bong bóng khí lớn từ bên trong mặt trời (được gọi là CMES). Mặc dù vậy, khi các hạt tích điện từ Mặt Trời đánh vào từ trường của Trái đất, làm cho từ trường trái đất bị bóp méo và nén. Những hậu quả đi kèm là sự thay đổi mật độ của các hạt tích điện trong khí quyển trên của Trái đất có thể tạo ra hiệu ứng đáng kể, thông tin liên lạc vô tuyến có thể bị gián đoạn, đôi khi sự thay đổi đó có thể gây ra các dòng năng lượng cao gây tổn hại lâu dài trong đường dây điện, cáp chôn và đường ống dẫn dầu, mức độ khuyếch tán khổng lồ thậm chí phá hủy máy biến áp điện và cả lưới điện hạ thế.

Vòng tròn lửa

Tuy nhiên, giống như các màn hình cực quang, các quá trình năng lượng mặt trời gây ra thời tiết không gian cũng là cảnh đẹp tuyệt vời. Những hình ảnh bên trái cho thấy một sự nổi bật hình vòng phun trào từ bề mặt của Mặt trời, gửi một xung vật chất plasma ra ngoài ào ạt với tốc độ khoảng 300 km/s. Trước khi phun trào, cảnh tượng nổi bật này tồn tại như một ống dài tương đối mát mẻ, vật chất chứa từ tính ngay trên bề mặt có thể nhìn thấy được. Đó là một sự mất ổn định mà nguyên nhân gây ra bởi những cơ chế nào vẫn còn là điều bí ẩn. Các cơ chế như vậy là quan trọng bởi vì chúng có thể sản xuất CMES, có thể khởi động lên đến 10 tỷ tấn plasma nóng vào nhật quyển, gây ra hậu quả nghiêm trọng cho bất kỳ đối tượng, con người... trên trái đất.

Một trong những mục tiêu chính của nhiệm vụ mới của NASA's Solar Dynamics Observatory là tìm hiểu những cơ chế bất ổn. Để tìm hiểu thêm về những cơ chế này, và những hiện tượng mà chúng gây ra, chúng tôi cần quan sát các sự kiện phun trào năng lượng mặt trời khi chúng xảy ra. Đây không phải là điều dễ dàng. Sự lan truyền và vụ phun trào của bong bóng khí lớn từ bên trong mặt trời CMES có thể xảy ra gần như bất cứ nơi nào vào bất cứ lúc nào, vì vậy chúng ta cần một hệ thống giám sát có thể quan sát toàn bộ bề mặt của Mặt Trời liên tục.

Hơn nữa, các vụ nổ năng lượng mặt trời nhanh chóng với tốc độ 1000 km/s, là không phổ biến, những hình ảnh như vậy phải được thu thập và với thời gian phơi nhiễm có thể chụp hình được diễn biến của các sự kiện phức tạp. Gửi dữ liệu từ nhiều hình ảnh về Trái đất và sau đó phân phối cho cộng đồng khoa học cũng hết sức khó khăn. Cuối cùng, có tất cả các vấn đề thông thường kết hợp với làm việc trong không gian: Bạn chỉ có một cơ hội, vì thế nếu thiết bị không hoạt động, sau đó bạn không thể sửa chữa nó; tất cả thiết bị đã được chọn lựa kỹ bởi vì nó có giá £ 200.000/kg chỉ để khởi động một thử nghiệm, và các dụng cụ nhạy cảm và máy tính phải có khả năng chịu được thời tiết không gian rất khắc nghiệt, có nghĩa là để nghiên cứu, mà không có sự bảo vệ của từ trường của Trái đất.

Các kết quả từ những nhiệm vụ này trước đó được cung cấp một cái nhìn mời mọc của Mặt trời hoạt động như thế nào. Tuy nhiên, nhiệm vụ mới này sẽ cho chúng tôi nhiều hơn nữa về mặt trời hơn so với người tiền nhiệm. Tất cả hình ảnh trước đây của quầng mặt trời bị ba hạn chế lớn. Một là hình ảnh không kết hợp với độ phân giải không gian cao, nên không thể quan sát được toàn bộ đĩa của Mặt Trời. Thứ hai, các dụng cụ không thể chụp rất nhiều ảnh liên tiếp vì những giới hạn tỷ lệ dữ liệu có thể được gửi về Trái đất. Và cuối cùng, bởi vì các thiết bị trước đây không thể chụp các hình ảnh trên một loạt các bước sóng khác nhau, và với một tốc độ tương đương với sự phát triển vành nhật hoa, nó đã không thể phân biệt liệu các sự kiện quan sát được là do nhiệt, làm lạnh hoặc thay đổi mật độ.