Một nhóm các nhà khoa học từ Viện Nghiên cứu Hệ Mặt trời Max Planck (MPS) ở Đức đã đạt được bước tiến đáng kể trong việc tìm hiểu một trong những bí ẩn gây nhức nhối nhất của Mặt trời: làm thế nào để ngôi sao của chúng ta đẩy các hạt tạo nên Mặt trời. gió trời trong không gian?
Thông tin cung cấp một viễn cảnh khác biệt về một khu vực quan trọng của vành nhật hoa mà trước đây các nhà nghiên cứu khó tiếp cận. Ở đó, nhóm nghiên cứu đã lần đầu tiên ghi lại được một mạng lưới năng động gồm các cấu trúc plasma giống như một trang web dài, chằng chịt. Một bức tranh rõ ràng xuất hiện khi dữ liệu từ các tàu thăm dò không gian khác nhau và các mô phỏng máy tính toàn diện được kết hợp: năng lượng từ trường được giải phóng và các hạt thoát ra ngoài không gian nơi các cấu trúc mạng vành nhật hoa kéo dài tương tác với nhau.
Vệ tinh môi trường hoạt động địa tĩnh (GOES) của Cơ quan quản lý khí quyển và đại dương quốc gia Hoa Kỳ (NOAA) có truyền thống quan tâm đến những thứ khác ngoài mặt trời.
Một chiến dịch quan sát thăm dò để ghi lại hình ảnh vành nhật hoa mở rộng đã diễn ra vào tháng 2018 và tháng XNUMX năm XNUMX. Trong hơn một tháng, Thiết bị chụp ảnh tia cực tím mặt trời (SUVI) của GOES đã nhìn thẳng vào Mặt trời như thường lệ và chụp ảnh về hai phía của nó.
Tiến sĩ Dan Seaton của SwRI, người từng là nhà khoa học trưởng của SUVI trong chiến dịch quan sát, cho biết: “Chúng tôi đã có cơ hội hiếm có để sử dụng một công cụ theo cách khác thường để quan sát một khu vực chưa được khám phá. Chúng tôi thậm chí còn không biết liệu nó có hoạt động hay không, nhưng nếu có, chúng tôi sẽ có những khám phá quan trọng.”
Nhật hoa trung gian, một lớp khí quyển mặt trời cao hơn 350 nghìn km so với vùng có thể nhìn thấy bề mặt của mặt trời, lần đầu tiên có thể được chụp ảnh bằng tia cực tím bằng cách tích hợp các bức ảnh từ các góc nhìn khác nhau, giúp tăng đáng kể trường nhìn của thiết bị.
Tiến sĩ Pradeep Chitta của MPS, tác giả chính của nghiên cứu mới, cho biết, “Ở giữa vầng hào quang, nghiên cứu về năng lượng mặt trời có một điểm mù nào đó. Dữ liệu GOES hiện cung cấp một cải tiến đáng kể. Ở vành nhật hoa ở giữa, các nhà nghiên cứu nghi ngờ các quá trình điều khiển và điều chỉnh gió mặt trời.”
© Thiên văn học thiên nhiên, Chitta et al. / GOES/SUVI / SOHO/LASCO
Một trong những khía cạnh bao quát nhất của ngôi sao chúng ta là gió mặt trời. Nhật quyển, một bong bóng plasma hiếm biểu thị phạm vi ảnh hưởng của Mặt trời, được tạo ra bởi dòng hạt tích điện mà Mặt trời phóng vào không gian và di chuyển đến giới hạn của Hệ Mặt trời của chúng ta. Gió mặt trời được chia thành các thành phần nhanh và chậm tùy theo tốc độ của nó. Phần bên trong của các lỗ nhật hoa, những khu vực xuất hiện tối trong bức xạ cực tím nhật hoa, là nơi bắt nguồn cái gọi là gió mặt trời nhanh, có thể di chuyển với tốc độ hơn 500 km/giây. Tuy nhiên, người ta biết ít hơn về nguồn gốc của gió mặt trời chậm chạp. Tuy nhiên, ngay cả các hạt của gió mặt trời chậm cũng di chuyển trong không gian với tốc độ siêu thanh từ 300 đến 500 km/s.
Plasma coronal nóng hơn một triệu độ cần thoát khỏi Mặt trời để tạo thành gió Mặt trời chậm. Cơ chế nào đang hoạt động ở đây? Hơn nữa, gió mặt trời chậm lại không đồng nhất mà bộc lộ, ít nhất là một phần, cấu trúc dạng tia của các luồng có thể phân biệt rõ ràng. Chúng bắt nguồn từ đâu và như thế nào? Đây là những câu hỏi được giải quyết trong nghiên cứu mới.
Một khu vực gần xích đạo có thể được nhìn thấy trong dữ liệu GOES đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu: hai lỗ vành nhật hoa, nơi gió Mặt trời thổi ra khỏi Mặt trời mà không bị cản trở, gần một khu vực có từ trường mạnh. Những tương tác hệ thống này được coi là nguồn gốc tiềm năng của gió mặt trời chậm chạp.
Vành nhật hoa ở giữa phía trên khu vực này được mô tả bằng các cấu trúc plasma kéo dài hướng hoàn toàn ra ngoài trong dữ liệu GOES. Hiện tượng này, lần đầu tiên được quan sát trực tiếp, được nhóm tác giả gọi là mạng vành nhật hoa. Cấu trúc của web tương tác và tổ chức lại thường xuyên.
Các nhà nghiên cứu từ lâu đã biết plasma mặt trời của vành nhật hoa bên ngoài thể hiện một kiến trúc tương tự. Trong nhiều thập kỷ, coronagraph LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraph) trên tàu vũ trụ SOHO, đã kỷ niệm 25 năm thành lập vào năm ngoái, đã cung cấp hình ảnh từ khu vực này dưới ánh sáng khả kiến.
Gió mặt trời chậm bắt đầu hành trình vào không gian ở đó được các nhà khoa học cho là có cấu trúc tương tự như cấu trúc của dòng phản lực. Như nghiên cứu gần đây đã chứng minh một cách ấn tượng, cấu trúc này đã chiếm ưu thế ở giữa tôn lên.
Các nhà nghiên cứu cũng đã kiểm tra thông tin từ các tàu thăm dò không gian khác để hiểu sâu hơn về hiện tượng: Một bức ảnh cùng thời điểm về bề mặt của Mặt trời được cung cấp bởi Đài quan sát Động lực học Mặt trời (SDO) của NASA, trong khi một bức ảnh bên được cung cấp bởi tàu vũ trụ STEREO-A. đã quay quanh Mặt trời trước Trái đất kể từ năm 2006.
Tiến sĩ Cooper Downs của Predictive Science Inc., người đã thực hiện các mô phỏng trên máy tính, cho biết: “Bằng cách sử dụng các kỹ thuật tính toán hiện đại kết hợp các quan sát viễn thám về Mặt trời, các nhà nghiên cứu có thể sử dụng siêu máy tính để xây dựng các mô hình 3D thực tế về từ trường khó nắm bắt trong vành nhật hoa. Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng mô hình thủy động lực học tiên tiến (MHD) để mô phỏng từ trường và trạng thái plasma của vành nhật hoa trong giai đoạn này.”
Tiến sĩ Cooper Downs của Predictive Science Inc., người đã thực hiện các mô phỏng trên máy tính, cho biết: “Điều này đã giúp chúng tôi kết nối các động lực hấp dẫn mà chúng tôi quan sát được ở vành nhật hoa ở giữa với các lý thuyết phổ biến về sự hình thành gió mặt trời.”
chitta nói, “Như các tính toán cho thấy, cấu trúc của mạng vành nhật hoa tuân theo các đường sức từ. Phân tích của chúng tôi cho thấy rằng kiến trúc của từ trường ở vành nhật hoa ở giữa được in dấu trên gió mặt trời chậm và đóng vai trò quan trọng trong việc tăng tốc các hạt vào không gian. Theo kết quả mới của nhóm nghiên cứu, plasma nóng của Mặt trời ở giữa vành nhật hoa chảy dọc theo các đường sức từ mở của mạng vành nhật hoa. Nơi các đường sức giao nhau và tương tác, năng lượng được giải phóng.”
“Có nhiều gợi ý rằng các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu về một hiện tượng cơ bản. Trong thời kỳ Mặt Trời hoạt động mạnh, các lỗ vành nhật hoa thường xuất hiện gần đường xích đạo gần với các khu vực có cường độ từ trường cao. Do đó, mạng coronal mà chúng tôi quan sát được không có khả năng là một trường hợp cá biệt.”
Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ thu được những hiểu biết sâu hơn và chi tiết hơn từ các sứ mệnh năng lượng mặt trời trong tương lai. Một số trong số chúng, chẳng hạn như sứ mệnh Proba-3 của ESA được lên kế hoạch cho năm 2024, được trang bị các công cụ nhắm vào vành nhật hoa ở giữa. MPS tham gia vào quá trình xử lý và phân tích dữ liệu của nhiệm vụ này. Cùng với dữ liệu quan sát từ các tàu thăm dò hiện đang hoạt động như Tàu thăm dò Mặt trời Parker của NASA và Tàu quỹ đạo Mặt trời của ESA, rời khỏi đường Trái đất-Mặt trời, điều này sẽ cho phép hiểu rõ hơn về cấu trúc ba chiều của mạng nhật hoa.
Tạp chí tham khảo:
- LP Chitta, DB Seaton, C. Downs, CE DeForest, AK Higginson. Quan sát trực tiếp mạng vành nhật hoa phức tạp điều khiển gió mặt trời chậm có cấu trúc cao. Thiên văn học Thiên văn, ngày 24 tháng 2022 năm XNUMX. DOI: 10.1038/s41550-022-01834-5
