Mặt trời – nguồn năng lượng và bí ẩn lớn của hệ Mặt trời
Mặt trời, với đường kính khoảng 1,4 triệu km, là một quả cầu plasma khổng lồ nằm ở trung tâm hệ Mặt trời. Trong suốt hàng nghìn năm, con người đã quan sát và nghiên cứu Mặt trời, từ các nền văn minh cổ đại cho đến khoa học hiện đại ngày nay.
Tuy nhiên, dù đã phóng nhiều vệ tinh và tàu thăm dò tiếp cận rất gần, Mặt trời vẫn còn vô số bí ẩn. Một trong những câu hỏi lớn nhất là: từ trường của Mặt trời ảnh hưởng đến toàn bộ hệ Mặt trời như thế nào, đặc biệt thông qua hiện tượng gió mặt trời.
Ý tưởng táo bạo: tạo ra một “Mặt trời nhỏ” trên Trái Đất
Để tìm lời giải, các nhà nghiên cứu tại Đại học Wisconsin–Madison (UW–Madison) đã lựa chọn một hướng tiếp cận đầy táo bạo. Thay vì chỉ dựa vào dữ liệu vệ tinh, họ quyết định tái tạo các quá trình vật lý của Mặt trời trong phòng thí nghiệm.
Kết quả là một thiết bị có tên Big Red Ball (Quả cầu đỏ lớn) ra đời. Công trình này được công bố trên tạp chí Nature Physics vào ngày 29/7.
Mặc dù nhỏ hơn Mặt trời thật hàng triệu lần, Big Red Ball vẫn có kích thước đáng kể:
Đường kính: khoảng 3 mét
Hình dạng: giống một bộ não người, phủ đầy dây dẫn và khung thép
Big Red Ball hoạt động như thế nào?
Về nguyên lý, Big Red Ball mô phỏng các thành phần cốt lõi của Mặt trời:
Khí heli được bơm vào và ion hóa để tạo thành plasma
Một nam châm đặt ở trung tâm tạo ra từ trường
Dòng điện được cấp vào hệ thống để kích thích plasma chuyển động
Nhờ đó, các nhà khoa học có thể tái tạo chính xác cách plasma và từ trường tương tác, tương tự như những gì đang diễn ra trên Mặt trời thật.
Tập trung nghiên cứu gió mặt trời
Mục tiêu chính của thí nghiệm là gió mặt trời – dòng hạt mang điện liên tục phát ra từ Mặt trời và lan khắp hệ Mặt trời.
Theo Ethan Peterson, tác giả chính của nghiên cứu và là nghiên cứu sinh tại UW–Madison:
“Các nhiệm vụ vệ tinh đã ghi nhận khá rõ nguồn gốc của gió mặt trời nhanh. Tuy nhiên, chúng tôi muốn hiểu cụ thể gió mặt trời chậm được tạo ra như thế nào và phát triển ra sao khi di chuyển về phía Trái Đất.”
Tái tạo xoắn ốc Parker trong phòng thí nghiệm
Một kết quả quan trọng của Big Red Ball là khả năng tái tạo xoắn ốc Parker – cấu trúc từ trường xoắn ốc kéo dài từ Mặt trời ra toàn bộ hệ Mặt trời.
Trong thí nghiệm:
Plasma chuyển động tạo ra cấu trúc từ trường xoắn
Các cảm biến cho phép lập “bản đồ tỷ lệ lớn” của xoắn ốc Parker
Qua đó, nhóm nghiên cứu xác nhận trực tiếp cách dòng plasma của Mặt trời hình thành nên cấu trúc từ trường này – điều trước đây chủ yếu chỉ được suy luận từ quan sát vệ tinh.
Phát hiện các “khối” plasma bí ẩn
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn quan sát được các “khối” plasma – những tia plasma lớn phóng ra từ Mặt trời, đôi khi cung cấp năng lượng cho gió mặt trời.
Trước đây, các hiện tượng này từng được vệ tinh ghi nhận. Tuy nhiên, cơ chế hình thành của chúng vẫn chưa rõ ràng.
Peterson cho biết:
“Những lần phóng này đã được quan sát từ không gian, nhưng không ai thực sự biết điều gì thúc đẩy chúng. Lần đầu tiên, chúng tôi nhìn thấy những cấu trúc rất giống trong thí nghiệm và xác định được cách chúng phát triển.”
Bổ sung cho các sứ mệnh không gian hiện tại
Big Red Ball không nhằm thay thế các sứ mệnh không gian mà bổ sung trực tiếp cho chúng. Hiện nay, tàu thăm dò Parker Solar Probe của NASA đang bay cực gần Mặt trời để thu thập dữ liệu về khí quyển và gió mặt trời.
Trong khi đó, các thí nghiệm trong phòng lab như Big Red Ball cho phép:
Kiểm soát điều kiện
Quan sát chi tiết
Kiểm chứng các giả thuyết vật lý
Song song, nhiều nhóm nghiên cứu khác cũng đang báo cáo các hiện tượng cực đoan trên Mặt trời, bao gồm các sự kiện plasma năng lượng cao được ví như “kẻ hủy diệt” gây ra sóng thần plasma.
Kết luận
Nhìn chung, việc tạo ra một “Mặt trời thu nhỏ” trong phòng thí nghiệm đánh dấu một bước tiến quan trọng trong vật lý thiên văn thực nghiệm. Không chỉ giúp giải mã nguồn gốc gió mặt trời, Big Red Ball còn mở ra khả năng hiểu sâu hơn về cách từ trường Mặt trời chi phối toàn bộ hệ Mặt trời.
👉 Khi kết hợp dữ liệu vệ tinh và thí nghiệm trên Trái Đất, con người đang tiến gần hơn bao giờ hết đến việc hiểu rõ ngôi sao đã duy trì sự sống trên hành tinh này suốt hàng tỷ năm.
Theo: CNET
