Ba bí mật của Mặt trời chúng ta vẫn chưa thể khám phá

Hiểu biết của con người về Mặt trời đã mở mang được rất nhiều trong thời gian gần đây, nhưng vẫn có những bí ẩn mà chúng ta hy vọng sẽ giải mã được trong những nghiên cứu sắp tới.

Kể từ khi chúng ta phóng được những con tàu không gian, kiến thức của nhân loại về Mặt trời đã tăng theo cấp số nhân.

Chúng ta nhìn thấy Mặt trời ở những bước sóng mới, quan sát nó bằng tia cực tím và tia X, giúp khám phá rất nhiều điều mới mẻ về ngôi sao của mình.

Chúng ta đã biết rất nhiều về Mặt trời nhưng có 3 bí mật vẫn đang "thử thách" các nhà khoa học (Ảnh: Javier Zayas/Getty Images).

Nhiều điều trước kia là bí ẩn này đã được giải thích, nhưng cũng vẫn còn những bí mật mà các nhà khoa học đang nỗ lực tìm lời giải, trong đó có 3 câu hỏi lớn được coi là nhiệm vụ của những chuyến bay sắp tới.

1. Vấn đề nhiệt ở vành nhật hoa

Lớp khí quyển ngoài cùng của Mặt trời được gọi là vành nhật hoa, có nhiệt độ khoảng 1 triệu độ C. Tuy vậy, bề mặt của Mặt trời, được gọi là quang cầu, lại đỡ nóng hơn nhiều, chỉ khoảng 5.500 độ C. Nhìn qua thì điều này thật khó hiểu.

Nếu năng lượng trong khí quyển của Mặt trời được sinh ra từ Mặt trời thì vì sao vành nhật hoa lại nóng hơn chính Mặt trời?

Chúng ta có thể nhìn thấy vành nhật hoa khi có nhật thực toàn phần (Ảnh: Miloslav Druckmüller, Shadia Habbal, Peter Aniol, Pavel Starha).

Có một phép so sánh thông thường để giải thích điều này như sau: Nếu ví Mặt trời như một đống lửa trại, thì khi đống lửa đó cung cấp nhiệt, bạn sẽ thấy không khí ở xa đống lửa mát hơn chứ không hề nóng hơn.

Tuy nhiên, phép so sánh này trên thực tế là không thể sử dụng được vì nó làm hiểu sai định nghĩa chính xác của nhiệt độ trong vật lý.

Trong vật lý, nhiệt độ được định nghĩa là lượng năng lượng chứa đựng trong các nguyên tử tạo nên một chất. Ví dụ: không khí xung quanh bạn; nếu các nguyên tử không khí rung động bằng rất nhiều năng lượng, thì không khí sẽ nóng lên. Nếu các nguyên tử rung động ít hơn thì không khí mát hơn.

Nhưng định nghĩa này không xét đến mật độ. Nếu không khí đậm đặc hơn do có nhiều nguyên tử hơn ở cùng một nhiệt độ thì nhiệt độ không khí không thay đổi. Tuy nhiên, cái thay đổi là năng lượng của không khí xung quanh chúng ta.

Vì thế, trong trường hợp Mặt trời, vành nhật hoa nóng hơn nhưng lại loãng hơn nhiều so với bề mặt Mặt trời. Mặt khác, bề mặt ở đây đỡ nóng hơn nhưng lại có mật độ cao hơn nhiều. Kết quả là mặc dù nhiệt độ quang cầu thấp hơn nhưng tổng năng lượng vẫn cao hơn.

Nhưng mặc dù chúng ta biết rằng vành nhật hoa nóng là do năng lượng quang cầu cao hơn, điều này vẫn không giải quyết được vấn đề tỏa nhiệt của vành nhật hoa. Bí ẩn vẫn còn đó, là làm thế nào mà năng lượng được vận chuyển từ bề mặt Mặt trời đến khí quyển.

Có rất nhiều thuyết về vấn đề này, nhưng những gì chúng ta quan sát được vẫn chưa cung cấp bất kỳ bằng chứng nào.

2. Nội lực của Mặt trời và chu kỳ Mặt trời

Hoạt động của Mặt trời tăng và giảm theo chu kỳ 11 năm. Ở thời điểm hoạt động cực đại, các đốm Mặt trời và các vụ phun trào nhật hoa xảy ra nhiều vô kể. Ở thời điểm cực tiểu, Mặt trời "tĩnh lặng" trong nhiều tháng đến nhiều năm liền.

Chu kỳ 11 năm khá dễ đoán trước. Tuy nhiên, những thay đổi từ chu kỳ này sang chu kỳ khác lại là độ lớn cực đại của Mặt trời. Một số chu kỳ có cực đại Mặt trời lớn gấp hai lần ở các chu kỳ khác.

Tiến trình số lượng đốm Mặt trời qua các chu kỳ Mặt trời theo ghi nhận của Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia Mỹ. Chu kỳ 19 - 24 cho thấy biên độ cực đại Mặt trời rất khác nhau (Ảnh: Trung tâm Dự báo thời tiết không gian, NOAA).

Nói chung, chúng ta hiểu cái gì gây ra chu kỳ Mặt trời. Vì Mặt trời xoay với tốc độ khác nhau ở các vĩ độ khác nhau nên từ trường toàn cầu của Mặt trời dần dần tăng lên và tập trung hơn, sinh ra hoạt động từ tính mạnh hơn.

Cuối cùng, từ trường tăng mạnh đến nỗi nó biến mất dưới bề mặt, để lộ ra từ trường tối thiểu cơ bản. Mặc dù chúng ta hiểu được điều này, nhưng các hiện tượng vật lý phức tạp điều khiển từ trường của Mặt trời từ bên trong nó, hay gọi là nội lực của Mặt trời, và lý do vì sao nội lực này gây ra chu kỳ 11 năm với các mức độ cực đại luôn thay đổi, thì vẫn chưa được giải thích đầy đủ.

3. Dự đoán bão Mặt trời và phun trào nhật hoa

Một cơn bão Mặt trời xảy ra ở mặt xa của Mặt trời vào ngày 23/7/2024 (Ảnh: Helioviewer.org).

Bão Mặt trời và phun trào nhật hoa là những yếu tố chính gây ra thời tiết không gian, chính là ảnh hưởng của Mặt trời đến môi trường không gian gần Trái Đất, có thể gây ra các sự cố cho lưới điện, thông tin vệ tinh và vô tuyến.

Trên khắp thế giới, hàng chục đài dự báo thời tiết không gian luôn đưa ra những dự đoán để cảnh báo về những gián đoạn tiềm tàng do hoạt động của Mặt trời. Những cơ quan dự báo này làm việc rất tốt, nhưng họ vẫn bị hạn chế bởi các thông tin thu thập được và hiểu biết có hạn của chúng ta về các yếu tố gây ra bão Mặt trời và phun trào nhật hoa.

Hiện nay, chúng ta vẫn dự báo các hiện tượng này theo xác suất và phản ứng. Chúng ta có thể xác định khi nào chúng dễ xảy ra, nhưng không xác định được thời điểm cụ thể.

Để dự báo được tốt hơn, trước tiên chúng ta cần hiểu được các quá trình phức tạp là nguyên nhân gây ra các hiện tượng này ở phạm vi rất nhỏ. Đây là vấn đề chuyên sâu mà các nhà khoa học đang rất tập trung nghiên cứu.

• Tàu thăm dò Parker: Chuyến thám hiểm gần nhất của loài người tới Mặt trời!
• 10 bí ẩn trong hệ Mặt Trời mà các nhà khoa học vẫn chưa thế lý giải (2)
• 10 bí ẩn trong hệ Mặt Trời mà các nhà khoa học vẫn chưa thế lý giải (1)