Vùng bức xạ và vùng đối lưu trong Hệ mặt trời là gì?

Bạn đã từng nghe đến những khái niệm là vùng bức xạ hay vùng đối lưu? Những khái niệm này là gì trong Hệ mặt trời?

Mặt trời - ngôi sao trong trung tâm Thái dương hệ và là nguồn cung cấp năng lượng, ánh sáng tự nhiên cho Trái đất. Song ít ai biết chính xác thành phần cấu tạo nên Mặt trời. Một trong những khái niệm bạn hay nghe đó là vùng bức xạ và vùng đối lưu.

Vùng bức xạ

Vùng bức xạ là vùng nằm từ 0,25 tới khoảng 0,7 trong bán kính Mặt trời, vật liệu Mặt trời đủ nóng và đặc đủ để bức xạ nhiệt chuyển được nhiệt độ từ trong lõi ra ngoài. Trong vùng này không có đối lưu nhiệt; tuy các vật liệu lạnh đi khi độ cao tăng lên (từ 7.000.000°C tới khoảng 2.000.000°C) làm gradient nhiệt độ này nhỏ hơn giá trị tỷ lệ khoảng đoạn nhiệt (adiabatic lapse rate) và vì thế không thể gây ra sự đối lưu. Nhiệt được truyền bởi sự bức xạ—ion của hydro và heli phát ra các photon, nó chỉ di chuyển một khoảng cách ngắn trước khi bị tái hấp thụ bởi các ion khác. Các photon thực tế bật lên rất nhiều lần xuyên qua vật chất đặc này tới mức một photon riêng lẻ mất khoảng một triệu năm để tới được lớp bề mặt, và vì thế, năng lượng chuyển ra ngoài rất chậm. Mật độ giảm sút hàng trăm lần (từ 20 g/cm³ xuống chỉ 0,2 g/cm³) từ đáy lên đỉnh vùng bức xạ.

Vùng bức xạ là vùng nằm từ 0,25 tới khoảng 0,7 trong bán kính Mặt trời.

Vùng chuyển tiếp (tacholine)

Giữa vùng bức xạ và vùng đối lưu là một lớp chuyển tiếp được gọi là tachocline. Đây là vùng nơi có sự thay đổi mạnh giữa chuyển động xoay đồng tốc của vùng bức xạ và chuyển động chênh lệch của vùng đối lưu dẫn tới một sự trượt mạnh—một điều kiện nơi các lớp ngang giáp nhau trượt trên nhau. Các dạng chuyển động giống chất lỏng trong vùng đối lưu bên trên, dần biến mất từ đỉnh của lớp này xuống đáy của nó, phù hợp với các đặc điểm yên tĩnh của vùng bức xạ trên đáy. Hiện tại, có giả thuyết cho rằng một nguồn phát điện từ bên trong lớp này tạo ra từ trường của Mặt trời.

Vùng đối lưu

Trong lớp ngoài của Mặt trời, từ bề mặt nó xuống xấp xỉ 200.000km (hay 70% bán kính Mặt trời), plasma Mặt trời không đủ đặc hay đủ nóng để chuyển năng lượng nhiệt từ bên trong ra ngoài bằng bức xạ. Vì thế, đối lưu nhiệt diễn ra khi các cột nhiệt mang vật liệu nóng ra bề mặt (quyển sáng) của Mặt trời. Khi vật liệu lạnh đi ở bề mặt, nó đi xuống dưới đáy vùng đối lưu, để nhận thêm nhiệt từ đỉnh vùng bức xạ.

Các cột nhiệt trong vùng đối lưu tạo nên một dấu vết trên Mặt trời, dưới hình thức hột Mặt trời (solar granulation) và siêu hột. Sự hỗn loạn đối lưu của bộ phận phía ngoài này của phần bên trong lòng Mặt trời hình thành một máy phát điện "tỷ lệ nhỏ" xuất hiện tạo ra từ trường bắc và nam cực trên toàn bộ bề mặt Mặt trời.

Vùng đối lưu trong Hệ mặt trờiđược xem là lớp ngoài cùng trong khu vực bên trong Mặt trời. Nhiệt độ trong khu vực này lại rất mát mẻ, phù hợp với các ion mang khối lượng nặng như carbon, nitơ, oxy, canxi, và sắt giữ ở trạng thái electron. Những electron này bị chắn sáng và có khả năng hấp thu thêm nhiều hơi nóng, từ đó tạo ra quá trình đun sôi hoặc chuyển hóa plasma.