Ngoại tầng khí quyển của mặt trời, được gọi là “vành nhật”, đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học trong một thời gian dài nhờ nhiệt độ cực cao, các vụ nổ mạnh và những ngọn lửa mặt trời cao vút. Vành nhật chỉ có thể thấy được trong thời gian xảy ra nhật thực toàn phần và do sự nhiễu loạn của khí quyển Trái Đất mà trở nên mờ ảo, khiến nó luôn gây cảm giác khó nắm bắt.
Nhờ vào một hệ thống quang học thích ứng mang tên Cona, được lắp đặt tại Đài thiên văn mặt trời Big Bear Lake ở California, thuộc Trung tâm Nghiên cứu Mặt Trời và Trái Đất của Viện Công nghệ New Jersey (NJIT), các nhà khoa học hiện nay có thể quan sát mặt trời theo những cách chưa từng thấy trước đây. Chúng ta giờ đây có thể nhìn thấy hình ảnh rõ nét nhất của lớp vành nhật của mặt trời, từ những cơn mưa vành nhật đổ xuống, đến những dòng plasma chưa từng được quan sát.
Hình ảnh quan sát mưa vành nhật rõ nét nhất trong lịch sử
▲ Plasma rơi theo đường lực từ tính của mặt trời, hình thành mưa vành nhật.
Một trong những cảnh tượng ấn tượng nhất là hình ảnh mưa vành nhật rõ nét nhất hiện có. Mưa vành nhật là những sợi plasma đang được làm lạnh, một số thậm chí còn hẹp hơn 20 km. Sự hình thành mưa vành nhật là do plasma có nhiệt độ cao trong vành nhật của mặt trời làm lạnh và ngưng tụ lại. Tương tự như những giọt nước mưa trên Trái Đất, những mưa vành nhật này cũng bị kéo bởi trọng lực, rơi trở lại bề mặt mặt trời. Nhưng khác với mưa trên Trái Đất, chúng không rơi theo đường thẳng trực tiếp nhất. Do plasma mang điện tích, chúng sẽ di chuyển theo đường lực từ tính của mặt trời, tạo thành hình cung và vòng trong quá trình rơi xuống.
Dòng plasma chưa từng thấy
▲ Một dòng plasma gọi là plasmoid xuyên qua phía trước hệ thống vòm vành nhật.
Những hình ảnh quan sát mặt trời cực kỳ tinh vi này còn tiết lộ một hiện tượng chưa từng được quan sát trước đây: sự hình thành và đổ vỡ nhanh chóng của một dòng plasma có cấu trúc tinh tế, được gọi là plasmoid. Trong đoạn phim quay chậm, một plasmoid di chuyển qua bề mặt mặt trời với tốc độ gần 100 km mỗi giây. Đây có thể là lần đầu tiên trong lịch sử, một plasmoid được quan sát. “Đây chắc chắn là những hình ảnh quan sát tinh vi nhất hiện nay, cho thấy những cấu trúc chưa từng thấy trước đây, và chúng tôi vẫn chưa thể xác định chúng thực sự là gì,” giáo sư Vasyl Yurchyshyn, một đồng tác giả nghiên cứu từ Trung tâm Nghiên cứu Mặt Trời và Trái Đất của NJIT cho biết.
Những cơn lửa mặt trời ấn tượng
▲ Bên trái là cơn lửa mặt trời, bên phải là mưa vành nhật đang rơi.
▲ Một cảnh tượng tuyệt đẹp thể hiện một cơn lửa mặt trời nhảy múa và xoay theo từ trường của mặt trời.
Bề mặt mặt trời trông có vẻ mềm mại và xốp do hiện tượng phun plasma tạm thời có tên là sợi phun (spicules), nguồn gốc của hiện tượng này vẫn đang là tâm điểm tranh luận trong giới khoa học. Cơn lửa mặt trời là những cấu trúc vòm lớn được hình thành từ plasma, những khí ở nhiệt độ cao chủ yếu bao gồm hydro và heli. Chúng gắn chặt trong lớp khí quyển quang học bên ngoài bề mặt mặt trời và kéo dài tới vành nhật xa xôi. Nhưng các nhà khoa học vẫn chưa thể lý giải chính xác chúng được hình thành như thế nào.
Tương lai tươi sáng của thiên văn học mặt trời
Những hình ảnh quan sát vành nhật mới và cải tiến không chỉ cung cấp hình ảnh nghệ thuật mà còn mở ra những cơ hội nghiên cứu chưa từng có. Hệ thống quang học thích ứng hoàn toàn mới đã lấp đầy khoảng trống công nghệ kéo dài hàng thập kỷ, mang lại hình ảnh vành nhật với độ phân giải lên tới 63 km, đây là giới hạn lý thuyết của kính thiên văn Good 1,6m. Bằng cách bắt giữ cấu trúc tinh tế và chuyển động của plasma lạnh, các nhà khoa học đang dần tiến gần đến một trong những bí ẩn lớn nhất của mặt trời: Tại sao nhiệt độ của vành nhật lại cao hơn hàng triệu độ so với bề mặt mặt trời? Những hình ảnh quan sát rõ nét hơn cũng giúp chúng ta hiểu rõ hơn về hiện tượng phun sợi và phóng vật chất vành nhật (CME). Những vụ nổ plasma mạnh mẽ này có thể ảnh hưởng đến thời tiết không gian, gây rối cho thiết bị điện tử và làm sáng bầu trời với những ánh sáng cực quang rực rỡ.
Các nhà khoa học hy vọng có thể áp dụng công nghệ này trên những kính thiên văn lớn hơn, bao gồm Kính thiên văn Mặt trời Daniel K. Inouye với gương 4 mét ở Hawaii, nhằm khám phá sâu hơn về khí quyển bên ngoài của mặt trời. Công nghệ chuyển đổi quy tắc trò chơi này đánh dấu một kỷ nguyên mới cho thiên văn học mặt trời, hứa hẹn mang lại nhiều khám phá mới trong những năm và thập kỷ tới.
Kết quả nghiên cứu này đã được công bố vào ngày 27 tháng 5 trên tạp chí Nature.