Tin tức Vũ trụ TV

Các gợn sóng trên mặt trời có thể giúp dự đoán các tia lửa mặt trời không?

Ngày:
Th10 24, 2020
Tóm lược:

Pháo sáng mặt trời là những vụ nổ dữ dội trên mặt trời bắn ra các hạt mang điện năng lượng cao, đôi khi về phía Trái đất, nơi chúng làm gián đoạn liên lạc và gây nguy hiểm cho các vệ tinh và phi hành gia. Nhưng như các nhà khoa học đã phát […]

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Một tia sáng mặt trời lớp X (X9.3) phát ra vào ngày 6 tháng 9 năm 2017 và được Đài quan sát Động lực học Mặt trời của NASA chụp lại trong ánh sáng cực tím cực tím. (Hình ảnh do NASA / GSFC / SDO cung cấp)
Một tia sáng mặt trời lớp X (X9.3) phát ra vào ngày 6 tháng 9 năm 2017 và được Đài quan sát Động lực học Mặt trời của NASA chụp lại trong ánh sáng cực tím cực tím.
(Hình ảnh do NASA / GSFC / SDO cung cấp)

Pháo sáng mặt trời là những vụ nổ dữ dội trên mặt trời bắn ra các hạt mang điện năng lượng cao, đôi khi về phía Trái đất, nơi chúng làm gián đoạn liên lạc và gây nguy hiểm cho các vệ tinh và phi hành gia.

Nhưng như các nhà khoa học đã phát hiện vào năm 1996, pháo sáng cũng có thể tạo ra hoạt động địa chấn – các trận động đất – giải phóng các sóng âm thanh xung động xuyên sâu vào bên trong mặt trời.

Trong khi mối quan hệ giữa pháo sáng mặt trời và vảy mặt trời vẫn còn là một bí ẩn, những phát hiện mới cho thấy rằng những “quá độ âm thanh” này – và những gợn sóng bề mặt mà chúng tạo ra – có thể cho chúng ta biết rất nhiều về pháo sáng và một ngày nào đó có thể giúp chúng ta dự báo kích thước và mức độ nghiêm trọng của chúng.

Một nhóm các nhà vật lý từ Hoa Kỳ, Colombia và Úc đã phát hiện ra rằng một phần năng lượng âm thanh được giải phóng từ một ngọn lửa vào năm 2011 phát ra từ khoảng 1.000 km bên dưới bề mặt mặt trời – quang quyển – và do đó, nằm xa bên dưới ngọn lửa mặt trời đã gây ra trận động đất.

Các kết quả được công bố ngày 21 tháng 9 trên Tạp chí Vật lý Thiên văn (The Astrophysical Journal Letters) đến từ một kỹ thuật chẩn đoán gọi là ảnh ba chiều dị ứng, được giới thiệu vào cuối những năm 1900 bởi nhà khoa học Pháp Françoise Roddier và được phát triển rộng rãi bởi các nhà khoa học Hoa Kỳ Charles Lindsey và Douglas Braun, hiện thuộc Hiệp hội Nghiên cứu NorthWest Boulder, Colorado, và các đồng tác giả của bài báo.

Hình ảnh ba chiều địa chấn cho phép các nhà khoa học phân tích các sóng âm thanh do pháo sáng kích hoạt để thăm dò nguồn của chúng, giống như các sóng địa chấn từ các trận động đất lớn trên Trái đất cho phép các nhà địa chấn xác định vị trí tâm chấn của chúng. Kỹ thuật này lần đầu tiên được áp dụng cho quá độ âm thanh phát ra từ pháo sáng bởi một sinh viên tốt nghiệp ở Romania, Alina-Catalina Donea, dưới sự giám sát của Lindsey và Braun. Donea hiện thuộc Đại học Monash ở Melbourne, Úc.

Đài quan sát Động lực học Mặt trời của NASA đã chụp được hình ảnh này của một tia sáng mặt trời hạng trung (M8.1) (vùng sáng ở bên phải) vào ngày 8 tháng 9 năm 2017. Hình ảnh pha trộn hai bước sóng khác nhau của ánh sáng cực tím. (Hình ảnh do NASA / GSFC / SDO cung cấp)
Đài quan sát Động lực học Mặt trời của NASA đã chụp được hình ảnh này của một tia sáng mặt trời hạng trung (M8.1) (vùng sáng ở bên phải) vào ngày 8 tháng 9 năm 2017. Hình ảnh pha trộn hai bước sóng khác nhau của ánh sáng cực tím.
(Hình ảnh do NASA / GSFC / SDO cung cấp)

Braun cho biết: “Đây là phương pháp chẩn đoán giảm cân đầu tiên được thiết kế đặc biệt để phân biệt trực tiếp độ sâu của các nguồn mà nó tái tạo, cũng như vị trí nằm ngang của chúng.”

Đồng tác giả Juan Camilo Buitrago-Casas, Đại học California, cho biết: “Chúng ta không thể nhìn thấy trực tiếp bên trong của mặt trời. Các photon cho chúng ta thấy bầu khí quyển bên ngoài của mặt trời, từ đó chúng có thể thoát ra để đến kính thiên văn của chúng ta”. “Cách chúng ta có thể biết những gì xảy ra bên trong mặt trời là thông qua sóng địa chấn tạo ra những gợn sóng trên bề mặt mặt trời tương tự như những gợn sóng do động đất gây ra trên hành tinh của chúng ta. Một vụ nổ lớn, chẳng hạn như pháo sáng, có thể đưa một xung âm thanh mạnh mẽ vào Mặt trời, mà chữ ký sau đó mà chúng tôi có thể sử dụng để lập bản đồ nguồn của nó một cách chi tiết. Thông điệp lớn của bài báo này là nguồn của ít nhất một số tiếng ồn này bị ngập sâu. Chúng tôi đang báo cáo nguồn sâu nhất của sóng âm được biết đến trong mặt trời.”

Cách các trận động đất tạo ra gợn sóng trên bề mặt mặt trời

Các vụ nổ âm thanh gây ra hiện tượng bong mặt trời ở một số pháo sáng phát ra sóng âm theo mọi hướng, chủ yếu là hướng xuống. Khi các sóng truyền xuống di chuyển qua các vùng có nhiệt độ ngày càng tăng, đường đi của chúng bị bẻ cong do khúc xạ, cuối cùng hướng ngược lên bề mặt, nơi chúng tạo ra những gợn sóng giống như những gợn sóng được nhìn thấy sau khi ném một viên sỏi xuống ao. Khoảng thời gian từ khi vụ nổ đến khi xuất hiện các gợn sóng là khoảng 20 phút.

Pháo sáng mặt trời kích hoạt sóng âm (bong mặt trời) truyền xuống dưới nhưng do nhiệt độ tăng lên, bị bẻ cong hoặc khúc xạ trở lại bề mặt, nơi chúng tạo ra các gợn sóng có thể được nhìn thấy từ các đài quan sát quay quanh Trái đất. Các nhà vật lý năng lượng mặt trời đã phát hiện ra một tia nắng được tạo ra bởi một vụ nổ xung lực 1.000 km bên dưới ngọn lửa (trên cùng), cho thấy rằng mối liên hệ giữa bong nắng và pháo sáng là không đơn giản. (Phim hoạt hình UC Berkeley của Juan Camilo Buitrago-Casas)
Pháo sáng mặt trời kích hoạt sóng âm (bong mặt trời) truyền xuống dưới nhưng do nhiệt độ tăng lên, bị bẻ cong hoặc khúc xạ trở lại bề mặt, nơi chúng tạo ra các gợn sóng có thể được nhìn thấy từ các đài quan sát quay quanh Trái đất. Các nhà vật lý năng lượng mặt trời đã phát hiện ra một tia nắng được tạo ra bởi một vụ nổ xung lực 1.000 km bên dưới ngọn lửa (trên cùng), cho thấy rằng mối liên hệ giữa bong nắng và pháo sáng là không đơn giản.
(Phim hoạt hình UC Berkeley của Juan Camilo Buitrago-Casas)

Lindsey cho biết: “Các gợn sóng không chỉ là một hiện tượng bề mặt, mà là dấu hiệu bề mặt của các sóng đã đi sâu vào bên dưới vùng hoạt động và sau đó trở lại bề mặt bên ngoài trong một giờ tiếp theo”. Phân tích các gợn sóng trên bề mặt có thể xác định chính xác nguồn gốc của vụ nổ.

Juan Carlos Martínez Oliveros, một nhà khoa học cho biết: “Người ta cho rằng các sóng phát ra từ các pháo sáng hoạt động âm được truyền vào bên trong mặt trời từ trên cao. Những gì chúng tôi đang phát hiện là dấu hiệu mạnh mẽ cho thấy một số nguồn nằm xa bên dưới quang quyển”, Juan Carlos Martínez Oliveros, một nhà nghiên cứu vật lý năng lượng mặt trời tại Phòng thí nghiệm Khoa học Không gian của UC Berkeley và là người gốc Colombia. “Có vẻ như pháo sáng là tiền thân, hay còn gọi là chất kích hoạt, của quá trình âm thanh được phát ra. Có điều gì đó khác đang xảy ra bên trong mặt trời đang tạo ra ít nhất một phần nào đó của sóng địa chấn.”

“Sử dụng phép loại suy từ y học, những gì chúng tôi (các nhà vật lý năng lượng mặt trời) đã làm trước đây giống như sử dụng tia X để xem một bức ảnh chụp nhanh bên trong của mặt trời. Bây giờ, chúng tôi đang cố gắng thực hiện quét CAT để xem bên trong mặt trời trong không gian ba chiều, “Martínez Oliveros nói thêm.

Người Colombia, bao gồm cả sinh viên Ángel Martínez và Valeria Quintero Ortega tại Đại học University of Colombia, ở Bogotá, là đồng tác giả của bài báo ApJ Letters với người giám sát của họ, Benjamín Calvo-Mozo, phó giáo sư thiên văn học.

Lindsey cho biết: “Chúng tôi đã biết về sóng âm thanh từ pháo sáng hơn 20 năm nay và chúng tôi đã chụp ảnh các nguồn của chúng theo chiều ngang kể từ thời điểm đó. Nhưng chúng tôi chỉ mới phát hiện ra rằng một số nguồn trong số đó chìm dưới bề mặt mặt trời”. “Điều này có thể giúp giải thích một bí ẩn lớn: Một số sóng âm này đã phát ra từ những vị trí không có nhiễu loạn bề mặt cục bộ mà chúng ta có thể nhìn thấy trực tiếp trong bức xạ điện từ. Chúng tôi đã tự hỏi từ lâu làm sao điều này có thể xảy ra.”

Một mặt trời hoạt động địa chấn

Trong hơn 50 năm, các nhà thiên văn học đã biết rằng mặt trời dội lại sóng địa chấn, giống như Trái đất và tiếng ồn ổn định của hoạt động địa chấn. Hoạt động này, có thể được phát hiện bởi sự dịch chuyển Doppler của ánh sáng phát ra từ bề mặt, được hiểu là do các cơn bão đối lưu tạo thành một đám hạt nhỏ có kích thước bằng Texas, bao phủ bề mặt mặt trời và liên tục nổ ầm ầm.

Giữa tiếng ồn nền này, các vùng từ tính có thể tạo ra các vụ nổ dữ dội giải phóng các sóng tạo nên những gợn sóng ngoạn mục sau đó xuất hiện trên bề mặt mặt trời vào giờ kế tiếp, như được phát hiện bởi các nhà thiên văn học Valentina Zharkova và Alexander Kosovichev cách đây 24 năm.

Khi ngày càng nhiều mặt trời được phát hiện, địa chấn học bùng phát đã nở rộ, cũng như các kỹ thuật khám phá cơ học của chúng và mối quan hệ có thể có của chúng với kiến ​​trúc của từ thông nằm bên dưới các vùng hoạt động.

Trong số các câu hỏi mở: Loại pháo sáng nào có tác dụng và không tạo ra tia nắng? Nắng có thể xảy ra mà không có pháo sáng không? Tại sao vết nắng lại phát ra chủ yếu từ các cạnh của vết đen hay còn gọi là vết đen? Pháo sáng yếu nhất có tạo ra động đất không? Giới hạn dưới là gì?

Cho đến nay, hầu hết các đợt bùng phát mặt trời đều được nghiên cứu là một lần, vì các đợt bùng phát mạnh, ngay cả trong thời gian hoạt động của mặt trời cực đại, có thể chỉ xảy ra một vài lần trong năm. Trọng tâm ban đầu là pháo sáng lớn nhất, hay lớp X, được phân loại theo cường độ của tia X mềm mà chúng phát ra. Buitrago-Casas, người đã lấy bằng cử nhân và thạc sĩ tại Đại học University of Colombia, đã hợp tác với Lindsey và Martínez Oliveros để tiến hành một cuộc khảo sát có hệ thống về các tia sáng mặt trời tương đối yếu nhằm tăng cường cơ sở dữ liệu của họ, nhằm hiểu rõ hơn về cơ chế của các hiện tượng mặt trời.

Trong số 75 quả pháo sáng được chụp từ năm 2010 đến năm 2015 bởi vệ tinh RHESSI – một vệ tinh tia X của NASA do Phòng thí nghiệm Khoa học Không gian thiết kế, xây dựng và vận hành và đã nghỉ hưu vào năm 2018 – 18 quả pháo sáng tạo ra. Một trong những bản chuyển tiếp âm thanh của Buitrago-Casas, bản được phát hành bởi ngọn lửa vào ngày 30 tháng 7 năm 2011, đã lọt vào mắt của các sinh viên đại học Martínez, hiện là nghiên cứu sinh, và Quintero Ortega.

“Chúng tôi đã cung cấp cho các cộng tác viên sinh viên của chúng tôi tại Đại học Quốc gia danh sách pháo sáng từ cuộc khảo sát của chúng tôi. Họ là những người đầu tiên nói, ‘Hãy nhìn cái này. Nó khác! Chuyện gì đã xảy ra ở đây?'”, Buitrago-Casas nói. “Và vì vậy, chúng tôi đã phát hiện ra. Thật là thú vị!”

Martínez và Quintero Ortega là những tác giả đầu tiên viết bài báo mô tả sự bốc đồng tột độ của những làn sóng phát ra từ ngọn lửa đó vào ngày 30 tháng 7 năm 2011, xuất hiện trên tạp chí The Astrophysical Journal Letters ngày 20 tháng 5 năm 2020. Những sóng này có các thành phần quang phổ mang lại cho các nhà nghiên cứu độ phân giải không gian chưa từng có về sự phân bố nguồn của chúng.

Nhờ dữ liệu tuyệt vời từ vệ tinh Đài quan sát Động lực Mặt trời của NASA, nhóm nghiên cứu đã có thể xác định chính xác nguồn gốc của vụ nổ tạo ra sóng địa chấn 1.000 km bên dưới quang quyển. Vùng này nông hơn, so với bán kính mặt trời gần 700.000 km, nhưng sâu hơn bất kỳ nguồn âm nào được biết đến trước đây trong mặt trời.

Một nguồn chìm bên dưới quang quyển của mặt trời với hình thái riêng và không có nhiễu động trực tiếp dễ thấy ở bên ngoài bầu khí quyển cho thấy rằng cơ chế tạo ra quá độ âm thanh chính là chìm.

Lindsey nói: “Nó có thể hoạt động bằng cách kích hoạt một vụ nổ nhỏ bằng nguồn năng lượng của chính nó, giống như một trận động đất được kích hoạt từ xa. Ông nói: “Ngọn lửa phía trên làm rung chuyển một thứ gì đó bên dưới bề mặt, và sau đó một đơn vị năng lượng chìm rất nhỏ sẽ được giải phóng dưới dạng âm thanh. “Không có nghi ngờ gì rằng ngọn lửa có liên quan, chỉ là sự tồn tại của nguồn nén sâu này cho thấy khả năng có một nguồn năng lượng chìm riêng biệt, đặc biệt, nhỏ gọn, thúc đẩy sự phát thải.”

Khoảng một nửa số tia sáng mặt trời cỡ trung bình mà Buitrago-Casas và Martínez Oliveros đã lập danh mục có liên quan đến hiện tượng bong tróc mặt trời, cho thấy chúng thường xảy ra cùng nhau. Kể từ đó, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy các nguồn chìm khác có liên quan đến pháo sáng thậm chí còn yếu hơn.

Việc phát hiện ra các nguồn âm dưới nước mở ra câu hỏi liệu có những trường hợp chuyển tiếp âm thanh được phát ra một cách tự nhiên, không có nhiễu loạn bề mặt hay không có hiện tượng lóa sáng.

Martínez Oliveros cho biết: “Nếu các tia nắng có thể được tạo ra một cách tự nhiên dưới ánh nắng mặt trời, thì điều này có thể dẫn chúng ta đến một công cụ dự báo, nếu sự thoáng qua có thể đến từ thông lượng chưa phá vỡ bề mặt của mặt trời,” Martínez Oliveros nói. “Sau đó, chúng tôi có thể dự đoán sự xuất hiện không thể tránh khỏi sau đó của từ thông đó. Chúng tôi thậm chí có thể dự báo một số chi tiết về mức độ lớn của một vùng hoạt động sắp xuất hiện và loại – thậm chí, có thể, loại pháo sáng – nó có thể tạo ra. Điều này là một cảnh quay dài, nhưng rất đáng để xem xét. “


Nguồn truyện:

Tài liệu do Đại học California – Berkeley cung cấp . Bản gốc do Robert Sanders viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.


Tham khảo Tạp chí :

  1. Charles Lindsey, JC Buitrago-Casas, Juan Carlos Martínez Oliveros, Douglas Braun, Angel D.Martínez, Valeria Quintero Ortega, Benjamín Calvo-Mozo, Alina-Catalina Donea. Các nguồn phát xạ âm thoáng qua từ pháo sáng Mặt trời . Tạp chí Vật lý thiên văn , 2020; 901 (1): L9 DOI: 10.3847 / 2041-8213 / abad2a

Bài viết liên quan

Bài viết mới