Khám Phá Heliopause: Điểm Nóng Của Hệ Mặt Trời

Nằm ở rìa Hệ Mặt trời, vùng heliopause có mức nhiệt cực cao từ 30.000 đến 50.000 độ C, được ghi nhận bởi hai tàu Voyager của NASA.

Heliopause, nơi mà gió Mặt trời ngừng tác động và không gian liên sao bắt đầu, thường được biết đến với cái tên “Bức tường lửa”. Dù tên gọi này không chính xác về mặt khoa học, nó lại thể hiện sự khám phá quan trọng của các tàu Voyager.

Hình ảnh mô phỏng hai tàu Voyager 1 và Voyager 2 trong không gian. (Ảnh: NASA/JPL-Caltech).

Bộ đôi tàu Voyager 1 và Voyager 2 của NASA đã được phóng vào không gian từ năm 1977. Đáng chú ý là Voyager 2 vẫn còn hoạt động, trong khi Voyager 1 đã mất liên lạc một thời gian nhưng vẫn có hy vọng khôi phục.

Tên gọi Bức tường lửa không phải là không có cơ sở. Các tàu Voyager đã đo được nhiệt độ cao của heliopause, khiến cho những đám cháy trên Trái đất trở nên “mát mẻ” hơn.

Tuy nhiên, không có lửa theo nghĩa thông thường ở đây: nhiên liệu cháy tương tác với oxy. Heliopause chủ yếu cấu thành từ plasma nóng. Nhưng sự di chuyển qua heliopause không giống như việc tiếp xúc với Mặt trời thực tế. Nguyên nhân mà hai tàu Voyager không bị bốc hơi là do mật độ vật chất ngoài gió Mặt trời rất thấp.

Để hiểu rõ lý do thực sự của cái gọi là Bức tường lửa này, đầu tiên chúng ta cần xác định nội dung về nhiệt. Nhiệt độ có thể được định nghĩa là thước đo tốc độ chuyển động của các nguyên tử và phân tử. Để chúng có thể chuyển động nhanh, cần có một lượng năng lượng nhất định. Khi tốc độ di chuyển tăng, các nguyên tử hoặc phân tử sẽ dễ dàng va chạm vào các vật thể gần đó và truyền năng lượng.

Càng có ít phân tử, càng cần ít năng lượng hơn để chúng chuyển động nhanh. Song, điều này cũng đồng nghĩa rằng khả năng va chạm với các vật thể rắn đi vào khu vực đó càng thấp. Nếu không xảy ra va chạm, năng lượng không thể truyền đi và vật thể sẽ vẫn giữ nguyên nhiệt độ thấp.

Đó là thực tế mà cả hai tàu Voyager và những tàu vũ trụ tương lai rời khỏi Hệ Mặt trời sẽ phải đối mặt. Heliopause có thể dày đặc hơn không gian xung quanh, phần nào phù hợp với tên gọi “bức tường”, nhưng thực tế vẫn là một vùng chân không. Thậm chí, ngay cả khi mật độ phân tử rất cao và chuyển động nhanh, chúng không thể đủ sức để làm nóng các tàu Voyager, mỗi tàu nặng khoảng 700 kg.

Vậy thì tại sao các nguyên tử và phân tử ít ỏi này lại có nhiệt độ cao như vậy, mặc dù chúng cách xa Mặt trời? Hồi trước, các nhà nghiên cứu đã đoán rằng nhiệt độ ở heliopause rất cao, nhưng mức nhiệt thực tế mà Voyager ghi nhận lại gấp đôi so với dự đoán của họ. Điều này chứng minh tầm quan trọng của tàu Voyager trong việc khám phá không gian.

Nhiệt độ cực cao được cho là do sự nén plasma khi gió Mặt trời va chạm với không gian liên sao hoặc sự tái kết nối từ tính. Sự tái kết nối này diễn ra trong các plasma dẫn điện, nơi cấu trúc từ trường được sắp xếp lại, làm cho năng lượng từ tính chuyển đổi thành sóng chuyển động nhanh, nhiệt năng và gia tốc hạt. Các nghiên cứu trước đây đã quan sát thấy sự tái kết nối từ tính tại các khu vực mà từ trường xung quanh Trái đất và các hành tinh khác tương tác với gió Mặt trời.