Gửi bình luận
Trong một nghiên cứu mới được công bố trên The Astrophysical Journal, một nhà nghiên cứu từ Đại học Alabama ở Huntsville (UAH), một phần của Hệ thống Đại học Alabama, đã công bố những khám phá quan trọng của hiện tượng được gọi là sóng động học Alfvén (KAW), qua đó mang lại hiểu biết mới về một bí ẩn đã có từ lâu trong vật lý thiên văn.
Syed Ayaz, một trợ lý nghiên cứu sau đại học tại Trung tâm nghiên cứu plasma và hàng không không gian (CSPAR) của UAH, đã kiểm tra vai trò của KAW trong việc làm nóng nhật hoa, đưa khoa học tiến một bước gần hơn đến việc giải mã lý do tại sao nhật hoa nóng gấp nhiều lần bề mặt của Mặt Trời.
"Trong nhiều thập kỷ, sóng Alfvén đã được chứng minh là ứng viên tốt nhất trong việc truyền năng lượng từ nơi này đến nơi khác," Ayaz nói, nhấn mạnh vai trò tiềm năng của KAW trong việc tạo nhiệt cho nhật hoa.
"Bài báo này sử dụng một phương pháp mới để mô hình hóa các hạt năng lượng trong plasma không gian, như được quan sát bởi các vệ tinh như Viking và Freja, để trả lời cách mà năng lượng điện từ của sóng, khi tương tác với các hạt, chuyển hóa thành nhiệt trong quá trình suy giảm khi sóng di chuyển trong không gian.
Nhật hoa, hay khí quyển Mặt Trời, là một vùng bí ẩn bao quanh ngôi sao của chúng ta, kéo dài xa hơn đĩa Mặt Trời mà chúng ta nhìn thấy, vươn xa ra tới khoảng 8 triệu km từ bề mặt Mặt Trời. Tuy nhiên, nhật hoa cũng đặc trưng bởi nhiệt độ cực kỳ cao, một bí ẩn đã làm say mê các nhà vật lý thiên văn học trong gần bảy mươi năm.
"Syed là một trong những sinh viên xuất sắc của chúng tôi, người mới bắt đầu sự nghiệp nghiên cứu của mình," Tiến sĩ Gary Zank, giám đốc CSPAR và chủ tịch Aerojet Rocketdyne của Khoa Khoa học Không gian UAH, cho biết. "Sự quan tâm không ngừng của cậu ấy đối với sóng Alfvén bắt đầu khi còn là sinh viên ở Pakistan khi làm việc với cố vấn của mình, Tiến sĩ Imran A. Kahn, và giờ đây đã dẫn đến cuộc điều tra về các sóng này ở quy mô rất nhỏ, gọi là quy mô động học trong plasma.
"Công việc của cậu ấy cung cấp những hiểu biết quan trọng về vấn đề then chốt của cách mà năng lượng của từ trường được chuyển hóa thành nhiệt trong plasma vốn gồm các hạt mang điện như proton và electron. Một lý do quan trọng khiến công việc của Syed có ý nghĩa là vì chúng ta vẫn chưa hiểu tại sao khí quyển của Mặt Trời lại nóng hơn một triệu độ so với bề mặt của Mặt Trời, vốn có nhiệt độ chỉ khoảng 6.500 độ."
Sóng động học Alfvén là dao động của các ion và từ trường khi chúng di chuyển qua plasma Mặt Trời. Các sóng này được hình thành bởi các chuyển động trong quang cầu, lớp vỏ ngoài của Mặt Trời nơi phát ra ánh sáng khả kiến mà chúng ta nhìn thấy.
"Mối quan tâm chính của tôi đối với các sóng này được khơi dậy bởi các sứ mệnh Parker Solar Probe và Solar Orbiter, đặt ra câu hỏi quan trọng về cách mà nhật hoa được làm nóng," Ayaz nói. "Cho đến nay, chưa có sứ mệnh không gian nào đưa ra dự đoán về các hiện tượng này gần Mặt Trời, cụ thể là trong khoảng từ 0 tới 10 lần bán kính của Mặt Trời. Mục tiêu chính của chúng tôi là tìm hiểu việc làm nóng bởi KAW trong phạm vi này ở nhật hoa."
"Chúng tôi tập trung vào việc làm nóng và trao đổi năng lượng bởi KAW," nhà nghiên cứu nhấn mạnh. "Lý do lớn cho sự quan tâm đến các sóng này nằm ở khả năng của chúng trong việc truyền năng lượng. Dữ liệu quan sát từ nhiều tàu không gian và các nghiên cứu lý thuyết đã nhất quán chứng minh rằng KAW phân tán và góp phần vào việc làm nóng nhật hoa khi chúng di chuyển trong không gian."
Vì những đặc tính độc đáo này, sóng này tạo ra một cơ chế quan trọng cho việc chuyển năng lượng, đó là manh mối quan trọng để hiểu cách mà năng lượng được trao đổi giữa trường điện từ và các hạt plasma.
"KAW hoạt động trên các quy mô động học nhỏ và có khả năng gây ra các dao động trường điện và từ song song, cho phép chuyển năng lượng giữa trường sóng và các hạt plasma thông qua hiện tượng gọi là tương tác Landau," Ayaz nói. "Nghiên cứu hiện tại đã sử dụng và khám phá cơ chế suy giảm Landau, xảy ra khi các hạt di chuyển song song với sóng có vận tốc tương đương với vận tốc pha của sóng."
Suy giảm Landau là sự giảm theo hàm số mũ của các sóng trong plasma theo thời gian. "Khi các hạt tương tác với sóng, chúng nhận hoặc mất năng lượng - một điều kiện gọi là 'điều kiện cộng hưởng,'" Ayaz nói.
"Điều này có thể dẫn đến việc sóng hoặc truyền năng lượng của nó cho các hạt hoặc nhận năng lượng từ chúng, khiến các hạt bị suy giảm hoặc tăng cường. Nghiên cứu của chúng tôi tìm thấy rằng KAW phân tán nhanh chóng, hoàn toàn chuyển năng lượng của chúng cho các hạt plasma dưới dạng nhiệt. Sự chuyển hóa năng lượng này làm gia tốc các hạt qua các khoảng không gian dài hơn, ảnh hưởng đáng kể đến động lực của plasma."
Những hiểu biết thu được từ nghiên cứu này sẽ đưa lại ứng dụng thực tiễn trong việc hiểu các hiện tượng trong khí quyển Mặt Trời, đặc biệt là làm sáng tỏ vai trò quan trọng của các hạt phi nhiệt trong quá trình làm nóng.
Bryan
Theo Phys.org
