Tàu vũ trụ Solar Orbiter của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đã đạt được điều khiến nhiều người đam mê không gian ngạc nhiên - chụp được những hình ảnh đầu tiên của nhân loại về các cực của Mặt trời. Điều thu hút sự chú ý của cộng đồng trực tuyến không chỉ là thành tựu lịch sử này, mà còn là những gì mà những hình ảnh này tiết lộ về hiểu biết của chúng ta về thám hiểm không gian và chính Mặt trời.
Lời nhắc nhở về những điều chúng ta chưa biết
Thông báo này đã khơi dậy một nhận thức thú vị trong cộng đồng những người đam mê không gian về những khoảng trống trong kiến thức của chúng ta. Nhiều người cho rằng chúng ta đã chụp ảnh mọi góc độ của ngôi sao gần nhất, nhưng thực tế khá khác. Tất cả các hình ảnh Mặt trời trước đây đều được chụp từ xung quanh xích đạo mặt trời vì Trái đất và các tàu vũ trụ khác quay quanh trong cùng một đĩa phẳng quanh Mặt trời, được gọi là mặt phẳng hoàng đạo. Solar Orbiter đã phá vỡ mô hình này bằng cách nghiêng quỹ đạo của nó 17 độ dưới xích đạo mặt trời, mang đến cho chúng ta cái nhìn trực tiếp đầu tiên về cực nam của Mặt trời.
Cuộc thảo luận của cộng đồng đã làm nổi bật cách thành tựu này được xây dựng dựa trên các sứ mệnh trước đó. Tàu vũ trụ Ulysses đã bay qua các cực của Mặt trời từ năm 1990 đến 2009, nhưng nó không mang theo thiết bị chụp ảnh. Solar Orbiter lấp đầy khoảng trống này bằng cách kết hợp quan sát hình ảnh với một bộ đầy đủ các thiết bị khoa học.
So sánh sứ mệnh: Solar Orbiter và Ulysses
| Tính năng | Solar Orbiter | Ulysses (1990-2009) |
|---|---|---|
| Độ nghiêng tối đa | 33° (theo kế hoạch) | 79° |
| Khả năng chụp ảnh | Có | Không |
| Khoảng cách đến Mặt trời | Tiếp cận gần hơn | Khoảng cách tiêu chuẩn |
| Thời gian thực hiện sứ mệnh | Đang tiến hành | 19 năm |
Cơ học quỹ đạo phức tạp đằng sau thành tựu
Thách thức kỹ thuật trong việc đạt được góc nhìn này đã tạo ra cuộc thảo luận sôi nổi về điều hướng tàu vũ trụ. Việc thoát khỏi mặt phẳng hoàng đạo đòi hỏi lượng năng lượng khổng lồ, mà Solar Orbiter đạt được thông qua các lần hỗ trợ trọng lực được lên kế hoạch cẩn thận từ sao Kim. Mỗi lần bay qua sẽ dần dần nghiêng quỹ đạo của tàu vũ trụ nhiều hơn, với kế hoạch đạt 24 độ vào tháng 12 năm 2024 và 33 độ vào tháng 6 năm 2025.
Cách tiếp cận này thể hiện sự thỏa hiệp giữa tham vọng khoa học và ràng buộc ngân sách. Đề xuất ban đầu yêu cầu một quỹ đạo nghiêng cao sẽ cung cấp góc nhìn cực thực sự, nhưng các cân nhắc về chi phí đã dẫn đến thiết kế hiện tại. Cộng đồng đã lưu ý rằng thật ấn tượng khi các nhà lập kế hoạch sứ mệnh đã quản lý để kết hợp những lần hỗ trợ trọng lực giai đoạn cuối này vào những gì ban đầu là một sứ mệnh hạn chế hơn.
Lịch trình Sứ mệnh Solar Orbiter
- Tháng 2/2023: Bắt đầu giai đoạn vĩ độ cao ở độ nghiêng 17°
- Tháng 3/2023: Các quan sát và hình ảnh cực đầu tiên được ghi lại
- 24 tháng 12/2024: Lần bay qua Venus tiếp theo để tăng độ nghiêng lên 24°
- 10 tháng 6/2025: Quỹ đạo đạt độ nghiêng 33°
- Tháng 10/2023: Dự kiến bộ dữ liệu đầu tiên hoàn chỉnh về Trái Đất
Sự hỗn loạn từ trường bất ngờ tại các cực
Những kết quả khoa học đầu tiên đã tiết lộ điều gì đó hấp dẫn về trạng thái hiện tại của Mặt trời. Thay vì hiển thị các từ trường có tổ chức, cực nam hiển thị một hỗn hợp hỗn loạn của cả cực tính từ bắc và nam. Điều này chỉ xảy ra trong thời kỳ cực đại mặt trời, khi từ trường của Mặt trời đảo chiều khoảng 11 năm một lần. Thời điểm này không thể tốt hơn để hiểu quá trình ít được hiểu biết này.
Các phép đo từ trường cũng tiết lộ các cấu trúc phức tạp, luôn thay đổi ở quy mô nhỏ trên cả hai cực. Điều này tương phản với các từ trường mạnh hơn, có tổ chức hơn được tìm thấy trong các dải xung quanh xích đạo Mặt trời, nơi các vết đen mặt trời thường hình thành.
Các Thiết Bị Khoa Học Chính
- PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager): Lập bản đồ từ trường trong ánh sáng khả kiến
- EUI (Extreme Ultraviolet Imager): Chụp lại vành nhật hoa triệu độ trong ánh sáng UV
- SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment): Đo chuyển động vật chất thông qua hiệu ứng Doppler
Hiện tượng lục giác bị mất tích
Một khía cạnh thú vị của cuộc thảo luận cộng đồng liên quan đến kỳ vọng về những gì mà hình ảnh cực có thể hiển thị. Một số người quan sát đã tự hỏi liệu Mặt trời có thể hiển thị các mẫu bão hình học tương tự như cơn bão lục giác nổi tiếng của sao Thổ hay các đặc điểm đa giác của sao Mộc tại các cực của chúng. Những hình ảnh của Solar Orbiter không hiển thị mẫu nào như vậy, giải quyết ít nhất một cuộc cá cược không chính thức về hệ thống thời tiết mặt trời.
Các phép đo Doppler mang tính cách mạng
Ngoài việc chụp ảnh, Solar Orbiter đã đạt được một thành tựu đầu tiên khác bằng cách đo tốc độ di chuyển của vật chất mặt trời bằng hiệu ứng Doppler - cùng nguyên lý làm thay đổi âm điệu còi xe cứu thương khi nó đi qua. Thiết bị SPICE đã theo dõi các vạch quang phổ từ các ion carbon trong vùng chuyển tiếp của Mặt trời, nơi nhiệt độ tăng vọt từ 10.000°C lên hàng trăm nghìn độ. Những phép đo này sẽ giúp các nhà khoa học hiểu cách Mặt trời tạo ra gió mặt trời, ảnh hưởng đến thời tiết không gian trong toàn bộ hệ mặt trời.
Khả năng thực hiện những phép đo này từ vĩ độ cao thể hiện một bước tiến lớn trong vật lý mặt trời, vì các sứ mệnh trước đây bị hạn chế bởi góc nhìn xích đạo của chúng.
Nhìn về phía trước, Solar Orbiter sẽ tiếp tục leo ra khỏi mặt phẳng hoàng đạo để có góc nhìn cực tốt hơn. Bộ dữ liệu hoàn chỉnh từ chuyến bay cực-đến-cực đầu tiên qua Mặt trời này dự kiến sẽ đến Trái đất vào tháng 10 năm 2023, với nhiều phân tích hơn nữa vẫn sắp tới. Những quan sát này sẽ biến đổi hiểu biết của chúng ta về từ trường Mặt trời, gió mặt trời, và các chu kỳ hoạt động ảnh hưởng đến mọi thứ từ hoạt động vệ tinh đến lưới điện trên Trái đất.
Tham khảo: Solar Orbiter gets world-first views of the Sun's poles