Khám Phá Nhiệt Độ Cao Của Rìa Hệ Mặt Trời: Bí Mật Của Bức Tường Lửa

Vùng heliopause tại rìa Hệ Mặt Trời đã được xác định có nhiệt độ đáng kinh ngạc, đạt từ 30.000 đến 50.000 độ C, theo các dữ liệu từ tàu Voyager của NASA.

Heliopause đánh dấu nơi gió Mặt Trời ngừng ảnh hưởng, và không gian liên sao bắt đầu, được nhiều nhà khoa học gọi là “Bức tường lửa”. Thuật ngữ này tuy không hoàn toàn chính xác về mặt kỹ thuật, nhưng nó phản ánh một phát hiện quan trọng, cũng như một trong những thành tựu chủ yếu của các tàu Voyager.

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

Cặp tàu Voyager 1 và Voyager 2 của NASA đã được phóng vào năm 1977. Điều thú vị là Voyager 2 hiện vẫn đang hoạt động, trong khi Voyager 1 đã bị mất tín hiệu trong một thời gian ngắn, nhưng vẫn có hy vọng khôi phục liên lạc.

Tên gọi Bức tường lửa không hoàn toàn là không có cơ sở. Hai tàu Voyager đã đo được mức nhiệt độ đáng kinh ngạc từ 30.000 đến 50.000 độ C khi di chuyển qua heliopause, khiến nhiệt độ trên Trái Đất trở nên “mát mẻ” hơn rất nhiều.

Dĩ nhiên, không có lửa theo cách hiểu thông thường ở đây: đó không phải là sự cháy của nhiên liệu với oxy. Cũng giống như Mặt Trời, heliopause chủ yếu được cấu thành từ plasma nóng. Tuy nhiên, việc di chuyển qua heliopause lại không giống như việc tiếp xúc với Mặt Trời. Khả năng bốc hơi của hai tàu Voyager là rất thấp do mật độ vật chất ở rìa gió Mặt Trời cực kỳ thưa thớt.

Để hiểu rõ hơn về nguyên nhân tại sao khu vực này lại nóng đến vậy dù ở xa Mặt Trời, trước hết chúng ta cần tìm hiểu về khái niệm nhiệt độ. Nhiệt độ thực chất là thước đo tốc độ chuyển động của các nguyên tử và phân tử. Càng nhiều năng lượng được cung cấp, tốc độ chuyển động càng nhanh. Khi tốc độ này tăng lên, các phân tử sẽ dễ dàng va chạm vào các vật xung quanh và truyền một phần năng lượng cho chúng. Chẳng hạn, nếu bạn đưa tay vào một luồng khí nóng, sẽ cảm nhận được sức nóng từ các phân tử chuyển động nhanh.

Khi càng ít phân tử tồn tại, ít năng lượng hơn sẽ cần thiết để làm cho chúng tăng tốc, nhưng nguy cơ va chạm với một vật thể lớn như tàu sẽ giảm xuống. Nếu không có va chạm, năng lượng sẽ không thể truyền đi, và vật thể đi vào sẽ vẫn giữ được nhiệt độ mát mẻ.

Đó chính là tình huống mà cả hai tàu Voyager cùng những tàu vũ trụ khác khi rời khỏi Hệ Mặt Trời trong tương lai sẽ gặp phải. Heliopause có thể vẫn dày đặc hơn phần không gian hai bên, phần nào lý giải cho cái tên “bức tường”, nhưng thực tế lại gần như là vùng chân không. Dù cho những phân tử hiếm hoi trong khu vực này chuyển động với nhiệt độ cao, chúng vẫn không thể làm nóng các tàu Voyager, mỗi tàu có trọng lượng vượt quá 700 kg.

Vậy lý do gì khiến các nguyên tử hiếm hoi lại nóng đến vậy dù đã cách xa Mặt Trời? Trước đây, các nhà khoa học đã phỏng đoán rằng heliopause sẽ có nhiệt độ rất cao, tuy nhiên, các ước tính ban đầu của họ chỉ bằng một nửa so với những gì mà các tàu Voyager đã đo được thực tế. Điều này làm nổi bật tầm quan trọng của tàu Voyager trong việc khám phá vũ trụ.

Nhiệt độ cao đặc trưng ở khu vực này được cho là do sự nén plasma khi các dòng gió Mặt Trời va chạm với không gian liên sao hoặc do hiện tượng tái kết nối từ tính. Hiện tượng tái kết nối này xảy ra trong các plasmas dẫn điện khi cấu trúc từ trường bị thay đổi, làm gia tăng năng lượng từ tính thành những sóng chuyển động nhanh, nhiệt năng và gia tốc cho các hạt. Giới khoa học đã quan sát thấy hiện tượng tái kết nối từ tính trong các plasma xung quanh Trái Đất và các hành tinh khác khi gặp gió Mặt Trời.