Bước đột phá mới hé lộ nguồn gốc của hiện tượng 'switchback' trong gió Mặt Trời

Các nhà khoa học vừa có bước tiến quan trọng trong việc giải mã một trong những bí ẩn lâu dài của ngành vật lý thiên văn: nguồn gốc của hiện tượng "switchback" — những đoạn gấp khúc hình chữ S bất thường trong từ trường của gió Mặt Trời.

Switchback là gì và tại sao nó quan trọng?

Switchback là tên gọi của một dạng biến dạng hình chữ S trong từ trường của gió Mặt Trời — một sự lệch hướng đột ngột và mạnh mẽ. Hiện tượng này lần đầu được phát hiện vào năm 2022 khi tàu thăm dò Solar Orbiter cung cấp cho giới khoa học cái nhìn toàn diện về cấu trúc của nó, xác nhận hình dạng chữ S đặc trưng.

Tuy nhiên, vào thời điểm đó, nguồn gốc của switchback vẫn còn là đề tài tranh luận. Dữ liệu từ tàu thăm dò khi đó gợi ý rằng nó có thể hình thành gần bề mặt Mặt Trời, nhưng chưa đủ bằng chứng để khẳng định chắc chắn.

Chuyến bay xuyên qua switchback mang tính bước ngoặt

Bước đột phá đến khi Solar Orbiter thực hiện một chuyến bay xuyên qua một switchback có kích thước rất lớn.

"Solar Orbiter đã bay xuyên qua một switchback cực lớn. Nhờ đó, chúng tôi có thể lấy mẫu những hạt hiếm khi được quan sát tại đó — những hạt mang dấu vết đặc trưng tiết lộ nguồn gốc của chúng."

Đó là chia sẻ của Jesse Coburn thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS/LPP).

Thiết bị Solar Wind Analyser (SWA) trên tàu Solar Orbiter được sử dụng để lấy mẫu plasma trong switchback. Kết quả cho thấy các hạt thu được chỉ có thể hình thành bên trong những vòng từ trường nóng tại bề mặt Mặt Trời.

Hai giả thuyết cạnh tranh

Theo Coburn, tồn tại hai giả thuyết chính đối với sự hình thành của switchback, và qua đó là sự hình thành của gió Mặt Trời:

• Giả thuyết thứ nhất — "tái kết nối hoán đổi" (interchange reconnection): Xảy ra khi các vùng trên Mặt Trời có tính chất từ trường khác nhau tương tác với nhau. Một số đường sức từ vươn thẳng ra ngoài không gian, trong khi những đường khác khép kín — vươn ra rồi vòng trở lại. Khi hai loại đường sức này gặp nhau, chúng có thể bung mở, giải phóng plasma bị mắc kẹt trước đó vào không gian.

• Giả thuyết thứ hai: Tập trung vào các quá trình liên quan đến sóng và nhiễu động.

Theo nhóm nghiên cứu, hỗn hợp hạt đặc biệt mà Solar Orbiter phát hiện chính là "bằng chứng không thể chối cãi" ủng hộ cơ chế tái kết nối hoán đổi.

Sóng và nhiễu động chỉ xuất hiện sau đó

Stephanie Yardley từ Đại học Northumbria (Vương quốc Anh) cho biết:

"Điều thú vị là chúng tôi cũng nhìn thấy dấu hiệu của các quá trình sóng và nhiễu động, nhưng nhiều khả năng chỉ xuất hiện sau khi switchback đã rời khỏi Mặt Trời và tiến ra không gian."

Nói cách khác, một khi switchback đã rời khỏi Mặt Trời, sóng và nhiễu động sẽ tiếp quản và chi phối cách nó di chuyển trong không gian liên hành tinh.

Dữ liệu kết hợp từ nhiều nguồn

Để xác định chính xác nguồn gốc Mặt Trời của switchback, các nhà khoa học còn kết hợp dữ liệu từ Solar Dynamics Observatory của NASA. Sự phối hợp đa nguồn này giúp củng cố kết luận về cơ chế hình thành.

Phát hiện này không chỉ giải đáp một câu hỏi vật lý thiên văn cơ bản, mà còn giúp làm sáng tỏ cách Mặt Trời đốt nóng bầu khí quyển của chính nó và gia tốc các hạt gió Mặt Trời phóng vào không gian.

Ý nghĩa đối với dự báo bão Mặt Trời

Hiểu rõ hơn về động lực học của gió Mặt Trời có ý nghĩa thực tiễn to lớn đối với việc dự báo các cơn bão Mặt Trời và mức độ nghiêm trọng của chúng.

"Là con người sống trên Trái Đất — và trong không gian — cuộc sống của chúng ta gắn chặt với những gì đang diễn ra trên ngôi sao của mình. Gió Mặt Trời kết nối Trái Đất với Mặt Trời, và hiểu biết của chúng ta về động lực học của nó có ý nghĩa then chốt đối với cách chúng ta bảo vệ hành tinh khỏi các hiện tượng thời tiết không gian cực đoan. Càng hiểu nhiều, chúng ta càng chuẩn bị tốt hơn cho các cơn bão Mặt Trời, nhằm bảo vệ hạ tầng và công nghệ trong không gian."

Đó là nhận định của Daniel Müller, nhà khoa học dự án Solar Orbiter của ESA.

Liên hệ với Việt Nam

Với một quốc gia đang đẩy mạnh đầu tư vào hạ tầng công nghệ — từ vệ tinh viễn thông, hệ thống định vị GPS đến các trạm mặt đất và mạng lưới truyền thông — những nghiên cứu như thế này mang ý nghĩa không nhỏ. Các cơn bão Mặt Trời mạnh có thể gây nhiễu sóng vô tuyến, ảnh hưởng đến vệ tinh, lưới điện và hệ thống liên lạc toàn cầu.

Việc hiểu rõ hơn về cơ chế hình thành và lan truyền của gió Mặt Trời sẽ góp phần cải thiện khả năng cảnh báo sớm thời tiết không gian — một lĩnh vực mà các quốc gia có hạ tầng vệ tinh và công nghệ số phát triển như Việt Nam cần đặc biệt quan tâm trong dài hạn.