[Phần mềm di động: BoKeYuan] Năm năm sau khi tàu vũ trụ MAVEN của NASA đi vào quỹ đạo sao Hỏa, dữ liệu thu được đã giúp tạo ra bản đồ hệ thống dòng điện trong bầu khí quyển sao Hỏa. Robin Ramstad, một nhà vật lý thực nghiệm tại Đại học Colorado Boulder, cho biết: "Những dòng hải lưu này đóng vai trò chính trong việc mất đi bầu khí quyển, biến sao Hỏa từ một thế giới có thể hỗ trợ sự sống thành một sa mạc khắc nghiệt". Các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu sử dụng dòng hải lưu để xác định lượng năng lượng chính xác được khai thác từ gió mặt trời và cung cấp năng lượng cho sự thoát khí quyển.
Trái Đất cũng có những hệ thống dòng điện như vậy: Chúng ta thậm chí có thể nhìn thấy chúng dưới dạng màn trình diễn ánh sáng đầy màu sắc trên bầu trời đêm gần các vùng cực, được gọi là Cực quang (Ánh sáng phương Bắc và phương Nam). Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Astronomy. Cực quang của Trái Đất có liên quan chặt chẽ đến dòng điện được tạo ra bởi sự tương tác giữa từ trường Trái Đất và gió Mặt Trời. Những dòng điện này chảy vào khí quyển theo các đường từ trường thẳng đứng và tập trung ở các vùng cực. Tuy nhiên, việc nghiên cứu dòng điện cách xa hàng nghìn dặm trên đầu chúng ta chỉ cho biết một phần câu chuyện về những gì đang diễn ra trên sao Hỏa. Sự khác biệt nằm ở từ trường của từng hành tinh, bởi vì trong khi từ trường của Trái Đất xuất phát từ bên trong thì từ trường của Sao Hỏa lại không.
Từ trường hành tinh
Từ trường của Trái Đất xuất phát từ lõi của nó, nơi sắt dẫn điện nóng chảy chảy bên dưới lớp vỏ Trái Đất. Từ trường cũng có tính toàn cầu, nghĩa là nó bao quanh toàn bộ hành tinh. Vì sao Hỏa là một hành tinh đất đá giống như Trái Đất, nên người ta có thể cho rằng mô hình từ trường tương tự cũng tồn tại ở đó. Tuy nhiên, bản thân sao Hỏa không tạo ra từ trường bên ngoài những mảng vỏ từ hóa tương đối nhỏ. Phải có điều gì đó đang xảy ra trên Hành tinh Đỏ khác với những gì được quan sát trên Trái Đất.
Chuyện gì đã xảy ra trên sao Hỏa?
Gió mặt trời chủ yếu bao gồm các electron và proton tích điện và thổi liên tục từ Mặt trời với tốc độ khoảng một triệu dặm một giờ. Nó chảy xung quanh và tương tác với các vật thể trong Hệ Mặt trời. Gió mặt trời cũng bị từ hóa, và từ trường này không thể dễ dàng xuyên qua tầng khí quyển phía trên của các hành tinh không bị từ hóa như sao Hỏa. Thay vào đó, dòng điện mà nó tạo ra trong tầng điện ly của Trái Đất khiến từ trường tích tụ và mạnh lên, tạo ra thứ được gọi là từ quyển cảm ứng. Cách gió Mặt Trời thúc đẩy từ quyển cảm ứng trên sao Hỏa chỉ mới được hiểu rõ cho đến tận bây giờ.
Khi các ion và electron của gió Mặt Trời va chạm với từ trường cảm ứng mạnh hơn này gần Sao Hỏa, chúng sẽ bị đẩy ra xa nhau do mang điện tích trái dấu. Một số ion chảy theo một hướng và một số electron chảy theo hướng khác, tạo ra dòng điện chạy từ phía ban ngày của Trái Đất đến phía ban đêm. Đồng thời, tia X mặt trời và tia cực tím liên tục ion hóa một phần bầu khí quyển phía trên của sao Hỏa, biến nó thành sự kết hợp của các electron và ion tích điện có thể dẫn điện. Bầu khí quyển của sao Hỏa hoạt động giống như một quả cầu kim loại có mạch điện bị ngắt. Các dòng hải lưu chảy trong tầng khí quyển phía trên, với các lớp mạnh nhất tồn tại ở độ cao 120-200 km (khoảng 75-125 dặm) so với bề mặt hành tinh.
MAVEN và các sứ mệnh trước đây đã phát hiện ra những dấu hiệu cục bộ của các lớp dòng điện này trước đây, nhưng chưa bao giờ có thể lập bản đồ toàn bộ hệ thống dòng điện, từ quá trình tạo ra chúng trong gió mặt trời cho đến nơi điện được lưu trữ trong tầng khí quyển phía trên. Việc phát hiện trực tiếp các dòng điện này trong không gian là vô cùng khó khăn, nhưng may mắn thay, các dòng điện này làm biến dạng từ trường trong gió mặt trời, và máy đo từ trường nhạy của MAVEN có thể phát hiện được điều này. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng MAVEN để lập bản đồ cấu trúc từ trường trung bình xung quanh sao Hỏa theo ba chiều và tính toán dòng điện trực tiếp từ sự biến dạng mà chúng gây ra cho cấu trúc từ trường. Chỉ với một thao tác khéo léo, cường độ và đường đi của dòng điện sẽ xuất hiện trên bản đồ từ trường này.
Số phận của hành tinh đỏ
Trong trường hợp không có từ trường toàn cầu xung quanh sao Hỏa, dòng điện cảm ứng trong gió mặt trời có thể tạo thành kết nối điện trực tiếp với tầng khí quyển phía trên của sao Hỏa. Dòng điện chuyển đổi năng lượng của gió mặt trời thành từ trường và điện trường, đẩy các hạt tích điện trong khí quyển vào không gian và đẩy khí quyển thoát ra ngoài không gian. Những phát hiện mới tiết lộ một số đặc điểm bất ngờ về hiểu biết của MAVEN về mục tiêu thoát khí quyển: Năng lượng thúc đẩy sự thoát khí dường như đến từ một thể tích lớn hơn nhiều so với giả định thông thường. Sự mất mát khí quyển do gió Mặt Trời đã diễn ra trong hàng tỷ năm và góp phần khiến sao Hỏa biến đổi từ một hành tinh ấm áp, ẩm ướt thành một sa mạc lạnh giá trên toàn cầu.
Maven đang tiếp tục khám phá quá trình này diễn ra như thế nào và lượng khí quyển của Trái Đất đã bị mất đi là bao nhiêu. Nghiên cứu này được tài trợ bởi sứ mệnh MAVEN. Nhà nghiên cứu chính của MAVEN làm việc tại Phòng thí nghiệm Vật lý Khí quyển và Không gian thuộc Đại học Colorado Boulder. Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, Maryland, quản lý dự án MAVEN. NASA đang khám phá hệ mặt trời và xa hơn nữa, khám phá những bí ẩn của thế giới gần và xa, các ngôi sao và vũ trụ bằng các thiết bị mạnh mẽ từ không gian và các sứ mệnh trên mặt đất.
Bác Khắc Nguyên | Nghiên cứu/Từ: Trung tâm bay vũ trụ Goddard của NASA
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Astronomy
BoKeYuan｜Khoa học, công nghệ, nghiên cứu, khoa học phổ thông
Theo dõi [Bokeyuan] để xem thêm nhiều khoa học vũ trụ đẹp hơn
