Sống cùng một vì sao

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

63
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'sống cùng một vì sao', tài liệu phổ thông, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sống cùng một vì sao

S ng cùng m t vì sao Alan Title (Physics World, tháng 11/2010) • Phóng lên qu o h i tháng 2, d li u thu v t b thi t b nh y g n trên ài thiên văn ng l c h c M t tr i c a NASA ã nh hình l i cái chúng ta bi t v các quá trình m t tr i và nguyên nhân gây ra th i ti t vũ tr . nh: NASA phá h y các máy bi n i n và làm tê li t m ng lư i M t tr i c a chúng ta trông xinh p nh t t i c p i n. th i kh c nguy hi m nh t c a nó. Nét p ó có th nhìn th y t trên Trái t này d ng ánh sáng Nhưng gi ng như màn trình di n c c quang, các phương b c ho c phương nam [c c quang], chúng quá trình m t tr i gây ra th i ti t vũ tr cũng p xu t hi n khi các h t tích i n t M t tr i n va m t cách ngo n m c. nh bên dư i cho th y m t ch m v i t ng cao khí quy n c a Trái t. Nhưng tai l a hình vành phun lên t b m t Thái dương, trong không gian ngoài kia, các h qu c a “th i ti t g i m t xung plasma lao nhanh ra ngoài t c vũ tr ” do M t tr i gây ra không ôn hòa như v y: kho ng 300 km/s. Trư c khi phun trào, tai l a này các h t năng lư ng cao, tia X và tia gamma mà M t t n t i dư i d ng m t ng dài ch t li u t tính, tr i phát ra có th gây h y ho i i v i các thi t b tương i ngu i, ngay phía trên b m t kh ki n. i n t nh y, làm h ng các máy vi tính và có các Sau ó, nó b m t n nh b i nh ng cơ ch chưa tác ng nguy hi m (có l khó tránh kh i) i v i ư c hi u rõ hoàn toàn. Nh ng cơ ch như v y là các nhà du hành vũ tr . quan tr ng vì chúng có th t o ra các CME, nh ng v phun trào có th phóng thích t i 10 t t n plasma Trong a ph n th i gian, b u khí quy n và t trư ng nóng vào trong nh t quy n – cùng v i nh ng h u c a Trái t b o v chúng ta kh i nh ng s ki n d qu nghiêm tr ng cho b t kì v t nào, con ngư i hay d i hơn x y ra trong khí quy n m t tr i, thí d như b t c th gì khác, n m trên ư ng i c a chúng. các v n g n b m t th n thái dương (g i là các tai l a m t tr i) hay các t phun trào c a nh ng M t trong nh ng m c tiêu chính c a s m nh ài b t khí kh ng l t bên trong M t tr i (g i là s thiên văn ng l c h c M t tr i (SDO) c a NASA phun trào v t ch t vành nh t hoa, hay CME). Tuy là tìm hi u các cơ ch m t n nh này. hi u rõ v y, khi các h t tích i n t M t tr i n ch m trán thêm v chúng, và nh ng hi n tư ng do chúng t o v i t trư ng c a Trái t, thì t trư ng Trái t b ra, chúng ta c n ph i có th quan sát các s ki n bi n d ng và b nén. Nh ng s thay i m t ht m t tr i khi chúng x y ra. i u này không d dàng tích i n trong t ng cao khí quy n có th t o ra gì. Các tai l a và CME có th xu t hi n b t kì nơi nh ng hi u ng n i b t. S truy n thông vô tuy n âu, b t kì lúc nào, cho nên chúng ta c n m t h có th b gián o n và, th nh tho ng, nh ng s thay th ng theo dõi có th quan sát toàn b b m t Thái i như v y có th c m ng nh ng dòng i n nguy dương m t cách liên t c. Ngoài ra, các v n m t h i trong nh ng ư ng dây truy n t i i n ư ng tr i thư ng di n ra nhanh chóng – t c 1000 km/s xa, trong cáp i n chôn dư i t, và trong các không ph i là hi m – cho nên các b c nh ph i thu ư ng ng d n d u. Nh ng tia l a kh ng l có th ư c t c và th i gian phơi sáng có th thu l y
s phát tri n c a nh ng s ki n ph c t p này. Vi c các b c nh phân gi i cao c a nh ng vùng ch n l c g i d li u t quá nhi u hình nh như v y tr v c a khí quy n m t tr i. Trái t và sau ó phân ph i n c ng ng khoa h c cũng g p khó khăn. Cu i cùng, luôn có các tr K t qu t nh ng s m nh có trư c này mang l i ng i thư ng g p i cùng v i s làm vi c trong m t cái nhìn thoáng trêu ngươi c a cách th c M t không gian: b n ch phóng lên m t l n, cho nên n u tr i ho t ng. Tuy nhiên, s m nh m i này s cho thi t b ho t ng, thì b n không th s a nó ư c; chúng ta bi t nhi u v M t tr i hơn so v i các ti n toàn b thi t b ph i càng nh càng t t vì tiêu t n b i c a nó. Toàn b nh ng nh ch p trư c ây c a n 200.000 b ng Anh cho m i kilogram thi t b nh t hoa u ch u ba h n ch l n. M t là chúng phóng lên; và các thi t b nh y cùng máy vi tính không k t h p s phân gi i không gian cao v i các ph i có th tr v ng v i th i ti t vũ tr c c mà quan sát bao quát toàn b ĩa M t tr i. Th hai, các chúng mu n nghiên c u, không có s b o v c a t thi t b ó không th ch p quá nhi u hình nh trư ng Trái t. nhanh liên ti p nhau (g i là ho t ng “cao phách”) do các h n ch t c g i d li u v Trái t. Và cu i cùng, vì các thi t b trư c ây không th ch p các b c nh trong m t ngư ng bư c sóng khác nhau, và t c có sánh v i s phát tri n nh t hoa, cho nên không th phân bi t các s ki n quan sát th y là do s nóng lên, ngu i i, hay là do các thay im t . B ba giám sát m t tr i SDO ư c phóng lên t Trung tâm Vũ tr Kennedy, vào hôm 11/02 và ư c mang vào qu o a tĩnh, cách b m t Trái t 36.000 km, b i tên l a Atlas V. Ba thi t b g n trên tàu ư c thi t k b sung cho nhau. Máy nh T và Nh t quy n (HMI), do các nhà nghiên c u t i trư ng i h c Stanford và Phòng thí nghi m Thiên văn V t lí Vũ tr Lockheed Martin (LMSAL) phát tri n, s nghiên c u hành vi Hình 1. Các tai l a ang phun trào d d i c a M t tr i có th c a t trư ng b m t Thái dương. th c hi n có nh ng h qu th c s i v i chúng ta trên Trái t – t s nghiên c u này, m i 30s HMI s l p b n dòng truy n thông vô tuy n b gián o n cho n các máy bi n i n b h ng hóc. ch y v t ch t trên b m t thái dương. Nó cũng l p bn t trư ng “theo hư ng nhìn” trong m i 45s T t c nh ng y u t này gây thách th c cho nh ng và b n vec-tơ t trư ng trong m i 15 phút. Các ngư i trong chúng tôi ph trách thi t k các thi t b bn dòng ch y m t cho chúng ta suy lu n ra m t trên SDO. Là s m nh u tiên trong chương trình s cái ang di n ra bên dư i b m t Thái dương, vì “S ng cùng m t vì sao” c a NASA, m c ích c a hình nh dòng ch y m t có th ti t l hành tr ng c a SDO là giúp chúng ta hi u rõ hơn các s ki n m t t trư ng ngay trư c khi chúng xu t hi n bán c u tr i x y ra như th nào, thí d như tai l a hình vành nhìn th y. Trong khi ó, các b n vec-tơ t Hình 1, s tác ng lên nh t quy n và, c bi t, trư ng, th hi n hư ng và l n c a t trư ng ló ra chúng gây ra th i ti t vũ tr như th nào. Nh m t b m t thái dương. Như v i các b n “theo m c tiêu y, SDO ang ư c xây d ng trên nh ng hư ng nhìn”, chúng cho ta bi t t thông theo hư ng s m nh trư c ây như SOHO và STEREO, tương v Trái t. Vec-tơ trư ng thì mang l i nhi u ng phóng lên qu o vào năm 1995 và 2006. Hai thông tin hơn, nhưng các phép o theo hư ng nhìn s m nh này v n ang ho t ng, b sung thêm thì nh y hơn. ki n th c c a chúng ta v các s ki n m t tr i b ng cách thu th p thêm d li u v vành nh t hoa phía Thi t b th hai trên SDO là B Ghi nh Khí quy n ngoài và, trong trư ng h p STEREO, cung c p (AIA), cũng ư c phát tri n t i LMSAL (hình 2). thêm các góc nhìn c a nh ng v phun trào m t tr i. Nhi m v c a nó là nghiên c u nh t hoa m t tr i Tương t như v y, TRACE, phóng lên vào năm ph n ng như th nào v i t trư ng mà HMI quan 1996 và ã ng ng ho t ng h i tháng 9, cung c p sát th y g n b m t Thái dương. B n chi c kính
thiên văn c a AIA hư ng ánh sáng vào b n camera chúng ta ch ch n m t ánh sáng M t tr i trong m t CCD, chúng ch p nh c a b u khí quy n M t tr i gi m i ngày – và th m chí ch trong nh ng kho ng nh ng bư c sóng tương ng v i các tr ng thái ion th i gian hai ngày, hai tu n m i năm, vào tháng 9 hóa c a s t và helium, ng th i là ba d i ph trong và tháng 3. Th hai, qu o a tĩnh có nghĩa là phi vùng t ngo i. D li u t các v ch quang ph s t thuy n SDO luôn luôn có cao không i, nên nó cho phép chúng ta l p b n nhi t c a nh t hoa có th truy n d li u và nh n l nh liên t c t m t 6 trong m t d i t 700.000 n 20.10 J, còn d li u tr m m t t g n White Sands New Mexico. helium kh o sát nhi t t 30.000 n 100.000 K. Vi c liên l c liên t c v i tr m m t t là thi t y u i v i SDO, nh hoàn toàn vào kh i d li u mà nó t o ra. Có t ng c ng sáu camera CCD trên SDO – hai trên HMI và b n trên AIA – và h u như m i giây m t b c nh 4096 × 4096 pixel (16 megapixel) t m t trong s chúng ph i ư c c ra và truy n v Trái t. Các pixel trên th t s l n so v i các chu n camera CCD thương m i (13 × 13 m). Vì s photon có th phát hi n ra trong m t l n phơi sáng t l v i c pixel, nên các CCD trên AIA có m t ngư ng ng l n – t 1 n 10.000. (Các camera ư c thi t k và s n xu t b i các nhà khoa h c và kĩ sư t i Phòng thí nghi m Rutherford Appleton g n Didcot, còn các máy dò CCD c bi t ư c hãng e2v s n xu t, hãng này cũng Anh qu c). i u này th t tuy t v i cho vi c bao quát ngư ng r ng cư ng trong m t tai l a m t tr i, Hình 2. B n kính thiên văn và camera CCD c a B Ghi nh nhưng nó cũng có nghĩa là m i nh ch a m t ph n Khí quy n (AIA) g n trên phi thuy n ài thiên văn ng l c tư terabit d li u. Th t v y, t ng lư ng d li u g i h c M t tr i, ch p trong giai o n chu n b cho chuy n bay. ( nh: NASA) t AIA và HMI n tr m m t t New Mexico là kho ng 1,8 terabyte m i ngày, hay 67 megabit m i Thi t b cu i cùng g n trên SDO là Thí nghi m giây. hình dung c d li u trên, b n hãy xem Tính bi n thiên T ngo i C c ng n (EVE). ư c m i nh s ch a y 6,25 ĩa DVD, cho nên s m t phát tri n b i i ngũ t i Phòng thí nghi m V t lí kho ng 540.000 ĩa DVD ch a toàn b hình nh Vũ tr và Khí quy n thu c trư ng i h c thu ư c trong m t ngày. Colorado, EVE g m m t ma tr n quang ph k o su t ph n chi u toàn ph n c a m t tr i trên các T c d li u cao như v y có s tác ng l n i bư c sóng t 0,1 n 105 nm. Vì EVE và AIA ang v i thi t k c a Trung tâm i u hành Khoa h c cho bay cùng v i nhau, cho nên ngư i ta luôn có th k t HMI và AIA (EVE, v i t c d li u nh hơn h p các thay i su t ph n chi u c a M t tr i v i nhi u, có trung tâm d li u riêng c a nó), h th ng các s ki n m t tr i c bi t, b ng cách so sánh phân ph i d li u và h th ng mà ph n còn l i c a kho ng cách th i gian c a các bi n thiên trong các c ng ng khoa h c s d ng truy xu t d li u phép o c a EVE v i d li u d i ph trong các nh trên. c i m v a nói t i này c bi t quan tr ng, ch p c a AIA. n u b n h i m t nhà khoa h c xem h mu n th y d li u gì, thì ph n ng u tiên c a h luôn là “T t X lí d li u c chúng!” Th t không may, s th t áng s là m i khi các hình nh không b nén, thì ch riêng AIA ã Yêu c u t c ghi nh cao, phân gi i không t o ra kho ng 3,5 terabyte d li u m i ngày – tương gian và bao quát ph r ng chi ph i thi t k c a ương v i vi c t i xu ng kho ng 700.000 bài hát c ba thi t b , cũng như các tính ch t và qu oc a MP3 ch t lư ng cao. phi thuy n mang chúng. Qu o a tĩnh c a ài thiên văn trên, ch ng h n, mang l i hai l i th l n t o i u ki n thu n l i cho các nhà khoa h c nghiên c u M t tr i. Th nh t, nh ng qu o nghiên c u m t tr i, m t s ti n ích ã ư c phát như v y cao phía trên Trái t nên hành tinh tri n cho phép h khai thác kho d li u SDO góp
ph n cho nh ng m c tiêu khoa h c c bi t. Thí d , hi n y u i 25 l n – trên th c t , y u n m c s m t s câu h i mà các nhà khoa h c ang nghiên ki n không th nào phát hi n ra ư c. Chúng tôi c u là các tai l a có xu t hi n cùng v i CME hay cũng nhìn th y các d ng sóng chuy n ng cùng v i không, nh ng lo i tai l a nào xu t hi n cùng v i các ư ng s c t tc 1000-2000 km/s khi s nh ng c trưng riêng bi t trong ph EVE, và có ki n tai l a phát tri n. Nh ng sóng lan nhanh này nh ng quan h th ng kê gì gi a s phun trào v t chưa bao gi ư c trông th y trư c ây và chúng ch t d ng s i tóc và các c u hình t trư ng. Chúng tôi không bi t cơ ch nào t o ra chúng ho c vai trò tôi còn sáng t o ra m t trình xem d li u, cho phép c a chúng trong quá trình tai l a. các nhà khoa h c xem xét kho tài nguyên v i d li u nén. i u này làm gi m áng k s lư ng d li u ph i thu th p các phép ánh giá khoa h c chính xác có th b t u. Các công c x lí khác bao g m m t trang web “Sun Today” (sdowww.lmsal.com) trưng bày các m u nh AIA và t ph HMI, c p nh t m i 5 phút m t l n, cùng các phim quay hàng ngày c a các s ki n m t tr i. Cái chúng tôi ang tìm hi u H i cu i tháng ba, chúng tôi ã m kính thiên văn Hình 3. B n nhi t màu gi l p c a b m t M t tr i, t o AIA l n u tiên. Nh ng hình nh u tiên th t p. ra b ng cách k t h p nhi u nh b i mà AIA ch p ư c. Trong T t c các b l c tinh vi phía trư c u s ng sót sau nh phía bên trái, ch p hôm 16 tháng 9, ngư ng nhi t t 1- t phóng tên l a và t t c các thi t b u ho t 2 tri u kelvin (xanh n ). nh phía bên ph i ch p h u như ngay lúc y, nhưng ây ngư ng nhi t là 2-6 tri u kelvin. ng t t. Vài ngày sau khi chúng tôi b t u thu ( nh: NASA) th p d li u, M t tr i ã t ng chúng tôi m t tai l a phun trào kh ng l phía ông c a nó – m t s M c dù m t s d li u này ư c x lí t t hơn dư i kh i u tuy t v i cho s m nh 5 năm theo k d ng s , nhưng các nh ch p nhi t b i mà AIA ho ch c a chúng tôi. th c hi n cũng có th k t h p t o ra m t vài lo i bn nhi t màu gi l p, gi ng như b n trên K t ó, chúng tôi ã quan sát M t tr i h u như hình 3. Phim quay c a nh ng b n màu như v y liên t c, v i ch vài gián o n ng n h n iu cho phép các nhà khoa h c m t tr i nghiên c u s ch nh. Trong th i kì này, M t tr i ã trình hi n ti n tri n nhi t khi M t tr i im ng, cũng như khi trư c chúng tôi m t s CME, các phun trào d ng nó ho t ng. Nh ng o n phim này cung c p b c s i, nh ng tai l a nh và th m chí m t vài tai l a tranh tr c quan c a các m i tương quan gi a các s trung bình l n. K t qu là chúng tôi hi n ang b t ki n trên M t tr i khá xa nhau. Trong hàng th p u ánh giá xem bao nhiêu ph n M t tr i b tác k , ã có các tranh lu n v tai l a hay s phun trào ng b i s s p x p l i t tính trong m t vùng r t d ng s i có th gây ra nh ng s ki n xa xôi khác. c c b . Thí d , nh ng khu v c không có các v t en Gi thì ch sau vài tháng quan sát, các o n phim có th t o ra các nhi u lo n tác ng n 30-60% b AIA ã xác l p rõ ràng tính nhân qu trên kho ng m t nhìn th y. cách c ư ng kính m t m t tr i ho c l n hơn. M c dù hi n t i chúng ta ang tr i qua kì c c ti u sâu s c Các nh ch p t c cao cũng h t s c phong phú. nh t c a ho t ng m t tr i trong hơn m t th k , Lúc b t y m t ho t ng d ng s i hay CME, m t nhưng M t tr i v n nói v i chúng ta r t nhi u i u. s chi ti t xu t hi n t c 100-600 km/s. Lúc kh i phát c a m t tai l a, th nh tho ng có các Kính thiên văn AIA: thách th c b c b n “lu ng hơi” plasma chuy n ng t c 1000- 2000 km/s. Khi thu l y nh ng s ki n như v y, m t ài thiên văn ng l c h c M t tr i c a NASA ph n di n m o khu ch tán c a chúng gây ra b i v t mang theo ba thi t b , m t trong s chúng là B Ghi chuy n ng; m t s phơi sáng 3s tiêu bi u mà AIA nh Khí quy n (AIA). Vi c thi t k b n chi c kính ch p l y, ch ng h n, làm nhòe nh c a m t c u trúc thiên văn c a nó mang l i trư c m t chúng ta b n 2000 km/s i 4-8 pixel. S phơi sáng 30s tiêu bi u thách th c chính, khó khăn hàng u là do b n thân c a phi thuy n trư c ây gây ra s nhòe nh nhi u ánh sáng m t tr i gây ra. Lư ng ánh sáng i t i m t g p 5 l n ho c hơn n a và làm cho s ki n xu t
kênh t ngo i c c ng n (EUV) tiêu bi u y u hơn nhau. M t l p tráng t p ch t ch sâu 50 nm s m t t l n so v i ánh sáng m t tr i rơi lên phía trư c làm truy n qua c a kính i 50%, và các kính chi c kính thiên văn. lo i b ánh sáng kh ki n, thiên văn AIA có 11 m t khác nhau trong ó nh ng phía trư c c a m i kênh EUV ư c tráng m t l p t p ch t như v y có th ư c ưa vào, bao g m c kim lo i l c ch dày 150 nm, ho c kho ng 0,2% các b l c b i, gương sơ c p và gương th c p c a ư ng kính c a m t s i tóc ngư i – dày ch n kính, và b m t c a chính camera CCD. i u này ánh sáng kh ki n, nhưng m ng cho ánh sáng có nghĩa là chưa t i 5 nm t p ch t có th cho phép EUV mong mu n i qua. thu th p trên b t c b m t nào, ho c trong quá trình ch t o, ho c t khí th i c a các thành ph n sau khi AIA i vào qu o. Vi c ch t o nh ng b l c như v y th t s khó khăn, nhưng vi c thi t k khung cho chúng còn khó hơn n a. Nh ng khung này ph i c ng s ng Cu i cùng, còn có câu h i v tính n nh. M i sót qua các dao ng và bi n thiên áp su t mà pixel trên các camera CCD c a AIA thu gom ánh chúng ch u trong lúc phóng tên l a, nhưng chúng sáng t m t hình nón r ng kho ng 0,6 giây cung, không th ch n m t ph n áng k ánh sáng EUV. tương ng v i kho ng 730 km t i tâm c a ĩa m t Hình nh bên dư i th hi n m t trong nhi u b l c tr i. t o ra nh ng hình nh s c nét, chuy n ng ã th t b i trong khi chúng tôi th nghi m các thi t do phi thuy n gây ra ph i h n ch v i kho ng 0,2 k khác nhau xác nh xem m u nào s ng sót giây cung, ho c kho ng 14 km trên b m t thái trong môi trư ng phóng. dương. i u này òi h i m t h th ng cân b ng ho t tính, trong ó các tín hi u sinh ra b i b n thân các kính thiên văn dùng i u khi n góc c a các gương th c p g n trên các u c áp i n. K t qu là nó n nh gi ng như gi m t chùm laser hư ng vào m t vòng tròn m c tiêu ư ng kính 1mm t kho ng cách 10 km. i v i nh ng ngư i thích chơi golf, i u này tương ương v i vi c m t ngư i chơi ang ào m t cái l t i Old Course St Andrews trong khi ang ng r p xi c Piccadilly. Tác gi Alan Title là giáo sư v t lí t i trư ng i h c • Stanford, Hoa Kì; nhà khoa h c thâm niên t i Trung tâm Công ngh Tiên ti n Lockheed Martin Palo Alto. Ngu n: Physics World, tháng 11/2010 nh: NASA Thách th c th hai là m b o r ng ánh sáng EUV s b ph n x kh i các gương c a kính thiên văn. Ánh sáng EUV không ph n x kh i m t l p b c hay nhôm theo yêu c u c a gương c a kính thiên văn ánh sáng kh ki n, cho nên thay vì th chúng ta ph i tráng gương b ng m t lo t l p ch t silicon và molybdenum m ng xen k . Nh ng l p tráng này không th lo i b , cho nên s tr c tr c l p tráng s làm h ng c cái gương. Các gương còn ph i có hình d ng thích h p, và vì bư c sóng c a ánh sáng EUV quá ng n, cho nên chúng ph i c c kì nh n, v i các bi n thiên căn quân phương kho ng 0,3 nm. Thách th c th ba là ánh sáng EUV d dàng b h p th b i các t p ch t như các h p ch t silicon và hydrocarbon dùng gi kính thiên văn AIA l i v i