Tìm Hiểu Về Vùng Heliopause: Bức Tường Lửa Của Hệ Mặt Trời

Heliopause là khu vực ở rìa Hệ Mặt trời, nơi nhiệt độ có thể đạt tới 30.000 – 50.000 độ C, được ghi nhận bởi các tàu Voyager của NASA.

Heliopause là điểm mà ở đó gió Mặt trời ngừng tác động và không gian liên sao bắt đầu. Khu vực này thường được gọi là “Bức tường lửa”, mặc dù tên gọi này không chính xác hoàn toàn về phương diện khoa học, song vẫn phản ánh một trong những khám phá quan trọng của các tàu Voyager.

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

Bộ đôi Voyager 1 và Voyager 2, được phóng vào không gian từ năm 1977, vẫn đang tiếp tục hoạt động, đặc biệt là Voyager 2 hiện vẫn hoạt động tốt, trong khi Voyager 1 chỉ vừa mất liên lạc gần đây và vẫn có hy vọng khôi phục.

Nguồn gốc tên gọi “Bức tường lửa” không phải là không có cơ sở. Các tàu Voyager đã đo được mức nhiệt cực cao 30.000 – 50.000 độ C khi chúng đi qua heliopause, khiến cho nhiệt độ trên Trái đất trở nên tương đối dễ chịu hơn.

Mặc dù vậy, không có ngọn lửa theo ý nghĩa thông thường: hiện tượng cháy xảy ra khi nhiên liệu kết hợp với oxy. Heliopause chủ yếu là plasma nóng. Tuy nhiên, việc tiếp cận heliopause không giống như tiếp xúc với Mặt trời. Hai tàu Voyager không bị bốc hơi vì mật độ vật chất tại đây rất thấp.

Để hiểu rõ vì sao “Bức tường lửa” lại có nhiệt độ cao như vậy, mặc dù cách xa Mặt trời, chúng ta cần nắm vững khái niệm về 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 cũng tỷ lệ thuận tăng lên. Khi tốc độ tăng, các phân tử sẽ va chạm với vật thể xung quanh, tạo ra cảm giác nóng.

Đối với các phân tử ít ỏi tại heliopause, việc cần ít năng lượng hơn để làm chúng chuyển động nhanh hơn đồng nghĩa với việc khả năng va chạm với các vật thể xâm nhập sẽ thấp hơn. Nếu không có va chạm nào diễn ra, năng lượng không thể được truyền đi và vật thể mới sẽ không bị nóng lên.

Đây chính là tình huống mà cả hai tàu Voyager và các tàu vũ trụ khác khi rời khỏi Hệ Mặt trời sẽ gặp phải. Heliopause mặc dù có độ dày cao hơn so với không gian xung quanh, nhưng vẫn tương tự như một khu vực chân không. Ngay cả khi các phân tử tồn tại ở đây chuyển động rất nhanh với nhiệt độ cực cao, chúng cũng không thể làm nóng các tàu Voyager nặng hơn 700kg.

Vậy lý do nào khiến nhiệt độ ở vị trí này lại cao bất thường như vậy? Trước kia, các nhà khoa học đã dự đoán rằng heliopause sẽ nóng, nhưng mức độ dự đoán chỉ đạt khoảng một nửa so với ghi nhận thực tế của các tàu Voyager. Điều này càng nhấn mạnh tầm quan trọng của bộ đôi Voyager trong việc khám phá vũ trụ.

Nhiệt độ cao được cho là do sự nén plasma khi gió Mặt trời gặp phải không gian liên sao, hoặc thông qua hiện tượng tái kết nối từ tính. Sự tái kết nối này xảy ra trong các plasma dẫn điện, khi cấu trúc từ trường được thay đổi, khiến năng lượng từ tính chuyển đổi thành sóng chuyển động nhanh, nhiệt năng và gia tốc hạt. Các nhà nghiên cứu đã ghi nhận các hiện tượng tái kết nối từ tính tại nơi gió Mặt trời gặp từ trường của Trái đất và các hành tinh khác.