Cơn bão Mặt Trời lớn vào tháng 5 năm 2024, gây ra màn trình diễn cực quang tuyệt đẹp trên khắp thế giới, cũng tạo ra hai vành đai bức xạ mới được quan sát bằng một vệ tinh trở về từ cõi chết.
"Điều này thực sự đáng kinh ngạc", Xinlin Li, giáo sư tại Phòng thí nghiệm Vật lý Khí quyển và Không gian tại Đại học Colorado, Boulder, cho biết trong statement. "Khi chúng tôi so sánh dữ liệu từ trước và sau cơn bão, tôi đã thốt lên, 'Ồ, đây thực sự là điều mới mẻ'."
Tháng 5 năm 2024 chứng kiến một loạt các cơn bão mạnh bùng phát từ mặt trời của chúng ta, phun ra các đám mây hạt tích điện vào không gian và đạt đến đỉnh điểm là màn trình diễn ngoạn mục của cực quang (cực quang phương bắc) và cực quang phương nam (cực quang phương nam) — kết quả của cơn bão địa từ mạnh nhất từng xảy ra trên Trái đất kể từ tháng 3 năm 1989.
Và vệ tinh Thí nghiệm vành đai bức xạ bên trong Colorado (CIRBE) của NASA đã ngủ quên trong suốt quá trình này. Được thiết kế để nghiên cứu vành đai bức xạ Van Allen của Trái đất, CIRBE được phóng vào tháng 4 năm 2023 nhưng đã im lặng vào giữa tháng 4 năm 2024 do sự cố kỹ thuật trên tàu. Nó đã thức dậy vào tháng 6 và khi nó thức dậy, có điều gì đó đã thay đổi: Hai vành đai bức xạ hoàn toàn mới đã xuất hiện!
Vành đai bức xạ Van Allen chứa các hạt tích điện được giữ cố định bởi từ trường Trái đất của chúng ta. Có hai vành đai vĩnh cửu, nhưng sự xuất hiện của một vành đai bức xạ tạm thời mới giữa hai vành đai vĩnh cửu sau một cơn bão Mặt trời không phải là bất thường — những vành đai tồn tại trong thời gian ngắn như vậy lần đầu tiên được phát hiện vào năm 2013. Điều CIRBE thấy bất thường về hai vành đai mới này sau sự kiện tháng 5 năm 2024 là thành phần và tuổi thọ của chúng.
Thông thường, các vành đai tạm thời hình thành sau một bão Mặt trời bao gồm các electron năng lượng cao. Một trong những vành đai mới mà CIRBE tìm thấy phù hợp với mô hình này. Tuy nhiên, vành đai kia cũng chứa một lượng lớn proton năng lượng cao (proton cũng được tìm thấy trong các vành đai bức xạ vĩnh cửu). Sự hiện diện của chúng trong vành đai mới được cho là sản phẩm của cường độ bão Mặt Trời vào tháng 5 năm 2024.
Các vành đai bức xạ tạm thời cũng thường kéo dài tối đa bốn tuần trước khi tan biến, nhưng các vành đai mới do CIRBE tìm thấy có tuổi thọ dài hơn nhiều: Vành đai do electron chi phối tồn tại trong ba tháng sau cơn bão Mặt Trời, trong khi vành đai do proton chi phối được cho là vẫn bao quanh Trái Đất cho đến tận bây giờ.
"Đây thực sự là các electron và proton năng lượng cao đã tìm đường vào môi trường từ trường bên trong của Trái Đất", David Sibeck thuộc Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Maryland cho biết. "Một số có thể ở lại nơi này trong một thời gian rất dài".
Mặc dù bão Mặt Trời có thể tạo ra các vành đai bức xạ mới như thế này, nhưng bão Mặt Trời cũng có thể phá hủy chúng. Một cơn bão có cường độ vừa phải vào tháng 6 năm 2024 đã làm giảm vành đai do electron chi phối và một cơn bão khác vào tháng 8 năm 2024 gần như đã xóa sổ hoàn toàn vành đai này. Vành đai giàu proton vẫn còn vì nó nằm ở một vùng ổn định hơn, nơi các proton của nó ít bị đẩy ra khỏi quỹ đạo hơn.
Sự tồn tại của các vành đai tạm thời này chứa các hạt tích điện năng lượng cao — phạm vi năng lượng của các electron là 1,3 đến 5 megaelectronvolt (MeV), và đối với các proton, phạm vi này thậm chí còn lớn hơn ở mức 6,8 đến 20 MeV — có thể gây ra hậu quả cho việc phóng tàu vũ trụ qua vành đai Van Allen để đạt đến quỹ đạo địa tĩnh (nằm ở độ cao 22.236 dặm hoặc 35.785 km) hoặc xa hơn. Các hạt tích điện chứa trong các vành đai có thể làm hỏng các thành phần điện trong vệ tinh và tàu vũ trụ, đồng thời tạo ra mối nguy hiểm bức xạ bổ sung cho các phi hành gia nếu họ quay trở lại mặt trăng hoặc mạo hiểm đến sao Hỏa. Để đảm bảo an toàn tối đa khi phóng, một số sứ mệnh trong tương lai, đặc biệt là những sứ mệnh chở phi hành đoàn, có thể cần phải sửa đổi kế hoạch phóng hoặc mang theo thêm lớp bảo vệ sau các cơn bão Mặt Trời.
Các bài viết liên quan:
— Siêu bão Mặt trời tháng 5 gây ra 'cuộc di cư hàng loạt' lớn nhất của các vệ tinh trong lịch sử
— Cơn bão Mặt trời điên cuồng vào tháng 5 năm 2024 đủ mạnh để ảnh hưởng đến vùng biển sâu
— Nhiếp ảnh gia thiên văn có cái nhìn cận cảnh về vết đen khổng lồ trên Mặt trời dẫn đến cực quang toàn cầu vào tháng 5
Đối với CIRBE, số phận thật trớ trêu. Trong khi những tác động của cơn bão Mặt trời tháng 5 năm 2024 đã mang lại cho cubesat một cơ hội cuối cùng để đạt được vinh quang, thì nó cũng báo hiệu sự diệt vong của nó. Cơn bão đã truyền một lượng năng lượng đáng kể vào khí quyển phía trên của Trái Đất, làm phồng tầng nhiệt và tăng lực cản của khí quyển lên vệ tinh. Điều này làm chậm quỹ đạo của nó, khiến nó hạ xuống độ cao ngày càng thấp hơn. Cuối cùng, nó rời khỏi quỹ đạo và cháy vào tháng 10.
Phát hiện về hai vành đai bức xạ mới đã được công bố vào ngày 6 tháng 2 trên Tạp chí Nghiên cứu Địa vật lý: Vật lý Không gian.
"Điều này thực sự đáng kinh ngạc", Xinlin Li, giáo sư tại Phòng thí nghiệm Vật lý Khí quyển và Không gian tại Đại học Colorado, Boulder, cho biết trong statement. "Khi chúng tôi so sánh dữ liệu từ trước và sau cơn bão, tôi đã thốt lên, 'Ồ, đây thực sự là điều mới mẻ'."
Tháng 5 năm 2024 chứng kiến một loạt các cơn bão mạnh bùng phát từ mặt trời của chúng ta, phun ra các đám mây hạt tích điện vào không gian và đạt đến đỉnh điểm là màn trình diễn ngoạn mục của cực quang (cực quang phương bắc) và cực quang phương nam (cực quang phương nam) — kết quả của cơn bão địa từ mạnh nhất từng xảy ra trên Trái đất kể từ tháng 3 năm 1989.
Và vệ tinh Thí nghiệm vành đai bức xạ bên trong Colorado (CIRBE) của NASA đã ngủ quên trong suốt quá trình này. Được thiết kế để nghiên cứu vành đai bức xạ Van Allen của Trái đất, CIRBE được phóng vào tháng 4 năm 2023 nhưng đã im lặng vào giữa tháng 4 năm 2024 do sự cố kỹ thuật trên tàu. Nó đã thức dậy vào tháng 6 và khi nó thức dậy, có điều gì đó đã thay đổi: Hai vành đai bức xạ hoàn toàn mới đã xuất hiện!
Vành đai bức xạ Van Allen chứa các hạt tích điện được giữ cố định bởi từ trường Trái đất của chúng ta. Có hai vành đai vĩnh cửu, nhưng sự xuất hiện của một vành đai bức xạ tạm thời mới giữa hai vành đai vĩnh cửu sau một cơn bão Mặt trời không phải là bất thường — những vành đai tồn tại trong thời gian ngắn như vậy lần đầu tiên được phát hiện vào năm 2013. Điều CIRBE thấy bất thường về hai vành đai mới này sau sự kiện tháng 5 năm 2024 là thành phần và tuổi thọ của chúng.
Thông thường, các vành đai tạm thời hình thành sau một bão Mặt trời bao gồm các electron năng lượng cao. Một trong những vành đai mới mà CIRBE tìm thấy phù hợp với mô hình này. Tuy nhiên, vành đai kia cũng chứa một lượng lớn proton năng lượng cao (proton cũng được tìm thấy trong các vành đai bức xạ vĩnh cửu). Sự hiện diện của chúng trong vành đai mới được cho là sản phẩm của cường độ bão Mặt Trời vào tháng 5 năm 2024.
Các vành đai bức xạ tạm thời cũng thường kéo dài tối đa bốn tuần trước khi tan biến, nhưng các vành đai mới do CIRBE tìm thấy có tuổi thọ dài hơn nhiều: Vành đai do electron chi phối tồn tại trong ba tháng sau cơn bão Mặt Trời, trong khi vành đai do proton chi phối được cho là vẫn bao quanh Trái Đất cho đến tận bây giờ.
"Đây thực sự là các electron và proton năng lượng cao đã tìm đường vào môi trường từ trường bên trong của Trái Đất", David Sibeck thuộc Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Maryland cho biết. "Một số có thể ở lại nơi này trong một thời gian rất dài".
Mặc dù bão Mặt Trời có thể tạo ra các vành đai bức xạ mới như thế này, nhưng bão Mặt Trời cũng có thể phá hủy chúng. Một cơn bão có cường độ vừa phải vào tháng 6 năm 2024 đã làm giảm vành đai do electron chi phối và một cơn bão khác vào tháng 8 năm 2024 gần như đã xóa sổ hoàn toàn vành đai này. Vành đai giàu proton vẫn còn vì nó nằm ở một vùng ổn định hơn, nơi các proton của nó ít bị đẩy ra khỏi quỹ đạo hơn.
Sự tồn tại của các vành đai tạm thời này chứa các hạt tích điện năng lượng cao — phạm vi năng lượng của các electron là 1,3 đến 5 megaelectronvolt (MeV), và đối với các proton, phạm vi này thậm chí còn lớn hơn ở mức 6,8 đến 20 MeV — có thể gây ra hậu quả cho việc phóng tàu vũ trụ qua vành đai Van Allen để đạt đến quỹ đạo địa tĩnh (nằm ở độ cao 22.236 dặm hoặc 35.785 km) hoặc xa hơn. Các hạt tích điện chứa trong các vành đai có thể làm hỏng các thành phần điện trong vệ tinh và tàu vũ trụ, đồng thời tạo ra mối nguy hiểm bức xạ bổ sung cho các phi hành gia nếu họ quay trở lại mặt trăng hoặc mạo hiểm đến sao Hỏa. Để đảm bảo an toàn tối đa khi phóng, một số sứ mệnh trong tương lai, đặc biệt là những sứ mệnh chở phi hành đoàn, có thể cần phải sửa đổi kế hoạch phóng hoặc mang theo thêm lớp bảo vệ sau các cơn bão Mặt Trời.
Các bài viết liên quan:
— Siêu bão Mặt trời tháng 5 gây ra 'cuộc di cư hàng loạt' lớn nhất của các vệ tinh trong lịch sử
— Cơn bão Mặt trời điên cuồng vào tháng 5 năm 2024 đủ mạnh để ảnh hưởng đến vùng biển sâu
— Nhiếp ảnh gia thiên văn có cái nhìn cận cảnh về vết đen khổng lồ trên Mặt trời dẫn đến cực quang toàn cầu vào tháng 5
Đối với CIRBE, số phận thật trớ trêu. Trong khi những tác động của cơn bão Mặt trời tháng 5 năm 2024 đã mang lại cho cubesat một cơ hội cuối cùng để đạt được vinh quang, thì nó cũng báo hiệu sự diệt vong của nó. Cơn bão đã truyền một lượng năng lượng đáng kể vào khí quyển phía trên của Trái Đất, làm phồng tầng nhiệt và tăng lực cản của khí quyển lên vệ tinh. Điều này làm chậm quỹ đạo của nó, khiến nó hạ xuống độ cao ngày càng thấp hơn. Cuối cùng, nó rời khỏi quỹ đạo và cháy vào tháng 10.
Phát hiện về hai vành đai bức xạ mới đã được công bố vào ngày 6 tháng 2 trên Tạp chí Nghiên cứu Địa vật lý: Vật lý Không gian.
