Nhật thực toàn phần rất hiếm, nhưng mức độ hiếm chính xác hiện đang được tranh luận sau khi Cơ quan Vũ trụ Châu Âu công bố những hình ảnh đầu tiên vào hôm nay (ngày 16 tháng 6) từ hai vệ tinh mới hoạt động cùng nhau như một "cỗ máy nhật thực".
Hiện nay, nhật thực toàn phần xảy ra 14 lần sau mỗi 18 năm 11 ngày ở đâu đó trên Trái Đất, tức là trung bình cứ 16 tháng lại xảy ra một lần. Theo NASA, nhật thực xảy ra một lần sau mỗi 366 năm tại bất kỳ địa điểm cụ thể nào.
Không cần may mắn về địa lý hay kiên nhẫn, sứ mệnh Proba-3 của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA), được phóng trên tên lửa PSLV-XL từ Trung tâm Vũ trụ Satish Dhawan của Ấn Độ vào ngày 5 tháng 12 năm 2024, vừa gửi về những hình ảnh đầu tiên chắc chắn sẽ gây ấn tượng với những người săn nhật thực trên toàn thế giới. Nhiệm vụ này là nhiệm vụ đầu tiên chứng kiến hai vệ tinh quay quanh quỹ đạo theo "đội hình chính xác", trong đó một vệ tinh đóng vai trò là mặt trăng để che khuất mặt trời ở phía trước vệ tinh kia, hướng kính viễn vọng về phía mặt trời để chụp vành nhật hoa khó nắm bắt của nó.
Sau một thập kỷ thực hiện, những hình ảnh đầu tiên này — từ chuyến bay thử nghiệm đội hình thành công đầu tiên của nhiệm vụ vào ngày 23 tháng 5 — là cái nhìn thoáng qua về những gì sắp diễn ra.
Vành nhật hoa, bầu khí quyển bên ngoài của mặt trời, là một điều bí ẩn. Quang quyển của mặt trời, bề mặt của nó, có nhiệt độ khoảng 10.000 độ F (5.500 độ C), nhưng vành nhật hoa có nhiệt độ là hai triệu độ F (hơn 1,1 triệu độ C) — nóng hơn khoảng 200 lần. Các nhà khoa học cần biết tại sao và như thế nào, chủ yếu là vì vành nhật hoa là nơi gió Mặt trời được tạo ra.
"Ngoài việc là một điều tuyệt vời để nhìn thấy, vành nhật hoa còn là một phòng thí nghiệm về vật lý plasma và là nguồn chính của thời tiết vũ trụ", Andrei Zhukov, Nhà nghiên cứu chính của Hiệp hội tàu vũ trụ nghiên cứu phân cực và hình ảnh vành nhật hoa của Mặt trời (ASPIICS) tại Đài quan sát Hoàng gia Bỉ, phát biểu tại Hội nghị Nhật thực ở Leuven, Bỉ.
Quan sát vành nhật hoa là rất quan trọng để hiểu các hiện tượng như gió mặt trời và các vụ phun trào khối lượng vành nhật hoa, có thể làm gián đoạn hệ thống điện và thông tin liên lạc của Trái đất và tạo ra màn trình diễn cực quang ngoạn mục. Tuy nhiên, hình ảnh của Proba-3 cũng sẽ giúp các nhà vật lý năng lượng mặt trời nhìn thấy các đặc điểm trong vành nhật hoa mà đôi khi người quan sát nhật thực toàn phần có thể nhìn thấy. "Đôi khi, người ta quan sát thấy các đám mây plasma tương đối lạnh gần mặt trời, tạo ra thứ mà chúng ta gọi là một vết lồi", Zhukov cho biết. Các vết lồi lạnh hơn nhiều so với plasma nóng hàng triệu độ xung quanh vành nhật hoa, mặc dù vẫn ở mức khoảng 10.000 độ C. "Chúng tôi rất vui khi có thể chụp được một cấu trúc như vậy trong một trong những hình ảnh ASPIICS đầu tiên", Zhukov cho biết.
Nhưng có một vấn đề. Đĩa Mặt trời sáng hơn vành nhật hoa gấp một triệu lần và hoàn toàn lấn át mắt người. Thời điểm duy nhất có thể nhìn thấy vành nhật hoa là trong nhật thực toàn phần. "Chúng bất tiện, hiếm và chỉ kéo dài vài phút", Zhukov cho biết. "Nhật thực toàn phần gần đây nhất ở Bỉ là vào năm 1406 và lần tiếp theo là vào năm 2090. Đó là lý do tại sao chúng ta có coronagraph".
Coronagraph là một thiết bị gắn vào kính thiên văn chặn ánh sáng trực tiếp từ một ngôi sao — trong trường hợp này là mặt trời — để có thể nhìn thấy bất cứ thứ gì xung quanh nó. Đôi khi đó là các ngoại hành tinh. Trong trường hợp này, đó là corona. Thật không may, bầu khí quyển của Trái đất phân tán ánh sáng đó. Tóm lại, chúng hoạt động tốt hơn nhiều trong không gian. Jorge Amaya, Điều phối viên mô hình thời tiết không gian tại ESA cho biết: "Các coronagraph hiện tại không thể sánh được với Proba-3, vệ tinh sẽ quan sát vành nhật hoa của Mặt trời xuống gần đến rìa bề mặt Mặt trời". "Cho đến nay, điều này chỉ có thể xảy ra trong các lần nhật thực tự nhiên."
Vào tháng 3, hai tàu vũ trụ của Proba-3 — vệ tinh Coronagraph và vệ tinh Oculter — căn chỉnh cách nhau 500 feet (150 mét) với độ chính xác đến từng milimét trong nhiều giờ mà không cần mặt đất can thiệp. Occulter đã chặn thành công đĩa mặt trời để tạo bóng đổ lên ASPIICS — thiết bị quang học nhạy cảm của coronagraph chụp được corona. "Việc có hai tàu vũ trụ tạo thành một coronagraph khổng lồ trong không gian cho phép chúng tôi chụp được corona bên trong với mức độ ánh sáng lạc rất thấp trong các quan sát của chúng tôi, chính xác như chúng tôi mong đợi", Damien Galano, giám đốc nhiệm vụ Proba-3 cho biết. "Tôi thực sự vui mừng khi thấy những hình ảnh, đặc biệt là vì chúng tôi đã chụp được chúng ngay trong lần thử đầu tiên", Zhukov cho biết. "Đây chỉ là một đoạn giới thiệu vì chúng tôi vẫn đang trong giai đoạn đưa vào sử dụng."
Bản thân các hình ảnh đã được các nhà khoa học và kỹ sư tại Trung tâm điều hành khoa học ASPIICS thuộc Đài quan sát hoàng gia Bỉ xử lý. Mỗi hình ảnh hoàn chỉnh — bao phủ khu vực từ mặt trời bị che khuất đến rìa trường nhìn — được tạo thành từ ba hình ảnh. "Sự khác biệt giữa chúng chỉ là thời gian phơi sáng, quyết định thời gian khẩu độ của coronagraph được tiếp xúc với ánh sáng. Kết hợp ba hình ảnh sẽ cho chúng ta cái nhìn toàn cảnh về corona", Zhukov cho biết. "Những hình ảnh 'nhật thực nhân tạo' của chúng tôi có thể so sánh với những hình ảnh được chụp trong nhật thực tự nhiên — sự khác biệt là chúng tôi có thể tạo ra nhật thực của mình một lần sau mỗi quỹ đạo 19,6 giờ."
Proba-3 sẽ tạo ra khoảng 1.000 giờ hình ảnh về corona trong sứ mệnh kéo dài hai năm của mình — và bất kỳ ai cũng có thể tải xuống dữ liệu. "Chúng tôi có chính sách dữ liệu mở — dữ liệu chưa hiệu chuẩn sẽ được công bố ngay lập tức để mọi người có thể hiệu chuẩn dữ liệu của riêng mình", Zhukov cho biết.
Các vệ tinh Proba-3 chạy bằng năng lượng mặt trời có quỹ đạo hình elip với cận điểm (điểm gần nhất) là 373 dặm (600 km) và viễn điểm là 37.000 dặm (60.000 km). Chúng chỉ bay theo đội hình khi gần viễn điểm vì đó là lúc lực hấp dẫn của Trái Đất, từ trường và lực cản khí quyển của nó ở mức yếu nhất. Điều đó cho phép các vệ tinh sử dụng ít nhiên liệu đẩy nhất để thực hiện bay theo đội hình. Vệ tinh coronagraph tự định vị cách vệ tinh che khuất 492 feet (150 mét) — xa hơn hai bậc độ lớn so với bất kỳ coronagraph nào khác trên không gian — với đội hình bay được thực hiện chính xác đến từng milimét. Vệ tinh che khuất 4,4 feet (1,4 mét) tạo ra bóng tối 3,15 inch (8 cm) lên coronagraph. Đáng chú ý là tất cả đều được thực hiện tự động, với Proba là viết tắt của "Project for onboard autonomous".
"Độ chính xác đạt được là phi thường", Dietmar Pilz, Giám đốc Công nghệ, Kỹ thuật và Chất lượng của ESA cho biết. "Nó xác nhận nhiều năm phát triển công nghệ của chúng tôi và đưa ESA lên vị trí hàng đầu trong các nhiệm vụ bay theo đội hình".
Proba-3 không phải là duy nhất. Một nhiệm vụ chung giữa Hoa Kỳ và Liên Xô, Dự án thử nghiệm Apollo-Soyuz năm 1975 đã chứng kiến lần quan sát vành nhật hoa đầu tiên bằng cách bay theo đội hình, với tàu vũ trụ Apollo hoạt động như một máy chụp vành nhật hoa ngẫu hứng, cho phép phi hành đoàn Soyuz chụp ảnh vành nhật hoa. "Tất cả đều được thực hiện bằng tay — hình ảnh được chụp qua cửa sổ của tàu vũ trụ Soyuz", Zhukov cho biết. Kết quả thật đáng thất vọng, chủ yếu là do khí đẩy xung quanh tàu vũ trụ đã phân tán ánh sáng.
Với Proba-3, khái niệm này đã trở thành hiện thực và nhật thực nhân tạo sẽ có thể xảy ra, cho thấy vành nhật hoa bên trong mà không cần phải chờ nhật thực toàn phần. Liệu điều đó có ngăn cản những người săn nhật thực không? Chắc chắn là không!
Hiện nay, nhật thực toàn phần xảy ra 14 lần sau mỗi 18 năm 11 ngày ở đâu đó trên Trái Đất, tức là trung bình cứ 16 tháng lại xảy ra một lần. Theo NASA, nhật thực xảy ra một lần sau mỗi 366 năm tại bất kỳ địa điểm cụ thể nào.
Không cần may mắn về địa lý hay kiên nhẫn, sứ mệnh Proba-3 của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA), được phóng trên tên lửa PSLV-XL từ Trung tâm Vũ trụ Satish Dhawan của Ấn Độ vào ngày 5 tháng 12 năm 2024, vừa gửi về những hình ảnh đầu tiên chắc chắn sẽ gây ấn tượng với những người săn nhật thực trên toàn thế giới. Nhiệm vụ này là nhiệm vụ đầu tiên chứng kiến hai vệ tinh quay quanh quỹ đạo theo "đội hình chính xác", trong đó một vệ tinh đóng vai trò là mặt trăng để che khuất mặt trời ở phía trước vệ tinh kia, hướng kính viễn vọng về phía mặt trời để chụp vành nhật hoa khó nắm bắt của nó.
Sau một thập kỷ thực hiện, những hình ảnh đầu tiên này — từ chuyến bay thử nghiệm đội hình thành công đầu tiên của nhiệm vụ vào ngày 23 tháng 5 — là cái nhìn thoáng qua về những gì sắp diễn ra.
Vành nhật hoa, bầu khí quyển bên ngoài của mặt trời, là một điều bí ẩn. Quang quyển của mặt trời, bề mặt của nó, có nhiệt độ khoảng 10.000 độ F (5.500 độ C), nhưng vành nhật hoa có nhiệt độ là hai triệu độ F (hơn 1,1 triệu độ C) — nóng hơn khoảng 200 lần. Các nhà khoa học cần biết tại sao và như thế nào, chủ yếu là vì vành nhật hoa là nơi gió Mặt trời được tạo ra.
"Ngoài việc là một điều tuyệt vời để nhìn thấy, vành nhật hoa còn là một phòng thí nghiệm về vật lý plasma và là nguồn chính của thời tiết vũ trụ", Andrei Zhukov, Nhà nghiên cứu chính của Hiệp hội tàu vũ trụ nghiên cứu phân cực và hình ảnh vành nhật hoa của Mặt trời (ASPIICS) tại Đài quan sát Hoàng gia Bỉ, phát biểu tại Hội nghị Nhật thực ở Leuven, Bỉ.
Quan sát vành nhật hoa là rất quan trọng để hiểu các hiện tượng như gió mặt trời và các vụ phun trào khối lượng vành nhật hoa, có thể làm gián đoạn hệ thống điện và thông tin liên lạc của Trái đất và tạo ra màn trình diễn cực quang ngoạn mục. Tuy nhiên, hình ảnh của Proba-3 cũng sẽ giúp các nhà vật lý năng lượng mặt trời nhìn thấy các đặc điểm trong vành nhật hoa mà đôi khi người quan sát nhật thực toàn phần có thể nhìn thấy. "Đôi khi, người ta quan sát thấy các đám mây plasma tương đối lạnh gần mặt trời, tạo ra thứ mà chúng ta gọi là một vết lồi", Zhukov cho biết. Các vết lồi lạnh hơn nhiều so với plasma nóng hàng triệu độ xung quanh vành nhật hoa, mặc dù vẫn ở mức khoảng 10.000 độ C. "Chúng tôi rất vui khi có thể chụp được một cấu trúc như vậy trong một trong những hình ảnh ASPIICS đầu tiên", Zhukov cho biết.
Nhưng có một vấn đề. Đĩa Mặt trời sáng hơn vành nhật hoa gấp một triệu lần và hoàn toàn lấn át mắt người. Thời điểm duy nhất có thể nhìn thấy vành nhật hoa là trong nhật thực toàn phần. "Chúng bất tiện, hiếm và chỉ kéo dài vài phút", Zhukov cho biết. "Nhật thực toàn phần gần đây nhất ở Bỉ là vào năm 1406 và lần tiếp theo là vào năm 2090. Đó là lý do tại sao chúng ta có coronagraph".
Coronagraph là một thiết bị gắn vào kính thiên văn chặn ánh sáng trực tiếp từ một ngôi sao — trong trường hợp này là mặt trời — để có thể nhìn thấy bất cứ thứ gì xung quanh nó. Đôi khi đó là các ngoại hành tinh. Trong trường hợp này, đó là corona. Thật không may, bầu khí quyển của Trái đất phân tán ánh sáng đó. Tóm lại, chúng hoạt động tốt hơn nhiều trong không gian. Jorge Amaya, Điều phối viên mô hình thời tiết không gian tại ESA cho biết: "Các coronagraph hiện tại không thể sánh được với Proba-3, vệ tinh sẽ quan sát vành nhật hoa của Mặt trời xuống gần đến rìa bề mặt Mặt trời". "Cho đến nay, điều này chỉ có thể xảy ra trong các lần nhật thực tự nhiên."
Vào tháng 3, hai tàu vũ trụ của Proba-3 — vệ tinh Coronagraph và vệ tinh Oculter — căn chỉnh cách nhau 500 feet (150 mét) với độ chính xác đến từng milimét trong nhiều giờ mà không cần mặt đất can thiệp. Occulter đã chặn thành công đĩa mặt trời để tạo bóng đổ lên ASPIICS — thiết bị quang học nhạy cảm của coronagraph chụp được corona. "Việc có hai tàu vũ trụ tạo thành một coronagraph khổng lồ trong không gian cho phép chúng tôi chụp được corona bên trong với mức độ ánh sáng lạc rất thấp trong các quan sát của chúng tôi, chính xác như chúng tôi mong đợi", Damien Galano, giám đốc nhiệm vụ Proba-3 cho biết. "Tôi thực sự vui mừng khi thấy những hình ảnh, đặc biệt là vì chúng tôi đã chụp được chúng ngay trong lần thử đầu tiên", Zhukov cho biết. "Đây chỉ là một đoạn giới thiệu vì chúng tôi vẫn đang trong giai đoạn đưa vào sử dụng."
Bản thân các hình ảnh đã được các nhà khoa học và kỹ sư tại Trung tâm điều hành khoa học ASPIICS thuộc Đài quan sát hoàng gia Bỉ xử lý. Mỗi hình ảnh hoàn chỉnh — bao phủ khu vực từ mặt trời bị che khuất đến rìa trường nhìn — được tạo thành từ ba hình ảnh. "Sự khác biệt giữa chúng chỉ là thời gian phơi sáng, quyết định thời gian khẩu độ của coronagraph được tiếp xúc với ánh sáng. Kết hợp ba hình ảnh sẽ cho chúng ta cái nhìn toàn cảnh về corona", Zhukov cho biết. "Những hình ảnh 'nhật thực nhân tạo' của chúng tôi có thể so sánh với những hình ảnh được chụp trong nhật thực tự nhiên — sự khác biệt là chúng tôi có thể tạo ra nhật thực của mình một lần sau mỗi quỹ đạo 19,6 giờ."
Proba-3 sẽ tạo ra khoảng 1.000 giờ hình ảnh về corona trong sứ mệnh kéo dài hai năm của mình — và bất kỳ ai cũng có thể tải xuống dữ liệu. "Chúng tôi có chính sách dữ liệu mở — dữ liệu chưa hiệu chuẩn sẽ được công bố ngay lập tức để mọi người có thể hiệu chuẩn dữ liệu của riêng mình", Zhukov cho biết.
Các vệ tinh Proba-3 chạy bằng năng lượng mặt trời có quỹ đạo hình elip với cận điểm (điểm gần nhất) là 373 dặm (600 km) và viễn điểm là 37.000 dặm (60.000 km). Chúng chỉ bay theo đội hình khi gần viễn điểm vì đó là lúc lực hấp dẫn của Trái Đất, từ trường và lực cản khí quyển của nó ở mức yếu nhất. Điều đó cho phép các vệ tinh sử dụng ít nhiên liệu đẩy nhất để thực hiện bay theo đội hình. Vệ tinh coronagraph tự định vị cách vệ tinh che khuất 492 feet (150 mét) — xa hơn hai bậc độ lớn so với bất kỳ coronagraph nào khác trên không gian — với đội hình bay được thực hiện chính xác đến từng milimét. Vệ tinh che khuất 4,4 feet (1,4 mét) tạo ra bóng tối 3,15 inch (8 cm) lên coronagraph. Đáng chú ý là tất cả đều được thực hiện tự động, với Proba là viết tắt của "Project for onboard autonomous".
"Độ chính xác đạt được là phi thường", Dietmar Pilz, Giám đốc Công nghệ, Kỹ thuật và Chất lượng của ESA cho biết. "Nó xác nhận nhiều năm phát triển công nghệ của chúng tôi và đưa ESA lên vị trí hàng đầu trong các nhiệm vụ bay theo đội hình".
Proba-3 không phải là duy nhất. Một nhiệm vụ chung giữa Hoa Kỳ và Liên Xô, Dự án thử nghiệm Apollo-Soyuz năm 1975 đã chứng kiến lần quan sát vành nhật hoa đầu tiên bằng cách bay theo đội hình, với tàu vũ trụ Apollo hoạt động như một máy chụp vành nhật hoa ngẫu hứng, cho phép phi hành đoàn Soyuz chụp ảnh vành nhật hoa. "Tất cả đều được thực hiện bằng tay — hình ảnh được chụp qua cửa sổ của tàu vũ trụ Soyuz", Zhukov cho biết. Kết quả thật đáng thất vọng, chủ yếu là do khí đẩy xung quanh tàu vũ trụ đã phân tán ánh sáng.
Với Proba-3, khái niệm này đã trở thành hiện thực và nhật thực nhân tạo sẽ có thể xảy ra, cho thấy vành nhật hoa bên trong mà không cần phải chờ nhật thực toàn phần. Liệu điều đó có ngăn cản những người săn nhật thực không? Chắc chắn là không!
