Tàu thăm dò Solar Orbiter của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đã chụp được những hình ảnh đầu tiên của nhân loại về các cực của mặt trời.
Nếu điều này có vẻ không phải là vấn đề lớn, hãy xem xét rằng mọi hình ảnh bạn từng thấy về mặt trời đều được chụp từ xung quanh đường xích đạo của ngôi sao của chúng ta. Đó là vì Trái đất, các hành tinh khác trong hệ mặt trời và tất cả các tàu vũ trụ hiện đại khác quay quanh mặt trời trong một đĩa phẳng xung quanh nó được gọi là "mặt phẳng hoàng đạo".
Tuy nhiên, nhiệm vụ quay quanh mặt trời của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) này đã thực hiện mọi thứ hơi khác một chút, nghiêng quỹ đạo của nó ra khỏi mặt phẳng đó. Điều này cho phép Solar Orbiter chụp ảnh mặt trời từ một góc độ hoàn toàn mới và theo một cách hoàn toàn mới.
Các hình ảnh chụp cực nam mặt trời được thực hiện từ ngày 16 đến ngày 17 tháng 3 năm 2025 bằng các thiết bị Phân cực kế và Nhật chấn (PHI), Thiết bị Chụp ảnh Cực tím (EUI) và Thiết bị Chụp ảnh Phổ của Môi trường Vành nhật hoa (SPICE) của Solar Orbiter. Chúng là lần đầu tiên nhân loại nhìn thấy hai cực của Mặt trời.
Đây là chiến dịch quan sát Mặt trời từ góc cao đầu tiên của sứ mệnh Solar Orbiter, được thực hiện ở góc 15 độ bên dưới đường xích đạo Mặt trời. Chỉ vài ngày sau khi chụp những hình ảnh này, tàu vũ trụ ESA đã đạt được góc nhìn tối đa là 17 độ, hiện đang ở góc này khi thực hiện quỹ đạo "cực-cực" đầu tiên quanh ngôi sao của chúng ta.
"Thông thường, tàu vũ trụ quay quanh mặt trời trên một đĩa phẳng gọi là mặt phẳng hoàng đạo, giống như hầu hết các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta. Đây là cách tiết kiệm năng lượng nhất để phóng và duy trì quỹ đạo", đồng lãnh đạo chính của Solar Thiết bị chụp ảnh cực tím cực đại của Orbiter, Hamish Reid thuộc Phòng thí nghiệm khoa học không gian Mullard tại University College London (UCL) cho biết trong một tuyên bố với Space.com. "Những hình ảnh đầu tiên về hai cực của Mặt trời chỉ là khởi đầu. Trong vài năm tới, khoa học sẽ có nhiều triển vọng để khám phá.
"Chúng tôi không chắc chắn sẽ tìm thấy gì và có khả năng chúng tôi sẽ nhìn thấy những thứ mà trước đây chúng tôi chưa từng biết đến."
Một tàu vũ trụ khác của ESA/NASA, Ulysses, đã bay qua hai cực của Mặt trời, nhưng tàu vũ trụ này không có thiết bị chụp ảnh và khoảng cách mà nó đi qua ngôi sao của chúng ta cũng xa hơn nhiều so với Solar Orbiter.
Trong khi đó, EUI chụp ảnh ngôi sao của chúng ta bằng ánh sáng cực tím, cho phép các nhà khoa học nghiên cứu plasma siêu nóng trong bầu khí quyển bên ngoài của mặt trời, vành nhật hoa, có thể đạt nhiệt độ lên tới 5,4 triệu độ F (khoảng 3 triệu độ C).
Điều này có thể giúp các nhà khoa học nghiên cứu mặt trời xác định cách vành nhật hoa có thể đạt nhiệt độ cao hơn nhiều so với bề mặt của mặt trời, quang quyển, mặc dù ở xa lõi mặt trời hơn nhiều, nơi phần lớn nhiệt của mặt trời được tạo ra.
Thiết bị SPICE của Solar Orbiter, chịu trách nhiệm cho hàng hình ảnh dưới cùng trong hình trên, có khả năng thu được ánh sáng phát ra từ các plasma ở các nhiệt độ khác nhau trên bề mặt mặt trời. Điều này giúp mô hình hóa các lớp khác nhau của khí quyển mặt trời.
So sánh ba phương pháp quan sát mặt trời khác nhau nhưng bổ sung cho nhau này sẽ cho phép các nhà khoa học nghiên cứu về mặt trời lập bản đồ dòng vật chất qua các lớp ngoài của mặt trời. Nỗ lực này có thể tiết lộ các mô hình chuyển động chưa được khám phá và bất ngờ cho đến nay, như các xoáy xung quanh các cực của mặt trời tương tự như các xoáy được phát hiện phía trên các cực của sao Kim và sao Thổ.
Tất cả những điều đó là dành cho tương lai, vậy phương pháp tiếp cận tiên phong này đối với các quan sát mặt trời đã tiết lộ những gì cho đến nay?
"Có thể quan sát các cực là điều cần thiết để hiểu cách từ trường của mặt trời hoạt động trên quy mô toàn cầu, dẫn đến chu kỳ 11 năm trong hoạt động của mặt trời", Lucie Green thuộc Phòng thí nghiệm khoa học không gian Mullard tại UCL, người đã làm việc với Solar Orbiter từ năm 2005, cho biết. "Chúng ta sẽ thấy các luồng vĩ độ cao chưa từng được quan sát trước đây mang các nguyên tố từ tính đến các vùng cực, và khi làm như vậy, chúng ta sẽ gieo mầm cơ bản cho chu kỳ mặt trời tiếp theo."
Thật vậy, cách tiếp cận này đã tiết lộ những điều mà chúng ta chưa biết về vùng cực nam của ngôi sao và từ tính của nó.
"Chúng tôi không biết chính xác điều gì sẽ xảy ra từ những quan sát đầu tiên này – các cực của mặt trời thực sự là vùng đất chưa được khám phá", Sami Solanki, người đứng đầu nhóm thiết bị PHI từ Viện nghiên cứu hệ mặt trời Max Planck (MPS), cho biết trong một tuyên bố.
Một trong những khám phá đầu tiên của Solar Orbiter là thực tế rằng các từ trường xung quanh cực nam của mặt trời dường như, vì không có cách diễn đạt nào hay hơn, là một mớ hỗn độn hoàn toàn.
Trong khi các từ trường tiêu chuẩn có cực bắc và cực nam được xác định rõ ràng, những quan sát mới này cho thấy rằng cả cực bắc và cực nam đều nằm ở cực nam của mặt trời.
Điều này dường như xảy ra khi mặt trời đạt cực đại khi các cực của mặt trời sắp đảo ngược. Sau khi trao đổi cực này, các trường ở cực bắc và cực nam sẽ duy trì một cực đơn có trật tự trong thời kỳ cực tiểu của Mặt trời cho đến thời kỳ cực đại của Mặt trời trong chu kỳ 11 năm tiếp theo.
"Vẫn chưa hiểu rõ hoàn toàn về cách thức diễn ra quá trình tích tụ này, vì vậy Solar Orbiter đã đạt đến vĩ độ cao vào đúng thời điểm để theo dõi toàn bộ quá trình từ góc nhìn độc đáo và có lợi của nó", Solanki cho biết.
Các quan sát của Solar Orbiter cũng tiết lộ rằng trong khi đường xích đạo của mặt trời, nơi xuất hiện nhiều vết đen mặt trời nhất, sở hữu từ trường mạnh nhất, thì từ trường ở hai cực của ngôi sao của chúng ta lại có cấu trúc phức tạp và luôn thay đổi.
Theo dõi các vạch quang phổ cụ thể của các nguyên tố như hydro, carbon, oxy, neon và magiê, một quá trình được gọi là "phép đo Doppler", đã tiết lộ cách các vật liệu chảy qua các lớp khác nhau của mặt trời.
Solar Orbiter cũng cho phép các nhà khoa học đo tốc độ của các nguyên tử carbon khi chúng bị đẩy ra khỏi mặt trời thành các luồng và tia.
"Điểm quan sát mới của Solar Orbite sẽ cho chúng ta cái nhìn đầy đủ hơn về cách gió mặt trời mở rộng để tạo thành một bong bóng lớn xung quanh mặt trời và các hành tinh của nó được gọi là nhật quyển", Nhà nghiên cứu chính về Máy phân tích gió mặt trời và Phòng thí nghiệm khoa học không gian Mullard tại UCL, Chris Owen, cho biết trong một tuyên bố với Space.com. "Bây giờ chúng ta sẽ thấy điều này xảy ra trong ba chiều, tăng cường lát cắt đơn lẻ mà chúng ta có được khi chỉ quan sát trên mặt phẳng hoàng đạo."
Trưởng nhóm SPICE, Frédéric Auchère từ Đại học Paris-Saclay, giải thích rằng các phép đo Doppler của gió mặt trời thổi từ mặt trời bởi các sứ mệnh quay quanh mặt trời khác đã bị ảnh hưởng vì họ chỉ có thể có được góc nhìn lướt qua các cực của mặt trời.
"Các phép đo từ vĩ độ, hiện có thể thực hiện được với Solar Orbiter, sẽ là một cuộc cách mạng trong vật lý mặt trời", Auchère nói thêm.
Các bài viết liên quan:
— Từ trường của Mặt trời sẽ sớm đảo ngược. Đây là những gì có thể mong đợi
— Từ trường của Mặt trời hoạt động như thế nào
— Từ trường dường như đã tồn tại lâu đời như chính vũ trụ. Cái gì đã tạo ra chúng?
Có lẽ yếu tố thú vị nhất trong những kết quả của Solar Orbiter này là thực tế là những điều tốt nhất vẫn chưa đến.
Dữ liệu ban đầu này vẫn chưa được phân tích đầy đủ, ví dụ, một hình ảnh về cực bắc của Mặt trời đã được chụp nhưng vẫn chưa được tải xuống. Ngoài ra, dữ liệu từ quỹ đạo "cực-cực" đầy đủ đầu tiên của sứ mệnh ESA quanh mặt trời, bắt đầu vào tháng 2 năm 2025, sẽ không đến Trái đất cho đến tháng 10 năm 2025.
"Đây chỉ là bước đầu tiên của 'cầu thang lên thiên đường' của Solar Orbiter. Trong những năm tới, tàu vũ trụ sẽ bay xa hơn ra khỏi mặt phẳng hoàng đạo để có tầm nhìn tốt hơn về các vùng cực của mặt trời", nhà khoa học dự án Solar Orbiter của ESA Daniel Müller cho biết. "Những dữ liệu này sẽ thay đổi hiểu biết của chúng ta về từ trường của mặt trời, gió mặt trời và hoạt động của mặt trời".
Nếu điều này có vẻ không phải là vấn đề lớn, hãy xem xét rằng mọi hình ảnh bạn từng thấy về mặt trời đều được chụp từ xung quanh đường xích đạo của ngôi sao của chúng ta. Đó là vì Trái đất, các hành tinh khác trong hệ mặt trời và tất cả các tàu vũ trụ hiện đại khác quay quanh mặt trời trong một đĩa phẳng xung quanh nó được gọi là "mặt phẳng hoàng đạo".
Tuy nhiên, nhiệm vụ quay quanh mặt trời của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) này đã thực hiện mọi thứ hơi khác một chút, nghiêng quỹ đạo của nó ra khỏi mặt phẳng đó. Điều này cho phép Solar Orbiter chụp ảnh mặt trời từ một góc độ hoàn toàn mới và theo một cách hoàn toàn mới.
Các hình ảnh chụp cực nam mặt trời được thực hiện từ ngày 16 đến ngày 17 tháng 3 năm 2025 bằng các thiết bị Phân cực kế và Nhật chấn (PHI), Thiết bị Chụp ảnh Cực tím (EUI) và Thiết bị Chụp ảnh Phổ của Môi trường Vành nhật hoa (SPICE) của Solar Orbiter. Chúng là lần đầu tiên nhân loại nhìn thấy hai cực của Mặt trời.
Đây là chiến dịch quan sát Mặt trời từ góc cao đầu tiên của sứ mệnh Solar Orbiter, được thực hiện ở góc 15 độ bên dưới đường xích đạo Mặt trời. Chỉ vài ngày sau khi chụp những hình ảnh này, tàu vũ trụ ESA đã đạt được góc nhìn tối đa là 17 độ, hiện đang ở góc này khi thực hiện quỹ đạo "cực-cực" đầu tiên quanh ngôi sao của chúng ta.
"Thông thường, tàu vũ trụ quay quanh mặt trời trên một đĩa phẳng gọi là mặt phẳng hoàng đạo, giống như hầu hết các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta. Đây là cách tiết kiệm năng lượng nhất để phóng và duy trì quỹ đạo", đồng lãnh đạo chính của Solar Thiết bị chụp ảnh cực tím cực đại của Orbiter, Hamish Reid thuộc Phòng thí nghiệm khoa học không gian Mullard tại University College London (UCL) cho biết trong một tuyên bố với Space.com. "Những hình ảnh đầu tiên về hai cực của Mặt trời chỉ là khởi đầu. Trong vài năm tới, khoa học sẽ có nhiều triển vọng để khám phá.
"Chúng tôi không chắc chắn sẽ tìm thấy gì và có khả năng chúng tôi sẽ nhìn thấy những thứ mà trước đây chúng tôi chưa từng biết đến."
Một tàu vũ trụ khác của ESA/NASA, Ulysses, đã bay qua hai cực của Mặt trời, nhưng tàu vũ trụ này không có thiết bị chụp ảnh và khoảng cách mà nó đi qua ngôi sao của chúng ta cũng xa hơn nhiều so với Solar Orbiter.
Variety là GIA VỊ của các quan sát về Mặt trời
Solar Orbiter rất hữu ích trong việc quan sát Mặt trời vì mỗi thiết bị của nó nhìn thấy ngôi sao của chúng ta theo những cách rất khác nhau. PHI ghi lại các quan sát về Mặt trời bằng ánh sáng khả kiến và là có khả năng lập bản đồ từ trường của nó.Trong khi đó, EUI chụp ảnh ngôi sao của chúng ta bằng ánh sáng cực tím, cho phép các nhà khoa học nghiên cứu plasma siêu nóng trong bầu khí quyển bên ngoài của mặt trời, vành nhật hoa, có thể đạt nhiệt độ lên tới 5,4 triệu độ F (khoảng 3 triệu độ C).
Điều này có thể giúp các nhà khoa học nghiên cứu mặt trời xác định cách vành nhật hoa có thể đạt nhiệt độ cao hơn nhiều so với bề mặt của mặt trời, quang quyển, mặc dù ở xa lõi mặt trời hơn nhiều, nơi phần lớn nhiệt của mặt trời được tạo ra.
Thiết bị SPICE của Solar Orbiter, chịu trách nhiệm cho hàng hình ảnh dưới cùng trong hình trên, có khả năng thu được ánh sáng phát ra từ các plasma ở các nhiệt độ khác nhau trên bề mặt mặt trời. Điều này giúp mô hình hóa các lớp khác nhau của khí quyển mặt trời.
So sánh ba phương pháp quan sát mặt trời khác nhau nhưng bổ sung cho nhau này sẽ cho phép các nhà khoa học nghiên cứu về mặt trời lập bản đồ dòng vật chất qua các lớp ngoài của mặt trời. Nỗ lực này có thể tiết lộ các mô hình chuyển động chưa được khám phá và bất ngờ cho đến nay, như các xoáy xung quanh các cực của mặt trời tương tự như các xoáy được phát hiện phía trên các cực của sao Kim và sao Thổ.
Tất cả những điều đó là dành cho tương lai, vậy phương pháp tiếp cận tiên phong này đối với các quan sát mặt trời đã tiết lộ những gì cho đến nay?
Từ tính trở nên lộn xộn ở cực nam của mặt trời
Mục đích chính của sự thay đổi quỹ đạo của Solar Orbiter quanh mặt trời là xây dựng một bức tranh hoàn chỉnh hơn về hoạt động từ trường của ngôi sao của chúng ta. Điều này có thể giúp giải thích chu kỳ 11 năm của mặt trời, trong đó hoạt động của nó tăng lên đến cực đại trước khi các cực đảo ngược và một chu kỳ mới bắt đầu."Có thể quan sát các cực là điều cần thiết để hiểu cách từ trường của mặt trời hoạt động trên quy mô toàn cầu, dẫn đến chu kỳ 11 năm trong hoạt động của mặt trời", Lucie Green thuộc Phòng thí nghiệm khoa học không gian Mullard tại UCL, người đã làm việc với Solar Orbiter từ năm 2005, cho biết. "Chúng ta sẽ thấy các luồng vĩ độ cao chưa từng được quan sát trước đây mang các nguyên tố từ tính đến các vùng cực, và khi làm như vậy, chúng ta sẽ gieo mầm cơ bản cho chu kỳ mặt trời tiếp theo."
Thật vậy, cách tiếp cận này đã tiết lộ những điều mà chúng ta chưa biết về vùng cực nam của ngôi sao và từ tính của nó.
"Chúng tôi không biết chính xác điều gì sẽ xảy ra từ những quan sát đầu tiên này – các cực của mặt trời thực sự là vùng đất chưa được khám phá", Sami Solanki, người đứng đầu nhóm thiết bị PHI từ Viện nghiên cứu hệ mặt trời Max Planck (MPS), cho biết trong một tuyên bố.
Một trong những khám phá đầu tiên của Solar Orbiter là thực tế rằng các từ trường xung quanh cực nam của mặt trời dường như, vì không có cách diễn đạt nào hay hơn, là một mớ hỗn độn hoàn toàn.
Trong khi các từ trường tiêu chuẩn có cực bắc và cực nam được xác định rõ ràng, những quan sát mới này cho thấy rằng cả cực bắc và cực nam đều nằm ở cực nam của mặt trời.
Điều này dường như xảy ra khi mặt trời đạt cực đại khi các cực của mặt trời sắp đảo ngược. Sau khi trao đổi cực này, các trường ở cực bắc và cực nam sẽ duy trì một cực đơn có trật tự trong thời kỳ cực tiểu của Mặt trời cho đến thời kỳ cực đại của Mặt trời trong chu kỳ 11 năm tiếp theo.
"Vẫn chưa hiểu rõ hoàn toàn về cách thức diễn ra quá trình tích tụ này, vì vậy Solar Orbiter đã đạt đến vĩ độ cao vào đúng thời điểm để theo dõi toàn bộ quá trình từ góc nhìn độc đáo và có lợi của nó", Solanki cho biết.
Các quan sát của Solar Orbiter cũng tiết lộ rằng trong khi đường xích đạo của mặt trời, nơi xuất hiện nhiều vết đen mặt trời nhất, sở hữu từ trường mạnh nhất, thì từ trường ở hai cực của ngôi sao của chúng ta lại có cấu trúc phức tạp và luôn thay đổi.
Chuyển động của vật chất qua mặt trời
Thiết bị SPICE của Solar Orbiter đã cung cấp một thiết bị đầu tiên khác cho tàu vũ trụ ESA, cho phép các nhà khoa học theo dõi các nguyên tố thông qua các bức xạ độc đáo của chúng khi chúng di chuyển qua mặt trời.Theo dõi các vạch quang phổ cụ thể của các nguyên tố như hydro, carbon, oxy, neon và magiê, một quá trình được gọi là "phép đo Doppler", đã tiết lộ cách các vật liệu chảy qua các lớp khác nhau của mặt trời.
Solar Orbiter cũng cho phép các nhà khoa học đo tốc độ của các nguyên tử carbon khi chúng bị đẩy ra khỏi mặt trời thành các luồng và tia.
"Điểm quan sát mới của Solar Orbite sẽ cho chúng ta cái nhìn đầy đủ hơn về cách gió mặt trời mở rộng để tạo thành một bong bóng lớn xung quanh mặt trời và các hành tinh của nó được gọi là nhật quyển", Nhà nghiên cứu chính về Máy phân tích gió mặt trời và Phòng thí nghiệm khoa học không gian Mullard tại UCL, Chris Owen, cho biết trong một tuyên bố với Space.com. "Bây giờ chúng ta sẽ thấy điều này xảy ra trong ba chiều, tăng cường lát cắt đơn lẻ mà chúng ta có được khi chỉ quan sát trên mặt phẳng hoàng đạo."
Trưởng nhóm SPICE, Frédéric Auchère từ Đại học Paris-Saclay, giải thích rằng các phép đo Doppler của gió mặt trời thổi từ mặt trời bởi các sứ mệnh quay quanh mặt trời khác đã bị ảnh hưởng vì họ chỉ có thể có được góc nhìn lướt qua các cực của mặt trời.
"Các phép đo từ vĩ độ, hiện có thể thực hiện được với Solar Orbiter, sẽ là một cuộc cách mạng trong vật lý mặt trời", Auchère nói thêm.
Các bài viết liên quan:
— Từ trường của Mặt trời sẽ sớm đảo ngược. Đây là những gì có thể mong đợi
— Từ trường của Mặt trời hoạt động như thế nào
— Từ trường dường như đã tồn tại lâu đời như chính vũ trụ. Cái gì đã tạo ra chúng?
Có lẽ yếu tố thú vị nhất trong những kết quả của Solar Orbiter này là thực tế là những điều tốt nhất vẫn chưa đến.
Dữ liệu ban đầu này vẫn chưa được phân tích đầy đủ, ví dụ, một hình ảnh về cực bắc của Mặt trời đã được chụp nhưng vẫn chưa được tải xuống. Ngoài ra, dữ liệu từ quỹ đạo "cực-cực" đầy đủ đầu tiên của sứ mệnh ESA quanh mặt trời, bắt đầu vào tháng 2 năm 2025, sẽ không đến Trái đất cho đến tháng 10 năm 2025.
"Đây chỉ là bước đầu tiên của 'cầu thang lên thiên đường' của Solar Orbiter. Trong những năm tới, tàu vũ trụ sẽ bay xa hơn ra khỏi mặt phẳng hoàng đạo để có tầm nhìn tốt hơn về các vùng cực của mặt trời", nhà khoa học dự án Solar Orbiter của ESA Daniel Müller cho biết. "Những dữ liệu này sẽ thay đổi hiểu biết của chúng ta về từ trường của mặt trời, gió mặt trời và hoạt động của mặt trời".
