Khám Phá Vùng Heliopause: Tại Sao Được Gọi Là ‘Bức Tường Lửa’?

Vùng heliopause tại rìa Hệ Mặt trời có nhiệt độ lên tới 30.000 – 50.000 độ C, theo số liệu từ bộ đôi tàu Voyager của NASA.

Heliopause, được xem như là điểm ngừng tác động của gió Mặt trời và khởi đầu của không gian liên sao, thường được gọi là “Bức tường lửa”. Mặc dù tên gọi này không hoàn toàn chính xác về mặt khoa học, nó phản ánh một khám phá quan trọng trong hành trình nghiên cứu vũ trụ của tàu Voyager.

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

Bộ đôi Voyager 1 và Voyager 2 được phóng lên từ năm 1977. Đáng chú ý, trong khi Voyager 2 vẫn còn hoạt động, Voyager 1 đã mất liên lạc gần đây nhưng vẫn có hy vọng khôi phục.

Mặc dù được gọi là “Bức tường lửa”, thực tế không có lửa theo cách nghĩ thông thường: sự bốc cháy của nhiên liệu trong sự hiện diện của oxy. Thay vào đó, heliopause chứa plasma nóng. Tuy nhiên, việc đi qua heliopause không giống như tiếp xúc với Mặt trời. Nguyên nhân khiến hai tàu Voyager không bị nóng chảy chính là mật độ vật chất ở khu vực này rất thấp.

Để hiểu tại sao “Bức tường lửa” lại có nhiệt độ cao mà vẫn xa Mặt trời, trước tiên cần tìm hiểu về khái niệm nhiệt. Nhiệt độ thực chất là thước đo tốc độ di chuyển của các nguyên tử và phân tử. Cần một lượng năng lượng nhất định để tạo ra những chuyển động nhanh hơn. Khi tốc độ di chuyển của các phân tử tăng lên, chúng sẽ dễ dàng va vào những vật thể xung quanh, từ đó truyền một phần năng lượng cho vật đó. Do đó, nếu tay bạn chạm vào luồng khí nóng, các phân tử đang chuyển động nhanh sẽ truyền nhiệt cho tay bạn.

Khi mật độ phân tử thấp, năng lượng cần thiết để khiến chúng chuyển động nhanh cũng sẽ ít hơn, tuy nhiên, khả năng va chạm với các vật thể rắn sẽ giảm. Nếu không có những va chạm, năng lượng không thể được truyền đi và tàu vũ trụ sẽ vẫn ở mức nhiệt độ thấp.

Đây chính là tình huống mà hai tàu Voyager cùng với các tàu thăm dò khác ra ngoài hệ Mặt trời trong tương lai sẽ gặp phải. Heliopause có thể được coi như một bức tường với mật độ vật chất lớn hơn về hai phía, nhưng thực tế vẫn gần như là không gian chân không. Dù cho các phân tử tại đây chuyển động rất nhanh với nhiệt độ cao, chúng không đủ để làm nóng một vật lớn như mỗi tàu Voyager, nặng tới 700kg.

Vậy tại sao lại xuất hiện nhiệt độ cao như vậy? Trước đây, các nhà khoa học chứng minh heliopause có thể rất nóng, nhưng các dữ liệu của Voyager đã cho biết nhiệt độ tại đây cao gấp đôi so với dự đoán. Điều này làm nổi bật tầm quan trọng của bộ đôi tàu Voyager trong việc mở rộng hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.

Nhiệt độ cao này có khả năng do sự nén plasma khi gió Mặt trời đối diện với không gian liên sao hoặc nhờ vào hiện tượng tái kết nối từ tính. Sự tái kết nối xảy ra trong các plasma dẫn điện khi sự chuyển tiếp giữa các cấu trúc từ trường chuyển đổi năng lượng từ tính thành các sóng nhanh, nhiệt năng và năng lượng gia tốc của hạt. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hiện tượng tái kết nối từ tính đã được quan sát xung quanh Trái đất và các hành tinh khác khi gió Mặt trời tác động.