Cực quang là một hiện tượng quang học rực rỡ thỉnh thoảng xuất hiện ở các vùng khí hậu ấm áp. Các nhà khoa học đã đưa ra nhiều giải thích về nguyên nhân của nó trong nhiều thế kỷ. Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications ngày 7/6 cho biết, cuối cùng chúng ta đã tìm thấy bằng chứng thuyết phục về nguyên nhân của cực quang.
Nhóm nghiên cứu của Đại học Iowa, Hoa Kỳ lần đầu tiên đã chứng minh được thông qua các thí nghiệm rằng sóng Alfvén do mặt trời phát ra làm gia tốc các electron vào từ trường của trái đất, tạo ra hiện tượng tuyệt đẹp này.
Các nhà nghiên cứu lần đầu tiên đã chứng minh được thông qua các thí nghiệm rằng sóng Alfven do mặt trời phát ra sẽ đẩy nhanh các electron vào từ trường của trái đất, tạo ra hiện tượng cực quang tuyệt đẹp. Đây là một sơ đồ do nhà nghiên cứu đưa ra. (Austin Montelius, Đại học Iowa)
Sóng Alfven là một sóng năng lượng cụ thể được tạo ra bởi hoạt động quy mô lớn của một số lượng lớn các plasmas trong mặt trời, có khả năng mang một lượng lớn năng lượng trên một quãng đường dài. Ở dạng các ống từ thông mặt trời (ống thông lượng từ mặt trời), sóng này vận chuyển năng lượng khổng lồ trực tiếp từ bên trong mặt trời đến khí quyển bên ngoài của mặt trời – lớp hào quang, khiến cho lớp vành mặt trời ấm hơn lớp bên dưới nó – Quang quyển cao hơn một nghìn lần.
Nghiên cứu này chỉ ra rằng sóng Alfven tăng tốc một số electron để tạo ra cực quang. “Các phép đo cho thấy một phần nhỏ các electron được ‘gia tốc cộng hưởng’ dưới tác dụng của điện trường sóng Alfven, giống như một vận động viên lướt sóng bắt được con sóng trên biển và liên tục được tăng tốc khi lướt theo con sóng này”, một trong những nhà nghiên cứu là Hao, phó giáo sư Khoa Vật lý và Thiên văn học tại Đại học Iowa (Greg Howes) cho biết.
Theo lý thuyết cũ, các nhà khoa học cho rằng nguyên nhân gây ra hiện tượng cực quang là các hạt năng lượng cao phân tán ra từ Mặt trời, ví dụ như các hạt electron, tiếp cận đến bầu khí quyển phía trên của Trái đất tác động vào từ trường Trái đất ở tốc độ cao đến 72,5 triệu km/giờ. Các nguyên tử oxy và nguyên tử nitơ trong vùng này được kích hoạt bởi các hạt năng lượng cao để trở thành trạng thái kích thích. Khi chúng muốn trở lại trạng thái năng lượng thấp hơn, năng lượng được giải phóng sẽ được phát ra dưới dạng các photon, tạo thành cực quang mà mọi người nhìn thấy.
Trong những năm gần đây, một số nhà quan sát không gian đã phát hiện ra sóng Alfven ở những khu vực phía trên cực quang, và các nhà khoa học suy đoán rằng sóng Alfven đã thúc đẩy các electron này tới tốc độ cao như vậy. Tuy nhiên, do những hạn chế của các quan sát từ bầu trời, lý thuyết này không thể được xác nhận.
Nghiên cứu này đã sử dụng thiết bị plasma quy mô lớn (LPD) của Đại học California, Los Angeles (UCLA) để mô phỏng môi trường nơi từ trường của trái đất gặp plasma trong không gian, sau đó sử dụng một thiết bị đặc biệt để đưa sóng Alfven vào. Kết quả xác nhận rằng một số electron trong plasma đã được tăng tốc lên lý thuyết Tốc độ cao.
Cụ thể, các nhà khoa học đã sử dụng một buồng dài 20 mét để tái tạo từ trường Trái đất bằng cách dùng các cuộn từ trường mạnh tại LPD. Bên trong không gian này, họ đã tạo ra một loại plasma tương tự như những gì tồn tại trong không gian gần Trái đất.
Phó giáo sư Hao nói rằng mặc dù cực quang đã chưa được nhìn thấy trong thiết bị thí nghiệm, nhưng nó đã xác định được rằng các hạt electron thực sự có thể được gia tốc bằng sóng Alfven để đạt được tốc độ 72,5 triệu km/h.
“Khó khăn của thí nghiệm này là phát hiện ra rằng chỉ có một số lượng nhỏ các electron được gia tốc tới tốc độ của sóng Alfven, và ít hơn một phần nghìn electron trong plasma được tăng tốc đến trạng thái này”, giáo sư Vật lý của UCLA, Troy Carter (Troy Carter) nói.
Các nhà khoa học vũ trụ trên khắp nước Mỹ đã rất vui mừng khi nghe được tin tức tốt lành này.
Patrick Koehn – một nhà khoa học của NASA – bày tỏ: “Tôi vô cùng phấn khích! Thật là hiếm khi thấy một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm xác nhận một lý thuyết hoặc mô hình liên quan đến môi trường không gian. Bởi không gian đơn giản là quá lớn nên không dễ dàng mô phỏng trong phòng thí nghiệm”.
Nguồn: NTDVN
- 6 hiện tượng kỳ thú của mẹ thiên nhiên vĩ đại: “Động trời” chứ không phải “động đất”
- Từ trường trái đất bị phá vỡ gây ra đại hủy diệt 42.000 năm trước
- Nghiên cứu: Sao Thổ phát ra âm thanh quái dị và “không phải là hành tinh đơn giản”