Tại sao bầu khí quyển mặt trời lại có nhiệt độ cao gấp hàng trăm lần so với bề mặt?

Nếu bề mặt của Mặt Trời chỉ nóng khoảng 5.500 độ C thì lớp khí quyển phía trên của nó lại có nhiệt độ cao khủng khiếp, gấp 200 – 500 lần.

Là sao chủ của Thái dương hệ, nên hiển nhiên mặt trời rất nóng. Và với nhiệt độ khổng lồ, việc tiếp cận bề mặt của Mặt trời chắc chắn là không thể. Thế nhưng, có một nghịch lý ở đây là: nhiệt độ bề mặt của Mặt trời lại không nóng bằng vùng khí quyển xung quanh nó.

Sự chênh lệch về nhiệt độ này không hề nhỏ. Dựa trên tính toán quang phổ, nhiệt độ bề mặt chỉ rơi vào khoảng 5.500 độ C, trong khi vùng khí quyển xung quanh - còn gọi là "nhật hoa" (corona) có nhiệt độ lên tới hàng triệu độ.

Chỉ nhìn từ Trái Đất, chúng ta sẽ không nhận ra, đây cũng là bí ẩn khiến những nhà khoa học vũ trụ vất vả nhiều năm để tìm câu trả lời.

Trong nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Science, các nhà khoa học đến từ học viện công nghệ New Jersey đã chứng minh được những giả thuyết trước đây thông qua những ghi nhận mới nhất từ đài quan sát Mặt Trời Big Bear. Giả thuyết phổ biến nhất để giải thích hiện tượng này là các gai plasma bắn ra từ Mặt Trời khiến nhiệt độ khu vực quanh Mặt Trời tăng cao.

Sử dụng các hình chụp chất lượng cao, các nhà khoa học xác nhận rằng, từ trường của Mặt Trời đảo chiều liên tục, tạo thành động năng và nhiệt năng. Những nguồn năng lượng này khiến gai plasma bắn lên từ bề mặt Mặt Trời.

Các gai plasma có thể có kích thước từ 200-500 km, và tác động của từ trường khiến nó bắn qua lớp sắc cầu (chromosphere) để chạm tới lớp ngoài cùng của khí quyển Mặt Trời là nhật hoa (corona), đạt tới độ cao hàng nghìn km. Tốc độ của gai plasma bắn xuyên qua khí quyển Mặt Trời lên tới 100 km/s.

Nhiệt độ của các gai Mặt Trời khi bắn lên lớp corona lên tới 1 triệu độ C. Đó là lý do lớp cao nhất của khí quyển Mặt Trời lại có nhiệt độ cao hơn nhiều so với bề mặt, nằm phía dưới hàng nghìn km.

"Lần đầu tiên kính viễn vọng Goode của đài quan sát Big Bear thu được các hình ảnh chất lượng cao, cho thấy khi từ trường Mặt Trời đảo chiều gặp áp suất thấp của sẽ tạo ra các gai plasma bắn lên rất mạnh mẽ", nhà vật lý Wenda Cao của học viện kỹ thuật New Jersey chia sẻ.

Trước đây, chương trình IRIS của NASA được dùng để tìm bằng chứng về những vụ nổ Mặt trời nhỏ gọi là nanoflare, giả thiết chính là nguồn gốc của sự giải phóng năng lượng vì nó tỏa ra plasma lên tầng khí quyển trên.

Quá trình theo dõi các nano flare còn được thực hiện bởi một vệ tinh khác của NASA là EUNIS. Nhờ vào những bức ảnh có độ phân giải cao của IRIS, các nhà thiên văn có thể quan sát được hiện tượng nổ từ trong từ trường của mặt trời.

"Những quan sát của chúng tôi về việc hình thành gai, đốt nóng và nguội lại đã cho thấy một vòng tương tác giữa lớp chromosphere và corona", các nhà nghiên cứu kết luận.

Kết quả nghiên cứu mới này cho thấy, trong tương lai, con người sẽ có càng thêm nhiều khám khá về hành tinh hệ nhờ vào các thiết bị quan sát vũ trụ ngày càng hiện đại.

Minh Khôi (T/h)