Khoa học thường thức về hàng không học và khoảng không vũ trụ

Lần đầu tiên khoa học phát hiện điện trường vô hình quanh Trái Đất (13/09/2024)

Một trường năng lượng vô hình bao quanh Trái Đất cuối cùng đã được phát hiện.

Bức ảnh Trái Đất được chụp từ Trạm Vũ trụ quốc tế năm 2003. (Ảnh: NASA).

Trường năng lượng này được gọi là trường lưỡng cực, một điện trường đã được các nhà khoa học đặt giả thuyết từ cách đây 60 năm. Việc khám phá ra điện trường này sẽ thay đổi cách chúng ta nghiên cứu và hiểu được hành vi và tiến hóa của thế giới luôn biến đổi không ngừng xung quanh mình.

Nhà thiên văn học Glyn Collinson ở Trung tâm Bay vũ trụ Goddard của NASA nói rằng bất kỳ hành tinh nào có khí quyển đều có một trường lưỡng cực. Giờ đây, cuối cùng chúng ta đã đo được nó, giúp có thể bắt đầu tìm hiểu cách mà nó hình thành nên hành tinh của chúng ta cũng như các hành tinh khác.

Trái Đất không chỉ là một quả cầu đất bay trong không gian. Nó được bao bọc bởi tất cả các loại trường. Ví dụ như trọng trường. Chúng ta không biết nhiều về trọng trường, nhưng nếu không có nó thì chúng ta không có hành tinh này. 

Bên cạnh đó còn có từ trường. Từ trường sinh ra do vật chất xoay và xoáy đảo trong lõi Trái Đất, biến động năng thành từ trường. Từ trường bảo vệ chúng ta khỏi các hiệu ứng của gió mặt trời và bức xạ mặt trời, đồng thời giữ cho khí quyển ở lại quanh Trái Đất mà không bị tan biến vào không gian.

Bắc Cực nhìn từ tàu vũ trụ Endurance. Các vệt trên nền trời là do ống kính bị lóa. (Ảnh: NASA).

Năm 1968, các nhà khoa học đã mô tả một hiện tượng mà chúng ta không thể hình dung nổi cho đến khi có thể du hành vũ trụ. Các con tàu vũ trụ khi bay qua các vùng cực của Trái Đất đã phát hiện một luồng gió siêu âm của các hạt thổi ra từ khí quyển Trái Đất. Cách giải thích thuyết phục nhất cho hiện tượng này là một trường thứ 3 của Trái Đất, trường năng lượng điện.

"Nhưng khi đó chúng ta không thể đo được trường năng lượng này vì chưa có công nghệ tiên tiến. Vì thế, chúng tôi đã chế tạo tàu Endurance để làm nhiệm vụ tìm kiếm lực vô hình đó", nhà thiên văn học Collinson cho biết.

Giờ đây, các nhà khoa học giải thích trường lưỡng cực đó hoạt động như sau. Từ một vĩ độ khoảng 250km, trong tầng điện ly của khí quyển, tia cực tím và bức xạ mặt trời cực mạnh ion hóa các nguyên tử khí quyển, phá vỡ các electron mang điện âm và biến các nguyên tử này thành các ion tích điện dương.

Các electron nhẹ sẽ cố bay vào không gian, còn các ion nặng sẽ cố lắng xuống mặt đất. Nhưng môi trường plasma lại cố duy trì trung hòa điện tích, dẫn đến sự xuất hiện của một điện trường giữa các electron và các ion để liên kết chúng với nhau.

Đây được gọi là trường lưỡng cực vì nó hoạt động theo cả hai hướng, với các ion mang lực kéo xuống và các electron mang lực kéo lên.

Kết quả là khí quyển bị phồng lên, độ cao của khí quyển cho phép một số ion thoát ra ngoài không gian, và đó chính là những gì chúng ta nhìn thấy trong gió vùng cực.

Trường lưỡng cực này rất yếu, vì thế các nhà nghiên cứu đã thiết kế ra các dụng cụ để đo. Tàu Endurance đã mang theo các dụng cụ này bay vào không gian vào tháng 5/2022 đạt đến độ cao 768,03 km để tiến hành đo đạc rồi quay trở về Trái Đất cùng với các dữ liệu vô cùng giá trị.

Con tàu đã đo được điện thế chỉ thay đổi 0,55 volt, nhưng đó là tất cả những gì cần thiết đối với các nhà khoa học. Nhà thiên văn học Collinson nói rằng "nửa volt gần như chẳng là gì, nhưng cũng đủ mạnh để giải thích sự tồn tại của gió vùng cực."

Lượng điện tích đó đủ để kéo các ion hydro có cường độ hấp dẫn gấp 10,6 lần và phóng các ion này vào không gian với tốc độ siêu thanh trên hai cực của Trái Đất. Các ion oxy nặng hơn ion hydro, nhưng cũng được nâng lên cao hơn, làm tăng mật độ của tầng điện ly thêm 271% so với nếu không có trường lưỡng cực.

Điều thú vị hơn nữa, đây mới chỉ là bước khởi đầu. Chúng ta vẫn chưa biết về các ảnh hưởng sâu rộng hơn của trường lưỡng cực này, nó đã tồn tại bao lâu, hoạt động như thế nào và ảnh hưởng ra sao đến sự tiến hóa của hành tinh chúng ta, thậm chí cả tác động của nó đến sự sống trên bề mặt Trái Đất nữa.

Điện trường này là một phần cơ bản trong hoạt động của Trái Đất. Giờ đây chúng ta đã đo được nó, và có thể thực sự bắt đầu đặt ra những câu hỏi lớn hơn và thú vị hơn.

Theo www.sciencealert.com

Cập nhật ngày: 3/9/2024

https://dantri.com.vn/khoa-hoc-cong-nghe/lan-dau-tien-khoa-hoc-phat-hien-dien-truong-vo-hinh-quanh-trai-dat-20240903020602012.htm