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

Có thể bạn đã từng nghe về Heliopause, nơi được xem như rìa của Hệ Mặt trời. Với nhiệt độ lên tới 30.000 – 50.000 độ C, khu vực này là một trong những điểm nóng trong việc nghiên cứu không gian.

Heliopause đánh dấu ranh giới giữa gió Mặt trời và không gian liên sao, và vì lý do này, nó thường được gọi là ‘Bức tường lửa’, mặc dù tên gọi này có phần không chính xác nhưng lại phản ánh một phát hiện quan trọng từ các tàu Voyager của NASA.

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

NASA đã phóng cặp tàu Voyager 1 và Voyager 2 vào không gian vào năm 1977. Trong khi Voyager 2 vẫn tiếp tục hoạt động, Voyager 1 đã mất liên lạc một thời gian, nhưng vẫn có hy vọng khôi phục tiếp tín hiệu từ nó.

Mặc dù tên gọi ‘Bức tường lửa’ nghe có vẻ đáng sợ, nhưng nó có cái lý riêng. Các tàu Voyager đã ghi lại nhiệt độ trong khoảng từ 30.000 – 50.000 độ C tại heliopause, con số này khiến các đám cháy trên Trái đất trông như ‘mát mẻ’ hơn.

Chắc chắn rằng ở đó không có lửa như cách hiểu thông thường, tức là không có sự bốc cháy do oxy. Thực tế, heliopause chủ yếu là plasma nóng. Nhưng điều thú vị là cả hai tàu Voyager không bị bốc hơi khi đi qua khu vực này. Nguyên nhân chính là mật độ vật chất ở vùng ngoài gió Mặt trời còn rất thấp.

Để hiểu được tại sao Bức tường lửa lại nóng như vậy, chúng ta cần nhìn nhận lại khái niệm nhiệt độ. Nhiệt độ là chỉ số thể hiện tốc độ chuyển động của các nguyên tử và phân tử. Để tạo ra sự chuyển động nhanh, cần có năng lượng. Khi tốc độ ấy gia tăng, các phân tử sẽ dễ dàng va chạm với các vật thể khác và chuyển giao một phần năng lượng cho chúng. Ví dụ, khi chúng ta đưa tay vào một luồng khí nóng, năng lượng từ các phân tử nhanh chóng làm nóng tay của chúng ta.

Bên cạnh đó, mật độ thấp cũng đồng nghĩa rằng việc cần ít năng lượng để nâng cao tốc độ chuyển động của chúng, tuy nhiên khả năng va chạm với các vật thể lớn lại giảm xuống. Nếu không có va chạm, năng lượng không thể được truyền đi và vật thể vẫn giữ được độ mát của nó.

Đây chính là tình huống mà các tàu Voyager gặp phải, cũng như những tàu vũ trụ khác khi họ rời khỏi Hệ Mặt trời trong tương lai. Heliopause có thể dày đặc hơn so với không gian bên ngoài, nhưng nhìn chung vẫn là vùng chân không. Những phân tử tại đó, mặc dù có chuyển động nhanh với nhiệt độ cực kỳ cao, cũng không đủ để làm nóng các tàu Voyager nặng hơn 700kg.

Tại sao lại tồn tại nhiệt độ cao như vậy ở đây trong khi rất xa Mặt trời? Trước đây, các nhà khoa học đã dự đoán heliopause sẽ nóng, nhưng mức độ họ ước tính chỉ bằng khoảng một nửa so với những gì mà các tàu Voyager thực tế đã đo được. Điều này càng chứng minh được vai trò quan trọng của chúng trong việc khám phá vũ trụ.

Nguyên nhân dẫn đến nhiệt độ cao này được cho là do sự nén plasma khi gió Mặt trời đối đầu với không gian liên sao hoặc sự tái kết nối từ tính. Hiện tượng tái kết nối xảy ra khi cấu trúc từ trường thay đổi, khiến năng lượng từ tính chuyển đổi thành sóng chuyển động nhanh, nhiệt và gia tốc hạt. Hiện tượng này đã được ghi nhận tại các khu vực xung quanh Trái đất cũng như những hành tinh khác khi tiếp xúc với gió Mặt trời.