Bùng phát mặt trời kích thích bởi một sao chổi
Bùng phát mặt trời kích thích bởi sự đi ngang qua của một sao chổi
23 tháng 12 năm 2004
Frérédic Deroche đã chỉ cho tôi một trang web:
http://www.jmccanneyscience.com
đó là trang web của Jim Mac Canney, người này trình bày những đoạn phim thú vị liên quan đến các lần sao chổi đi ngang qua gần Mặt Trời. Những hình ảnh này được ghi lại bằng một thiết bị coronagraph, một thiết bị đơn giản nơi hình ảnh Mặt Trời bị che khuất bởi một đĩa cố định ở đầu một thanh (có thể nhìn thấy). Khi đó, ta có thể quan sát được cấu trúc của khí quyển Mặt Trời. Một sao chổi là một khối lượng rất nhỏ so với Mặt Trời. Sao chổi Halley có kích thước tương đương một ngọn đồi và khối lượng còn nhỏ hơn. Do đó, ảnh hưởng hấp dẫn, ảnh hưởng thủy triều có thể xem là khá nhỏ. Tuy nhiên, khi sao chổi tiến gần Mặt Trời, nó đi xuyên qua một gió mặt trời rất mạnh. Ta có thể nghĩ rằng nó sẽ tích một điện tích lớn. Trong phim, ta có thể thấy rằng ngay khi sao chổi ở rất gần Mặt Trời, một bùng phát mặt trời mạnh mẽ xảy ra. Ta có thể cho rằng nguyên nhân kích hoạt có thể là do yếu tố điện từ. Dưới đây là một vài hình ảnh được trích từ phim:
Ngay trước khi hiện tượng xảy ra
Bùng phát mặt trời xảy ra rất nhanh
Trước khi bùng phát hoàn tất
Sao chổi rời đi
Đây là một bùng phát mặt trời kích thích. Ta biết rằng những bùng phát này có ảnh hưởng đến khí hậu Trái Đất. Không loại trừ khả năng rằng các mảnh vỡ từ một vật thể bị vỡ do hiệu ứng thủy triều có thể một ngày nào đó đến gần Mặt Trời, gây ra một hoạt động nhất thời nhưng có thể cực kỳ mạnh mẽ, thậm chí gây hại. Chúng ta vẫn chưa hiểu rõ về tập hợp các hiện tượng này, cũng như chưa đánh giá đúng mức độ tương tác điện từ giữa các hành tinh và các vật thể bay lơ lửng. Qua nghiên cứu từ trường cổ đại, ta thấy rằng từ trường Trái Đất đã có những biến đổi mạnh mẽ. Những hiện tượng này có thể do đâu? Trước hết, ta cần nhắc lại một điều: nguồn gốc của từ trường Trái Đất vẫn chưa được xác định. Bạn đọc chắc hẳn đã từng nghe đến "hiệu ứng từ". Nhưng điều đó vẫn chỉ là... một từ. Tôi từng tham dự một hội nghị tại Marseille cách đây vài năm do một nhà thiên văn học chuyên nghiên cứu loại hình này tổ chức. Sau hội nghị, rõ ràng là trong nửa thế kỷ qua, các nhà lý thuyết không tiến bộ được chút nào. Nếu ta không biết tại sao Trái Đất lại có từ trường, thì làm sao có thể tưởng tượng được hiện tượng nào có thể đảo ngược từ trường này?
Tôi cá nhân cho rằng chúng ta chỉ hiểu rất hạn chế về các vật thể tạo nên hệ Mặt Trời. Chúng ta có dữ liệu về những vật thể yên lặng trên quỹ đạo của chúng: hành tinh và vệ tinh, nhưng lại không biết gì nhiều về các vật thể bay lơ lửng có thể gây rối loạn. Điều ta biết từ các nghiên cứu của J.M. Souriau là hệ Mặt Trời đang hướng tới một trạng thái thư giãn, trong đó xuất hiện số vàng. Trong trạng thái thư giãn này, các hành tinh có xu hướng nằm trong cùng một mặt phẳng: mặt phẳng hoàng đạo. Các quỹ đạo trở nên tròn hơn. Các trục quay của hành tinh và vệ tinh được sắp xếp đồng trục. Những yếu tố chi phối là các hiệu ứng thủy triều, tiêu tán năng lượng, tuy nhiên rất khó đánh giá và mô hình hóa. Có những phân tích hệ Mặt Trời được thực hiện bằng máy tính lớn, trong đó các hành tinh và các vật thể khác được mô hình hóa như những khối cầu có mật độ đều. Khi đó, "những hiện tượng hỗn loạn" có thể làm thay đổi trục quay của hành tinh, v.v. Và người ta viết rằng sự sống không thể phát triển trên một hành tinh không có vệ tinh đi kèm như Trái Đất của chúng ta, vì "hiện tượng hỗn loạn" có thể gây ra những thay đổi trục quay không thể dự đoán.
Tôi đồng ý với Souriau rằng cách tiếp cận này không hợp lý vì nó không tính đến các hiện tượng tiêu tán năng lượng. Điều đó có nghĩa là gì? Hãy lấy ví dụ về một hệ nhị phân được giả định ban đầu là không tiêu tán năng lượng. Đó là cặp Pluton-Charon. Hai vật thể này được cho là quay quanh một trọng tâm chung "nhìn thẳng vào nhau", ở trạng thái "tương đối tĩnh". Khi đó, mỗi vật thể làm biến dạng vật kia theo dạng elipsoit, trục lớn của elipsoit hướng về phía nó.
Nhưng nếu các vật thể quay quanh một trọng tâm chung và mỗi vật thể tự quay, thì bề mặt, thậm chí toàn bộ khối lượng của chúng sẽ bị trải qua một thứ mà ta có thể gọi là "sóng mật độ". Đó là... một khái niệm mơ hồ. Mặt Trăng làm biến dạng bề mặt Trái Đất, tạo ra một con sóng cao khoảng một mét (quay quanh Trái Đất trong 24 giờ). Mặt Trăng luôn tạo cho Trái Đất hình dạng elipsoit kéo dài. Nếu Mặt Trăng quay quanh Trái Đất ở khoảng cách 40.000 km, nó sẽ đồng bộ với Trái Đất. Sóng trên Trái Đất sẽ đứng yên và không có hiện tượng tiêu tán năng lượng. Nhưng điều đó không xảy ra. Mặt Trăng quay quanh Trái Đất trong 28 ngày, trong khi Trái Đất quay quanh trục của nó... nhanh hơn 28 lần. Do đó, nó kéo theo "sóng" trên Trái Đất. Ngoài ra, sự lệch nhỏ này làm thay đổi quỹ đạo của Mặt Trăng, giống như một người điều khiển ngựa trong vòng quay kéo dây cương để làm ngựa chạy nhanh hơn. Trái Đất truyền năng lượng cho Mặt Trăng, khiến Mặt Trăng dần dần rời xa chúng ta với tốc độ 4 cm mỗi năm. Ngược lại, vệ tinh này làm chậm chuyển động quay của Trái Đất. Ngày xưa, ngày trên Trái Đất ngắn hơn.
Sự di chuyển tương đối của sóng mật độ, của con sóng quét qua Trái Đất trong 24 giờ, ngụ ý sự trộn lẫn, do đó gây nóng lên và cuối cùng là tiêu tán năng lượng dưới dạng bức xạ.
Hai vật thể tương tác với nhau. Hiện nay, Mặt Trăng có một chuyển động dao động gọi là libration, khiến Mặt Trăng không chỉ hiện ra 50% bề mặt mà là 59%. Trước đây, Mặt Trăng có thể đã quay quanh trục của nó. Nếu nó hình thành từ vật chất bị bắn ra sau va chạm với Trái Đất, nó có thể từng có một lớp dung nham, hoặc ít nhất là độ dẻo cao hơn. Sự tiến hóa của hệ Trái Đất - Mặt Trăng vẫn chưa được mô hình hóa đầy đủ. Thực tế, từ một thời điểm tương đối gần đây, giả thuyết về việc Mặt Trăng hình thành từ va chạm giữa Trái Đất và một thiên thể kích thước bằng sao Hỏa đã được hồi sinh. Phân bố khối lượng trên Mặt Trăng không đối xứng hình cầu. Mặt Trăng có một phần nặng hơn. Điều này phù hợp với giả thuyết rằng khi Mặt Trăng hình thành, nó có thể là một vật thể tương đối dẻo. Do đó, các loại vật chất đặc hơn có thể đã di chuyển về phía trung tâm và, phụ trợ, về phía mặt hướng về Trái Đất. Sau đó, theo thời gian, dung nham trên Mặt Trăng chỉ có thể nguội đi, đến khi đông cứng, điều này được minh chứng bởi sự vắng mặt của hoạt động địa chấn trên Mặt Trăng.
Quay lại hệ Mặt Trời. Io quay rất gần sao Mộc và cũng tự quay. Sao Mộc có xu hướng làm cho Io có hình dạng hơi dẹt (luôn là elipsoit kéo dài). Sự quay của Io gây ra sự trộn lẫn trong vật thể. Ở đây, hiện tượng tiêu tán năng lượng là rõ ràng: nó duy trì hoạt động núi lửa mạnh mẽ trên Io. Dung nham trên Io không bao giờ nguội đi, vì được cung cấp năng lượng liên tục do sự "nhào nặn" hàng ngày từ sao Mộc (theo chu kỳ quay của Io quanh chính nó, mỗi 1,77 ngày Trái Đất). Các nhà thiên văn học cho rằng sự "nhào nặn" này cũng có thể do sự hiện diện của các vệ tinh đồng hành Europa và Ganymede.
Các cơ chế tiêu tán năng lượng đưa các hệ thống đến trạng thái mà trao đổi năng lượng là tối thiểu. Nếu ta có một hệ hành tinh gồm một ngôi sao và hai hành tinh quay quanh nó với chu kỳ T1 và T2, chúng sẽ tương tác bằng cách sử dụng vật chất lỏng của ngôi sao như "antenna". Chúng làm biến dạng bề mặt ngôi sao, làm thay đổi hình dạng trường hấp dẫn. Hệ thống sẽ tiến hóa cho đến khi các quỹ đạo đạt trạng thái trao đổi năng lượng tối thiểu, tức là khi tỷ số chu kỳ tương ứng với "số ít cộng hưởng nhất", còn được gọi là số vàng.
Nếu một hệ gồm nhiều hành tinh, các hiệu ứng tiêu tán năng lượng có xu hướng sắp xếp các hành tinh theo quỹ đạo tròn, phân bố theo luật vàng của Souriau thay vì luật Titus-Bode (đây là một cách mô tả gần đúng):
1,9n
Luật Titus-Bode là:
2,4 (0,4 + 0,3 × 2n)
Dưới đây là so sánh hai luật:
Hai luật, trong hệ tọa độ logarit.
Tuy nhiên, hệ Mặt Trời không hoàn toàn khớp với các luật này. Có những sai lệch. Hệ có một vành tiểu hành tinh. Pluto quay trong một mặt phẳng khá khác biệt so với hoàng đạo. Quỹ đạo của Uranus hoàn toàn nằm trong mặt phẳng này, v.v. Điều này đến từ đâu? Bắt đầu từ khi nào? Chúng ta không biết. Cũng như chúng ta không biết tuổi của... vành đai của sao Thổ. Chúng ta chỉ biết rằng các vành đai này nằm bên trong vùng Roche của hành tinh, khu vực mà một vật thể, nếu chỉ liên kết bằng lực hấp dẫn, sẽ bị vỡ. Sao Thổ có đường kính 120.660 km. Do đó, đường kính vùng Roche của nó là 2,5 × 10.660 = 300.000 km. Thực tế, đường kính vành D, được phát hiện năm 1969 bởi nhà thiên văn người Pháp Pierre Guérin qua kính thiên văn tại Pic du Midi, cách tâm sao Thổ 141.000 km. Vì vậy, có thể các vành đai này là phần còn lại của một hoặc nhiều vệ tinh, đã bị xâm nhập vào khu vực này do sự mài mòn quỹ đạo và bị nghiền nát. Nhưng khi nào? Bí ẩn. Các vành đai sao Thổ có thể đã tồn tại 10.000 năm hoặc hàng tỷ năm.
Thật tốt khi nhận thức được sự thiếu hiểu biết của chúng ta. Tương tự, chúng ta cũng không rõ hệ Mặt Trời hình thành như thế nào, dù có hay không có tiểu hành tinh. Việc sáng tạo ra một từ mới chưa bao giờ giải quyết được một vấn đề. Tôi nhớ cách đây chưa đầy mười năm, Pierre Guérin nói với tôi: "Bạn biết đấy, nếu bạn kể đi kể lại rằng Mặt Trời hình thành trong một cụm sao, bạn sẽ bị người ta không ưa." Lúc đó