Aditya-L1 và Proba-3 theo dõi hai vụ phun trào Mặt Trời, hé lộ các mô hình năng lượng khác nhau

Hai vụ phun trào, hai câu chuyện năng lượng rất khác nhau

Hai vụ phun trào Mặt Trời được quan sát vào ngày 14 và 16 tháng 9 năm 2025 đã giúp các nhà khoa học ở Bengaluru cùng các cộng sự quốc tế hiểu rõ hơn cách vật chất thoát ra khỏi Mặt Trời phân chia năng lượng giữa chuyển động, nhiệt và từ trường. Vụ phun trào nhanh hơn di chuyển với tốc độ khoảng 645 km/giây. Vụ chậm hơn di chuyển với tốc độ khoảng 145 km/giây, nhưng cho thấy sự giãn nở ban đầu mạnh hơn và tỷ trọng năng lượng dưới dạng nhiệt tăng lên.

Các nhà nghiên cứu kết hợp những quan sát đồng thời từ Aditya-L1 của Ấn Độ và Proba-3 của Cơ quan Vũ trụ châu Âu. Các thiết bị quan sát gần như cùng một vùng gần Mặt Trời, nhưng thu thập những loại dữ liệu khác nhau: một thiết bị đo quang phổ ánh sáng từ khí nóng, trong khi thiết bị kia tạo ra hình ảnh cho thấy hình dạng và chuyển động của vụ phun trào.

Các nhà khoa học tại Viện Vật lý Thiên văn Ấn Độ (IIA), phối hợp với các nhà vật lý Mặt Trời châu Âu và Mỹ, đã sử dụng những phép đo bổ trợ này để ước tính khối lượng, mật độ và năng lượng của các vụ phun trào. Nghiên cứu quan sát nhật hoa bằng kính nhật hoa phối hợp của họ, được chấp nhận đăng trên tạp chí Astronomy & Astrophysics, trình bày những quan sát đồng thời đầu tiên về các vụ phun trào khối lượng nhật hoa bằng hai thiết bị này.

Vụ phun trào khối lượng nhật hoa, hay CME, là sự phóng plasma và từ trường khỏi lớp khí quyển ngoài của Mặt Trời, gọi là nhật hoa. Plasma là khí trong đó các electron đã tách khỏi nguyên tử. Hiểu được những gì xảy ra với vật chất này gần Mặt Trời giúp các nhà khoa học giải thích quá trình phát triển của một vụ phun trào khi nó di chuyển vào không gian.

Hai sự kiện này tạo điều kiện thuận lợi cho việc so sánh: CME nhanh hơn di chuyển nhanh gấp khoảng 4,4 lần CME chậm hơn, nhưng khác biệt giữa chúng không chỉ nằm ở tốc độ. Những thay đổi về mật độ và năng lượng cho thấy vì sao việc kết hợp hình ảnh với các phép đo khí nóng lại hữu ích.

Các thiết bị cùng quan sát như thế nào

Thiết bị VELC (Kính nhật hoa vạch phát xạ khả kiến) trên Aditya-L1 nghiên cứu nhật hoa trong khoảng từ 1,05 đến 1,5 bán kính Mặt Trời tính từ tâm Mặt Trời. ASPIICS (Thiết bị quan sát phân cực và chụp ảnh nhật hoa bằng cụm tàu vũ trụ) trên Proba-3 quan sát trong khoảng từ 1,1 đến 3 bán kính Mặt Trời.

Bán kính Mặt Trời là khoảng cách từ tâm Mặt Trời đến bề mặt nhìn thấy được của nó. Vì vậy, hai thiết bị có chung một vùng quan sát trong khoảng từ 1,1 đến 1,5 bán kính Mặt Trời, ngay phía trên bề mặt. Vùng chồng lấn này cho phép các nhà nghiên cứu so sánh phép đo về cùng một vụ phun trào khi nó vẫn còn ở gần nơi khởi phát.

Kính nhật hoa che khuất phần đĩa sáng của Mặt Trời để làm lộ ra nhật hoa xung quanh vốn mờ hơn nhiều. Proba-3 thực hiện việc này bằng hai tàu vũ trụ bay cách nhau khoảng 150 mét. Một tàu tạo bóng lên tàu còn lại, hình thành nhật thực nhân tạo cho thiết bị quan sát.

VELC do IIA phát triển phối hợp với Tổ chức Nghiên cứu Vũ trụ Ấn Độ (ISRO), cung cấp các quan sát quang phổ. Phép đo quang phổ phân tách ánh sáng theo bước sóng, cho phép các nhà khoa học khảo sát những tín hiệu cụ thể từ vật chất nóng. ASPIICS cung cấp hình ảnh ánh sáng trắng và hình ảnh ở một vạch phát xạ màu lục từ nhật hoa.

Vì sao khó đo những giai đoạn đầu

Nhật hoa trong cùng là nơi khó theo dõi một vụ phun trào, vì vật chất thoát ra mờ nhạt cần được quan sát sát đĩa Mặt Trời rực sáng. Các thiết bị trước đây trên không gian gặp hạn chế khi theo dõi giai đoạn phát triển ban đầu của những CME mờ, khiến dữ liệu về sự thay đổi năng lượng của chúng còn thiếu.

ISRO nêu giá trị của việc kết hợp các thiết bị trong một tuyên bố công bố ngày 16 tháng 10 năm 2026. Cơ quan này giải thích rằng VELC cung cấp dữ liệu quang phổ, còn ASPIICS ghi hình gần như cùng một phần của nhật hoa:

Những quan sát phối hợp này đem lại hiểu biết sâu sắc hơn về quá trình phát triển của CME so với quan sát chỉ từ một tàu vũ trụ.

Các nhà nghiên cứu khảo sát những quan sát từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2025. Trong giai đoạn đó, họ xác định được chỉ hai CME được cả hai thiết bị ghi nhận đồng thời, vào ngày 14 và 16 tháng 9. VELC ghi lại cả hai ở giai đoạn đầu, cung cấp các phép đo bổ trợ cho hình ảnh của ASPIICS.

Hình ảnh và quang phổ cho biết những gì

Các quan sát ánh sáng trắng của ASPIICS cho phép nhóm nghiên cứu ước tính khối lượng, thể tích và mật độ hạt của các vụ phun trào. Mật độ hạt cho biết có bao nhiêu hạt trong một thể tích nhất định. Theo dõi những đại lượng này khi vụ phun trào đi lên giúp xác định vật chất của nó có đang lan rộng và trở nên loãng hơn hay không.

Hình ảnh cũng cung cấp các ước tính về hình dạng và chuyển động của CME. Những phép đo đó được dùng để tính động năng, tức năng lượng mà vật chất chuyển động mang theo. Cả khối lượng lẫn tốc độ đều quan trọng: ở cùng tốc độ, vụ phun trào có khối lượng lớn hơn sẽ mang nhiều động năng hơn, trong khi tốc độ tăng có tác động đặc biệt mạnh.

VELC quan sát vạch phát xạ màu lục của sắt, gọi là Fe XIV, ở bước sóng 5303 angstrom. Tín hiệu này phát ra từ khí có nhiệt độ khoảng hai triệu độ. Quang phổ của tín hiệu cho phép ước tính độc lập mật độ hạt electron, nhiệt năng và độ mở rộng ngang của vụ phun trào, tức chiều rộng của nó theo hướng vuông góc với hướng quan sát.

Thiết bị cũng đo đại lượng phát xạ, có liên hệ với lượng và mật độ vật chất nóng góp phần tạo ra ánh sáng được quan sát. Các nhà nghiên cứu sử dụng đại lượng này cùng với những giả định về vùng phát xạ để ước tính các đặc tính vật lý của plasma.

Các ước tính về khối lượng và nhiệt năng thu được từ ASPIICS và VELC khá thống nhất, bất chấp khác biệt về phương pháp quan sát, giả định hình học và tính toán vật lý. Sự thống nhất giữa các phương pháp độc lập giúp kiểm chứng những đại lượng khó đo trực tiếp.

Vụ phun trào nhanh hơn mang tương đối ít nhiệt

CME ngày 14 tháng 9 di chuyển với tốc độ xấp xỉ 645 km/giây. Động năng và từ năng ước tính của nó ở mức tương đương nhau, trong khi nhiệt năng nhỏ hơn nhiều. Nhiệt năng mô tả năng lượng gắn với chuyển động của các hạt bên trong khí, chứ không phải chuyển động của toàn bộ vụ phun trào.

Bài nghiên cứu cho biết nhiệt năng thấp hơn động năng gần hai bậc độ lớn, tức xấp xỉ bằng một phần trăm; các mô tả công khai về kết quả nêu con số khoảng 1% tổng năng lượng. Phép so sánh cụ thể trong bài nghiên cứu là giữa nhiệt và chuyển động.

Trong giai đoạn phát triển ban đầu được quan sát, thành phần nhiệt tương đối nhỏ cho thấy plasma chỉ nóng lên ở mức hạn chế. Phần năng lượng gắn với chuyển động hướng ra ngoài và từ trường lớn hơn nhiều so với nhiệt.

Vụ phun trào chậm hơn giãn nở mạnh hơn

CME ngày 16 tháng 9 di chuyển với tốc độ khoảng 145 km/giây. Mật độ của nó giảm nhanh hơn theo độ cao so với sự kiện ngày 14 tháng 9, cho thấy sự giãn nở ban đầu mạnh hơn. Khi vật chất chiếm thể tích lớn hơn, số hạt trong mỗi đơn vị không gian giảm xuống.

Sự giãn nở và tốc độ hướng ra ngoài mô tả những khía cạnh khác nhau của một vụ phun trào. CME có thể rời xa Mặt Trời chậm hơn nhưng lan rộng mạnh hơn. Đo cả hai đặc điểm giúp giải thích cách đám mây thay đổi, thay vì chỉ mô tả nó bằng một con số tốc độ.

Vụ phun trào chậm hơn cũng cho thấy mô hình năng lượng khác biệt. Nhiệt năng của nó tăng lên cho đến khi tương đương với động năng. Trong trường hợp này, trong thời gian quan sát, nhiệt trở thành một phần đáng kể trong cân bằng năng lượng đo được.

Ở cả hai CME, từ năng ước tính vẫn tương đương hoặc lớn hơn động năng tại những độ cao được quan sát. Từ năng là năng lượng gắn với từ trường mà vật chất phun trào mang theo. Các nhà nghiên cứu tính toán đại lượng này dựa trên những đặc tính CME quan sát được và các giả định có cơ sở vật lý, phù hợp với dữ liệu quan sát.

Phép so sánh cho thấy ích lợi của việc đo đồng thời nhiều đặc tính. Tốc độ lập tức phân biệt hai sự kiện, nhưng các phép đo mật độ và nhiệt cho thấy thêm một khác biệt: vụ phun trào chậm hơn giãn nở mạnh hơn và có thành phần nhiệt tăng lên nhiều hơn so với năng lượng chuyển động.

Từ phóng các sứ mệnh đến quan sát phối hợp

Cả hai sứ mệnh đều được đưa vào không gian bằng phương tiện phóng của Ấn Độ, dù sử dụng những cách thức quan sát Mặt Trời khác nhau. Aditya-L1 là sứ mệnh chuyên biệt đầu tiên của Ấn Độ nghiên cứu Mặt Trời. Proba-3 là sứ mệnh của châu Âu, sử dụng kỹ thuật bay chính xác của hai tàu vũ trụ để tạo điều kiện quan sát.

• Ngày 2 tháng 9 năm 2023: Aditya-L1 được phóng bằng tên lửa PSLV-C57.
• Ngày 6 tháng 1 năm 2024: Aditya-L1 đi vào quỹ đạo hình hào quanh điểm L1 của hệ Mặt Trời - Trái Đất, cho phép quan sát Mặt Trời liên tục.
• Ngày 5 tháng 12 năm 2024: Proba-3 được phóng bằng tên lửa PSLV-XL từ Sriharikota.
• Tháng 7 đến tháng 12 năm 2025: Các nhà nghiên cứu khảo sát giai đoạn quan sát, trong đó họ xác định được hai lần ghi nhận CME đồng thời.
• Ngày 14 và 16 tháng 9 năm 2025: VELC và ASPIICS quan sát các vụ phun trào được phân tích trong nghiên cứu.
• Ngày 16 tháng 10 năm 2026: ISRO ra tuyên bố mô tả những phát hiện từ quan sát phối hợp.

Vùng quan sát chung tạo mối liên hệ khoa học giữa hai sứ mệnh. VELC cung cấp thông tin về plasma nóng ở rất gần Mặt Trời, trong khi ASPIICS chụp ảnh vùng chồng lấn và mở rộng quan sát ra xa hơn vào nhật hoa.

Ý nghĩa đối với việc tìm hiểu thời tiết không gian

CME có ý nghĩa vượt ra ngoài vật lý Mặt Trời, bởi các vụ phun trào hướng về Trái Đất có thể gây ra bão địa từ. Những nhiễu động này có thể ảnh hưởng đến vệ tinh, hệ thống định vị và thông tin liên lạc. Vì vậy, các nhà nghiên cứu cần hiểu các đặc tính của vụ phun trào phát triển ra sao trước khi nó tiến vào môi trường không gian rộng lớn hơn.

Nghiên cứu bổ sung các phép đo ở giai đoạn đầu vốn khó quan sát. Phân tích kết hợp khối lượng, mật độ, độ giãn nở và một số dạng năng lượng, cùng những ước tính độc lập từ các thiết bị sử dụng phương pháp khác nhau. Qua đó, các nhà khoa học có thêm dữ liệu để kiểm nghiệm những cách giải thích về quá trình phát triển của CME.

Hai sự kiện cũng cung cấp những ví dụ cụ thể về diễn biến năng lượng khác nhau ở gần Mặt Trời. Một vụ nhanh và mang tương đối ít nhiệt năng; vụ còn lại chậm hơn, giãn nở mạnh hơn và có nhiệt năng tăng lên mức tương đương động năng. Các mô hình về vụ phun trào cần tính đến những khác biệt như vậy.

Nghiên cứu tập trung vào hai CME này và quá trình phát triển ban đầu của chúng. Chưa có dịch vụ dự báo vận hành hay thời điểm áp dụng kết quả vào dự báo được công bố. Kết quả trước mắt là một bộ phép đo đầy đủ hơn để nghiên cứu cách các vụ phun trào Mặt Trời tích lũy và phân bố lại năng lượng.

Điểm chính

• Aditya-L1 và Proba-3 cùng ghi nhận hai vụ phun trào Mặt Trời vào ngày 14 và 16 tháng 9 năm 2025.
• Các vụ phun trào di chuyển với tốc độ lần lượt khoảng 645 và 145 km/giây.
• Phép đo quang phổ của VELC và hình ảnh của ASPIICS cung cấp các dữ liệu bổ trợ về vật chất ở gần Mặt Trời.
• Theo bài nghiên cứu, nhiệt năng của CME nhanh hơn xấp xỉ bằng một phần trăm động năng.
• CME chậm hơn giãn nở mạnh hơn, và nhiệt năng tăng lên mức tương đương động năng.
• Từ năng ước tính ở cả hai sự kiện đều tương đương hoặc lớn hơn động năng.
• Những phát hiện này cung cấp các phép đo mới để tìm hiểu những giai đoạn đầu tiên của vụ phun trào Mặt Trời.