Phát hiện Electron 'Mỉm Cười' trong Từ Quyển Hé Lộ Cơ Chế Thời Tiết Không Gian

Các nhà khoa học đã xác nhận sự tồn tại của các hạt electron độc đáo, được mô tả là 'electron mỉm cười', trong từ quyển bảo vệ của Trái Đất. Phát hiện này mở ra một hướng mới để hiểu rõ cơ chế của các sự kiện tái kết nối từ trường, nguyên nhân chính gây ra sự gián đoạn thời tiết không gian. Công trình nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Nature: Communications Physics, do Giáo sư vật lý Jason Shuster, trợ lý nghiên cứu tại Đại học New Hampshire (UNH), dẫn dắt.

Giáo sư Shuster đã phát triển một phương pháp trực quan hóa mới, áp dụng nó vào dữ liệu vận tốc electron thu thập được từ sứ mệnh Magnetospheric Multiscale (MMS) của NASA. Cấu trúc phân bố electron có hình dạng giống như nụ cười này được quan sát thấy cụ thể bên trong Vùng Khuếch Tán Electron (EDR), một khu vực quan trọng nơi từ trường Trái Đất tương tác với gió mặt trời. Sứ mệnh MMS, sử dụng bốn tàu vũ trụ bay theo đội hình tứ diện, được thiết kế để đo lường động lực học cấu trúc ba chiều ở quy mô nhỏ của EDR, một khu vực mỏng manh và di chuyển nhanh.

Trước đây, Vùng Khuếch Tán Electron (EDR) được coi là một 'hộp đen' do những hạn chế trong khả năng thăm dò chi tiết ở quy mô electron. Cấu trúc hình nụ cười độc đáo này hiện đóng vai trò như một 'bản đồ' giúp các nhà khoa học giải mã cơ chế truyền năng lượng trong không gian. Việc nắm bắt được cấu trúc này là tối quan trọng vì các sự kiện tái kết nối từ trường là động lực thúc đẩy thời tiết không gian. Tái kết nối từ trường liên quan đến việc các đường sức từ đột ngột tái cấu trúc, giải phóng năng lượng một cách dữ dội.

Giáo sư Shuster, người đã dành khoảng 16 năm nghiên cứu hiện tượng tái kết nối từ trường, nhấn mạnh mục tiêu là làm sáng tỏ hoạt động của các electron trong từ quyển để xây dựng lại bức tranh chi tiết về những gì xảy ra tại các điểm tái kết nối. Sự thành công trong việc giải mã cơ chế tái kết nối thông qua 'bản đồ' mới này sẽ cho phép dự báo chính xác hơn các sự kiện thời tiết không gian. Các sự kiện này có khả năng gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến cơ sở hạ tầng công nghệ thiết yếu, bao gồm vệ tinh, hệ thống thông tin liên lạc và định vị GPS.

Khuôn mẫu cấu trúc electron hình nụ cười được phát hiện tại ranh giới từ trường Trái Đất có thể áp dụng cho việc nghiên cứu các môi trường plasma khác nhau trong vũ trụ. Phạm vi ứng dụng này bao gồm các khu vực lân cận lỗ đen, từ quyển của các hành tinh khác trong Hệ Mặt Trời, và cả các thiết bị nhiệt hạch từ tính đang tìm cách khai thác năng lượng plasma nóng. Sứ mệnh MMS, được phóng vào ngày 13 tháng 3 năm 2015, đã cung cấp dữ liệu có độ phân giải thời gian và không gian chưa từng có, cho phép đo lường EDR, nơi tái kết nối xảy ra, vượt trội hơn các sứ mệnh trước đó như Cluster của ESA. Khả năng đo lường đa điểm của bốn tàu MMS trong đội hình tứ diện là yếu tố then chốt để phân biệt giữa các cấu trúc không gian và biến thiên thời gian.