Những bí ẩn về Quang quyển của Mặt trời: Hình thành và đặc tính vật lý của nó

Giới thiệu

Dù rằng chẳng có ngọn lửa nào trên bề mặt Mặt Trời, Quang quyển (hay còn gọi là quang cầu) của nó sôi sục và khuấy đục, thể hiện ảnh hưởng của hiện tượng đối lưu cơ bản. Hạt Photon (hay còn gọi là quang tử) chảy từ phía dưới, bị kìm giữ lại bởi lớp cơ bản và cuối cùng là bị chảy ra.

Tính chất vật lý của Quang quyển

Điều này tạo ra một sự sụt giảm đáng kể về nhiệt độ lẫn mật độ. Nhiệt độ ở bề mặt nhìn thấy được ở vào khoảng 5,800 K nhưng tụt giảm xuống mức thấp nhất là 4,000 K tại nơi cách trên quang tử khoảng 500 km. Mật độ khoảng 10-7 gram cho mỗi cm khối (g/cm3, 2,7 giọt/150 km (nghĩa là giảm 2,7 gram cho mỗi 150km).

Khí quyển của hệ Mặt Trời thực chất là chân không với tiêu chuẩn đầy đủ nhất. Tổng mật độ trên bất kỳ centimet vuông nào là khoảng 1 gram, nhỏ hơn khoảng 1.000 lần so với khối lượng tương đương trong bầu khí quyển của Trái Đất.

Một người có thể nhìn xuyên qua khí quyển Trái Đất nhưng không thể nhìn xuyên qua khí quyển Mặt trời bởi khí quyển Trái Đất thì nông và các phân tử hấp thụ bức xạ nằm bên ngoài phổ khả kiến( quang phổ có thể nhìn thấy được).

Ngược lại, Quang quyển có nhiệt độ cao của Mặt trời chứa một ion gọi là hydro âm, H−, một hạt nhân hydro với hai electron gắn liền với nhau. Ion H− hấp thụ bức xạ một cách ngấu nghiến qua hầu hết quang phổ.

Quang quyển là phần của Mặt Trời mà có thể nhìn thấy trong ánh sáng thông thường. Hình ảnh của nó cho thấy hai đặc điểm chính, phần tối về phía các vùng ngoài cùng, được gọi là phần tối ở mép Mặt Trời, và một cấu trúc giống như hạt gạo mịn được gọi là sự hóa hạt.

Sự tối màu xảy ra đơn giản chỉ vì nhiệt độ đang giảm; khi nhìn vào cạnh mép của Mặt Trời, người ta thấy ánh sáng từ các lớp cao hơn, mát hơn và tối hơn.

Các hạt là các tế bào đối lưu mang năng lượng lên từ bên dưới. Mỗi tế bào đối lưu khoảng 1.500 km. Hạt có tuổi thọ khoảng 25 phút, khí nóng tăng lên trong phạm vi tốc độ khoảng 300 mét mỗi giây. Sau đó, chúng vỡ ra, phai mờ đi hoặc phát nổ thành một vòng hạt mở rộng.

Hiện tượng này của các hạt diễn ra ra trên khắp Mặt Trời. Người ta tin rằng các hình dáng của vụ nổ hình thành các hạt xung quanh trong một mẫu gọi là Mesogranulation, mặc dù sự tồn tại của mẫu hình vẫn còn đang gây tranh cãi.

Một mẫu hình lớn hơn, không thể tranh cãi được gọi là Supergranulation là một mạng lưới các dòng chảy tốc độ ngoài luồng, mỗi luồng trải rộn khoảng 30.000 km, có thể gắn với vùng đối lưu lớn hơn các hạt loại vừa.

Từ trường quang học

Dòng chảy tập trung các từ trường bề mặt vào các ranh giới siêu di động, tạo ra một mạng lưới các yếu tố từ trường.

Các từ trường quang học mở rộng vào bầu khí quyển, nơi mà mẫu hình siêu hình chiếm ưu thế trong khí gas dẫn điện. Trong khi nhiệt độ trên các khu vực bề mặt trung bình tiếp tục giảm, nó không giảm nhanh như ở các cạnh mép của mạng lưới, và hình ảnh của Mặt Trời ở bước sóng hấp thụ phần nào ở trên bề mặt cho thấy các cạnh của mạng lưới sáng bừng. Điều này xảy ra xuyên qua các tia cực tím.

Fraunhofer là người đầu tiên quan sát quang phổ Mặt Trời, phát hiện phát xạ ở tất cả các màu với nhiều vạch tối ở một số bước sóng nhất định. Ông đã chỉ định các chữ cái cho những vạch này, mà một số vẫn còn được biết đến, chẳng hạn như D- vạch natri, G-band, và K- vạch canxi ion hóa.

Nhưng nhà vật lý người Đức Gustav R. Kirchhoff, mới là người đã giải thích ý nghĩa của các vạch, giải thích rằng các đường tối được hình thành ở các lớp trên cao hơn, hấp thụ ánh sáng nổi lên từ bên dưới. Bằng cách so sánh các vạch này với dữ liệu phòng thí nghiệm, chúng ta có thể xác định các yếu tố chịu trách nhiệm và trạng thái ion hóa và kích thích của chúng.

Các vạch phổ được nhìn thấy là những vạch được cho rằng là có  nhiệt độ phổ biến 6.000 K, nơi năng lượng nhiệt của mỗi hạt là khoảng 0,5 volt. Các nguyên tố dồi dào nhất, hydro và heli, rất khó để kích thích, trong khi các nguyên tử như sắt, natri và canxi có nhiều vạch dễ dàng kích thích ở nhiệt độ này.

Khi Cecilia Payne, một sinh viên tốt nghiệp người Anh theo học tại Harvard College Observatory ở Cambridge, Massachusetts, Hoa Kỳ, đã nhận ra sự dồi dào của hydrogen và helium vào năm 1925, cô đã bị thuyết phục bởi những đàn anh của mình để đánh dấu kết quả là sai; chỉ sau đó là sự thật mới được công nhận. Các vạch mạnh nhất trong phổ khả kiến là các dòng ion hóa H- và K- ( chữ cái của Fraunhofer).

Điều này xảy ra vì canxi dễ bị ion hóa, và những dòng này biểu thị sự chuyển tiếp trong đó năng lượng được hấp thụ bởi các ion trong đất, hoặc trạng thái năng lượng thấp nhất. Trong mật độ tương đối thấp của Quang quyển và cao hơn, nơi các nguyên tử chỉ được chiếu sáng từ bên dưới, các electron có xu hướng hạ xuống trạng thái cơ bản, vì kích thích thấp. Natri vạch D yếu hơn Ca K vì hầu hết natri được ion hóa và không hấp thụ bức xạ.

Cường độ của các vạch được xác định bởi sự phong phú của yếu tố cụ thể và trạng thái ion hóa của nó, cũng như bởi sự kích thích của mức năng lượng nguyên tử liên quan đến vạch.

Bằng cách làm ngược lại, người ta có thể thu được sự phong phú của hầu hết các nguyên tố trong Mặt Trời. Tập hợp các sự phong phú này xảy ra với sự đều đặn lớn trong vũ trụ; nó được tìm thấy trong các vật thể đa dạng như Quasar, thiên thạch và ngôi sao mới.

Mặt Trời gần như có khoảng 90% số nguyên tử  hydro và 9,9 phần trăm helium. Các nguyên tử còn lại bao gồm các nguyên tố nặng hơn, đặc biệt là cacbon, nitơ, oxy, magiê, silicon và sắt- chúng chỉ chiếm 0,1% theo số lượng.

Domin Võ

Dành ra 12 tiếng/ngày cho công việc tẻ nhạt ở ngân hàng, chỉ khi viết bài cho Mingeek, anh ấy mới thật sự là chính mình. Anh muốn cho mọi người thấy rằng, khoa học không nhàm chán như trong SGK đâu! Nếu các bạn phát hiện sai sót gì trong bài, có thể liên hệ với anh ấy qua Facebook bên dưới. Hoặc nếu bạn muốn trò chuyện về Khoa học, hãy kết bạn luôn nào <3

Related Articles

Back to top button

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker