Cực quang xuất hiện trên Trái Đất như những màn trình diễn ma quái của ánh sáng đủ màu sắc trên bầu trời đêm, thường ở khu vực địa cực. Hành tinh đá láng giềng của chúng ta là Sao Hỏa cũng có cực quang, tàu không gian MAVEN của NASA đã phát hiện ra một loại cực quang mới của Sao Hỏa xảy ra ở mặt ban ngày của hành tinh này.
Cực quang xuất hiện khi những hạt mang điện lao vào khí quyển của hành tinh, bắn phá các khí trong đó khiến chúng phát sáng. Mặc dù đa số các hạt gây ra hiện tượng đó là electron, đôi khi proton cũng có thể tạo ra hiện tượng tương tự dù hiếm gặp hơn. Giờ đây, nhóm dự án MAVEN đã phát hiện ra rằng các proton đã tương tác với Sao Hỏa giống như cách mà electron làm với Trái Đất. Chúng tạo ra cực quang. Điều này đặc biệt đúng khi mà Mặt Trời ném vào không gian một dòng proton cực mạnh, vốn là những nguyên tử hydro đã bị tước đi electron duy nhất của nó bởi nhiệt độ quá cao. Proton được đẩy ra từ Mặt Trời với vận tốc lên tới hơn 3 triệu km/h trong một dòng chảy được gọi là gió Mặt Trời.
Nhóm dự án MAVEN đã nghiên cứu khí quyển Sao Hỏa bằng máy ảnh quang phổ tử ngoại (IUVS) và quan sát thấy rằng bức xạ tử ngoại tới từ khí hydro trong tầng trên khí quyển Sao Hỏa sáng lên một cách bí ẩn trong vài giờ. Từ đó họ nhận ra rằng những vụ sáng lên này xảy ra khi một thiết bị khác của MAVEN là máy phân tích ion trong gió Mặt Trời (SWIA) đo được sự tăng lên của proton trong gió Mặt Trời.
Nhưng có hai vấn đề khiến cho loại cực quang này dường như không thể xảy ra khi nhìn lướt qua: làm thế nào những proton này vượt qua được "sốc cánh cung" (bow shock) - một hiệu ứng từ thường làm lệch hướng các hạt mang điện quanh hành tinh? Và làm thế nào mà proton gây ra được sự phát sáng khi mà nguyên tử cần có electron để làm việc đó?
"Câu trả lời là sự ăn trộm," cho biết của Justin Deighan ở Phòng thí nghiệm Vật lý khí quyển và không gian thuộc Đại học Colorado, Boulder - tác giả chính của nghiên cứu đã đăng trên Nature Astronomy hôm 23/7. "Khi áp sát Sao Hỏa, các proton trong gió Mặt Trời biến đổi thành các nguyên tử trung hòa nhờ ăn trộm electron từ rìa ngoài của đám mây hydro lớn bao quanh hành tinh. Sốc cánh cung chỉ có thể làm đổi hướng các hạt mang điện, vì vậy những nguyên tử trung hòa này tiếp tục đi thẳng qua nó."
Khi những nguyên tử vận tốc cao này lao vào khí quyển, một phần năng lượng của chúng được phát ra dưới dạng bức xạ tử ngoại mà mắt người không thể nhìn thấy nhưng lại có thể được phát hiện bởi những thiết bị như IUVS của MAVEN. Trên thực tế, một nguyên tử tới như vậy có thể va chạm với các phân tử trong khí quyển hàng trăm lần trước khi bị chậm lại, giải phóng ra một loạt photon ở bước sóng tử ngoại.
Mô phỏng của NASA về việc proton (tức ion dương của hydro) lấy electron để trở thành nguyên tử trung hòa, xuyên qua sốc cánh cung và gây ra cực quang trong khí quyển Sao Hỏa.
Jasper Halekas ở Đại học Iowa và phụ trách thiết bị SWIA cho biết: "Cực quang proton của Sao Hỏa còn hơn một màn trình diễn ánh sáng. Chúng hé lộ rằng gió Mặt Trời không hoàn toàn bị đổi hướng quanh Sao Hỏa, với việc cho thấy cách mà proton trong gió Mặt Trời có thể len qua sốc cánh cung và bắn phá khí quyển, đưa năng lượng vào và thậm chí bổ sung hàm lượng hydro ở đó."
Cực quang proton có xảy ra ở Trái Đất, nhưng không thường xuyên như ở Sao Hỏa. Điểm khác biệt mấu chốt là từ trường rất mạnh của Trái Đất làm lệch hướng gió Mặt Trời khỏi Trái Đất với độ lệch lớn hơn nhiều so với Sao Hỏa. Ở Trái Đất, cực quang proton chỉ xảy ra trong những vùng rất nhỏ gần hai cực, trong khi ở Sao Hỏa nó có thể xảy ra khắp nơi.
Tuy nhiên, cực quang proton có thể phổ biến ở Sao Kim và vệ tinh Titan của Sao Thổ. Giống như Sao Hỏa, hai nơi này có từ trường yếu và chứa nhiều hydro ở lớp khí quyển phía trên - tức là có rất nhiều electron để chia sẻ. Xa hơn nữa, có thể là có rất nhiều hành tinh chuyển động quanh các sao khác cũng có cùng những điều kiện này và có thể cũng có cực quang proton.
Tuấn Phong
Theo NASA
Đọc thêm về CỰC QUANG
