Thuyết tương đối rộng tròn 100 tuổi

Viết bởi Trần Nghiêm Thứ sáu, 13 Tháng 3 2015 13:43

Lí thuyết tương đối rộng của Albert Einstein ngày càng khẳng định vị thế đàn anh của nó sau một thế kỉ trình làng.

Lí thuyết tương đối rộng, được Einstein công bố vào năm 1915, vẫn là nền tảng cho sự nhận thức của các nhà khoa học về nguồn gốc và sự tiến hóa của những phần còn lại của vũ trụ. Nó tiếp tục truyền cảm hứng cho người ta nghiên cứu một số câu hỏi cơ bản nhất chưa được trả lời trong vật lí học và trong thiên văn học.

Lí thuyết tương đối rộng “hiện nay, theo tôi, được chấp nhận rộng rãi là nền tảng cho mô tả của chúng ta của vũ trụ vĩ mô, cái chúng ta gọi là vũ trụ học; của các lỗ đen, của sao neutron và của những hiệu chỉnh nhỏ cho quỹ đạo của các hành tinh và phi thuyền vũ trụ trong hệ mặt trời của chúng ta,” phát biểu của Roger Blandford thuộc Viện Thiên văn Vật lí Hạt cơ bản và Vũ trụ học Kavli tại Đại học Stanford.

Lí thuyết tương đối rộng Einstein tiên đoán rằng các vật thể khối lượng lớn làm uốn cong không-thời gian xung quanh chúng. Phi thuyền Gravity Probe B của NASA đã tìm thấy không-thời gian xung quanh Trái đất thật sự bị uốn cong bởi hành tinh của chúng ta, và bị xoắn bởi chuyển động quay của nó. Ảnh: NASA

Bản chất của lực hấp dẫn

Thuyết tương đối rộng bổ sung thêm lực hấp dẫn cho thuyết tương đối hẹp, lí thuyết Einstein công bố vào năm 1905. Thuyết tương đối hẹp thừa nhận rằng các định luật vật lí là như nhau đối với mọi nhà quan sát không gia tốc, và rằng tốc độ ánh sáng trong chân không là bất biến, cho dù nhà quan sát hay nguồn sáng có đang chuyển động hay không.

Thuyết tương đối hẹp thiết lập mối liên hệ giữa năng lượng và khối lượng, với phương trình nổi tiếng nhất trong lịch sử: E = mc² (“E” là năng lượng; “m” là khối lượng, và “c” là tốc độ ánh sáng trong chân không – khoảng 1,08 tỉ km/h). Lí thuyết này cũng thống nhất không gian và thời gian thành một “không-thời gian” bốn chiều.

Thuyết tương đối rộng mở rộng quan điểm thứ hai này, giải thích rằng vật chất làm uốn cong không-thời gian, giống hệt như một quả bóng bowling đặt trên một tấm bạt làm cong oằn tấm bạt vậy. Nhận thức sâu sắc này không đến với Albert Einstein một cách dễ dàng gì; ông có cách làm việc riêng của ông, sau hơn một thập niên suy nghĩ không ngừng và làm việc cật lực.

“Ông phải đi lại từng bước chân của mình. Ông đề xuất những thứ sau đó ông rút lại. Nhưng ông vẫn tiếp tục bước tới,” Blandford nói. “Ông được chỉ dẫn không phải bởi những quan niệm toán học hay kĩ thuật toán học. Ông được chỉ dẫn trước tiên và trước hết bởi trực giác vật lí: rằng trực giác vật lí hết sức mạnh mẽ mà ông tích góp trong quá khứ không khiến ông dừng lại ở đây.”

Thuyết tương đối rộng mô tả lực hấp dẫn không phải là một lực bẩm sinh tác dụng lên các vật mà là hệ quả của sự cong của không-thời gian. (Hãy tưởng tượng một hòn bi lăn xuống đường dốc tạo ra bởi quả bóng bowling trên tấm bạt.)

Đó là một quan niệm triệt để, đầy uy lực – và nó đã trụ vững một thế kỉ nay, Blandford viết trong một bài bình luận đăng trên tạp chí Science, số trực tuyến ngày 5/3/2015.

Xác nhận từ nhiều phần tư thế kỉ

Thuyết tương đối rộng dự đoán rằng ánh sáng sẽ đi theo một quỹ đạo cong xung quanh một vật thể khối lượng lớn như một đám thiên hà, nó làm uốn cong đáng kể kết cấu của không-thời gian.

Dự đoán này đã được người ta quan sát thấy; các nhà thiên văn thường sử dụng hiệu ứng “thấu kính hấp dẫn” đó để nghiên cứu các nguồn sáng ở xa. Thật vậy, ở cấp độ thấp hơn một chút, hiện tượng trên còn giúp các nhà săn lùng hành tinh tìm kiếm các thế giới ngoài hệ mặt trời của chúng ta. (Các hành tinh ngoài hệ mặt trời thỉnh thoảng được phát hiện bằng cách nghiên cứu hệ sao của chúng làm bẻ cong ánh sáng từ các vật thể phông nền như thế nào.)

Các dị thường trong quỹ đạo của Kim tinh xung quanh mặt trời cũng là bằng chứng cho thuyết tương đối rộng.

“Nó giải thích sự tiến động dị thường của điểm cận nhật của Kim tinh, hay chuyển động quay của đường nối giữa mặt trời và điểm mà hành tinh này ở gần mặt trời nhất,” Blandford viết trong một bài báo trên tạp chí Science. “Einstein đã sử dụng thuyết tương đối rộng giải thích chừng 10% dị biệt trong sự tiến động đó là do lực hút hấp dẫn của những hành tinh khác, chừng 43% giây cung trên mỗi thế kỉ. Độ chuẩn xác ngày nay là hơn 10 ^{– 4}.”

Những loại bằng chứng quan sát khác cũng giúp củng cố nền tảng cho thuyết tương đối rộng, Blandford nói.

“Chúng ta đã kiểm tra nó theo nhiều, nhiều cách khác nhau,” ông nói. “Tôi cho là có thể nói chắc rằng không có phép đo hay quan sát đáng tin cậy nào khiến người ta nghi ngờ [thuyết tương đối rộng] trong tầm áp dụng của nó.”

Một vũ trụ tối

Thuyết tương đối rộng cũng hàm ý rằng phần lớn vũ trụ mênh mông được cấu tạo bởi loại vật chất mà con người không thể phát hiện trực tiếp hay (tại thời điểm này) thậm chí hiểu được, David Spergel thuộc Đại học Princeton viết trong một bài bình luận trên tạp chí Science, cùng số ra đã nêu.

Nghiên cứu tỉ mỉ chuyển động của vật chất và ánh sáng trong khắp vũ trụ cho thấy chỉ riêng vật chất “bình thường” không thể giải thích được kết cấu cong của không-thời gian, Spergel lưu ý. Thật vậy, các quan sát cho biết chỉ 5% vũ trụ là vật chất nguyên tử quen thuộc, trong khi 25% là vật chất tối và khoảng 70 là năng lượng tối.

Vật chất tối không hấp thụ cũng không phát xạ ánh sáng, sự tồn tại của nó chỉ được lần ra qua các tác dụng hấp dẫn của nó. Trong khi đó, năng lượng tối là một lực bí ẩn đi cùng với không gian trống rỗng và được cho là nguyên nhân gây ra sự dãn nở tăng tốc của vũ trụ.

Năm 1917, Einstein đã đưa một số hạng gọi là “hằng số vũ trụ học” vào thuyết tương đối rộng, là một lực đẩy sẽ đối trọng với lực hấp dẫn và thu được một vũ trụ tĩnh (đó là quan điểm thống lĩnh về bản chất vũ trụ lúc ấy). Sau khi các quan sát nổi tiếng năm 1929 của nhà thiên văn học Edwin Hubble cho thấy vũ trụ thật sự đang tăng tốc, Einstein đã rút lại hằng số vũ trụ học, xem nó là “sai lầm lớn nhất” của đời ông.

Nhưng hằng số đó có giá trị tiên tri đến mức các nhà thiên văn học hiện nay đang tóm lấy nó cho bản chất của năng lượng tối.

“Tại sao vũ trụ lại đang tăng tốc? Khả năng được nghiên cứu nhiều nhất là hằng số vũ trụ học (hay tương đương, năng lượng chân không của không gian trống rỗng) đang chi phối gia tốc vũ trụ,” Spergel viết trong bài báo Science. “Một khả năng khác là có một trường vô hướng đang tiến hóa lấp đầy không gian (giống như trường Higgs hay trường lạm phát chi phối sự dãn nở nhanh lúc đầu của vũ trụ). Cả hai khả năng này mắc kẹt trong ‘năng lượng tối’.

“Bởi vì toàn bộ bằng chứng cho năng lượng tối sử dụng các phương trình của thuyết tương đối rộng để lí giải các quan sát của chúng ta về sự dãn nở và tiến hóa của vũ trụ, cho nên một kết luận khác là cần có một lí thuyết mới của lực hấp dẫn để giải thích các quan sát đó,” ông bổ sung thêm. “Khả năng là gồm các lí thuyết hấp dẫn cải tiến với các chiều bổ sung.”

Tương lai phía trước

Thuyết tương đối rộng sẽ tiếp tục định hình các nỗ lực của các nhà vật lí học, nhà vũ trụ học và nhà thiên văn học cho đến tương lai xa, Blandford nói.

Chẳng hạn, các nhà nghiên cứu sẽ tiếp tục sử dụng lí thuyết này để hiểu rõ hơn các lỗ đen, các sao neutron cùng các thiên thể và hiện tượng khác. Các nhà khoa học cũng sẽ tiếp tục khảo sát bản chất của năng lượng tối và vật chất tối, trong một nỗ lực nhằm tìm hiểu vũ trụ ở những thang bậc vĩ mô nhất.

Cuối cùng, và có lẽ là cái hào hứng nhất, các nhà nghiên cứu sẽ tiếp tục cố gắng thống nhất thuyết tương đối rộng với cơ học lượng tử, để se duyên thế giới của cái rất lớn với thế giới của cái rất nhỏ. “Lí thuyết của tất cả” mà người ta trông mong này đã lãng tránh các nhà vật lí từ trước đến nay, nhưng Blandford cho rằng người ta có thể đạt tới nó.

“Có nhiều quan điểm hấp dẫn ở ngoài kia,” ông nói. “Tôi là người lạc quan và tôi hi vọng các đồng nghiệp của tôi có thể giải quyết được vấn đề này.”

Nguồn: Mike Wall - Space.com

http://360.thuvienvatly.com

Tin tức > 2013 > NASA phát hiện vụ nổ vũ trụ lớn nhất từ trước đến nay  NASA phát hiện vụ nổ vũ trụ lớn nhất từ trước đến nay

Nếu bạn không nhìn vào chòm sao Leo vào lúc rạng sáng thứ bảy tuần trước, có lẽ bạn đã bỏ lỡ vụ nổ sao sáng nhất mà các nhà khoa học NASA từng quan sát. Nó sáng gấp ba lần vụ nổ sao sáng xếp hạng hai, và nếu so sánh hơi kì cục một chút thì nó sáng gấp 35 tỉ lần ánh sáng nhìn thấy.

Đó là một vụ nổ tia gamma, GRB, một loại sự kiện sáng nhất mà chúng ta biết trong vũ trụ. Trong một vụ nổ sao siêu mới, trong đó một ngôi sao đồ sộ co lại thành một lỗ đen, sao neutron, hoặc sao quark, thỉnh thoảng một GRB được phát ra. Không ai biết chắc chắn GRB xảy ra như thế nào, nhưng chúng đã được quan sát thấy trong một vụ nổ sao siêu mới và gồm một chùm bức xạ hẹp, sít sao, chuyển động với tốc độ mà cho dù bạn có “cưỡi” ánh sáng thì cũng khó lòng qua mặt chúng.

Vụ nổ này đã được quan sát bởi Máy theo dõi Vụ nổ Tia gamma trên Kính thiên văn vũ trụ Fermi và sau đó được phát hiện bởi mọi đơn vị quan sát trên mặt đất miễn là hướng gần về phía chòm sao Leo. Nó ở cách chúng ta khoảng 3,6 tỉ năm ánh sáng.

Các nhà thiên văn thường sử dụng GRB để tìm kiếm sao siêu mới phát ra chúng; GRB sáng đến mức nó là một cách hữu ích để xác định nơi sao siêu mới có lẽ đã xảy ra. NASA cho biết họ hi vọng sẽ tìm thấy sao siêu mới gây ra vụ nổ trên trong vòng một hai tuần tới.

Theo Popular Science

http://360.thuvienvatly.com

HỆ MẶT TRỜI

   thien van by nguyễn tất thành

Khảo sát chất keo dính lực mạnh

Khoảng 98% khối lượng nhìn thấy được trong vũ trụ của chúng ta chủ yếu là do chất keo dính lực hạt nhân mạnh tạo ra.

Đối với đa số chúng ta, keo dán là một chất kết dính đơn giản dùng để làm dính các vật lại với nhau. Nhưng trong trái tim của vật chất, keo dán còn có một vai trò lớn hơn, tích cực hơn so với chất dịch trong veo làm mì ống dính vào giấy.

Nhìn gần vào tâm của nguyên tử, đầu tiên người ta bắt gặp một vùng đậm đặc gồm các proton và neutron. Phóng to hình ảnh lên chút nữa, người ta tìm thấy những proton và neutron này được cấu tạo từ những hạt còn nhỏ hơn nữa, các quark, kết dính với nhau bởi những hạt gọi là gluon. Trường của gluon này kết hợp các quark với nhau vì các quark trao đổi gluon qua lại.

Gluon còn tạo ra khối lượng. Ví dụ, ở proton, chỉ riêng các quark gây ra chưa tới 1% khối lượng tổng cộng. Các nhà vật lí phỏng đoán phần còn lại phải có gốc gác từ trường gluon xung quanh các quark trong proton.

Chất keo dính vạn vật này là hiện thân của lực mạnh – một trong bốn lực cơ bản đã biết trong vũ trụ của chúng ta, cùng với lực hấp dẫn, lực điện từ và lực yếu. Trong số bốn lực, lực mạnh là phức tạp nhất và có lẽ được người ta hiểu ít nhất.

Trước khi các nhà khoa học có thể có được kiến thức đầy đủ về vật chất nhìn thấy trong vũ trụ của chúng ta – vật chất tạo nên 7 tỉ con người trên Trái đất, các ngôi sao trên bầu trời và mặt đất dưới chân chúng ta – họ sẽ cần hiểu thấu đáo chất keo dính vạn vật liên quan đến lực mạnh. Một thí nghiệm mới tại Phòng thí nghiệm Jefferson ở Mĩ đang tìm cách làm công việc đó.

Vật chất và chất keo dính

Ngoài việc giải thích khối lượng tương đối lớn của proton, việc hiểu rõ lực mạnh sẽ giúp trả lời một số bí ẩn khác trong lĩnh vực vật lí hạt cơ bản.

Ví dụ, spin của proton không thể được lí giải bởi riêng những quark cấu thành của nó, chúng đóng góp chưa tới một phần ba của giá trị sau cùng. Tính chất này và những tính chất khác dường như xuất phát từ những thành phần phi quark của proton: chất liệu xuất hiện từ chất keo dính.

Chất liệu này được mô tả bởi lí thuyết sắc động lực học lượng tử (QCD), đó là lí thuyết toán học mô tả lực mạnh. QCD lập biểu đồ tương tác quark (và gluon), giải thích thực tế các quark và gluon không phải là những viên gạch cấu trúc kiểu như gạch và vữa mà thay vậy chúng linh động và mang tính động lực học.

Trong QCD, proton được cấu tạo bởi một biển sôi sục gồm các quark và chất keo dính. Các quark bị vây quanh bởi năng lượng của lực mạnh. Trường năng lượng này sôi và sủi bọt thành các gluon, cùng với vật chất ở dạng quark phù du, chúng hình thành và biến mất gần như tức thời vào chất keo dính. Ngày nay, phần lớn người ta cho rằng biển quark-gluon đó làm cho các tính chất của proton không thể giải thích bởi riêng các quark.

Ngoài ra, lực mạnh quá mạnh nên nó không cho phép một quark độc thân tự tồn tại. Khi các nhà khoa học muốn đánh bật một quark độc thân ra khỏi những quark khác một khoảng cách nhỏ bằng bề rộng của một hạt proton, họ phải chiến thắng 18 tấn lực mạnh kết nối quark đó với các láng giềng của nó. Giải phóng quark tự do còn khó khăn hơn, nhưng lực mạnh vẫn không cho phép quark tự do, thay vậy nó tạo ra một đối hạt cho quark khi nó trôi giạt ra xa. Sự bất lực giải phóng quark tự do này được gọi là sự cầm tù, và nó là một bí ẩn lớn của lực mạnh.

“Các quark không bao giờ tự do,” phát biểu của nhà vật lí lí thuyết Jozef Dudek tại trường Đại học Old Dominion và Phòng thí nghiệm Jefferson. “Và vấn đề là chúng ta không hiểu chính xác, trong QCD, tại sao lại như thế. Chúng ta thật sự không thể chứng minh tại sao lại như thế. Vì thế có hai cách tiếp cận vấn đề.”

“Một là tiếp tục nghiên cứu lí thuyết, tất nhiên rồi. Hướng khác là: Liệu có cái gì chúng ta có thể làm bằng thực nghiệm có thể cung cấp cho chúng ta một gợi ý xem QCD hạn chế ra sao?”

Với hi vọng trả lời được câu hỏi đó, các nhà khoa học đã hướng sang các thí nghiệm được tiến hành với các máy gia tốc hạt.

Hướng vào tâm của vật chất

Các thí nghiệm tiến hành với máy gia tốc mang đến phần lớn kiến thức của chúng ta về QCD. Các máy gia tốc cung cấp cho các nhà khoa học phương tiện có sức mạnh lớn, cho phép khảo sát cấu trúc của một hạt, xé toạc vật chất bình thường để tạo ra các hạt và các trạng thái hiếm của vật chất. Những thí nghiệm như thế cho biết các quark bên trong proton và neutron, làm sáng tỏ những hạt gốc-quark khác, cho phép nhìn thoáng qua những lực tiết chế những hạt đó, tạo ra những trạng thái của vật chất không được nhìn thấy trong vũ trụ kể từ sau Vụ Nổ Lớn (Big Bang), và mới đây, ở cỗ máy giàu năng lượng nhất đang hoạt động hiện nay, Máy Va chạm Hadron Lớn, đã chạm tới boson Higgs.

Nhưng không phải chỉ có sức mạnh vô địch mới có thể làm lộ ra trái tim của vật chất: Các máy gia tốc năng lượng thấp hơn, nhưng độ rọi cao hơn – các máy gia tốc cung cấp tốc độ cao va chạm hạt để nghiên cứu – cũng có thể mang lại hướng khảo sát các hạt và các lực định hình nên vũ trụ của chúng ta.

Những công cụ mới để khảo sát chất keo dính

Thiết bị Máy gia tốc Chùm Electron Liên tục của Phòng thí nghiệm Jefferson lâu nay nổi tiếng với những nghiên cứu chính xác của nó. Một đợt nâng cấp hiện đang triển khai nhằm mở rộng độ chính xác của máy gia tốc này lên những năng lượng cao hơn.

Đợt nâng cấp sẽ tăng gấp đôi năng lượng hoạt động cực đại của chùm electron của nó từ 6 tỉ lên 12 tỉ electron-volt (eV), tức là giảm một nửa bước sóng khảo sát. Năng lượng này sẽ tăng gấp đôi tầm với của thiết bị vào trái tim của vật chất mà không làm ảnh hưởng đến độ rọi cao và độ chính xác thống kê lớn của nó.

Để khảo sát chất keo dính lực mạnh, các nhà khoa học sẽ bắn các electron năng lượng cao vào một miếng kim cương mỏng cỡ bằng một phần năm bề dày của một sợi tóc người. Một số electron sẽ bị lệch hướng bởi cấu trúc tinh thể của kim cương, làm phát ra tia gamma đi xuyên qua chiều dài bằng sân bóng vào Phòng D mới xây tại Phòng thí nghiệm Jefferson. Tại đó, chúng sẽ đi qua một cái lỗ bằng một hạt gạo và lao vào bia: một ống thủy tinh chứa đầy hydrogen.

“Photon tương tác với một quark nào đó bên trong một proton trong hydrogen. Nó va rất mạnh và khi đó, hiểu theo nghĩa nào đó, hạt quark bị đánh bật ra khỏi proton, nhưng nó không thật sự bị đánh bật ra khỏi proton, bởi vì lực giam cầm,” phát biểu của giáo sư Curtis Meyer, phát ngôn viên của một thí nghiệm mới ở Phòng D gọi là GlueX. “Vì thế nó kích thích tạo ra một cặp quark-phản quark.”

Đội GlueX sẽ tìm kiếm những cặp quark-phản quark khác lạ liên kết với nhau bởi một loại chất keo dính biến tính.

“Trong khuôn khổ QCD, có một con số cho anh biết các quark kết hợp với gluon mạnh bao nhiêu, và các gluon dính vào nhau với độ lớn ngang như vậy,” Dudek giải thích.

Bằng cách tìm kiếm những cặp quark-phản quark trong đó trường gluon bị kích thích theo một kiểu nào đó – chúng làm cái gì đó thay vì thụ động kết dính các quark lại với nhau – nhóm hợp tác GlueX hi vọng tìm thấy cái gì đó mới mẻ về tác dụng của các gluon.

“Toàn bộ ý tưởng là về cơ bản anh tạo ra một phổ hạt trong đó anh đã kích thích chất keo dính liên kết chúng với nhau,” Meyer nói. “Vì thế nó cung cấp cho anh thông tin về trường liên kết những quark và phản quark này với nhau.”

Liên kết lại với nhau

Từ xấp xỉ 20.000 sự kiện khả dĩ mỗi giây, thí nghiệm GlueX sẽ ghi khoảng 2 gigabyte dữ liệu. Đội thực nghiệm sẽ khai thác cơ sở dữ liệu tích lũy này tìm kiếm những cặp quark-phản quark liên kết bởi những trường gluon khác lạ. Các nhà nghiên cứu sẽ đo khối lượng của các hạt, vì khối lượng liên hệ với năng lượng dự trữ trong chất keo dính kích thích.

“Nhóm hợp tác GlueX đang hồi hộp chờ đợi sự khởi động của nền vật lí mới sau hai năm nữa,” Meyer nói. “Con đường khoa học với GlueX đã bước vào giai đoạn cuối của nó, vì việc xây dựng thí nghiệm đã bước sang giai đoạn lắp đặt và trang bị. Thí nghiệm này thu hút số lượng nghiên cứu sinh đông đảo và sự tăng tương ứng các trao đổi khoa học mà chúng tôi sẽ làm, và cách chúng tôi sẽ làm.”

Tóm lại, thời gian hào hứng đang ở trước mắt. Các nhà nghiên cứu hiện đang lắp ráp trang thiết bị cần thiết để tiến hành thí nghiệm chi tiết này. Những dữ liệu đầu tiên sẽ bắt đầu tuôn dòng vào năm 2015.

Nguồn: Kandice Carter (Symmetry Magazine)

 "Nguồn Thuvienvatly.com" 

8 nơi lạ lùng nhất trong hệ mặt trời

Quay ngược

Tất cả các hành tinh trong hệ mặt trời đều quay cùng chiều với hướng mặt trời quay – ngược chiều kim đồng hồ, đối với nhà quan sát ở trên bán cầu bắc của Trái đất. Tương tự như vậy, tất cả các vệ tinh lớn trong hệ mặt trời đều quay theo những quỹ đạo cùng hướng xung quanh hành tinh chủ tương ứng của chúng, tuân theo hướng chuyển động quay hành tinh, với một ngoại lệ: đó là Triton. Vệ tinh lớn nhất của Hải Vương tinh có quỹ đạo quay ngược: nó chuyển động ngược chiều với hướng quay của hành tinh khí khổng lồ này. Một số nhà nghiên cứu cho rằng Triton có lẽ đã không chào đời tại Hải Vương tinh, mà thay vào đó nó có thể là tàn dư của một hệ đôi hành tinh lùn bị bắt giữ bởi lực hấp dẫn của Hải Vương tinh, tống khứ thành phần còn lại kia của hệ đôi Triton ra xa trong quá trình đó. Ảnh chụp Hải Vương tinh cùng Triton ở trên là từ phi thuyền Voyager 2, phi thuyền đã đi qua hệ Hải Vương tinh vào năm 1989.

Sức mạnh khủng khiếp

Quái vật bụi sao Hỏa rất xứng với danh hiệu “máy hút chân không mạnh nhất trong hệ mặt trời” trong quyển sách mới của David Baker và Todd Ratcliff – 50 nơi lạ lùng nhất trong hệ mặt trời của chúng ta.  Nhờ áp suất thấp và lực hấp dẫn bề mặt trên sao Hỏa, những xoáy bụi vút lên cao hơn nhiều so với tornado trên mặt đất chúng ta – chúng có thể đạt tới độ cao của đỉnh Everest với những cơn cuồng phong vượt quá tốc độ 300 km/h, theo Baker và Ratcliff.

Lớp vỏ đang co lại

Thủy tinh, hành tinh trong cùng nhất, bị bao phủ bởi những diện mạo địa chất gọi là các vách thùy, một dạng đặc điểm kiểu bậc thang do sự nén ép tạo ra. Một vách cong có thể nhìn thấy ở chính giữa bức ảnh chụp trên. Sự phân bố toàn cầu của chúng trên Thủy tinh gợi ý rằng toàn bộ hành tinh này đã và đang co lại, có lẽ đến 6 km đường kính trong quãng đời của nó, khi nhân của nó nguội đi – và quá trình trên có thể vẫn đang tiếp diễn. Những quan sát mới đây cho biết mặt trăng của Trái đất có lẽ đã co lại qua một cơ chế tương tự cách đây một thời gian tương đối ngắn, nhưng ở cấp độ nhỏ hơn nhiều.

Thích nhào lộn

Hyperion, một trong nhiều vệ tinh của sao Thổ, là một vật thể hình thù kì dị như tổ ong với mật độ quá thấp – khoảng một nửa mật độ của nước – nên nó phải hết sức xốp, về cơ bản là một cái bọt biển dài 400 km mà thôi. Và không giống như các vật thể lớn trong hệ mặt trời có chu kì quay rõ ràng, thí dụ như Trái đất có chu kì quay là 24 giờ, chuyển động quay của Hyperion là mang tính hỗn độn. Nếu ai đó sống trên vệ tinh hình quả bóng hay nhào lộn này, thì việc lập kế hoạch tuần sẽ hết sức khó khăn – vì chiều dài mỗi ngày Hyperion biến đổi thất thường.

Nơi hôi thối nhất hệ mặt trời

Theo quyển sách của Baker và Ratcliff, Io rất xứng với danh hiệu “nơi hôi thối nhất trong hệ mặt trời”. Vệ tinh lớn thứ ba của Mộc tinh này đối với chúng ta sẽ ngửi có mùi trứng thối, do các núi lửa đang hoạt động của nó – mang lại hàm lượng sulfur cao. Kết quả là bề mặt băng giá của vệ tinh trên và khí quyển của nó giàu chất sulfur dioxide mùi hăng cay cũng như hydrogen sulfide, chất mang lại mùi đặc trưng khó ngửi.

Những cơn mưa methane

Bạn cần một hầm trú ẩn ư? Titan không phải là nơi thích hợp nhất đâu. Nó là vệ tinh quay xung quanh Thổ tinh, nhưng có quá nhiều nhiên liệu hydrocarbon, khiến vệ tinh sao Thổ này rất xứng với danh hiệu “bể nhiên liệu tốt nhất”. Titan có chu trình hydrocarbon na ná như chu trình nước của Trái đất, kết thúc với những cơn mưa methane, sương hydrocarbon và những hồ methane và ethane lỏng lỗ chỗ trên bề mặt, thí dụ như các hồ trong bức ảnh trên do phi thuyền Cassini chụp.

Núi khổng lồ

Đỉnh Everset có là là ngọn núi cao nhất – và là đỉnh cao danh vọng nhất – trên Trái đất, nhưng ở độ cao 8850 mét, nó chẳng có chút gì là đỉnh núi cao nhất trong hệ mặt trời. Vinh quang đó thuộc về ngọn Olympus trên sao Hỏa, một ngọn núi đường kính hơn 600 km (cỡ bằng bang Arizona của Mĩ) và tính đến đỉnh nó cao 27 km, cao gần ba lần đỉnh Everest.

Lắp khít vừa vặn

Nhật thực toàn phần là một sự kiện hiếm gặp trên Trái đất, nhưng nó còn hiếm hơn nữa trong ngữ cảnh quy mô hệ mặt trời. Chỉ ở trên Trái đất thì sự phối hợp giữa kích thước, hình dạng và khoảng cách của mặt trăng và mặt trời mới cho phép một vật thể (mặt trăng) chặn hết ánh sáng của vật thể kia (mặt trời) hầu như khít hoàn toàn. Thực tế đó còn bất ngờ hơn khi biết rằng Trái đất chỉ có mỗi một mặt trăng. Mộc tinh và Thổ tinh cso hệ thống vệ tinh nhiều hàng tá, nhưng đa phần vệ tinh của chúng nhìn từ chúng chỉ che đi một phần của mặt trời, về cơ bản là mang lại nhật thực một phần. Ở Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh xa xôi hơn, vấn đề thường xảy ra ngược lại – các vệ tinh chặn hết toàn bộ mặt trời và sau đó là một phần. Hai trong số các vệ tinh của Thổ tinh, Prometheus và Pandora, có kích thước và khoảng cách gần như thích hợp để mang lại một nhật thực toàn phần, nhưng cả hai vật thể thuôn dài này không lắp khít với hình dạng của mặt trời.

http://360.thuvienvatly.com/

Cảnh mặt trời mọc trên hành tinh Gliese 876d

Trên hành tinh Gliese 876d, cảnh mặt trời mọc thật đáng sợ. Mặc dù chẳng ai biết thật ra trên hành tinh quay quá gần ngôi sao lùn đỏ Gliese 876 của nó như thế này các điều kiện môi trường trông như thế nào, nhưng bức ảnh minh họa trên mang lại sự ấn tượng không kém. Với quỹ đạo gần hơn cả Thủy tinh và khối lượng gấp vài lần Trái đất, Gliese 876d có thể quay chậm đến mức có sự khác biệt rất lớn giữa phía ban ngày và phía ban đêm. Trong bức ảnh minh họa trên, Gliese 876d được tưởng tượng là có hoạt động núi lửa mạnh, có lẽ nguyên nhân là do lực thủy triều hấp dẫn đang nhào nặn và làm nóng phần nhân của hành tinh, và có lẽ còn có sự bốc hơi mạnh ở phía ban ngày. Ngôi sao lùn đỏ mọc lên cùng với hoạt động từ cực mạnh của ngôi sao, với những tai lửa phun lên ngoạn mục. Ở phía trên bầu trời, một vệ tinh giả định có bầu khí quyển mỏng của nó bị gió sao của ngôi sao lùn đỏ thổi giạt ra xa. Gliese 876d khêu gợi trí tưởng tượng của các nhà nghiên cứu một phần vì là nó một trong vài hành tinh ngoài hệ mặt trời mà người ta biết nằm trong hoặc nằm gần vùng ở được của ngôi sao bố mẹ của nó.

Ảnh: Inga Nielsen

Lucky_Rua – thuvienvatly.com

Bão mặt trời có đe dọa chúng ta không?

Lúc đăng bài viết này (24/01/2012), mặt trời đang sôi sục trong chu kì hoạt động 11 năm của nó. Nhiều vết đen mặt trời có thể nhìn thấy trước những người sử dụng kính thiên văn và các bộ lọc mặt trời. Các đài thiên văn vũ trụ đang phát hiện ra những tai lửa mặt trời rực rỡ - những đợt phun trào bức xạ cường độ mạnh và những sự kiện bùng nổ lớn nhất của hệ mặt trời – kéo dài hàng phút đến hàng giờ đồng hồ trên bề mặt mặt trời. Thỉnh thoảng, những đợt phun trào vật chất vành nhật hoa, hay CME – những bọt khí và từ trường khổng lồ từ mặt trời phát ra, chứa tới một tỉ tấn hạt tích điện có thể truyền đi vài triệu dặm mỗi giờ - được giải phòng vào môi trường giữa các sao. Dòng chất liệu mặt trời này đi xuyên trong không gian, và thỉnh thoảng đi tới Trái đất chúng ta. Vậy nó có gây nguy hiểm không? Chúng ta có nên lo lắng không?

+ Phóng to hình

Một tai lửa mặt trời quan sát bởi Đài thiên văn Động lực học Mặt trời (SDO) của NASA, hôm 23 tháng 1, 2012. Ảnh: SDO

Câu trả lời là không. Những cơn bão mặt trời này nhìn thật khủng khiếp, nhưng chúng không gây nguy hại đối với chúng ta đang ở trên mặt đất.

Vậy thì bão mặt trời có nguy hại gì trong không gian? Những hạt năng lượng rất cao, ví dụ như những hạt mang bởi CME, có thể gây ra sự nhiễm xạ đối với con người và những loài thú khác. Chúng sẽ nguy hiểm đối với những nhà du hành không có lớp chắn bảo vệ, ví dụ những nhà du hành đi lên mặt trăng. Liều lượng nhiễm xạ lớn có thể gây thiệt mạng.

Nhưng, đối với chúng ta đang ở trên mặt đất, bão mặt trời không nguy hiểm vì chúng ta được lá chắn khí quyển của Trái đất bảo vệ. Khí quyển và từ quyển của Trái đất đủ để bảo vệ chúng ta an toàn trên mặt đất.

+ Phóng to hình

Ảnh minh họa từ trường của Trái đất che chắn hành tinh của chúng ta trước các hạt từ mặt trời đến. Ảnh: NASA/GSFC/SVS

Tuy nhiên, bão mặt trời gây nguy hại đối với công nghệ của chúng ta. Khi một đợt phun trào vật chất vành nhật hoa đi tới khí quyển của Trái đất, nó gây ra sự nhiễu loạn tạm thời của từ trường của Trái đất. Bão mặt trời gây ra bão địa từ.

Những cơn bão mặt trời mạnh nhất gửi những dòng vật chất vành nhật hoa của chúng, chứa những hạt tích điện, vào trong không gian. Khi những hạt tích điện đó đụng độ với khí quyển của Trái đất, chúng có thể làm hỏng vệ tinh và những máy bay tầm cao do bức xạ. Chúng có thể gây gián đoạn các hệ thống viễn thông và đạo hàng. Chúng có nguy cơ làm mất điện cả thành phố.

Nhưng, khi một cơn bão mặt trời xảy ra, phải mất vài ngày thì những hạt tích điện nguy hiểm đó mới đi tới Trái đất. Khi một vụ phun trào vật chất vành nhật hoa cỡ lớn trên đường đi của nó, các vệ tinh của chúng ta có thể tạm ngừng vận hành. Những mạng lưới điện trên Trái đất có thể được định thế lại. Vân vân.

+ Phóng to hình

Một tai lửa mặt trời khổng lồ và kích cỡ thật lớn so với Trái đất nhỏ bé của chúng ta. Nhưng Trái đất ở đủ xa mặt trời nên những tai lửa này không gây nguy hiểm gì. Ảnh: NASA

Theo NASA, chu kì mặt trời hiện nay – các nhà vật lí vũ trụ gọi là Chu kì Vết đen Mặt trời 24 – sẽ đạt cực đại vào tháng 2/2013. Số lượng bão mặt trời vào cuối năm 2011 là cao và vẫn ở mức cao lúc đăng bài viết này (đầu năm 2012). Tuy nhiên, theo những tiên đoán hiện nay, chu kì vết đen mặt trời này là nhỏ nhất trong hơn 80 năm qua.

Có lí do để tin rằng những cơn bão trên mặt trời đã và đang xảy ra trong hàng tỉ năm rồi, kể từ khi có mặt trời và Trái đất xuất hiện. Nếu đúng như thế thì toàn bộ sự sống trên Trái đất đã tiến hóa dưới sự ảnh hưởng của chúng. Vì thế, khi chúng ta tiến đến một cực đại khác trong chu kì hoạt động của chúng, mặt trời chẳng làm cái gì mà nó chẳng làm hàng triệu lần trước đây. Sự khác biệt là ở chỗ ngày nay chúng ta có những công nghệ có thể bị ảnh hưởng bởi hoạt động của mặt trời.

http://360.thuvienvatly.com

Phát hiện siêu trái đất mới nằm trong vùng ở được của một ngôi sao láng giềng

Một đội khoa học quốc tế vừa phát hiện ra một siêu trái đất có khả năng ở được đang quay xung quanh một ngôi sao láng giềng. Với chu kì quỹ đạo khoảng 28 ngày và khối lượng tối thiểu gấp 4,5 lần Trái đất, hành tinh trên quay trong “vùng ở được” của ngôi sao, nơi nhiệt độ không quá nóng cũng chẳng quá lạnh cho nước thể lỏng tồn tại trên bề mặt của hành tinh. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng của ít nhất một và có khả năng hai hoặc ba hành tinh nữa đang quay xung quanh ngôi sao đó, nó ở cách Trái đất chúng ta khoảng 22 năm ánh sáng.

Ngôi sao mẹ thuộc một hệ sao ba và có thành phần khác với Mặt trời của chúng ta, với hàm lượng thấp hơn nhiều của các nguyên tố nặng hơn helium như sắt, carbon, và silicon. Khám phá này cho thấy những hành tinh có khả năng ở được có thể xuất hiện trong nhiều môi trường đa dạng hơn trước đây người ta nghĩ.

Các nhà nghiên cứu đã khai thác dữ liệu từ Đài thiên văn Nam châu Âu và phân tích nó với một phương pháp phân tích dữ liệu mới lạ. Họ còn kết hợp những phép đo mới thu từ Quang phổ kế Echelle Phân giải Cao của Đài thiên văn W.M. Keck và Quang phổ kế Tìm kiếm Hành tinh Carnegie tại Kính thiên văn Magellan II. Kĩ thuật tìm kiếm hành tinh của họ là đo lấy những chao đảo nhỏ trong chuyển động của ngôi sao gây ra bởi lực hấp dẫn của một hành tinh.

Ảnh minh họa hai hành tinh nêu trong bài báo này: b và c. Hành tinh c nằm trong vùng ở được của ngôi sao mẹ. Hành tinh b thì quá nóng. Ảnh: Guillem Anglada-Escudé

Ngôi sao mẹ, tên gọi là GJ 667C, là một sao lùn loại M. Hai ngôi sao còn lại trong hệ sao ba (GJ 667AB) là một cặp sao lùn K màu cam, với hàm lượng của những nguyên tố nặng chỉ bằng 25% so với Mặt trời của chúng ta. Những nguyên tố nặng là viên gạch cấu trúc của những hành tinh đất đá, nên người ta nghĩ ít có khả năng cho những hệ sao đã tiêu hao hết kim loại có được nhiều hành tinh khối lượng thấp. Khám phá này gợi ý rằng thiên hà của chúng ta phải đang ẩn chứa hàng tỉ hành tinh có khả năng ở được.

Trước đây, GJ 667C đã từng được quan sát thấy có một siêu trái đất (GJ 667Cb) với chu kì 7,2 ngày, tuy nhiên kết quả này chưa bao giờ được công bố. Hành tinh này quay quá gần ngôi sao mẹ nên nó sẽ quá nóng cho nước tồn tại ở thể lỏng. Nghiên cứu mới bắt đầu với mục tiêu là thu được những thông số quỹ đạo của siêu trái đất này.

Nhưng ngoài ứng cử viên đầu tiên này, đội nghiên cứu còn tìm thấy dấu hiệu rõ ràng của một hành tinh mới (GJ 667Cc) với chu kì quỹ đạo 28,15 ngày và khối lượng tối thiểu gấp 4,5 lần Trái đất. Hành tinh mới nhận 90% ánh sáng mà Trái đất nhận. Tuy nhiên, vì đa phần ánh sáng tới của nó thuộc về miền hồng ngoại, nên hành tinh cũng sẽ hấp thụ một phần trăm cao hơn của năng lượng tới này. Khi xét đồng thời cả hai hiệu ứng, người ta thấy hành lượng năng lượng mà ngôi sao trên hấp thụ từ ngôi sao của nó bằng với lượng năng lượng mà Trái đất chúng ta hấp thụ từ Mặt trời.

Đội nghiên cứu tìm thấy hệ ba trên còn có khả năng chứa một hành tinh khí khổng lồ và một siêu trái đất nữa với chu kì quỹ đạo 75 ngày. Tuy nhiên, hai khả năng này cần có thêm quan sát mới có thể xác nhận.

http://360.thuvienvatly.com

Những hình ảnh vật lý được yêu thích nhất 2011 (Update)

Khi đăng tải những tiến bộ vật lí phức tạp và hấp dẫn trong năm, chúng tôi thật sự yêu thích hình ảnh lí thú đi cùng với nó. Dưới đây là 12 bức ảnh yêu thích nhất của chúng tôi [ban biên tập tạp chí Physics World,] trong năm 2011, không xếp theo thứ tự đặc biệt nào cả. Từ những ảnh minh họa đẹp mắt và ảnh lịch sử đến những hình ảnh cho thấy khoa học đã ảnh hưởng như thế nào đến thế giới ta đang sống. Chúng tôi hi vọng bạn cũng sẽ yêu thích chúng.

Những viên gạch cấu trúc của tự nhiên mang lại sự sống

Các biến thể Fano. Ảnh: Tom Coates

Không, nó không phải là một tác phẩm nghệ thuật đương đại, mặc dù có lẽ bạn dễ dàng thỏa sức tưởng tượng đã nhìn thấy những hình ảnh nhiều màu sắc này trên tường nhà minh. Những hình ảnh này là một phần của một dự án mới muốn xây dựng một bảng tuần hoàn những hình dạng có thể trở thành một tài nguyên hữu ích cho các nhà toán học và nhà vật lí lí thuyết. Nó là bộ sưu tập những hình dạng gồm ba, bốn và năm chiều không thể chia nhỏ thành những hình dạng đơn giản hơn nữa. Các nhà nghiên cứu tìm thấy những viên gạch cấu trúc này của vũ trụ, gọi là “các biến thể Fano”, khi đi tìm nghiệm cho lí thuyết dây, lí thuyết giả sử rằng ngoài không gian và thời gian, còn có những chiều ẩn giấu khác nữa.

Học giả và Vua Caliph

Ảnh minh họa Ibn al-Haytham. Ảnh: Sun and Moon Studios

Đây không phải là những minh họa kiểu hoạt hình thường xuất hiện trên tạp chí Physics World, nhưng câu chuyện này thật sự đáng để suy ngẫm. Đây là một trong ba bức ảnh phác họa lại trong trí tưởng tượng của một quãng thời gian 10 năm trong cuộc đời của nhà bác học Hồi giáo thời Trung cổ Ibn al-Haytham (965–1040), người được nhiều nhà sử học xem là cha đẻ của ngành quang học hiện đại. Năm nay là năm kỉ niệm một thiên niên kỉ ra đời tác phẩm lớn của ông Kitab al-Manazir (Sách Quang học).

Búa nước trên chất nền siêu kị nước

Sóng áp suất truyền qua một giọt nước trên chất nền silicon. Ảnh: Kripa Varanasi

Bức ảnh tăng cường màu này thể hiện một giọt nước đang lắng trên một chất nền silicon “siêu kị nước”. Một sóng áp suất bắt đầu đi qua giọt nước. Sóng áp suất chuyển động qua từng giọt nước khi chúng hạ lên trên một bề mặt, gửi một sóng xung kích qua giọt nước làm cho nó lắc lư và trở nên bị biến dạng. Trong khi hiện tượng này khá giống hiệu ứng “búa nước” mà người ta thường nghĩ là gây phiền hà trong hệ thống ống nước, nhưng các nhà nghiên cứu ở Mĩ cho biết nó có thể giải thích những giọt nước thâm nhập các bề mặt như thế nào.

Động đất ở Nhật Bản khiến người ta nghĩ lại về năng lượng hạt nhân

Lửa bốc lên tại Fukushima Daiichi sau trận động đất và sóng thần. Ảnh: REUTERS/Digital Globe/Handout

Lò phản ứng số 3 thuộc nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi đang bốc hỏa trong bức ảnh chụp vệ tinh hôm 14/3 này. Các lò phản ứng 1-4 có thể nhìn thấy từ phía dưới lên trên bức ảnh. Thảm họa sau trận động đất 8,9 độ Richter và sóng thần sau đó đã tàn phá đất nước Nhật Bản hồi đầu năm nay, khiến hàng nghìn người thiệt mạng và gây tổn thất nặng nề đối với cơ sở hạ tầng của quốc gia này. Giới chức Nhật Bản đã ban bố tình trạng khẩn cấp tại Fukushima ở cấp 7 theo Thang Sự cố Hạt nhân Quốc tế (INES) – cấp cao nhất. Thảm họa trên khiến chính phủ các nước trên thế giới phải xét lại các chương trình năng lượng hạt nhân của nước họ.

Cuộc cách mạng mới của thuyết tương đối

Hai lỗ đen đang tương tác. Ảnh: Werner Benger/AEI/CCT/ZIB

Chúng tôi thích bức ảnh minh họa hai lỗ đen đang tương tác này đến mức chúng tôi đã đưa nó lên làm trang bìa của số ra tháng 10 của tờ Physics World. Đây là hình ảnh thuộc một chương trình mô phỏng của hai lỗ đen đi sớt qua nhau và phát ra sóng hấp dẫn. Những lỗ đen lang thang bị đánh bật ra khỏi hang ổ thiên hà của chúng là một trong những tiên đoán bất ngờ của các nhà vật lí sử dụng các chương trình mô phỏng mạnh để giải các phương trình Einstein của thuyết tương đối rộng nhằm hiểu rõ hơn về những lỗ đen đang khiêu vũ này.

Công bố thẻ xuống sân bay của Einstein sau 80 năm

Trốn sang vùng đất mới. Ảnh: National Museums Liverpool

Mảnh giấy xoàng xĩnh này thuộc về một chương quan trọng trong cuộc sống của một trong những nhân vật xuất sắc nhất thế kỉ 20. Nó là tấm giấy xuống sân bay cấp cho Albert Einstein khi công đến Anh vào năm 1933 sau khi bỏ trốn khỏi chế độ Đức Quốc xã. Tấm thẻ được mang ra trưng bày rộng rãi lần đầu tiên hồi tháng 5 năm nay, tại Bảo tàng Hàng hải Merseyside ở Liverpool, sau gần 80 năm cất giữ tại Sân bay Heathrow. Lưu ý rằng Einstein khai quốc tịch của ông là Thụy Sĩ, vì ông đã từ bỏ tư cách công dân Đức của mình chỉ vài tuần trước đó trong một phản ứng giận dữ trước chính quyền phát xít.

Lửa bùng phát tại phòng thí nghiệm dưới lòng đất ở Mĩ

Lính cứu hỏa đang xử lí thảm họa tại Mỏ khoáng Soudan. Ảnh: Minnesota Incident Command Center

Hoạt động trong bức ảnh trên trông tựa như cái gì đó trong phim trường Holywood, nhưng thật ra nó là ảnh chụp những người lính cứu hỏa đang phun bọt và nước xuống một hầm lò mỏ khoáng sau khi lửa bùng phát tại Phòng thí nghiệm Dưới lòng đất Soudan hồi tháng 3 năm nay. Cơ sở trên là nơi đặt một số thí nghiệm vật lí công nghệ cao, bao gồm máy dò neutrino MINOS và máy dò của thí nghiệm Tìm kiếm Vật chất Tối Lạnh (CDMS). Trong khi một số bọt phun thật sự đi vào phòng thí nghiệm chính, thì các thiết bị điện tử của máy dò CDMS vẫn bình an vô sự và phòng thí nghiệm nay đã mở cửa hoạt động bình thường trở lại.

Ảnh ảo ba chiều sắc nét hơn

Từ một quả táo trong mắt đến thực tế. Ảnh: Science/AAAS

Quả táo trông tươi ngon này không phải là chiến dịch quảng cáo mới nhất từ một nhà sản xuất máy tính tên tuổi nào. Đây là ảnh chụp một loại hologram mới do các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản phát triển, họ đã thành công trong việc miêu tả màu sắc thực tế trong các hologram không thay đổi theo góc nhìn, cái xảy ra với đa số hologram hiện nay. Kĩ thuật của họ khai thác các dao động nhỏ xíu trong những bề mặt kim loại gọi là “plasmon mặt”.

Chuyến bay lịch sử cuối cùng của tàu Atlantis

Chuyến bay cuối cùng của chương trình tàu con thoi. Ảnh: NASA/Bill Ingalls

Được xem là một hình ảnh biểu trưng của năm, trên đây là ảnh chụp tàu con thoi vũ trụ Atlantis của NASA, chụp không bao lâu sau khi cấu trúc dịch vụ quay lăn bánh trở lại Bệ phóng 39A tại Trung tâm Vũ trụ Kennedy ở Florida hồi tháng 7 năm nay. Đánh dấu chuyến bay cuối cùng của chương trình tàu con thoi vũ trụ - STS-135 – Atlantis và một phi hành đoàn 4 người đã thực hiện một sứ mệnh 12 ngày phân phát hơn 3,5 tấn hàng tiếp tế cho Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS), giúp trạm này tiếp tục hoạt động trong một năm.

Mecca từ tính

Từ trường 1 – tác phẩm của Ahmed Mater al Ziad. Ảnh: Trustees of the British Museum

Bức ảnh đẹp ấn tượng này – tên gọi là Từ trường 1 và là tác phẩm của họa sĩ Saudi Ahmed Mater – ra mắt hồi tháng 7, trong một cuộc triển lãm mang tên “Hành trình Hajj đến thánh địa Hồi giáo” tại Bảo tàng Anh ở London. Bức ảnh chụp – thể hiện khung cảnh biểu trưng của hàng trăm nghìn người hành hương hajj vây quanh Ka’bah ở Mecca, Arab Saudi – là ảng chụp một thanh nam châm vây quanh bởi mạt sắt. Hình ảnh sẽ quen thuộc với những ai đã học về từ trường tại trường học đồng thời thể hiện được tính cốt lõi của tín ngưỡng hành hương Ka’bah.

Đêm sao đầy sao

Các thiên hà đang tương tác – NGC 5394 và NGC 5395. Ảnh: Alex Cherney

Thoạt nhìn, bức ảnh này trông tựa như một ảnh chụp Hubble tiêu biểu. Đó là vì nó được chụp bởi nhà nhiếp ảnh thiên văn nghiệp dư Alex Cherney. Giải thưởng của ông trong một cuộc thi nhiếp ảnh thiên văn là một giờ sử dụng một trong những chiếc kính thiên văn quang học lớn nhất trên hành tinh – Kính thiên văn Lớn Canary 10,4 m (GranTeCan), trên quần đảo Canary ở Tây Ban Nha – cộng với cơ hội tham gia và là khách mời của một chương trình “ai là ai” thuộc lĩnh vực thiên văn học tại festival STARMUS, một sự kiện thiên văn tổ chức trên quần đảo Canary hồi tháng 6. Sau nhiều cân nhắc, Cherney đã quyết định sử dụng một giờ của ông để sử dụng và chụp ảnh Arp84 (ảnh trên), một cặp thiên hà đang tương tác – NGC 5394 và NGC 5395.

Batman xuất hiện trong đám electron siêu lạnh

Các chùm electron có thể tạo ra những hình dạng kì lạ nhất. Ảnh: Robert Scholten/Đại học Melbourne

Mô típ Batman không thường xuất hiện trên các tạp chí vật lí, nên bức ảnh thật sự thu hút sự chú ý của chúng ta khi nó xuất hiện trong một bài báo Nature hồi tháng 8. Nó là sản phẩm của một nguồn electron lạnh mới có thể chụp ảnh những cấu trúc nhỏ xíu ở cấp độ chiều dài nguyên tử. Nguồn electron trên, khai thác công dụng của các nguyên tử siêu lạnh, có thể phân phối những xung electron kết hợp và cường độ mạnh với những hình dạng đặc biệt – trong đó có nhân vật người dơi quen thuộc ở trên.

Dịch bởi 123physics – thuvienvatly.com

Nguồn: physicsworld.com

 Những bất ngờ từ biên giới của hệ mặt trời

Ảnh minh họa hai phi thuyền Voyager của NASA đang khám phá một vùng không gian hỗn loạn gọi là nhật nang, lớp vỏ ngoài của cái bọt hạt tích điện bao xung quanh Mặt trời của chúng ta. (Ảnh: NASA/JPL-Caltech)

Những quan sát bất ngờ của phi thuyền Voyager 1 của NASA một lần nữa làm hồi sinh lí thuyết của các nhà thiên văn về phạm vi bán kính của nhật nang – lớp vỏ nóng bên ngoài của hệ mặt trời. Dữ liệu mới đây từ phi thuyền trên gửi về cho thấy một sự giảm nhẹ vận tốc của gió mặt trời tại điểm nhật dừng – ranh giới phía ngoài của nhật nang – chứ không giảm đột ngột như những lí thuyết hiện nay tiên đoán. Đồng thời, các nhà khoa học khảo sát dữ liệu từ phi thuyền Voyager 1 lẫn Voyager 2 đã tìm thấy rằng từ trường trong nhật nang là một cái bọt sôi sục những bong bóng từ, so với những cung sức từ duyên dáng mà chúng tiên đoán.

Tại ranh giới hệ mặt trời

Các hạt ion hóa từ Mặt trời phát ra ở tốc độ cao – gió mặt trời – tạo ra một cái bọt bóng bao xung quanh hệ mặt trời của chúng ta. Lớp vỏ của cái bọt đó, gọi là nhật quyển, chứa điểm nhật dừng, nhật nang, và cực xung kích. Gió mặt trời truyền đi ở tốc độ siêu thanh cho đến khi nó đi qua một sóng xung kích – cực xung kích, tại đó nó chậm dần và làm nóng nhật nang. Nhật dừng là rìa bên ngoài của nhật nang, nơi gió mặt trời chậm xuống mức zero.

Được phóng lên hồi gần 34 năm về trước, và hiện đang lao đi trong không gian ở cách Mặt trời chừng 14,4 tỉ km, cả Voyager 1 lẫn Voyager 2 hiện đang ở trong nhật nang. Một đội khoa học đứng đầu là Stamatios Krimigis thuộc Phòng thí nghiệm Vật lí Ứng dụng Đại học Johns Hopkins ở Maryland, Hoa Kì, đã sử dụng thiết bị Hạt Tích điện Năng lượng Thấp của Voyager 1 để xác định vận tốc của gió mặt trời. Voyager 1 đã đi vào một khu vực trong đó vận tốc của gió mặt trời chậm dần đến zero kể từ năm 2007. Khi Voyager 1 di chuyển ra bên ngoài trong hơn ba năm qua, vận tốc xuyên tâm của gió mặt trời đã và đang giảm đi gần như tuyến tính từ 208.000 km/h xuống zero; còn thành phần thổi ngang tương đối so với Mặt trời cũng có xu hướng tiến đến zero.

“Điều này cho chúng ta biết rằng Voyager 1 có lẽ đã ở gần điểm nhật dừng, hay ranh giới tại đó môi trường giữa các sao về cơ bản làm dừng dòng chảy của gió mặt trời”, Krimigis nói. “Lớp chuyển tiếp mở rộng của dòng chảy gần bằng zero mâu thuẫn với các lí thuyết tiên đoán một sự chuyển tiếp đột ngột sang dòng chảy giữa các sao tại điểm nhật dừng – và một lần nữa, điều đó có nghĩa là chúng ta sẽ phải xem xét lại các mô hình của mình”.

Khi các vận tốc có thể thăng giáng, nên đội nghiên cứu đã khảo sát số ghi nhiều tháng trước khi xác nhận rằng vận tốc thật sự bằng không. Tuy nhiên, các nhà khoa học tin rằng Voyager 1 vẫn chưa đi qua điểm nhật dừng tiến vào không gian giữa các sao. Băng vào không gian giữa các sao sẽ nghĩa là một sự giảm đột ngột mật độ của những hạt nóng thuộc nhật nang và một sự tăng mật độ của những hạt lạnh thuộc plasma giữa các sao. Các nhà nghiên cứu, viết trên tạp chí Nature, đã ước tính vị trí điểm nhật dừng bằng cách kết hợp các quan sát Voyager 1 với những ảnh chụp nguyên tử trung hòa năng lượng cao của nhật nang thu từ sứ mệnh Cassini. Họ tin rằng điểm nhật dừng có thể đâu đó gần 18 tỉ km, nghĩa là Voyager 1 có thể đi ra khỏi lớp chuyển tiếp và đi vào môi trường liên thiên hà vào cuối năm 2012. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Letters.

Vấn đề bọt bóng

Cùng lúc, một đội khoa họa khác ở NASA đã tìm thấy những cái bọt từ riêng biệt, mỗi bọt rộng chừng 160 triệu km, trong nhật nang. Theo các nhà nghiên cứu, Voyager 1 đã đi vào “vùng bọt” đó vào khoảng năm 2007 và Voyager 2 đi vào một năm sau đó, và một trong hai phi thuyền sẽ mất hàng tuần để băng qua chỉ một cái bọt như thế.

 

Ảnh cũ và mới của nhật nang. Những xoắn ốc màu đỏ và màu xanh là những đường sức từ uốn cong nhẹ nhàng của những mô hình chính thống. Dữ liệu mới từ Voyager bổ sung thêm một bọt từ (khung hình nhỏ) vào mớ hỗn tạp trên. (Ảnh: NASA)

“Từ trường của Mặt trời trải rộng ra mọi phía cho đến rìa của hệ mặt trời”, Merav Opher thuộc trường Đại học Boston, Mĩ, giải thích. “Vì Mặt trời quay tròn, nên từ trường của nó trở nên bị xoắn và gấp nếp, có phần tựa như chiếc váy của vũ công ballet. Ở cách Mặt trời xa xa, chỗ hai phi thuyền Voyager hiện nay, nếp gấp của chiếc váy đó bó chùm lại”.

Khi từ trường bị gấp nếp mạnh, các đường sức từ đan chéo nhau và tự tổ chức lại thành những cái bọt từ. Sự tái kết nối từ như thế này giống như quá trình năng lượng cao diễn ra bên dưới các tai lửa mặt trời. Những cái bọt thật sự đó là độc lập và tách rời với từ trường mặt trời rộng lớn”.

Số ghi cảm biến từ phi thuyền cho thấy cặp đôi Voyager thỉnh thoảng đi vào và đi ra khỏi những cái bọt trong vùng bọt đó, còn đôi khi chúng dường như đi qua những vùng không có bọt. Điều này làm phức tạp thêm bức tranh của chúng ta về nhật quyển.

Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng vùng bọt có thể bảo vệ hệ mặt trời khỏi những tia vũ trụ, chúng sẽ bị bẫy bên trong các bọt bóng và phải chuyển động qua từng cái bọt trước khi đi tới những đường sức từ tương đối trơn hơn để truyền về phía bản thân Mặt trời. “Những cái bọt từ đó có vẻ là lá chắn phòng thủ đầu tiên của chúng ta trước các tia vũ trụ”, Opher nói. “Chúng tôi chưa rõ liệu lá chắn này là tốt hay không”.

Cho đến nay, đa số bằng chứng cho các bọt bóng đến từ các phép đo hạt và dòng hạt năng lượng cao và các quan sát từ trường; nhưng vì từ trường đó quá yếu, nên dữ liệu mất thời gian dài để phân tích chính xác. “Có lẽ chúng ta sẽ khám phá [nếu mô hình của chúng ta] là đúng khi hai phi thuyền Voyager tiếp tục tiến sâu về phía trước và tìm hiểu thêm về sự tổ chức của nó”, Opher nói. “Đây chỉ mới là bắt đầu, và tôi dự đoán sẽ còn nhiều bất ngờ ở phía trước”.

Nguồn: physicsworld.com

Kỉ lục từ trường mạnh nhất thế giới

Ngày 22 tháng 6 năm 2011, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf đã lập một kỉ lục thế giới mới với từ trường mạnh 91,4 Tesla. Để đạt tới kỉ lục này, Sergei Zherlitsyn cùng các đồng nghiệp của ông tại Phòng thí nghiệm Từ trường Cao Dresden (HLD) đã chế tạo một cuộn dây nặng chừng 200 kg trong đó mang dòng điện tạo ra từ trường khổng lồ - trong khoảng thời gian vài mili giây. Cuộn dây trải qua thí nghiệm một cách bình an vô sự.

“Với kỉ lục này, thật ra chúng tôi không quan tâm việc đạt tới những giá trị trường cao, mà thay vào đó là việc sử dụng nó trong nghiên cứu khoa học vật liệu”, Joachim Wosnitza, giám đốc HLD giải thích. Các nhà khoa học trên thật sự tự hào là những người đầu tiên trên thế giới tạo ra được một từ trường cao như vậy dành cho nghiên cứu. Từ trường càng mạnh thì các nhà khoa học càng có thể khảo sát chính xác những chất liệu dùng cho những linh kiện điện tử tiên tiến hoặc cái gọi là các chất siêu dẫn – chất dẫn điện mà không có điện trở. Những từ trường cao như vậy được tạo ra bằng cách cho một dòng điện đi qua một cuộn dây đồng.

Từ trường sinh ra trong cuộn dây (Ảnh minh họa)

Nhưng từ trường cũng ảnh hưởng đến dòng điện vì nó cố gắng đẩy dòng điện ra khỏi cuộn dây. Dòng điện càng mạnh thì lực đẩy từ càng mạnh. “Ở 25 tesla, dây dồng sẽ bị xé toạc ra”, Joachim Wosnitza mô tả một kịch bản có khả năng xảy ra của sự mâu thuẫn này giữa từ trường và kim loại. Để so sánh: Một nam châm dùng trong tủ lạnh thương mại tiêu biểu có từ trường chỉ 0,05 tesla.

Để khảo sát càng cặn kẽ càng tốt sự tích điện ở những chất liệu thuộc về tương lai, các nhà nghiên cứu cần những từ trường cao hơn nữa, thí dụ 90 hoặc 100 tesla. “Tuy nhiên, ở 100 tesla, lực Lorentz bên trong dây đồng sẽ tạo ra một áp lực bằng 40.000 lần áp suất không khí ở ngang mực nước biển”, Joachim Wosnitza cho biết. Những lực này sẽ xé toạc sợi dây đồng ra giống như một vụ nổ vậy. Đây là nguyên do các nhà nghiên cứu sử dụng những hợp kim đồng đặc biệt có thể chịu nổi hàng chục nghìn áp suất khí quyển. Sau đó, họ thêm vào một lớp bọc làm từ sợi đặc biệt thường dùng cho áo chống đạn và giữ chặt hợp kim lại. Các kĩ thuật viên HZDR quấn sáu sợi dây đặc biệt này với lớp bọc thành một cuộn dây có một không gian rỗng 16 mm tại tâm của nó. Điều này cho phép tạo ra 50 tesla bên trong cuộn dây đặc biệt này khi có một xung điện ngắn nhưng mạnh đi qua dây đồng – một quá trình tắt ngay sau chỉ 0,02 giây.

Tuy nhiên, từ trường như thế vẫn còn thua xa kỉ lục thế giới 89 tesla mà người Mĩ đã tạo ra ở Los Alamos hồi vài năm trước. Và đây là nguyên do các kĩ thuật viên quấn thêm một cuộn dây thứ hai gồm mười hai lớp dây đồng xung quanh cuộn dây thứ nhất. Tuy nhiên, sợi dây này chỉ có thể chống chọi với 2.500 lần áp suất khí quyển. Nhưng được bảo vệ bởi một lớp bọc plastic, một xung điện kéo dài chỉ một phần năm của một giây là đủ để tạo ra một từ trường 40 tesla bên trong cuộn dây. Cùng với 50 tesla của cuộn dây bên trong, từ trường này cộng gộp lại thành kỉ lục thế giới mới với hơn 90 tesla. Được bọc trong một bao thép, cuộn dây kép này có chiều cao 55 cm và đường kính 32 cm; như vậy nó tương đương với một thùng nước kha khá. Trong vòng vài tuần lễ, các kĩ thuật HZDR làm việc với cuộn dây không chỉ lập kỉ lục thế giới, mà còn sẽ cho phép tiến hành nhiều nghiên cứu chất liệu mới trong tương lai trong từ trường kỉ lục trên.

Vì những thí nghiệm như thế, các nhà nghiên cứu đang đổ xô đến Dresden không chỉ từ Regensburg, Garching, và Karlsruhe, mà còn từ khắp châu Âu. Ngay cả các nhà khoa học Mĩ và Nhật Bản cũng đang đặt vấn đề họ có thể phân tử chất liệu của họ tại HZDR. Và kể từ hôm nay, năm căn phòng hiện có được trang bị những cuộn dây tương tự có thể không còn đủ đáp ứng nhu cầu của đám đông nhà nghiên cứu, và một bộ sáu “tế bào xung” nữa sẽ được xây dựng vào năm 2015. Nghiên cứu từ trường tại HZDR thật ra còn tiếp tục đẩy mạnh hơn nữa sau kỉ lục thế giới trên.

Nguồn: PhysOrg.com

http://360.thuvienvatly.com

Thiên hà