Mặt Trời

Mặt Trời là thiên thể duy nhất trong hệ Mặt Trời mà bạn có thể chỉ tay vào mà không cần kính thiên văn, và theo một nghĩa thực sự, mọi thứ khác chỉ là con số làm tròn. Ngôi sao dãy chính loại G này nắm giữ 99,86% tổng khối lượng của cả hệ — tám hành tinh, mọi mặt trăng, tiểu hành tinh và sao chổi chia nhau phần còn lại chỉ 0,14%. Nó là điểm neo hấp dẫn giữ Sao Hải Vương trên quỹ đạo 165 năm và Trái Đất trên quỹ đạo 365 ngày, và là lò lửa mà ánh sáng của nó, mất 8 phút 20 giây để vượt qua 150 triệu km đến Trái Đất, cung cấp năng lượng cho gần như mọi sinh vật sống trên hành tinh của chúng ta.

Dù quen thuộc đến vậy, Mặt Trời thực sự là một nơi cực đoan: bán kính 696.340 km (rộng gấp khoảng 109 lần Trái Đất), khoảng 4,6 tỷ năm tuổi, và lặng lẽ chuyển hóa khoảng 600 triệu tấn hydro thành heli mỗi giây trong một lõi nóng hơn 15 triệu °C. Đây là một ngôi sao trung niên, không có gì đặc biệt theo tiêu chuẩn thiên hà — và chính sự bình thường đó khiến nó trở thành ngôi sao được nghiên cứu kỹ lưỡng nhất trong vũ trụ.

Một ngôi sao, không phải hành tinh

Mặt Trời không phải là một quả cầu khí đang cháy theo nghĩa của một đống lửa trại — không có gì đang bốc cháy cả. Nó tỏa sáng vì lõi của nó, bị nén bởi trọng lượng của mọi thứ phía trên đến mật độ lớn hơn chì và nhiệt độ gần 15 triệu °C, hợp nhất các hạt nhân hydro thành heli. Mỗi phản ứng hợp hạch giải phóng một chút năng lượng nhỏ, nhưng với lõi hoạt động ở mức tiêu thụ khoảng 600 triệu tấn hydro mỗi giây, tổng lượng năng lượng là khổng lồ: áp suất hướng ra ngoài của năng lượng đó chính là thứ giữ cho ngôi sao không sụp đổ trước lực hấp dẫn nghiền nát của chính nó, một thế cân bằng đã kéo dài 4,6 tỷ năm và còn khoảng 5 tỷ năm nữa.

Về thành phần, Mặt Trời có khoảng ba phần tư là hydro và một phần tư là heli tính theo khối lượng, còn mọi thứ khác — carbon, oxy, sắt và phần còn lại — chiếm chưa đến 2%. Với khối lượng 1,989 × 10³⁰ kg, nó là định nghĩa của từ 'Mặt Trời' cho toàn bộ ngành thiên văn học: khối lượng, độ sáng và bán kính của các ngôi sao đều được đo bằng bội số của Mặt Trời.

Từng lớp một, từ lõi đến vành nhật hoa

Một photon sinh ra trong lõi không đơn giản là bay thẳng ra ngoài. Nó len lỏi ra ngoài qua vùng bức xạ theo kiểu bước đi ngẫu nhiên có thể mất tới khoảng 100.000 năm, trước khi đến vùng đối lưu, nơi những khối plasma nóng lớn sôi lên bề mặt rồi lại chìm xuống giống như nước trong nồi đang đun. 'Bề mặt' nhìn thấy được — quang quyển — hoàn toàn không phải chất rắn mà là lớp nơi khí cuối cùng đủ loãng để ánh sáng thoát ra ngoài không gian, ở nhiệt độ tương đối mát mẻ 5.500 °C.

Phía trên quang quyển là sắc quyển màu đỏ và sau đó là vành nhật hoa, bầu khí quyển ngoài mỏng manh của Mặt Trời tỏa ra như một vầng hào quang ngọc trai trong lúc nhật thực toàn phần. Kỳ lạ thay, vành nhật hoa nóng hơn nhiều so với bề mặt bên dưới nó — hơn một triệu độ — một câu đố gọi là bài toán làm nóng vành nhật hoa mà các nhà vật lý mặt trời vẫn đang cố gắng lý giải. Chính từ bầu khí quyển ngoài này mà gió mặt trời tuôn ra, một dòng chảy liên tục các hạt mang điện lấp đầy toàn bộ hệ Mặt Trời và tạo hình cho các đuôi sao chổi.

Vết đen mặt trời và chu kỳ 11 năm

Mặt Trời không quay như một khối rắn: xích đạo của nó quay hết một vòng khoảng mỗi 25 ngày trong khi các cực mất hơn một tháng, và sự chênh lệch tốc độ quay này cuộn xoắn từ trường của nó như một dải cao su bị xoắn rối. Kết quả là một chu kỳ hoạt động 11 năm trong đó các vết đen mặt trời tối và lạnh hơn tăng giảm theo chu kỳ, các cực từ cuối cùng đảo chiều, và ngôi sao chao đảo giữa giai đoạn 'cực tiểu mặt trời' yên tĩnh và 'cực đại mặt trời' đầy bão tố.

Vào tháng 10 năm 2024, NASA và NOAA thông báo rằng Chu kỳ Mặt Trời 25 hiện tại đã đạt đến giai đoạn cực đại mặt trời, dù tháng đỉnh điểm chính xác chỉ có thể xác định được nhiều năm sau đó. Chu kỳ này diễn ra mạnh hơn dự báo của các nhà khoa học — vào ngày 3 tháng 10 năm 2024, Mặt Trời đã phóng ra một tia lửa cấp X9.0, mạnh nhất trong chu kỳ này. Ở giai đoạn cực đại, Mặt Trời phóng ra các tia lửa mặt trời và các vụ phun trào vành nhật hoa gây ra thời tiết không gian: các cơn bão địa từ làm bừng sáng cực quang ở xa các cực nhưng cũng có thể làm gián đoạn vệ tinh, GPS, radio và lưới điện trên Trái Đất.

Chạm vào Mặt Trời: một thế kỷ sứ mệnh

Vì không thể hạ cánh lên đó, Mặt Trời được nghiên cứu từ xa và, ngày càng nhiều, từ bên trong bầu khí quyển của nó. Tàu SOHO của NASA và ESA đã quan sát nó liên tục từ năm 1995, Đài quan sát Động lực học Mặt Trời của NASA đã chụp ảnh nó trong dải cực tím xa từ năm 2010, và tàu Solar Orbiter của ESA, phóng năm 2020, đã gửi về những hình ảnh đầu tiên về các cực của Mặt Trời từ bên ngoài mặt phẳng của các hành tinh.

Táo bạo nhất trong tất cả là tàu Parker Solar Probe của NASA, vào ngày 24 tháng 12 năm 2024 đã bay chỉ cách bề mặt 6,1 triệu km — gần một ngôi sao hơn bất kỳ tàu vũ trụ nào trong lịch sử — trong khi lao đi với tốc độ khoảng 690.000 km/h, nhanh nhất mà bất kỳ vật thể nhân tạo nào từng di chuyển. Được bảo vệ bởi một tấm chắn nhiệt composite carbon, nó đã bay thẳng xuyên qua vành nhật hoa để lấy mẫu gió mặt trời tại nguồn của nó và tìm hiểu vì sao bầu khí quyển ngoài đó lại nóng đến khó tin như vậy.

Cách quan sát Mặt Trời an toàn

Mặt Trời là thiên thể duy nhất trong danh mục này có thể khiến bạn mù vĩnh viễn, vì vậy quy tắc là tuyệt đối: không bao giờ nhìn vào nó qua bất kỳ kính thiên văn, ống nhòm hay máy ảnh nào mà không lắp một bộ lọc mặt trời phù hợp, được chứng nhận, ở phía trước thiết bị. Kính râm thông thường, phim đã phơi sáng và kính ám khói đều không an toàn.

Những cách an toàn để quan sát bao gồm kính xem nhật thực được chứng nhận (ISO 12312-2) cho mắt thường, một kính thiên văn mặt trời chuyên dụng loại ánh sáng trắng hoặc hydro-alpha, hoặc phương pháp chiếu qua lỗ kim cổ điển, tạo ra một hình ảnh nhỏ của Mặt Trời lên một tấm bìa mà không có bất kỳ rủi ro nào. Với thiết bị an toàn trong giai đoạn yên tĩnh, bạn có thể phát hiện các vết đen mặt trời trôi qua đĩa Mặt Trời; cảnh tượng ngoạn mục nhất trong tất cả, chính vành nhật hoa, chỉ có thể nhìn thấy trong vài phút của một lần nhật thực toàn phần.