Nhật thực thật sự tạo ra ‘con tàu bóng đêm’ trong khí quyển

Trong một kì lằn tàu rõ nét. Đồng thời xác nhận một tiên đoán đã 40 năm tuổi, khám phá trên có thể có những gợi ý cho những phương pháp theo dõi những vụ thử hạt nhân.

Nhật thực toàn phần. (Ảnh: NASA)

Cùng với việc nhúng chìm một vùng trong bóng tối, nhật thực còn tạo ra một sự nguội đi đột ngột của khí quyển. Hiệu ứng này tác dụng lên áp suất khí quyển là phức tạp và không được hiểu rõ lắm. Một số nơi nguội đi nhanh hơn những nơi khác, tạo ra những vùng trong đó áp suất tăng và những vùng trong đó áp suất giảm.

Jianlin Liu thuộc trường Đại học quốc gia trung tâm ở Đài Loan và các đồng sự đã sử dụng công nghệ Định vị toàn toàn cầu (GPS) để xác nhận một tiên đoán đã 40 năm tuổi rằng có tạo ra “con tàu bóng đêm” trong khí quyển trong một lần nhật thực. Đây là những túi khí áp suất cao nằm ngay dưới cái bóng của Mặt trăng đẩy đường đi tới trong không khí áp suất thấp giống hệt như một con tàu rẽ sóng trong nước.

Sóng mạn tàu và sóng đuôi tàu

Thật vậy, hiện tượng trên có thể hiểu theo một con tàu đồ chơi trong bồn tắm. Nếu con tàu được thả vào nước, thì các gợn sóng sẽ tỏa ra ở một tốc độ cố định. Nếu con tàu chuyển động về phía trước, nó tạo ra những con sóng tại mạn trước khi nó đẩy nước ra hai bên và tại đuôi tàu khi nước tràn trở vào chỗ trống phía đằng sau. Nếu con tàu được đẩy tới nhanh hơn sóng truyền trong nước, thì những đầu sóng liên tiếp sẽ lao vào nhau và những con sóng lớn lên cho đến khi chúng trở nên không bền và vỡ ra.

Hồi năm 1970, George Chimonas và Colin Hines tại trường Đại học Toronto đã sử dụng những mô hình trên máy vi tính của khí quyển để dự đoán rằng, trong một lần nhật thực, hai túi khí áp suất cao sẽ được tạo ra, truyền đi ở tốc độ hơn 3200 km/h – một ở độ cao 30 km so với mặt đất, và một tại độ cao 80 km. Vì tốc độ này nhanh hơn nhiều so với tốc độ âm thanh trong không khí, nên những “còn tàu bóng đêm” này sẽ tạo ra những con sóng mạn tàu và sóng đuôi tàu trong khí quyển.

Cũng trong năm đó, hai nhà vật lí tại trường Đại học Stanford đã báo cáo bằng chứng có khả năng của những sóng áp suất này – gọi là sóng trọng trường âm học – phát sinh từ một lần nhật thực.

Một sự may mắn

Sau đó, vào ngày 22 tháng 7 năm 2009, các nhà nghiên cứu đã gặp may. Từ 10 giờ đến 11 giờ sáng, một nhật thực toàn phần đã quét qua Nhật Bản và Đài Loan – những vùng có mật độ phủ sóng GPS cao nhất. Liu và các đồng sự đã sẵn sàng ghi lại sự kiện trên với khoảng 13000 máy thu GPS và đã phân tích dữ liệu thu thập được.

Đội khoa học đã sử dụng các tín hiệu GPS đó để lập bản đồ các thăng giáng nồng độ electron toàn phần (TEC) của tầng điện li – phần trên khí quyển ở độ cao hơn 85 km. TEC mang lại một ủy nhiệm cho áp suất khí quyển, cho phép các nhà nghiên cứu lần đầu tiên nhìn thấy những con sóng mạn tàu và sóng đuôi tàu đặc trưng từ những con tàu bóng đêm đó. Họ đã đo một khoảng thời gian chừng 30 phút giữa sóng mạn tàu và đuôi tàu, cho phép họ tính ra những con tàu bóng đêm đó dài khoảng 1700 km.

Trong khi những con sóng mạn tàu và đuôi tàu cuối cùng đã được quan sát thấy, Liu luôn thận trọng khi nói rằng sự giải thích chính thức cho hiệu ứng trên – những túi áp suất cao rẽ đường đi qua những vùng áp suất giảm – là không nên nghi ngờ nữa. “Khả năng cao nhất là chúng tôi nghĩ nó là những vùng áp suất cao, nhưng chúng tôi không có thêm những con số chính xác để kết luận như vậy. Cái chúng tôi đã quan sát là những thực tế; chúng tôi vẫn cần có thêm thời gian và sự nỗ lực để chỉ rõ cái gì thật sự xảy ra trong khí quyển đó”, Liu nói.

Jean-Bernard Minster, một nhà địa vật lí tại Viện Hải dương học Scripps ở California tin rằng tầm quan trọng chính của nghiên cứu trên không nằm ở cái nó cho chúng ta biết về nhật thực toàn phần mà ở những sự tiến bộ của nó trong việc theo dõi tầng điện li. “Từ quan điểm theo dõi hiệp ước cấm thử vũ khí hạt nhân, việc có thể hiểu những nhiễu loạn tầng điện li trông như thế nào và nguồn gốc gây nhiễu của chúng có lẽ mới thật sự quan trọng”.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Geophys. Res. Lett. 38 L17109.

Nguồn: physicsworld.com

Bài trước | Bài kế tiếp