Lý do rìa Hệ Mặt trời được gọi là "Bức tường lửa"

Vùng heliopause ở rìa Hệ Mặt trời có mức nhiệt nóng tới 30.000 - 50.000 độ C, được đo đạc bởi bộ đôi tàu Voyager của NASA.

Heliopause, nơi gió Mặt trời dừng tác động và vùng không gian liên sao bắt đầu, được nhiều người gọi là "Bức tường lửa" bao quanh Hệ Mặt trời. Tên gọi này không chính xác về mặt kỹ thuật, nhưng cho thấy một phát hiện đáng chú ý, cũng là một trong những thành tựu chính, của các tàu Voyager.

Mô phỏng hai tàu Voyager 1 và Voyager 2 bay trong không gian. (Ảnh: NASA/JPL-Caltech).

Bộ đôi và  của NASA phóng lên không gian từ năm 1977. Điều ấn tượng là Voyager 2 vẫn đang hoạt động, trong khi Voyager 1 chỉ mới mất liên lạc vài tháng và vẫn còn hy vọng khôi phục.

Tên gọi Bức tường lửa không phải hoàn toàn vô căn cứ. Các tàu Voyager đo được mức nhiệt 30.000 - 50.000 độ C khi đi qua vùng heliopause, khiến cho các đám cháy trên Trái đất nghe có vẻ "mát mẻ" hơn.

Tất nhiên, ở đó không có lửa theo định nghĩa truyền thống: nhiên liệu bốc cháy bằng cách phản ứng với oxy. Giống như Mặt trời, heliopause bao gồm plasma nóng. Tuy nhiên, di chuyển qua heliopause không giống như chạm trán với Mặt trời. Lý do khiến hai tàu Voyager không bốc hơi là mật độ vật chất ở ngoài giới hạn của gió Mặt trời cực kỳ thấp.

Để hiểu nguyên nhân Bức tường lửa cực kỳ nóng dù cách xa Mặt trời và lý do các tàu vũ trụ không bị ảnh hưởng, trước hết cần tìm hiểu về nhiệt. Nhiệt độ là thước đo tốc độ các nguyên tử và phân tử chuyển động. Cần có năng lượng để tạo ra những chuyển động nhanh hơn. Khi tốc độ chuyển động tăng lên, bất kể nguồn năng lượng là gì, chúng sẽ dễ va vào những vật ở gần và truyền một phần năng lượng sang vật đó. Vì vậy, nếu cho tay vào luồng khí nóng, các phân tử chuyển động nhanh sẽ va chạm với tay và khiến tay cũng nóng lên.

Càng ít phân tử thì càng cần ít năng lượng để khiến chúng chuyển động nhanh, nhưng khả năng chúng va chạm với một vật thể rắn xâm nhập vào cũng càng nhỏ. Nếu không xảy ra những va chạm như vậy, năng lượng không thể truyền đi và vật thể mới xâm nhập vẫn sẽ mát mẻ.

Đó là tình huống mà hai tàu Voyager cũng như các tàu vũ trụ rời khỏi Hệ Mặt trời trong tương lai gặp phải. Heliopause có thể đậm đặc hơn không gian hai bên, phần nào phù hợp với tên gọi "bức tường", nhưng vẫn gần như là vùng chân không. Kể cả khi số phân tử ít ỏi tại đó chuyển động rất nhanh với nhiệt độ cực cao, chúng cũng không thể làm nóng vật lớn như hai tàu Voyager, mỗi tàu nặng hơn 700kg.

Vậy tại sao những nguyên tử và phân tử ít ỏi này lại nóng như vậy dù cách xa Mặt trời? Trước đây, các nhà khoa học đã dự đoán heliopause rất nóng, nhưng những ước tính của họ chỉ bằng khoảng 1/2 so với những gì mà bộ đôi tàu Voyager đo đạc thực tế. Điều này cũng cho thấy tầm quan trọng của bộ đôi tàu Voyager trong công cuộc khám phá vũ trụ.

Nhiệt độ đặc biệt cao được cho là do sự nén plasma khi gió Mặt trời gặp vùng không gian liên sao hoặc sự tái kết nối từ tính. Sự tái kết nối xảy ra trong các plasma dẫn điện khi sự sắp xếp lại cấu trúc của từ trường khiến năng lượng từ tính chuyển đổi thành những sóng chuyển động nhanh, nhiệt năng và gia tốc hạt. Giới khoa học từng quan sát được sự tái kết nối từ tính ở nơi các từ trường xung quanh Trái đất và những hành tinh khác gặp gió Mặt trời.