Vật chất nào trên Trái Đất có thể đến gần Mặt Trời mà không bị nóng chảy?

Ánh sáng và nhiệt lượng Mặt Trời tỏa ra mỗi giây vượt xa sức tưởng tượng của chúng ta. Nhiệt độ bề mặt trung bình của Mặt Trời là khoảng 5.500 độ C và nhiệt độ ở lõi cao tới 15 triệu độ C.

Trên thực tế, chúng ta vẫn chưa thể tiếp cận gần Mặt Trời và cũng hoàn toàn chưa từng đặt chân lên bề mặt của Mặt Trời, do đó dữ liệu nhiệt độ này được ước tính bằng cách phân tích bức xạ của Mặt Trời.

Nhiệt độ bề mặt của Mặt Trời vào khoảng 5.537 độ C, trong khi đó nhiệt độ bên trong lõi của Mặt Trời lên đến khoảng 15 triệu độ C.

Trên Trái Đất, nhiệt độ cao 400 đến 500 độ C đã đủ sức để đốt cháy rừng, nhiệt độ hơn 1.500 độ C đủ làm nóng chảy thép, và nhiệt độ ở mức 5.500 độ C có thể làm tan chảy hầu hết mọi thứ trên hành tinh của chúng ta.

Nói chung, không có gì trên Trái Đất có thể chịu được nhiệt độ cao của bề mặt Mặt Trời. Nếu Trái Đất tiến tới quá gần Mặt Trời, đá trên bề mặt Trái Đất sẽ bị nung chảy bởi nhiệt độ cao và trở thành magma. Bất kể là chất đơn giản hay hợp chất, bất kỳ vật chất nào rơi xuống bề mặt của Mặt Trời sẽ bị biến thành plasma ngay lập tức, và các dạng phân tử và nguyên tử ban đầu sẽ không còn tồn tại. Trên thực tế, Mặt Trời là một quả cầu lửa plasma khổng lồ.

Trong suy nghĩ của nhiều người, nhiệt độ nóng chảy của kim loại rất cao và vonfram là chất có nhiệt độ nóng chảy cao nhất trên hành tinh của chúng ta. Nhiệt độ nóng chảy của vonfram chỉ là 3.410 độ C.

Nhiệt độ Mặt Trời có thể nung chảy tất cả mọi thứ trên thế giới. Chúng ta đun sôi nước nhiệt độ khoảng 100 độ C. Thợ sắt nung sắt, nhiệt độ trong lò nung vượt quá 1.000 độ C. Nhiệt độ của Mặt Trời còn cao hơn nhiệt độ trong lò nung rất nhiều.

Tuy nhiên, vonfram không phải là chất có nhiệt độ nóng chảy cao nhất trên Trái Đất, nó chỉ là kim loại nguyên tố có nhiệt độ nóng chảy cao nhất. Nguyên tố phi kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất trên Trái Đất là than chì, nhiệt độ nóng chảy của nó cao hơn vonfram, có thể đạt tới 3.850 độ C, nhưng vẫn thấp hơn nhiều so với nhiệt độ trên bề mặt Mặt Trời.

Hiện nay, chất có nhiệt độ nóng chảy cao nhất trên Trái Đất là một hợp kim hafni tổng hợp - tetratantalum hafnium pentacarbide (Ta4HfC5), có nhiệt độ nóng chảy cao tới 4.215 độ C. Nhưng đây vẫn là thấp hơn 1.000 độ so với nhiệt độ trên bề mặt của Mặt Trời, và nó vẫn không thể chống lại nhiệt độ cao trên bề mặt của Mặt Trời.

Tantalum hafni cacbua là một hợp chất hóa học chịu lửa có công thức chung Taₓ Hfy-x Cy, có thể được coi là dung dịch rắn của tantali cacbua và hafni cacbua.

Theo ước tính của các nhà khoa học, càng vào sâu bên trong Trái Đất, nhiệt độ càng cao, nhiệt độ ở lõi Trái Đất thậm chí cao tới 6.000 độ C, cao hơn cả nhiệt độ trên bề mặt Mặt Trời. Nhưng lõi sắt ở lõi Trái Đất vẫn có thể ở thể rắn, tại sao lại như vậy?

Nhiệt độ trong lõi Trái Đất cao như vậy mà sắt vẫn có thể giữ được thể rắn là do áp suất, áp suất trong lõi Trái Đất gấp 3,5 triệu lần áp suất khí quyển trên bề mặt Trái Đất. Chính trong những điều kiện khắc nghiệt như vậy mà điểm nóng chảy của một chất sẽ trải qua một sự thay đổi mạnh mẽ.

Nhưng thật sai lầm khi so sánh điểm nóng chảy theo cách này, vì chúng ta thường nói về điểm nóng chảy của các chất dưới áp suất khí quyển tiêu chuẩn.

Các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu Mặt Trời nhỏ nhân tạo trong phòng thí nghiệm, nhiệt độ cần thiết cho phản ứng có thể lên tới 100 triệu độ, vậy Mặt Trời thu nhỏ này được cất giữ trong những chất gì?

Trên thực tế, các nhà khoa học "lưu trữ" nhiên liệu phản ứng tổng hợp hạt nhân của Mặt Trời nhỏ nhân tạo thông qua một từ trường mạnh và tokamak - một thiết bị sử dụng từ trường cực mạnh để giữ plasma nóng trong một vật hình xuyến. Ở nhiệt độ cao hàng trăm triệu độ, vật chất sẽ tồn tại ở dạng plasma, các hạt mang điện sẽ chịu tác dụng của lực Lorentz trong từ trường nên đương nhiên chúng có thể bị từ trường điều khiển.

Tokamak là một thiết bị sử dụng từ trường cực mạnh để giữ plasma nóng trong một vật hình xuyến. Tokamak là một trong số các loại thiết bị giam cầm từ tính đang được người ta nghiên cứu nhằm sản xuất năng lượng nhờ phản ứng nhiệt hạch có kiểm soát

Mặt Trời dựa vào phản ứng tổng hợp hạt nhân để phát ra ánh sáng và tạo nhiệt, nghiên cứu về các Mặt Trời nhỏ nhân tạo là một trong những bước để đạt được phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể kiểm soát được, để thu được năng lượng gần như vĩnh cửu. Do lực mà ánh sáng có thể tác dụng lên vật chất, các nhà khoa học đã sử dụng tia laze để liên kết nhiên liệu hạt nhân.

Thông thường, cái mà chúng ta gọi là vật chất được tạo thành từ các hạt vật chất như quark, proton và nguyên tử. Theo nghĩa rộng, từ trường cũng thuộc về vật chất. Vật chất từ trường là vô hình và không thể sờ thấy, nhưng nó thực sự tồn tại, nó là một chất vô hình và thường chỉ có chúng mới có thể chịu được nhiệt độ cao vô tận.

Nhiệt độ cao của Mặt Trời chủ yếu lan truyền qua bức xạ nhiệt. Gương có thể phản xạ ánh sáng, vậy một chiếc gương có hệ số phản xạ 100% và khả năng phản xạ sóng điện từ ở tất cả các dải có thể cách nhiệt hoàn toàn. Nhưng trên thực tế, điều đó là hoàn toàn không thể vì không có tấm gương nào như vậy trên thế giới.

Nguồn: Grunge; Phys.org; USGS

Đức Khương