Chu Kỳ Mặt Trời 25: Hoạt Động Của Mặt Trời Mạnh Mẽ Và Khó Đoán Hơn

  

 

Quý vị cảm thấy thế nào khi chiêm ngưỡng cực quang?

 

Còn được gọi là Northern lights (Bắc cực quang, hay Ánh sáng phương Bắc) hay Southern lights (Nam cực quang, hay Ánh sáng phương Nam), cực quang là ánh sáng phát ra từ các hạt trong thượng tầng khí quyển khi chúng tương tác với các hạt mang năng lượng từ trường trong bầu khí quyển.

 

Đó là một hiện tượng kỳ thú mà chỉ những người sống ở vĩ độ cao mới có cơ hội được trải nghiệm. Trong giáo lý Cree và Ojibwe, Ánh sáng phương Bắc là những linh hồn tổ tiên còn ngụ lại và liên lạc từ cõi trên.

 

Đối với các khoa học gia, cực quang là sự kết hợp vô cùng phức tạp của động lực học tầng điện ly, một biểu hiện của mối liên quan giữa bên trong Trái đất với Mặt trời. Đối với ngành công nghiệp, đó là một yếu tố rủi ro.

 

 

Vào tháng 2 năm 2022, SpaceX đã phóng 49 vệ tinh Internet Starlink vào quỹ đạo Trái đất tầm thấp (Low-Earth orbit – LEO). Đây là lần phóng Starlink thứ 36 của SpaceX và được dự đoán sẽ xuôi chèo mát mái giống như lần phóng thứ 35 trước đó.

 

Vào ngày phóng, trái đất bị ảnh hưởng bởi một vụ phun trào nhật hoa  – một vụ nổ plasma lớn, phóng ra từ trường và khối lượng plasma đáng kể đi kèm từ vành nhật hoa của Mặt trời vào nhật quyển. Vụ phun trào nhật hoa đã gây ra một cơn bão địa từ trong bầu khí quyển Trái đất ở độ cao khoảng 100 đến 500 km, phạm vi mục tiêu của Starlink.

 

Sự kiện này đã bơm một lượng lớn năng lượng điện từ thẳng vào thượng tầng khí quyển của Trái đất. Nó tạo ra những màn trình diễn cực quang tuyệt đẹp, nhưng đồng thời năng lượng cũng làm tăng mật độ không khí. Mật độ không khí cao hơn thường không phải là vấn đề lớn đối với các vệ tinh trong quỹ đạo Trái đất tầm thấp, vì nó vốn đã cực kỳ thấp ở độ cao hoạt động thông thường (lên tới 400 km).

 

Tuy nhiên, vệ tinh Starlink ban đầu được phóng lên độ cao 210 km. Nó gần Trái đất hơn nhiều, và mật độ không khí cũng cao hơn theo cấp số nhân. Kết quả là 38 trong số 49 vệ tinh được phóng ban đầu đã bị rớt trở lại Trái đất do lực cản của khí quyển từ bầu khí quyển dày đặc.

 

 

Chu kỳ Mặt trời có độ dài khoảng 11 năm – hoạt động của Mặt trời sẽ tăng, giảm theo chu kỳ. Vào đỉnh điểm của một chu kỳ (lúc Mặt trời hoạt động mạnh nhất), bề mặt Mặt trời sẽ có nhiều vết đen trên hơn, phát ra nhiều bức xạ hơn và phun trào nhiều lửa mặt trời hơn. Những cơn bão địa từ giống như cơn bão đã gây ra sự kiện hủy diệt Starlink là hiện tượng tương đối phổ biến, đặc biệt là khi hoạt động của Mặt trời đạt đến đỉnh điểm của chu kỳ.

 

Trong chu kỳ trước, kết thúc vào năm 2019 (chu kỳ Mặt trời được theo dõi thứ 24 kể từ năm 1755), đã có 927 cơn bão thuộc loại trung bình hoặc yếu – trung bình cứ 5 ngày lại có một cơn bão.

 

Hiện tại chúng ta đã bước sang chu kỳ Mặt trời thứ 25 được bốn năm, nhưng chu kỳ này đã được chứng minh là đáng ngạc nhiên. Trong chu kỳ thứ 25, dự đoán rằng Mặt trời sẽ hoạt động tối đa vào năm 2025, nhưng hoạt động của Mặt trời hiện nay đã mạnh quá mức. Điều này có nghĩa là chúng ta đã chứng kiến nhiều cơn bão địa từ hơn, nhiều hiện tượng cực quang hơn (và ở vĩ độ thấp hơn bình thường) và có thể có nhiều trường hợp nguy hiểm hơn đối với các vệ tinh trong LEO.

 

 

Nếu các cơn bão địa từ xảy ra thường xuyên như vậy, tại sao chúng không gây ra nhiều trục trặc hơn? Thực tế là có, nhưng hậu quả không rõ rành rành như vụ các vệ tinh bốc cháy trong bầu khí quyển.

 

Thí dụ, khi năng lượng thời tiết vũ trụ đi vào thượng tầng khí quyển của Trái đất, thành phần tầng điện ly sẽ thay đổi cùng với không khí ngày càng đậm đặc hơn. Liên lạc vô tuyến tần số cao hay “sóng ngắn” phụ thuộc vào tầng điện ly có thể được dự đoán để phát sóng ở khoảng cách xa.

 

Các cơn bão địa từ ảnh hưởng đến thành phần tầng điện ly có thể gây ra tình trạng mất sóng vô tuyến, chẳng hạn như sự kiện gián đoạn ở North America vào ngày 7 tháng 8. Ngay cả những cơn bão địa từ nhỏ cũng có thể gây suy giảm tín hiệu vô tuyến được sử dụng trong các hệ thống quân sự và hàng hải, liên lạc hàng không hoặc đài phát thanh.

 

Những cơn bão lớn có thể gây mất sóng vô tuyến kéo dài hàng tiếng đồng hồ cho cả một nửa Trái đất. Những cơn bão lớn cỡ đó cũng có thể gây ra những vấn đề rõ ràng hơn, chẳng hạn như vụ mất điện kéo dài 9 giờ mà Hydro-Québec gặp phải vào năm 1989.

 

 

Tuy nhiên, không phải tất cả hỏa tiễn sẽ bị phá hư và hủy diệt. Chúng ta có thể phát hiện khi nào một đợt lửa Mặt trời rời khỏi bề mặt Mặt trời và dự đoán đại khái khi nào nó sẽ ảnh hưởng đến Trái đất, đưa ra cảnh báo trước về một số loại bão và sự kiện cực quang.

 

Tuy nhiên, đối với nhiều cơn bão, có rất ít hoặc không có khả năng dự đoán vì nó phụ thuộc vào cách từ trường Trái đất tương tác với gió Mặt trời (solar wind); cái này thì khó nhìn thấy hơn.

 

Một trong những công cụ tốt nhất hiện nay là Nowcasting – sử dụng dữ liệu thời gian thực để hiểu các tình huống khi chúng xảy ra. Với các thiết bị như ra-đa trên mặt đất và từ kế trên vệ tinh, chúng ta có thể ước tính năng lượng bão điện từ xâm nhập vào khí quyển Trái đất gần như ngay lập tức.

 

Về lý do SpaceX mất hàng loạt các vệ tinh vào tháng 2 năm 2022 bởi một cơn bão địa từ nhỏ, đó chỉ là do trùng hợp. Tuy nhiên, sự kiện này là một lời nhắc nhở về sức mạnh đáng kinh ngạc của vũ trụ mà chúng ta đang sống.