Bão Mặt Trời là gì? Bão mặt trời ảnh hưởng như thế nào?

Bão Mặt Trời là gì?

Bão Mặt Trời là một vụ nổ đột ngột gồm các hạt, năng lượng, các trường từ và vật chất bị Mặt Trời phóng vào Hệ Mặt Trời.

Bão Mặt Trời ảnh hưởng đến chúng ta như thế nào?

Khi hướng về Trái Đất, một cơn bão Mặt Trời có thể tạo ra một sự xáo trộn lớn trong từ trường Trái Đất, gọi là bão địa từ, có thể gây ra các tác động như: mất tín hiệu radio, mất điện và tạo ra các cực quang tuyệt đẹp. Tuy nhiên, chúng không gây hại trực tiếp cho bất kỳ ai trên Trái Đất, vì từ trường và khí quyển của hành tinh chúng ta bảo vệ chúng ta khỏi phần tệ nhất của những cơn bão này.

Nguyên nhân gây ra bão Mặt Trời?

Mặt Trời tạo ra một mớ hỗn độn các trường từ — giống như một mái tóc rối bời sau một đêm ngủ không yên. Các trường từ này bị xoắn lại khi Mặt Trời quay — với xích đạo quay nhanh hơn hai cực. Bão Mặt Trời thường bắt đầu khi các trường từ bị xoắn trên Mặt Trời bị biến dạng và kéo giãn đến mức chúng gãy và tái kết nối (trong một quá trình gọi là tái kết nối từ, magnetic reconnection), giải phóng lượng năng lượng lớn.

Những vụ phun trào mạnh mẽ này có thể tạo ra một hoặc tất cả các hiện tượng sau:

• một vệt sáng chói gọi là tia lóa Mặt Trời (solar flare),

• một bão phóng xạ, hay một loạt các hạt Mặt Trời được phóng vào không gian với tốc độ cao,

• một đám mây khổng lồ của vật chất Mặt Trời, gọi là phun trào vành nhật hoa (CME), phồng lên rời khỏi Mặt Trời.

Tia lóa Mặt Trời (Solar Flares)

Tia lóa Mặt Trời là gì?

Tia lóa Mặt Trời là một vụ bùng nổ mạnh mẽ của bức xạ, hay ánh sáng, trên Mặt Trời. Những tia sáng này trải dài trên toàn bộ phổ điện từ — bao gồm tia X, tia gamma, sóng radio, tia cực tím và ánh sáng khả kiến.

Tia lóa Mặt Trời là những vụ nổ mạnh nhất trong Hệ Mặt Trời — những vụ lớn nhất có thể có năng lượng bằng một tỷ quả bom hydro.

Phân loại tia lóa Mặt Trời

Tia lóa được phân loại theo cường độ, hay năng lượng của chúng:

• A – yếu nhất, hầu như không đáng chú ý so với bức xạ nền của Mặt Trời

• B

• C

• M

• X – mạnh nhất

Giống như thang Richter cho động đất, mỗi cấp cao hơn tương đương năng lượng gấp 10 lần. Vì vậy một tia lóa X mạnh gấp 10 lần M và 100 lần C.

Các cấp A đến M được chia nhỏ bằng số từ 1 đến 9, số 9 là mạnh nhất.
Tia lóa cấp X có thể vượt hơn nữa và không có giới hạn trên. Tia mạnh nhất từng được đo là năm 2003, được ghi là X28 trước khi cảm biến bị quá tải.

Năng lượng từ một tia lóa di chuyển với tốc độ ánh sáng, nghĩa là nó đến Trái Đất khoảng 8 phút sau khi vụ nổ xảy ra. Về cơ bản, khi chúng ta nhìn thấy một tia lóa, phần lớn tác động của nó đã đến nơi.

May mắn thay, bức xạ có hại từ tia lóa không ảnh hưởng đến con người trên mặt đất, vì Trái Đất được che chắn bởi khí quyển và từ trường. Tuy nhiên, các tia lóa mạnh có thể gây nhiễu liên lạc radio ở tầng khí quyển cao, và có thể ảnh hưởng đến vệ tinh hoặc tàu vũ trụ.

Bão phóng xạ (Radiation Storms)

Bão phóng xạ là gì?

Các vụ phun trào Mặt Trời có thể tăng tốc các hạt tích điện — electron và proton — vào không gian với tốc độ cực cao, tạo ra bão phóng xạ.

Những hạt nhanh nhất di chuyển nhanh đến mức có thể vượt qua quãng đường khoảng 150 triệu km từ Mặt Trời đến Trái Đất chỉ trong 30 phút hoặc ít hơn.

Các hạt tốc độ cao từ các vụ phun trào Mặt Trời đôi khi có thể:

• xuyên qua phần lớn lớp bảo vệ từ trường Trái Đất, đi dọc theo đường sức từ vào hai cực, nơi chúng đi vào khí quyển và thậm chí chạm xuống mặt đất (nhưng không gây hại cho ai).

• đánh bật electron khỏi các nguyên tử và phân tử trong khí quyển (ion hóa), làm thay đổi liên lạc radio tần số cao.

• xuyên sâu vào phần cứng vệ tinh, làm hỏng tấm pin năng lượng mặt trời và mạch điện.

• đi xuyên qua mô người, gây nguy cơ phóng xạ cho phi hành gia trong không gian hoặc cho tổ bay và hành khách trên máy bay bay qua vùng cực.

Phun trào vành nhật hoa (Coronal Mass Ejections – CME)

Phun trào vành nhật hoa là gì?

Phun trào vành nhật hoa (CME) là một đám mây khổng lồ gồm khí tích điện, gọi là plasma, phóng ra từ Mặt Trời. Một CME có thể phóng hàng tỷ tấn vật chất vào Hệ Mặt Trời cùng lúc.

CME xảy ra ở vành nhật hoa (corona), lớp khí quyển ngoài cùng của Mặt Trời, và thường trông giống như những bong bóng khổng lồ nổ tung ra khỏi Mặt Trời.

CMEs có thể bắn ra theo các hướng khác nhau với tốc độ khác nhau.
Những CME nhanh nhất di chuyển với tốc độ hàng triệu dặm mỗi giờ. Khi hướng về Trái Đất, chúng có thể đến trong 15 giờ, trong khi các CME chậm hơn mất vài ngày.

Những CME nhanh có thể cuốn và tăng tốc các hạt tích điện phía trước chúng, làm tăng cường độ của bão phóng xạ.

CMEs không chỉ mang theo hạt tích điện mà còn mang theo các trường từ mạnh. Trong những điều kiện phù hợp, CME có thể gây ra bão địa từ mạnh khi đến Trái Đất.

Khi tương tác với môi trường từ quanh Trái Đất, CME có thể:

• tạo ra các dòng điện chạy qua lưới điện, làm hỏng các thành phần như biến áp, rơ-le, cầu dao, dẫn đến mất điện,

• làm nóng tạm thời tầng khí quyển trên cao của Trái Đất, khiến nó phồng lên và tăng lực kéo lên các vệ tinh, làm chúng giảm độ cao,

• bắn phá Trái Đất bằng các hạt tích điện khiến chúng tương tác với nguyên tử và phân tử trong khí quyển để tạo ra cực quang phương Bắc và phương Nam.

Chu kỳ hoạt động Mặt Trời

Bão Mặt Trời và các hiện tượng liên quan tăng giảm theo chu kỳ hoạt động 11 năm của Mặt Trời. Các sự kiện này phổ biến hơn vào thời kỳ cực đại Mặt Trời và ít hơn vào cực tiểu.

Vết đen Mặt Trời — những vùng tối trên bề mặt — cũng tăng trong cực đại và đánh dấu những vùng hoạt động mạnh về từ trường, nơi dễ xảy ra các vụ phun trào.

NASA nghiên cứu bão Mặt Trời như thế nào?

NASA có một đội tàu vũ trụ quan sát từ nhiều vị trí trong Hệ Mặt Trời để nghiên cứu hoạt động Mặt Trời và tác động của nó:

• SOHO, SDO, STEREO: theo dõi vết đen, vùng hoạt động, CME

• Parker Solar Probe: tiếp cận Mặt Trời gần nhất, “chạm vào” vành nhật hoa

• MMS và THEMIS: nghiên cứu cách Mặt Trời ảnh hưởng từ quyển Trái Đất

• GOLD và AWE: theo dõi ảnh hưởng lên khí quyển Trái Đất

• Curiosity RAD: nghiên cứu bức xạ trên bề mặt sao Hỏa

• ESCAPADE (sắp phóng): nghiên cứu ảnh hưởng bão Mặt Trời lên khí quyển và từ quyển sao Hỏa