Solar flare – Bão Mặt Trời hoạt động như thế nào?

Mục lục

Bão mặt trời – Solar Flare là gì?

Bão mặt trời hay ngọn lửa mặt trời là sự phát xạ bức xạ điện từ cục bộ, tương đối mạnh trong bầu khí quyển của Mặt trời. Các vụ cháy xảy ra ở các vùng hoạt động và thường, nhưng không phải lúc nào cũng đi kèm với sự phóng khối lượng vành nhật hoa, các sự kiện hạt mặt trời và các hiện tượng phun trào khác của mặt trời. Sự xuất hiện của các tia sáng mặt trời thay đổi theo chu kỳ mặt trời 11 năm.

Bão mặt trời được cho là xảy ra khi năng lượng từ trường dự trữ trong bầu khí quyển của Mặt trời làm tăng tốc các hạt tích điện trong plasma xung quanh. Điều này dẫn đến sự phát xạ bức xạ điện từ trên phổ điện từ.

Bức xạ điện từ năng lượng cao từ các ngọn lửa mặt trời được hấp thụ bởi phía ánh sáng ban ngày của bầu khí quyển phía trên Trái đất, đặc biệt là tầng điện ly và không chạm tới bề mặt. Sự hấp thụ này có thể tạm thời làm tăng quá trình ion hóa tầng điện ly, điều này có thể gây trở ngại cho việc liên lạc vô tuyến sóng ngắn. Dự đoán các cơn bão mặt trời là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực.

Một tia sáng đột ngột xuất hiện trên bề mặt của mặt trời được gọi là ngọn lửa mặt trời hay bão mặt trời. Nếu hiệu ứng này được nhìn thấy trên một ngôi sao ngoài Mặt trời thì hiện tượng này được gọi là quầng sáng sao (Stellar flare). Bão mặt trời giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ, thường ở mức 1×10^25 J, trên một phổ bước sóng và hạt rộng. Lương năng lượng này có thể so sánh với vụ nổ 1 tỷ megaton (1 tỷ triệu tấn) TNT hoặc 10 triệu vụ phun trào núi lửa. Ngoài ánh sáng, bão mặt trời có thể đẩy các nguyên tử, electron và ion vào không gian trong cái gọi là sự phóng khối lượng vành hoa. Khi các hạt được Mặt trời giản phóng, chúng có thể đến Trái đất trong một hoặc hai ngày. Tuy nhiên, khối lượng này có thể bị đẩy ra ngoài theo bất cứ hướng nào nên không phải lúc nào Trái đất cũng bị ảnh hưởng. Nhưng một điều đáng lo ngại là các nhà khoa học không thể dự báo được các đợt bùng phát mà chỉ đưa ra cảnh báo khi nó xảy ra.

Bão mặt trời mạnh nhất là ngọn lửa đầu tiên được quan sát thấy. Sự kiện này xảy ra vào ngày 1 tháng 9 năm 1859 và được gọi là Solar Storm of 1859 hay “Sự kiện Carrington”. Nó được báo cáo độc lập bởi nhà thiên văn học Richard Carrington và Richard Hodgson. Ngọn lửa này có thể nhìn thấy bằng mắt thường, khiến hệ thống điện báo bốc cháy và tạo ra cực quang đến tận Hawaii và Cuba. Trong khi các nhà khoa học vào thời điểm đó không có khả năng đo cường độ của ngọn lửa mặt trời, các nhà khoa học hiện đại đã có thể tái tạo lại sự kiện dựa trên nitrat và đồng vị berili-10 được tạo ra từ bức xạ. Về cơ bản, bằng chứng về ngọn lửa đã được bảo tồn trong băng ở Greenland.

Bão mặt trời – ngọn lửa mặt trời hoạt động như thế nào?

Giống như các hành tinh, các ngôi sao bao gồm nhiều lớp. Trong trường hợp ngọn lửa mặt trời, tất cả các tầng khí quyển của Mặt trời đều bị ảnh hưởng. Nói cách khác, năng lượng được giải phóng từ quang quyển, sắc quyển và nhật hoa. Ngọn lửa có xu hướng xảy ra gần các vết đen mặt trời, là vùng có từ trường cực mạnh. Những trường này liên kết bầu khí quyển của Mặt trời với phần bên trong của nó. Người ta tin rằng bão Mặt trời là kết quả của một quá trình gọi là kết nối lại từ tính, khi các vòng lực từ tách ra, nối lại và giải phóng năng lượng. Khi năng lượng từ trường được giải phóng đột ngột bởi quầng hào quang (đột ngột có nghĩa là trong vài phút), ánh sáng và các hạt được gia tốc vào không gian. Nguồn của vật chất được giải phóng dường như là vật chất từ từ trường xoắn ốc không liên kết, tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa hoàn toàn tìm ra cách thức hoạt động của bão Mặt trời và tại sao đôi khi có nhiều hạt được giải phóng hơn số lượng trong vòng vành. Plasma ở khu vực bị ảnh hưởng đạt đến nhiệt độ hàng chục triệu Kelvin, nóng gần bằng lõi Mặt trời.

Các electron, proton và ion được gia tốc bởi năng lượng cực mạnh đến gần tốc độ ánh sáng. Bức xạ điện từ bao phủ toàn bộ quang phổ, từ tia gamma đến sóng vô tuyến. Năng lượng được giải phóng ở phần nhìn thấy được của quang phổ làm cho một số tia sáng mặt trời có thể quan sát được bằng mắt thường, nhưng phần lớn năng lượng nằm ngoài phạm vi nhìn thấy được, do đó các tia sáng được quan sát bằng thiết bị khoa học. Việc ngọn lửa mặt trời có đi kèm với sự phóng khối lượng ở vành nhật hoa hay không là điều không dễ dự đoán được. Các ngọn lửa mặt trời cũng có thể giải phóng tia lửa, bao gồm việc phóng ra vật chất nhanh hơn sự nổi bật của mặt trời. Các hạt được giải phóng từ tia phun lửa có thể đạt vận tốc từ 20 đến 200 km/s (kps). Để dễ hình dung nó nhanh như thế nào, tốc độ ánh sáng là 299,7 kps!

Bão mặt trời xảy ra thường xuyên như thế nào?

Những cơn bão mặt trời nhỏ hơn xảy ra thường xuyên hơn những cơn bão lớn. Tần suất xuất hiện của bất kỳ ngọn lửa nào phụ thuộc vào hoạt động của Mặt trời. Theo chu kỳ mặt trời 11 năm, có thể có vài đợt bùng phát mỗi ngày trong giai đoạn hoạt động của chu kỳ, so với ít hơn một đợt mỗi tuần trong giai đoạn yên tĩnh. Trong thời gian hoạt động cao điểm, có thể có 20 đợt bùng phát mỗi ngày và hơn 100 đợt bùng phát mỗi tuần.

Phân loại bão mặt trời

Một phương pháp phân loại bão mặt trời trước đây dựa trên cường độ vạch Hα của quang phổ mặt trời. Hệ thống phân loại hiện đại phân loại các bão theo dòng tia X cực đại từ 100 đến 800 picometer, theo quan sát của tàu vũ trụ GOES quay quanh Trái đất.

Classification	Peak Flux (Watts per square meter)
A	< 10⁻⁷
B	10⁻⁷ – 10⁻⁶
C	10⁻⁶ – 10⁻⁵
M	10⁻⁵ – 10⁻⁴
X	> 10⁻⁴

Mỗi loại được xếp hạng thêm theo thang tuyến tính, sao cho ngọn lửa X2 mạnh gấp đôi ngọn lửa X1.

Rủi ro thông thường từ các cơn bão Mặt trời

Bão mặt trời tạo ra cái gọi là thời tiết mặt trời trên Trái đất. Gió mặt trời tác động đến từ quyển của Trái đất, tạo ra cực quang và australis, đồng thời gây nguy cơ bức xạ cho vệ tinh, tàu vũ trụ và phi hành gia. Phần lớn rủi ro xảy ra với các vật thể ở quỹ đạo Trái đất thấp, nhưng khối lượng phóng ra từ vành nhật hoa từ các ngọn lửa mặt trời có thể làm hỏng hệ thống điện trên Trái đất và vô hiệu hóa hoàn toàn các vệ tinh. Nếu vệ tinh rơi xuống, điện thoại di động và hệ thống GPS sẽ không có dịch vụ. Ánh sáng cực tím và tia X phát ra từ ngọn lửa làm gián đoạn sóng vô tuyến tầm xa và có thể làm tăng nguy cơ cháy nắng và ung thư.

Bão Mặt trời có thể hủy diệt Trái đất?

Câu trả lời là: có. Trong khi bản thân hành tinh này sẽ sống sót sau cuộc chạm trán với “siêu lửa”, bầu khí quyển có thể bị bắn phá bằng bức xạ và mọi sự sống có thể bị tiêu diệt. Các nhà khoa học đã quan sát thấy sự giải phóng các siêu lửa từ các ngôi sao khác mạnh hơn tới 10.000 lần so với một ngọn lửa mặt trời thông thường. Trong khi hầu hết các tia sáng này xảy ra ở các ngôi sao có từ trường mạnh hơn Mặt trời của chúng ta, thì khoảng 10% trường hợp ngôi sao đó có thể so sánh hoặc yếu hơn Mặt trời. Từ việc nghiên cứu các vòng thân cây, các nhà nghiên cứu tin rằng Trái đất đã trải qua hai vụ siêu lửa nhỏ— một vào năm 773 CN và một vào năm 993 CN. Có khả năng chúng ta có thể mong đợi một siêu lửa xảy ra khoảng một thiên niên kỷ một lần. Khả năng xảy ra siêu lửa ở cấp độ tuyệt chủng vẫn chưa được biết.

Ngay cả những cơn bão lửa bình thường cũng có thể gây ra hậu quả tàn khốc. NASA tiết lộ Trái đất đã bỏ sót một ngọn lửa mặt trời thảm khốc vào ngày 23 tháng 7 năm 2012. Nếu ngọn lửa xảy ra chỉ một tuần trước đó, khi nó chĩa thẳng vào chúng ta, xã hội sẽ bị đẩy lùi về Thời kỳ Đen tối. Bức xạ cường độ cao sẽ vô hiệu hóa lưới điện, thông tin liên lạc và GPS trên phạm vi toàn cầu.

Nếu bạn sử dụng nội dung bài viết, vui lòng ghi rõ nguồn "EnterKnow.Com" nhé!

Khả năng xảy ra sự kiện như vậy trong tương lai là bao nhiêu? Nhà vật lý Pete Rile tính toán xác suất xuất hiện một ngọn lửa mặt trời gây rối loạn là 12% trong 10 năm.

Cách dự đoán các cơn bão mặt trời

Hiện tại, các nhà khoa học không thể dự đoán ngọn lửa mặt trời với bất kỳ mức độ chính xác nào. Tuy nhiên, hoạt động của vết đen mặt trời cao có liên quan đến việc tăng khả năng tạo ra ngọn lửa. Việc quan sát các vết đen mặt trời, đặc biệt là loại gọi là vết delta, được sử dụng để tính toán xác suất xảy ra vụ nổ và cường độ của nó. Nếu dự đoán có một đợt bùng phát mạnh (loại M hoặc X), Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia Hoa Kỳ (NOAA) sẽ đưa ra dự báo/cảnh báo. Thông thường, cảnh báo cho phép chuẩn bị trong 1-2 ngày. Nếu xảy ra hiện tượng lóa mặt trời và phóng khối lượng vành nhật hoa, mức độ nghiêm trọng của tác động của ngọn lửa lên Trái đất phụ thuộc vào loại hạt được giải phóng và mức độ trực tiếp của ngọn lửa đối với Trái đất.

Sources

“Big Sunspot 1520 Releases X1.4 Class Flare With Earth-Directed CME”. NASA. July 12, 2012.
“Description of a Singular Appearance seen in the Sun on September 1, 1859”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, v20, pp13+, 1859.
Karoff, Christoffer. “Observational evidence for enhanced magnetic activity of superflare stars.” Nature Communications volume 7, Mads Faurschou Knudsen, Peter De Cat, et al., Article number: 11058, March 24, 2016.