Khoa học tự nhiên

Bão mặt trời có khả năng làm suy yếu từ trường của Trái đất (05/11/2016)

Sự ấm lên của mặt trời đôi khi có thể trở thành mối đe dọa. Cơn bão mặt trời có thể bắn phá plasma bọc trong những mẩu từ trường của mặt trời vào trong không gian, quét qua Trái Đất và làm vô hiệu hóa các vệ tinh, gây mất liên lạc diện rộng, phá vỡ định vị GPS. Tuy nhiên, nghiên cứu mới đây của các nhà nghiên cứu thuộc Viện nghiên cứu cơ bản Tata, Mumbai, Ấn độ cho thấy “vụ phun trào nhật hoa” (coronal mass ejection) vào năm 2015 chỉ làm suy yếu tạm thời từ trường bảo vệ của Trái đất, nhưng cơn bão này đã cho phép plasma và bức xạ mặt trời tương tự với cơn bão mặt trời dễ dàng di chuyển vào trong khí quyển và có khả năng gây nguy hiểm cho các nhà du hành vũ trụ. Nghiên cứu cũng gợi ra một phương pháp dự báo đầy tiềm năng có thể dự đoán trước những cơn bão mặt trời tương tự trong tương lại. Những phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

Hình ảnh vụ “phun trào nhật hoa” (coronal mass ejection) xảy ra vào năm 2015 được quan sát thấy bởi Đài quan trắc động lực học Mặt trời của NASA được cho là làm suy yếu từ trường của Trái đất.

Ngày 21 tháng 6 năm 2015, một phi thuyền không gian của NASA có tên gọi là Đài Quan sát Nhật quyển (Heliospheric) và Mặt trời đã ghi lại được một vụ phun trào nhật hoa gây ra vụ nổ mặt trời với tốc độ 1.300 km/s. Khi vụ nổ tiếp cận được Trái đất khoảng 40 giờ sau đó, từ trường của nó đã đảo hướng ngược chiều với từ trường của Trái đất, điều này dẫn đến các từ trường bị hút vào nhau và tương tác cực mạnh với nhau. “Điều này giống như lực đẩy khi ta đưa hai thanh nam châm lại gần nhau”, Sunil Gupta, nhà vật lý học, Viện nghiên cứu cơ bản Tata, tác giả chính của nghiên cứu nói.

Sự tương tác xảy ra là do biến đổi năng lượng từ trường thành năng lượng động lực và phóng thích các hạt tích điện (chẳng hạn như các tia vũ trụ) xuống từ quyển của Trái đất và các vùng xung quanh Trái đất, ở những nơi này từ trường của chính nó mạnh hơn từ trường khác trong không gian. Theo đánh giá của trung tâm Khí quyển và Đại dương Quốc gia (NOAA), mức độ khắc nhiệt do cơn bão địa từ gây ra là ở mức 4/5 và cũng đã có báo cáo cho thấy xuất hiện tình trạng mất liên lạc sóng rađio và phát hiện thấy các cực quang tạo thành trong các vùng phía bắc nhất của Trái đất (aurora borealis) đã xuất hiện tại phía Nam Texas, Mỹ.

Gupta và nhóm của ông đã thu thập các dữ liệu từ kính thiên văn dùng để đo số lượng của các hạt mang điện tại Ấn Độ, có tên gọi là muons, đã được tạo ra như là sản phẩm phụ ngay khi các tia vũ trụ đánh trúng khí quyển Trái đất. Nhìn vào các dữ liệu từ ngày 22/6/2015, họ đã phát hiện thấy một cụm (spike) có ý nghĩa thống kê quan trọng về số lượng các muons ngày hôm đó. Kết quả này phù hợp với sự suy yếu của từ trường Trái đất đã cho phép các tia vụ trụ di chuyển tự do xuyên qua từ quyển của Trái đất và xâm nhập vào trong khí quyển mà không bị làm chệch hướng.

“Sự suy yếu của từ trường Trái đất đã mở rộng “cửa” (floodgates) để plasma mặt trời năng lượng thấp (low-energy solar plasma) lan tỏa vào trong khí quyển”, Gupta cho biết.

Nhìn chung, nhóm nghiên cứu đã cho thấy từ trường của Trái đất chỉ có thể chịu được những thiệt hại tạm thời, do đó cần đưa ra tuyến bảo vệ khí quyển hành tinh của chúng ta khỏi sự xâm nhập các hạt năng lượng từ không gian. Nếu không có từ trường Trái đất, các nhà du hành vũ trụ trong không gian sẽ bị nhiễm các hạt phân tử có thể phá hủy cơ thể người và gây tổn thương ADN, dẫn đến nguy cơ mắc ung thư.

Những kết quả mới này cũng làm nảy ra một phương pháp có thể phát hiện sớm các cơn bão từ

Một hệ thống cảnh báo sớm là giải pháp giảm thiểu tác động đến kinh tế của các cơn bão như thế này. Những thiệt hại được Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia ước tính là vài nghìn tỷ đô la đối với các cơn bão khốc liệt nhất. Ví dụ như, ngay cả khi cảnh báo chỉ được đưa ra trước vài giờ thì cũng có thể phân phối lưới điện để có thể giảm thiệt hại đối với dòng điện đi qua Trái đất và có thể định vị lại các đường bay của máy bay để tránh mất liên lạc sóng rađio với trạm kiểm soát không lưu.

Gupta và cộng sự đã đề xuất sử dụng muons làm các thiết bị dò bão từ. Họ giả sử rằng các hạt có năng lượng thấp hơn sẽ mất nhiều thời gian để di chuyển xuyên qua các từ trường hỗn loạn, giống như một con sâu bướm lười biếng sẽ mất nhiều thời gian để vượt qua một thung lũng gió hơn là một con ong nhanh nhẹn. Do đó, họ suy luận rằng các tia vũ trụ năng lượng cao tạo ra muons sẽ tiếp cận khí quyển của Trái đất trước so với plasma năng lượng mặt trời và các tia vũ trụ năng lượng thấp hơn để có thể là tác động của cơn bão địa từ.

"Vụ nổ muons về nguyên tắc có thể dùng như là một hệ thống cảnh báo sớm trước khi một cơn bão xảy ra. Tuy nhiên cần thực hiện nhiều nghiên cứu để nó có thể thực hiện một nhiệm vụ thiết thực nào đó”, Gupta nói.

Theo dự đoán của James Chen, một nhà vật lý về plasma tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân ở Washington, DC thì vụ nổ muons chỉ là một phần của một cơn bão đang diễn ra do đó nó sẽ có ít giá trị trong dự báo.

Các kết quả nghiên cứu của Gupta và nhóm thật đúng lúc bởi NOAA mới đây đã phát đi một cảnh báo về một cơn bão địa từ “mạnh” sắp xảy ra. Thậm chí ngay cả khi tàu vũ trụ có thể phát hiện ra thì việc dự đoán thời gian chính xác xảy ra cơn bão là hoàn toàn không đáng tin cậy bởi vì họ chỉ dựa trên các mô phỏng cách thức vụ phun trào nhật hoa lan truyền vào trong không gian. Tuy nhiên, hệ thống cảnh báo sớm trên Trái đất dựa vào các dữ liệu hạt có thể có thể đưa ra các ít cảnh báo nhưng có độ chính xác cao hơn đáng kể.

Mới đây Tổng thống Mỹ Barack Obama đã ký một sắc lệnh bắt buộc chính phủ Mỹ “phải giảm thiểu những tác động của nhiễu loạn địa lên lưới điện” và “phải đảm bảo tái phân phối kịp thời trong các cảnh báo thời tiết vũ trụ”.

Nguồn: www.vista.gov.vn