Bão Mặt Trời lao về Trái Đất diễn biến ngoài dự đoán, giới khoa học lo ngại

Một đám mây plasma từ vụ phun trào mạnh trên Mặt Trời đã biến đổi theo cách chưa từng được dự đoán khi di chuyển về phía Trái Đất.

Chỉ trong quãng đường khoảng 21 triệu kilomet, cấu trúc này tăng kích thước 21%, trong khi plasma bên trong nóng lên gấp 3 lần.

Phát hiện mới có thể buộc các nhà khoa học xem xét lại những mô hình dự báo bão Mặt Trời, hiện tượng có khả năng gây gián đoạn vệ tinh, hệ thống định vị và lưới điện trên Trái Đất.

Đám mây plasma phình to bất thường trên đường tiến về Trái Đất

Các nhà khoa học vừa phát hiện những diễn biến đáng ngạc nhiên bên trong một vụ phun trào mạnh trên Mặt Trời, qua đó đặt ra thách thức đối với các mô hình hiện có về sự tiến hóa của bão Mặt Trời trong không gian liên hành tinh.

Một vụ phun trào vành nhật hoa (CME) xảy ra trên Mặt Trời, giải phóng một đám mây plasma từ tính khổng lồ vào không gian. Nguồn: Shutterstock

Vụ phun trào đã giải phóng một lượng lớn plasma, tức khí nóng chứa các hạt mang điện, được bao bọc bởi những trường từ và lao đi trong không gian theo hướng Trái Đất.

Trong hành trình này, đám mây plasma trải qua quá trình biến đổi đáng kể: chỉ sau khi di chuyển khoảng 21 triệu kilomet, kích thước của nó đã tăng 21%, còn nhiệt độ plasma bên trong tăng gấp 3 lần.

Diễn biến này khác với những gì các nhà nghiên cứu dự đoán về cách những cấu trúc như vậy phát triển khi di chuyển trong không gian.

Nghiên cứu do các nhà khoa học thuộc Đại học Iowa (Mỹ) dẫn đầu đã ghi nhận quá trình giãn nở nhanh chóng bằng dữ liệu quan sát từ hai tàu vũ trụ nằm gần như trên cùng một đường di chuyển của đám mây.

Kết quả không chỉ giúp làm sáng tỏ những biến đổi phức tạp của các vụ phun trào trên Mặt Trời mà còn có thể cải thiện khả năng dự báo thời tiết không gian.

Đây là lĩnh vực nghiên cứu đặc biệt quan trọng, bởi những cơn bão Mặt Trời mạnh có thể làm nhiễu tín hiệu liên lạc, ảnh hưởng đến vệ tinh, hệ thống định vị và gây ra các dòng điện cảm ứng nguy hiểm trong mạng lưới điện trên mặt đất.

Hai tàu vũ trụ tình cờ quan sát cùng một cơn bão Mặt Trời

Đám mây plasma trong nghiên cứu bắt nguồn từ một vụ phun trào nhật hoa xảy ra trong hai ngày 4 và 5/11/2021. Hiện tượng này được gọi là phóng vật chất vành nhật hoa (CME), một trong những dạng hoạt động mạnh mẽ nhất của Mặt Trời.

Trong mỗi vụ CME, Mặt Trời giải phóng một lượng vật chất khổng lồ vào không gian, bao gồm khí nóng bị ion hóa và các trường từ.

Một số vụ phun trào hình thành những đám mây từ, trong đó các đường sức từ xoắn lại thành những cấu trúc phức tạp.

Khi di chuyển xuyên qua không gian liên hành tinh, chúng có thể tương tác với môi trường xung quanh và tác động đến từ trường Trái Đất.

Điểm đặc biệt của nghiên cứu lần này nằm ở việc hai tàu vũ trụ đã quan sát được cùng một đám mây từ tại hai vị trí khác nhau trên hành trình.

Tàu Solar Orbiter ghi nhận cấu trúc của đám mây khi nó cách Mặt Trời khoảng 126 triệu kilomet. Sau đó, tàu Wind đo đạc chính đám mây này tại vị trí cách Mặt Trời khoảng 146 triệu kilomet.

Hai tàu vũ trụ tình cờ nằm gần như thẳng hàng theo trục Mặt Trời - Trái Đất. Sự sắp xếp hiếm gặp này cho phép các nhà khoa học so sánh trực tiếp đặc điểm của cùng một cấu trúc tại hai thời điểm và vị trí khác nhau, thay vì phải suy luận quá trình biến đổi từ một lần quan sát đơn lẻ.

Vụ phun trào nói trên cũng gây ra một cơn bão địa từ mạnh trên Trái Đất, cho thấy những biến đổi của vật chất phóng ra từ Mặt Trời có thể đi kèm với các tác động đáng kể đến môi trường không gian gần hành tinh chúng ta.

Shirsh Soni, nghiên cứu viên sau tiến sĩ ngành vật lý và thiên văn học tại Đại học Iowa, cho biết việc hai tàu vũ trụ nằm gần cùng một trục Mặt Trời - Trái Đất vốn đã hiếm gặp.

Khả năng chúng đồng thời ở vị trí thuận lợi để quan sát một vụ phóng vật chất vành nhật hoa đang di chuyển trong không gian liên hành tinh còn hiếm hơn nhiều.

Gió Mặt Trời khiến đám mây từ giãn nở nhanh gấp nhiều lần thông thường

Dữ liệu thu thập được cho thấy đám mây từ giãn nở với tốc độ khoảng 192 km/giây. Con số này cao hơn đáng kể so với mức thường thấy, khoảng 50-100 km/giây.

Các nhà nghiên cứu gọi hiện tượng tăng kích thước nhanh bất thường này là “siêu giãn nở” (super expansion).

Một nhóm nghiên cứu vật lý do Đại học Iowa dẫn đầu đã mô tả một đám mây từ tính “siêu giãn nở” được tạo ra từ một vụ phun trào vành nhật hoa trên Mặt Trời. Kích thước của đám mây này đã được ghi lại tại hai thời điểm và khoảng cách tương đối gần nhau bởi hai tàu vũ trụ là Solar Orbiter và Wind. Những quan sát đó cho thấy đám mây có hình lưỡi liềm này đã tăng thêm một phần năm kích thước ban đầu khi tiến gần đến Trái Đất. Nguồn: Phòng thí nghiệm của David Miles, Đại học Iowa

Quá trình biến đổi bắt đầu khi đám mây từ tương tác với gió Mặt Trời. Đây là dòng liên tục gồm các hạt mang điện được Mặt Trời phát ra và thổi đi khắp hệ Mặt Trời, với tốc độ có thể đạt khoảng 1,6 triệu km/giờ.

Khi đám mây từ gặp dòng hạt này, nó ban đầu bị nén lại. Tuy nhiên, những phép đo tiếp theo cho thấy plasma bên trong nóng lên đến mức nhiệt độ cao gấp 3 lần so với trước đó.

Sự gia tăng nhiệt độ đã thúc đẩy đám mây giãn nở mạnh mẽ, tạo nên diễn biến mà các mô hình hiện có chưa giải thích đầy đủ.

Theo Soni, trong những vụ phóng vật chất vành nhật hoa thông thường, sự tương tác với gió Mặt Trời có thể khiến đám mây giảm tốc hoặc tăng tốc. Nhưng trong trường hợp được nghiên cứu, đặc điểm nổi bật nhất lại là mức độ giãn nở rất lớn.

Phát hiện này cho thấy các vụ phun trào Mặt Trời không nhất thiết tiến hóa theo một quy luật đơn giản, đồng nhất.

Những điều kiện môi trường mà chúng gặp phải trong hành trình có thể làm thay đổi đáng kể cấu trúc, nhiệt độ và đặc tính từ trường của chúng.

Mô hình dự báo bão Mặt Trời có thể cần được điều chỉnh

Một kết quả đáng chú ý khác là áp suất từ trường bên trong đám mây gần như không thay đổi, dù kích thước của nó tăng lên đáng kể.

Đây là điểm khác biệt so với dự đoán của các mô hình hiện hành. Thông thường, khi một đám mây từ giãn nở, các nhà khoa học kỳ vọng những đặc tính vật lý bên trong, trong đó có áp suất từ trường, sẽ thay đổi theo những quy luật nhất định.

Việc áp suất này vẫn được duy trì trong quá trình giãn nở mạnh cho thấy diễn biến thực tế phức tạp hơn những gì các mô hình đang mô tả.

Nghiên cứu cũng nhấn mạnh giá trị của việc quan sát cùng một vụ phun trào từ nhiều vị trí.

Nếu chỉ có dữ liệu từ một tàu vũ trụ, các nhà khoa học sẽ khó phân biệt liệu những đặc điểm ghi nhận được là đặc tính vốn có của đám mây hay là kết quả của những thay đổi trong quá trình nó di chuyển.

Với hai điểm đo trên cùng hành trình, nhóm nghiên cứu có thể theo dõi trực tiếp những biến đổi về kích thước và trạng thái vật lý của cấu trúc này.

Đây là cơ sở quan trọng để cải thiện các mô hình mô phỏng CME trước khi chúng tiến đến Trái Đất.

Khi một đám mây từ mang từ trường thích hợp hướng về hành tinh chúng ta, sự tương tác với từ quyển Trái Đất có thể tạo ra bão địa từ.

Những sự kiện mạnh có khả năng gây ra cực quang ở các khu vực vốn hiếm khi quan sát được hiện tượng này, đồng thời làm tăng nguy cơ nhiễu loạn hệ thống định vị vệ tinh, liên lạc vô tuyến và lưới điện.

Soni, tác giả của nghiên cứu, cho biết giới khoa học lâu nay thường giả định rằng các đám mây từ hình thành từ những vụ CME sẽ tiến hóa theo cách tương tự nhau.

Tuy nhiên, kết quả mới chứng minh một đám mây từ có thể giãn nở mạnh chỉ trong một khoảng thời gian và quãng đường tương đối ngắn, tạo ra những tác động đối với Trái Đất mà các nhà nghiên cứu có thể chưa lường trước.

Phát hiện này không có nghĩa mọi cơn bão Mặt Trời đều sẽ trở nên nguy hiểm hơn. Thay vào đó, nó chỉ ra rằng khả năng dự báo thời tiết không gian cần tính đến nhiều biến đổi phức tạp hơn trong quá trình các đám mây plasma di chuyển giữa Mặt Trời và Trái Đất.

(Theo SciTechDaily, Earthsky, iflscience)