Đảo cực từ trường-Nguy cơ biến đổi khí hậu

KHCN- Các cực của mặt trời đang chuẩn bị đảo chiều trong vòng vài tháng tới, làm dấy lên cảnh báo trên toàn thế giới về khả năng thay đổi khí hậu, bão tố và nguy cơ gián đoạn liên lạc vệ tinh.

Mặt cắt ngang một ngôi sao kiểu Mặt Trời (hình vẽ bởi NASA)

Mặt Trời là một sao có hoạt động của từ trường. Nó có từ trường biến đổi mạnh mẽ hàng năm và đổi hướng sau mỗi 11 năm. Từ trường của Mặt Trời tăng lên gây ra một số hiệu ứng gọi chung là hoạt động của Mặt Trời bao gồm vết đen trên bề mặt của Mặt Trời, vết sáng Mặt Trời, và các bức xạ trong gió Mặt Trời, chúng mang vật chất vào trong hệ Mặt Trời. Các ảnh hưởng của hoạt động bức xạ này lên Trái Đất như cực quang ở các vĩ độ trung bình đến cao, và sự gián đoạn việc truyền sóng radio và điện năng. Hoạt động của Mặt Trời được cho là có vai trò quan rất lớn trong sự hình thành và tiến hóa của hệ Mặt Trời và làm thay đổi cấu trúc tầng điện ly của Trái Đất.

Tất cả vật chất trong Mặt Trời đều ở thể khí và plasma do có nhiệt độ cao. Điều này có thể làm cho vận tốc quay ở vùng xích đạo (khoảng 25 ngày) nhanh hơn ở các vùng có vĩ độ cao hơn (khoảng 35 ngày ở gần các cực). Vận tốc quay khác nhau ở các vĩ độ của Mặt Trời tạo ra các đường sức từ xoắn vào nhau theo thời gian, tạo ra các vòng hoa từ tường phun ra từ bề mặt của Mặt Trời và tạo ra các vết đen Mặt Trời và các tai lửa Mặt Trời (xem sự nối lại từ trường). Sự xoắn vào nhau này làm tăng quá trình phát sinh từ trường của Mặt Trời và gây ra sự đảo từ của Mặt Trời theo chu kỳ 11 năm.

Từ trường của Mặt Trời mở rộng ra ngoài ranh giới của nó. Plasma trong gió Mặt Trời bị từ hóa mang từ trường của Mặt Trời vào không gian tạo ra từ trường giữa các hành tinh.Vì plasma chỉ có thể chuyển động trên các đường sức từ, từ trường giữa các hành tinh được mở rộng xuyên tâm từ Mặt Trời ra ngoài không gian. Do trường từ ở trên và dưới xích đạo khác nhau về cực hướng vào và hướng ra khỏi Mặt Trời, nên tồn tại một lớp dòng điện mỏng trên mặt phẳng xích đạo được gọi là dải dòng điện nhật quyển (heliospheric current sheet). Ở khoảng cách lớn, sự quay của Mặt Trời xoắn từ trường và dải dòng này thành cấu trúc giống xoắn ốc Archimedes gọi là xoắn ốc Parker. Từ trường giữa các hành tinh mạnh hơn từ trường ở hai cực của Mặt Trời. Từ trường ở hai cực của Mặt Trời 50–400 μT (trong Quang quyển) giảm theo hàm mũ bậc ba của khoảng cách và đạt 0,1 nT ở Trái Đất. Tuy nhiên, theo các thăm dò từ tàu không gian cho thấy từ trường giữa các hành tinh ở vị trí của Trái Đất cao hơn khoảng 100 lần so với con số trên, vào khoảng 5 nT.

Theo các nhà nghiên cứu, không có gì đáng lo ngại từ sự thay đổi lớn sắp xảy ra trên mặt trời. Live Science dẫn lời Phil Scherrer, một nhà vật lý năng lượng mặt trời ở Đại học Stanford, Mỹ nói với Space rằng thế giới sẽ không chấm dứt vào ngày mai chỉ vì mặt trời nổi cơn thịnh nộ. Trong khi đó, các quan chức thuộc Bộ Tư lệnh không gian thuộc Không quân Mỹ tuyên bố mọi thứ đã sẵn sàng để đối phó “cực điểm mặt trời”.

Hiện thế giới đang lo ngại rằng các đợt bão mặt trời ập đến liên tiếp có thể “nướng chín” các mạch điện, dập tắt tín hiệu vô tuyến và biến các vệ tinh trị giá nhiều triệu USD trên quỹ đạo thành mớ sắt vụn.

Từ góc độ con người, ảnh hưởng của sự thay đổi cực từ có khả năng gây tác động nhẹ và chủ yếu mang lại lợi ích. Ví dụ sự đảo chiều cực từ khiến tấm chăn dòng điện, hay còn gọi là nhật quyển (một bề mặt có bán kính hàng tỷ kilomet hướng ra phía ngoài đường xích đạo mặt trời do từ trường gây ra) trở nên gợn sóng.

Hiện tấm chăn dòng điện có tác dụng như một lá chắn tia vũ trụ, làm chúng lệch hướng khi xâm nhập vào phía trong hệ mặt trời. Một tấm chăn dậy sóng, uốn lượn là một lá chắn tốt hơn trước những hạt có năng lượng cao đến từ vũ trụ này. Các tia vũ trụ có thể làm hỏng tàu vũ trụ và làm tổn thương các phi hành gia trên quỹ đạo, những người không được bầu khí quyển trái đất bảo vệ.

Sự sụt giảm mức độ tia vũ trụ có thể gây tác động “tinh tế” đến thời tiết trên trái đất. “Một trong những điều kiện hình thành mây và sét là quá trình ion hóa bởi tia vũ trụ trong bầu khí quyển trái đất. Vì vậy, khi cường độ tia vũ trụ thấp hơn nghĩa là có ít sét hơn xảy ra, làm hạn chế những cơn bão nguy hiểm”, Hoeksema nói.

"Từ trường của mặt trời sẽ yếu đi và trở về giá trị 0, sau đó nó lại xuất hiện một lần nữa với sự phân cực ngược lại, điều này là hoàn toàn bình thường trong chu kỳ mặt trời”, nhà vật lý mặt trời Phil Scherrer nói.

Từ trường mặt trời đảo cực khoảng 11 năm một lần, đó là tín hiệu báo động rằng đã đến giai đoạn đỉnh điểm của hoạt động mặt trời, gọi là “cực điểm mặt trời”. Sự đảo cực sắp tới sẽ đánh dấu điểm mốc chu kỳ mặt trời thứ 24.