Muôn màu cực quang

Cực quang thắp sáng bầu trời đêm Kirkjufell, một ngọn núi ở Iceland. Ảnh: Babak Tafreshi

Nhưng gần đây, mọi người có thể quan sát chúng nhiều hơn và ở những nơi không ngờ tới.

Galileo đã đặt ra thuật ngữ Cực quang vào năm 1619, đề cập đến nữ thần bình minh của người La Mã, vì lầm tưởng đó là sự phản chiếu của ánh sáng Mặt trời từ bầu khí quyển.

Trên thực tế, Bắc cực quang và Nam cực quang được tạo thành do sự tương tác của các chất khí trong bầu khí quyển của Trái đất với gió Mặt trời: Một luồng hạt điện tích ion giải phóng từ vùng thượng quyển của Mặt trời.

Khi gió Mặt trời đến Trái đất, nó va chạm với từ trường của hành tinh, tạo ra các dòng hạt tích điện chảy về phía cực. Một số ion bị mắc kẹt trong lớp khí quyển gọi là tầng điện ly, nơi chúng va chạm với các nguyên tử khí, chủ yếu là oxy, nitơ và “kích thích” chúng bằng năng lượng bổ sung. Sau đó được giải phóng dưới dạng “hạt ánh sáng” hoặc photon.

Nhiều sắc màu

Cho dù quan sát chúng bao nhiêu lần, ánh sáng vùng cực hay Bắc cực quang và Nam cực quang, luôn tạo nên cảnh tượng tuyệt vời. Chúng thầm lặng nhảy múa trên bầu khí quyển của Trái đất, tạo thành những dải ánh sáng xanh lục và đỏ, đôi khi là cả ánh sáng xanh lam và tím. Cực quang thường xuất hiện ở các vùng cực và cận cực, nhưng gần đây có thể quan sát chúng ở các vĩ độ thấp hơn như ở Florida và Anh. Người dân Mỹ cũng nhìn thấy chúng thường xuyên hơn.

Màu sắc của cực quang cung cấp thông tin về nơi nó xuất hiện và loại khí tạo ra chúng. Ví dụ, phải mất gần 2 phút để một nguyên tử oxy bị kích thích phát ra một photon màu đỏ.

Nếu một nguyên tử va chạm với một nguyên tử khác trong thời gian này, nó có thể làm gián đoạn hoặc dừng quá trình. Do đó, khi quan sát được cực quang màu đỏ, chúng có thể ở tầng điện ly cao nhất, khoảng 240km so với mực nước biển, nơi các nguyên tử oxy với số lượng nhỏ, ít có khả năng tương tác với nhau hơn.

Ngược lại, các photon màu lục được phát ra chưa đầy một giây, thường xuất hiện ở những phần có mật độ vừa phải của khí quyển, cách bề mặt Trái đất từ 100 đến 240 km. Ở bầu khí quyển thấp hơn, cách bề mặt Trái đất gần 100km, có thể quan sát được tông màu có xu hướng tím, hỗn hợp của ánh sáng đỏ và xanh lam, màu sắc đặc trưng của phân tử nitơ.

Quan sát ở đâu?

Cực quang ở Cổng Bắc Cực, Công viên Quốc gia Cực Bắc của Hoa Kỳ. Ảnh: Katie Orlinsky

Cực quang có thể quan sát được ở tất cả các hành tinh trong Hệ Mặt trời (trừ sao Thủy), ngay cả nơi từ trường rất yếu hoặc không tồn tại như sao Kim và sao Hỏa.

Chúng thậm chí còn được phát hiện trên một “hành tinh lang thang” khổng lồ cách Trái đất 20 năm ánh sáng. Các phi hành gia đã chụp được những bức ảnh và video ngoạn mục về cực quang của Trái đất từ Trạm Vũ trụ quốc tế.

Đối với Trái đất, những nơi tốt nhất để xem cực quang là trong “vùng cực quang”, nằm giữa vĩ độ 60 và 75 độ, cả phía Bắc và phía Nam. Bạn sẽ có cơ hội quan sát cực quang tốt hơn nếu bạn đang ở nơi nằm trong khoảng vĩ độ 65 đến 70 độ.

Địa điểm lý tưởng để quan sát cực quang là bầu trời tối, quang đãng, tránh xa ô nhiễm ánh sáng. Ở Nam bán cầu, thường là Nam Cực, Tasmania hoặc miền Nam New Zealand vào mùa Thu hoặc mùa Đông. Phía Bắc của đường xích đạo như Fairbanks ở Alaska, Churchill ở Manitoba (Canada), Lapland ở phía Bắc Thụy Điển và Phần Lan và Tromsø ở Na Uy.

Thường xuất hiện khi nào?

Cực quang chiếu sáng Reine, một làng chài ở quần đảo Lofoten của Na Uy. Ảnh: Rieger Bertrand

Cực quang có quan hệ mật thiết với hoạt động của Vết đen Mặt trời. Mặt trời mất 27 ngày để quay quanh trục và đây là thời gian cần thiết để Vết đen Mặt trời hình thành cực quang. Do đó, việc đếm số ngày kể từ lần xuất hiện cuối cùng của cực quang là một phương pháp tốt để dự đoán lần xuất hiện tiếp theo.

Một số năm, cực quang xuất hiện nhiều hơn. Hoạt động của Vết đen Mặt trời dao động theo chu kỳ 11 năm, đỉnh hoạt động gần đây nhất bắt đầu từ năm 2019 và sẽ đạt đỉnh vào năm 2024 hoặc 2025.

Hoạt động của Vết đen Mặt trời gia tăng cũng giải thích tại sao đôi khi có thể quan sát được cực quang ở những vùng mà chúng thường rất hiếm. Hoạt động này dẫn đến khả năng xảy ra các cơn bão Mặt trời mạnh tăng cao, có thể phóng ra các hạt và bức xạ điện từ về phía Trái đất. Khi chúng tiếp xúc bầu khí quyển, bầu khí quyển tràn ngập hạt đến nỗi vùng cực quang mở rộng ra xa hơn giới hạn bình thường.

Điều này xảy ra gần đây, vào đầu năm 2023, khi các cơn bão Mặt trời gây ra cực quang có thể nhìn thấy ở những nơi xa xôi như Arizona và Anh. Bên cạnh những cảnh tượng rực rỡ mà chúng gây ra, những cơn bão Mặt trời này cũng ảnh hưởng đến lưới điện và hệ thống GPS.

Chu kỳ Vết đen Mặt trời hoạt động mạnh nhất cũng không bằng cơn bão Mặt trời lớn nhất từng được ghi nhận. Vào ngày 1 tháng 9 năm 1859, các nhà thiên văn học đã quan sát được số lượng ngày càng tăng của các vết đen trên bề mặt Trái đất khi một ngọn lửa Mặt trời bùng phát về phía Trái đất, tạo ra cực quang rực rỡ ở phía Nam như Cuba và Santiago, Chile ở phía Bắc.

Một số nhà quan sát, những người chưa từng nhìn thấy cực quang trước đây, tin rằng những ánh sáng rực rỡ này thông báo về ngày tận thế hoặc “dường như có một ngọn lửa khổng lồ trên Trái đất phản chiếu ngọn lửa của nó trên bầu trời”.

Theo Nationalgeographic.fr

Nguyệt Minh