Lý giải hiện tượng cực quang kỳ lạ "20 năm mới có một lần" ở Bắc Cực

Cực quang kỳ lạ bao phủ bầu trời Bắc Cực xảy ra hồi cuối năm 2022, một nhà vật lý không gian Nhật Bản cùng các đồng nghiệp đã xác định hiện tượng này là cực quang mưa vùng cực hiếm gặp.

Theo trang National Geographic, các nhà nghiên cứu đã đưa ra những xác nhận khoa học về hiện tượng cực quang hiếm có xảy ra ở Bắc Cực gần hai năm về trước.

Cực quang kỳ lạ trên bầu trời Bắc Cực hồi cuối năm 2022. (Nguồn: Getty Images/National Geographic).

Vào một buổi sáng Giáng sinh trên đảo Svalbard của Na Uy ở Bắc Cực, một ống kính fisheye (ống kính mắt cá - loại ống kính đặc biệt với góc nhìn rộng và đường cong lớn) hướng lên bầu trời đêm xanh và sáng.

Không giống như cực quang phương Bắc điển hình - nơi các cấu trúc mỏng, giống như con rắn dệt bên dưới các chòm sao, cực quang lần này khuếch tán trên bầu trời trong “một tấm chăn” màu xanh gần như đồng nhất.

“Cực quang này hình dạng rất mịn, và cấu trúc chỉ là một mảng màu xanh lục khuếch tán. Nó giống như một chiếc bánh màu xanh lục lớn” - Keisuke Hosokawa, một nhà vật lý không gian tại Đại học Điện tử Truyền thông ở Tokyo (Nhật Bản), cho biết. Hosokawa chưa bao giờ nhìn thấy thứ gì giống như vậy.

Cực quang kỳ lạ bao phủ bầu trời Bắc Cực vào ngày 25 và 26/12/2022. Hiện, trên Tạp chí Science Advances, Hosokawa cùng các đồng nghiệp đã xác định hiện tượng này là cực quang mưa vùng cực hiếm gặp.

Mưa ở Bắc Cực

Cực quang là “sản phẩm” của các electron từ Mặt trời bị giữ lại và gia tốc bởi từ trường của Trái đất. Các electron “chảy ra” từ vầng hào quang của Mặt trời, bầu khí quyển ngoài cùng của nó, hay còn gọi là gió Mặt trời.

Do sự đa dạng của các hạt năng lượng cao của gió Mặt trời, các electron gió Mặt trời thường không đủ năng lượng để tạo ra các cực quang có thể nhìn thấy khi đến Trái đất.

Nhưng một khi chúng bị từ trường của hành tinh giữ lại và kích thích, các electron sẽ tương tác với các nguyên tử trong bầu khí quyển của chúng ta và tạo ra cực quang. Các màn “trình diễn ánh sáng” xuất hiện xung quanh các cực của Trái đất, nhưng hiếm khi xuất hiện trên các chỏm cực.

Ngược lại, cực quang mưa vùng cực được gây ra trực tiếp bởi các electron gió Mặt trời, trong những trường hợp hiếm hoi có rất ít hoặc không có gió Mặt trời.

Sự kiện từ năm 2022 “là một phản ví dụ hấp dẫn, trong đó một chỏm cực dường như chứa đầy các electron đến trực tiếp từ vành nhật hoa của Mặt trời” - David Knudsen, một nhà vật lý tại Đại học Calgary (Canada), không tham gia vào nghiên cứu, cho biết.

“Đây là một hiện tượng cực kỳ bất thường” - ông nói.

Cực quang mưa vùng cực từng được ghi lại trong dữ liệu vệ tinh trước đây, nhưng chưa bao giờ được ghi lại từ các camera mặt đất trên Trái đất.

Một máy ảnh toàn bầu trời ở Longyearbyen (Na Uy) đã ghi lại những hình ảnh về cơn mưa cực quang phủ màu xanh lá kín bầu trời phía trên Bắc Cực. (Nguồn: National Geographic).

Hosokawa có thói quen kiểm tra camera cực quang hằng tuần, nhưng ông chỉ tình cờ phát hiện ra cực quang năm 2022 sau một kỳ nghỉ. Khi xem lại dữ liệu tồn đọng, ông đã phát hiện ra hiện tượng cực quang hiếm có nói trên - như một món quà Giáng sinh muộn.

"Khi nhìn thấy cực quang kỳ lạ đó, tôi chợt nhận ra điều này thật đặc biệt và tôi cần phải làm gì đó. Tôi bắt đầu xem dữ liệu vệ tinh thu được cùng lúc và tôi thấy dấu hiệu của mưa vùng cực," Hosokawa nói.

Một ngày không có gió Mặt trời

Cực quang không chỉ là kết quả trực tiếp của các electron tương đối yếu di chuyển thẳng từ Mặt trời mà còn là ví dụ hiếm hoi về khoảng thời gian 28 giờ gần như không có gió Mặt trời, ngoại trừ các electron từ mưa vùng cực.

Gió Mặt trời liên tục thổi vào Hệ Mặt trời từ vành nhật hoa của Mặt trời, vì vậy, rất bất thường khi thấy nó biến mất hoàn toàn. Hosokawa gọi đây là trải nghiệm "20 năm mới có một lần": Cực quang mưa vùng cực được ghi nhận lần duy nhất trước đó là vào năm 2004, và hiện tượng khi đó chỉ được quan sát từ không gian.

Việc thiếu gió Mặt trời khiến cực quang mưa vùng cực được Hosokawa phát hiện trở nên đặc biệt sáng và do đó, dễ nhìn thấy hơn từ mặt đất. Việc quan sát kép từ mặt đất và không gian là điều cần thiết để hiểu được cả các chi tiết nhỏ và các mô hình quy mô lớn của cực quang.

Vì các electron tạo ra cực quang mưa vùng cực đến trực tiếp từ Mặt trời, chúng hoạt động giống như một cái bóng hoặc dấu ấn của môi trường mà chúng đến.

Hosokawa và các đồng nghiệp của ông hy vọng sẽ sử dụng dữ liệu này để hiểu mối quan hệ giữa các electron đến Trái đất và nơi chúng đến trong bầu khí quyển của Mặt trời.

“Điểm thực sự thú vị của bài báo này là nó cho thấy vẫn còn những điều cơ bản cần được khám phá” - Larry Paxton, đồng tác giả và nhà vật lý thiên văn tại Phòng Thí nghiệm Vật lý Ứng dụng John Hopkins ở Baltimore, Maryland, cho biết.

“Giờ đây, chúng ta có một hệ thống vệ tinh và đài quan sát mặt đất cho phép chúng ta lần đầu tiên nhìn thấy một cách mới mà Mặt trời kết nối với Trái đất”.

• Những hiện tượng lạ của mặt trời xảy ra như phép màu
• Ngắm nhìn 21 bức ảnh về quang cảnh trời đêm đẹp đến ngoạn mục
• Chùm ảnh Bắc Cực quang kỳ ảo chưa từng thấy