Cực quang – vẻ đẹp kì ảo của tạo hoá

Khi bạn cắm trại gần biên giới của Mỹ và Canada, bạn sẽ có thời cơ được thấy những dải sáng chạy ngang khung trời, bùng cháy rực rỡ đầy sắc tố. Đôi khi trông chúng như những dải ruy-băng bay phấp phới trên khung trời với đủ những màu xanh, đỏ, xanh lá hay toàn bộ những màu đó. Nó được gọi là Aurora Borealis, hay ngắn gọn hơn là Aurora – cực quang .

 

Quan niệm về cực quang khác nhau tuỳ theo những bộ tộc. Người Vikings nghĩ rằng cực quang là sự phản chiếu chiếc áo giáp của Nữ thần cuộc chiến tranh Valkyries trong thần thoại cổ xưa Bắc Âu. Còn người Eskimos ở Greenland thì lại cho rằng cực quang có tương quan tới cái chết. Theo người Indians ở Bắc Mỹ, cực quang là ánh sáng từ những đám lửa trại ở phía xa về phương Bắc. Vào thời Trung cổ, cực quang báo hiệu điềm xấu về cuộc chiến tranh hoặc dịch bệnh, ví dụ như bệnh dịch hạch. Ngày nay, với sự tăng trưởng của khoa học, tất cả chúng ta biết rằng cực quang là hiện tượng kỳ lạ ánh sáng xảy ra do những phân tử nguồn năng lượng cao từ những cơn gió Mặt trời tương tác với từ trường Trái Đất. Dù sao thì, những kỹ năng và kiến thức khoa học khô khan không làm cho người ta hết trầm trồ vì vẻ đẹp của nó .

Vì cực quang được sinh ra do tương tác của những cơn gió Mặt trời với từ trường Trái Đất, nên bạn hoàn toàn có thể quan sát cực quang thuận tiện ở những vùng gần hai cực, cả cực Bắc và cực Nam của Trái Đất. Ở phía Bắc, người ta gọi cực quang là Aurora Borealis, tức là Ánh sáng phương Bắc. Aurora là tên của nữ thần Rạng đông, còn “ boreal ” có nghĩa là “ phía Bắc ” trong tiếng Latin. Ở bán cầu Nam, cực quang được gọi là Aurora australis ( theo tiếng Latin có nghĩa là “ phía nam ” ) .

Hiện tượng cực quang xảy ra theo chu kỳ luân hồi của mặt trời và thường xảy ra vào cuối mùa thu và đầu mùa xuân ( tất cả chúng ta hoàn toàn có thể quan sát hiện tượng kỳ lạ này nhiều hơn vào tháng 10, tháng 2 hoặc tháng 3 ). Xung quanh vòng cực Bắc ( vĩ độ 66 độ 33 phút Bắc ) ở Bắc Na-uy và Alaska, bạn hoàn toàn có thể quan sát được cực quang hầu hết tổng thể những buổi tối. Về phía Nam, tần suất Open cực quang giảm dần. Tại phía Nam của Alaska, Nam Na-uy, Scotland và Vương quốc Anh, cực quang hoàn toàn có thể Open từ 01 đến 10 lần mỗi tháng. Gần biên giới Mỹ – Canada, bạn hoàn toàn có thể quan sát cực quang 2 đến 4 lần mỗi năm. Và, chỉ một đến hai lần mỗi thế kỉ, cực quang sẽ Open tại Nam Mỹ, Mexico và vùng gần xích đạo .

Cực quang trông như thế nào?

Như đã nói ở trên, hình ảnh của cực quang rất phong phú. Có thể là những dải sáng tỏa nắng rực rỡ màu da cam hay màu đỏ ở đường chân trời – giống như khi mặt trời lặn vậy, đôi lúc người ta nhầm chúng như những ánh lửa ở phía xa như người Indians đã nghĩ. Thỉnh thoảng, cực quang trông như những chiếc rèm cửa hay dải ruy-băng lượn sóng suốt buổi đêm .

Về sắc tố, cực quang hoàn toàn có thể có màu xanh lá, màu đỏ, màu xanh nước biển hoặc là tổng hợp của tổng thể những màu trên. Và khi nhìn vào sắc tố tất cả chúng ta hoàn toàn có thể đoán được độ cao sinh ra dải cực quang tương ứng :

Màu xanh nước biển : dưới 120 km ( 72 dặm ) .

Màu xanh lá cây : 120 đến 180 km ( 72 đến 108 dặm ) .

Màu đỏ : trên 180 km ( 108 dặm ) .

Cá biệt, sau một chu kỳ luân hồi hoạt động giải trí mạnh của mặt trời, màu đỏ hoàn toàn có thể Open ở những dải cực quang có độ cao từ 90 đến 100 km ( 54 đến 60 dặm ) .

Ion oxy sẽ phát ra ánh sáng đỏ và vàng. Ion nitơ sẽ phát ra ánh sáng đỏ, xanh da trời và tím. Còn màu xanh lá cây sẽ Open tại nơi mà có cả ion oxy và nitơ. Chúng ta quan sát được những màu khác nhau tại những độ cao khác nhau là do sự đổi khác nồng độ những khí theo độ cao .

Độ sáng của cực quang rất biến hóa. Người ta thường chia độ sáng của cực quang từ 0 ( mờ nhạt ) đến độ 4 ( rất sáng ). Ngoài ra, tất cả chúng ta cần chăm sóc đến thời hạn, ngày tháng, vĩ độ và sắc tố của cực quang trên khung trời. Những thông tin này rất có ích cho những nhà thiên văn học, những nhà vật lý học thiên thể và những nhà nghiên cứu về Trái đất để theo dõi hoạt động giải trí của cực quang, từ đó hiểu thêm về từ trường của Trái đất cũng như sự đổi khác của nó theo thời hạn .

Vì từ trường của Trái đất có ba chiều, nên cực quang Open trông như một chiếc nhẫn bao quanh cực. Điều này được quan sát rõ nhất trên vệ tinh, từ trạm Vũ trụ Quốc tế ISS và tàu con thoi. Tuy nhiên, chiếc nhẫn này lại không hoàn hảo, vì từ trường Trái đất bị bẻ cong do hoạt động giải trí của gió Mặt trời .

Còn về size, chiếc nhẫn cực quang này có kích cỡ rất phong phú. Người ta hoàn toàn có thể quan sát cực quang từ Nam Mỹ, nhưng không nhiều bằng những nơi khác. Thông thường, cực quang ở gần vị trí hai cực hơn. Và chúng còn Open thành đôi : khi quan sát được cực quang tại phía Bắc – aurora borealis, tất cả chúng ta cũng hoàn toàn có thể thấy được một dải cực quang tại phía Nam – aurora australis tại bán cầu Nam. Trong phần tiếp theo chúng tôi sẽ lý giải tại sao .

Phải chăng hiện tượng cực quang chỉ xảy ra trên Trái đất?

 

Bởi vì cực quang xảy ra do sự tương tác giữa những cơn gió Mặt trời và từ trường của một hành tinh, nên một câu hỏi được đặt ra là : cực quang có xảy ra ở những hành tinh khác hay không ? Để xảy ra hiện tượng kỳ lạ cực quang, tất cả chúng ta cần có :

– Bức xạ và những cơn gió Mặt trời để phân phối nguồn năng lượng và những phân tử để tương tác với từ trường của hành tinh .

– Từ trường của hành tinh : để “ bẫy ” những hạt mang nguồn năng lượng trong khoảng trống .

– Khí quyển của hành tinh cần có những đám khí ion để tương tác với hạt mang nguồn năng lượng, qua đó chúng được kích thích và phát ra nguồn năng lượng dưới dạng những tia sáng .

Với những điều kiện kèm theo như trên, tất cả chúng ta đã quan sát được cực quang trên sao Mộc và sao Thổ. Cả 2 hành tinh này đều có từ trường rất mạnh và bầu khí quyển chứa đầy khí ion, hầu hết là khí hidro và heli. Kính viễn vọng Hubble đã chụp được ảnh cực quang ở sao Mộc, và tàu thăm dò Cassini trên quỹ đạo sao Thổ đã ghi lại hình ảnh cực quang trên hành tinh này .

Cái gì tạo nên hiện tượng cực quang?

Hiện tượng cực quang chính là dẫn chứng về mối liên hệ giữa Trái đất và Mặt trời. Tần số Open cực quang tỉ lệ với tần số hoạt động giải trí của Mặt trời cũng như chu kì hoạt động giải trí 11 năm của nó .

Trong hoạt động giải trí bên trong mặt trời, những phản ứng nhiệt hạch sinh ra nguồn năng lượng nhiệt, chúng còn sinh ra những hạt mang nguồn năng lượng cao ( những ion, electron, proton, neutrino ) và những tia phóng xạ trong gió mặt trời. Khi mặt trời hoạt động giải trí mạnh, ta hoàn toàn có thể quan sát được qua kính viễn vọng hình ảnh những ánh lửa bùng phát trên mặt phẳng mặt trời mà người ta gọi là “ tai lửa Mặt trời ”. Từ đây những hạt mang nguồn năng lượng được bắn vào thiên hà và đi khắp nơi trong Mặt trời. Khi bắn vào Trái đất, chúng tương tác với từ trường .

Hai cực của từ trường Trái đất gần với hai cực địa lý của nó (hai cực địa lý là nơi trục Trái đất đi qua và Trái đất quay xung quanh trục này, khác với hai cực của từ trường Trái đất). Các nhà khoa học tin rằng lượng sắt nóng chảy trong lòng Trái đất chính là nguyên nhân gây nên từ trường này. Từ trường Trái đất bị bóp méo đi bởi sự hoạt động của gió mặt trời, tạo nên sự nén lại ở mặt đối diện với Mặt trời (bow shock) và sự kéo giãn ra ở bên đối diện (magnetotail). Gió mặt trời đã mở ra một khe hở trong từ trường tại polar cusps. Polar cusps có thể được tìm thấy tại mặt đối diện với mặt trời của từ trường Trái đất. Vậy sau đó thì cái gì diễn ra?

1. Khi những hạt mang nguồn năng lượng từ Mặt trời bắn tới Trái đất, chúng đi dọc theo những đường sức từ .

2. Một vài hạt bị làm lệch hướng đi, số khác thì tương tác với từ trường Trái đất, tạo nên dòng điện và liên tục đi về phía 2 cực – đây là nguyên do tại sao cực quang thường xảy ra đồng thời ở cả hai bán cầu ( dòng điện này được đặt tên là Birkeland sau khi Kristian Birkeland, nhà vật lý người Na-uy tìm ra nó ) .

3. Khi một hạt mang điện đi qua từ trường, nó sẽ sinh ra dòng điện. Dòng điện này có hướng đi vào khí quyển, nó sẽ tích nhiều nguồn năng lượng hơn. Khi chúng tương tác với tầng ion của Trái đất chúng sẽ truyền nguồn năng lượng cho những hạt mang điện ở đây .

4. Các hạt này va chạm với ion oxy và nitơ và truyền nguồn năng lượng của chúng cho những ion này .

5. Việc hấp thụ nguồn năng lượng từ những hạt này làm cho những electron của ion oxy và nitơ chuyển sang trạng thái kích thích mang nguồn năng lượng cao hơn .

6. Khi những ion chuyển sang trạng thái nghỉ, những electrons của oxy và nitơ quay trở về những orbital bắt đầu, đồng thời giải phóng ra nguồn năng lượng dưới dạng những tia sáng. Và những tia sáng này tạo nên hiện tượng kỳ lạ cực quang với những sắc tố khác nhau từ những ion khác nhau .

Vậy làm thế nào người ta tìm được nguyên nhân sinh ra cực quang?

Năm 1895, nhà vật lý người Na-uy Kristian Birkeland đã tâm lý về câu hỏi cái gì tạo nên cực quang. Birkeland tin rằng cực quang là do những electron từ mặt trời tác động ảnh hưởng với từ trường Trái đất. Ông đã làm một thí nghiệm, sử dụng một nam châm hút hình cầu ( terrella ) đặt trong phòng chân không cùng với một súng bắn electron. Khi kích hoạt súng bắn, electron tương tác với từ trường của nam châm từ và cực quang “ tự tạo ” Open. Điều này khẳng định chắc chắn giả thiết của ông .

 

Cực quang nhân tạo của Birkeland không có hình dạng giống chiếc nhẫn tròn. Điều này được một sinh viên Nhật Bản tên Shun-ichi Akasofu Dự kiến vào năm 1964. Ông đã kiểm tra kĩ lưỡng những bức ảnh chụp cực quang và đưa ra Kết luận rằng những cực quang có dạng chiếc nhẫn. Vậy tại sao cực quang được Birkeland tạo ra lại không có hình dạng giống như vậy ? Birkeland nghĩ rằng những electron kích thích ion nitơ và oxy đến trực tiếp từ Mặt trời. Chỉ khi mở màn sử dụng vệ tinh để nghiên cứu và điều tra cực quang và từ trường xung quanh những hành tinh, những nhà khoa học mới đưa ra giả thiết rằng những electron này thuộc về tầng từ trường của Trái đất, nguồn năng lượng được mang tới từ những hạt phóng ra từ Mặt trời, và những giám sát đã cho thấy giả thiết này là trọn vẹn hài hòa và hợp lý .

Source: https://www.lesabeilles.biz
Category: Du lịch