Từ trường của Mặt Trời

Hiện nay, từ trường Mặt Trời là một mối quan tâm của các nhà khoa học. Nghiên cứu từ trường giúp ta hiểu sâu hơn các đặc tính của ngôi sao mẹ. Bài viết này sẽ giúp chúng ta hiểu sơ bộ về cách sinh ra từ trường Mặt Trời cũng như mối liên hệ của nó với các hoạt động của Mặt Trời.

Nguyên nhân sinh ra từ trường của Mặt Trời

Hãy bắt đầu từ những gì cấu tạo nên nó!

Vật chất của Mặt Trời ở trạng thái plasma, một trạng thái vật chất giống như khí, trong đó các hạt điện tích và ion đã tách ra, tạo ra một hỗn hợp siêu nóng của các hạt mang điện. Khi các hạt mang điện di chuyển, chúng tạo ra dòng điện và dòng điện đó sinh ra TỪ TRƯỜNG. Ở đây plasma được xử lý bởi một hệ thống các quá trình phức tạp: Các dòng plasma chảy bên trong Mặt Trời được khuấy lên bởi nhiệt lượng khổng lồ do phản ứng tổng hợp hạt nhân ở tâm cộng với sự tự quay của ngôi sao lớn sẽ tạo ra từ trường của Mặt Trời. Hệ thống này được xem như “ cái máy phát điện” tự nhiên của Mặt Trời, thường được gọi là Dynamo Mặt Trời. 

Ảnh hưởng của từ trường Mặt Trời đến các hoạt động của nó

Hệ thống từ trường Mặt Trời điều khiển chu kỳ hoạt động vết đen Mặt Trời khoảng 11 năm (Vết đen Mặt Trời là các khu vực tối trên bề mặt Mặt Trời, có nhiệt độ thấp hơn các khu vực khác trên bề mặt nó). Các nghiên cứu quang phổ chỉ ra rằng từ trường trong một vết đen Mặt Trời điển hình là lớn hơn khoảng 1000 lần so với từ trường trong quang quyển xung quanh, (bản thân nó mạnh hơn từ trường của Trái Đất vài lần). Hơn nữa, các đường từ trường không phải hướng ngẫu nhiên, mà thay vào đó là hướng gần vuông góc với (ngoài hoặc vào) bề mặt Mặt Trời. Các nhà khoa học cho rằng các vết đen mát hơn khu vực xung quanh vì nó có từ trường mạnh một cách bất thường, làm cản trở dòng đối lưu của khí nóng về phía bề mặt của Mặt Trời. Các vết đen thường đi theo cặp và hầu như chúng nằm trên cùng một vĩ độ và chúng có cực từ trái ngược nhau.

Vết đen Mặt Trời là các khu vực tối trên bề mặt Mặt Trời, có nhiệt độ thấp hơn các khu vực khác trên bề mặt nó Trên thực tế, chu kỳ vết đen Mặt Trời là 11 năm, chỉ bằng một nửa của chu kỳ Mặt Trời – khoảng thời gian cần thiết để cả số vết đen trung bình và cực từ tổng thể của Mặt Trời lặp lại. Trong 11 năm đầu tiên của chu kỳ Mặt Trời, trong cùng một bán cầu, những vết đen chủ đạo của các cặp vết có cùng một cực, đồng nghĩa với việc cấu hình từ trường (S-N) giống nhau. Ở bán cầu kia thì cặp vết đen có cầu hình từ trường ngược lại. Qua 11 năm tiếp theo, các cực trong cặp vết đen tiếp tục đổi chỗ cho nhau.

Các nhà thiên văn học nghĩ rằng sự quay không đồng đều của vật chất trên Mặt Trời và sự đối lưu của Mặt Trời gây ra sự dãn, xoắn, gấp khúc đối với đường sức từ. Điều này làm xảy ra quá trình vừa tạo ra vừa khuếch đại từ trường Mặt Trời. Một dự đoán quan trọng của lý thuyết này là từ trường của Mặt Trời sẽ tăng đến cực đại, sau đó giảm xuống 0 và tự đảo cực. Đây được coi là quá trình đảo cực của Mặt Trời.

Từ trường Mặt Trời không chỉ đơn giản như vậy. Nên nhớ rằng bề mặt Mặt trời tựa như một chảo dầu sôi, chúng không hề ổn định và sẽ có những vụ phun trào xảy ra. Các vùng có từ trường mạnh của Mặt Trời là địa điểm lý tưởng của các hoạt động ấy, đồng nghĩa với việc nó gần với các cặp vết đen và có mối liên kết với các vết đen này. 

Tai lửa Mặt Trời (Solar prominences)

Hoạt động đẹp đẽ nhất được cho là Tai lửa Mặt Trời. Chúng có dạng những vòng khí, hoặc tấm khí phát sáng nhô ra và kéo dài từ vùng hoạt động (active region) trên bề mặt. Như ta vừa đề cập ở trên, sự bất ổn định từ trường mạnh trong hoặc gần vệt đen là “thủ phạm” gây ra việc này. Một Tai lửa có phạm vi khoảng 100.000 km, gần gấp 10 lần đường kính của hành tinh Trái Đất. Quá trình này diễn ra rất mạnh mẽ. Nhưng khi điểm phun trào của chúng cao hơn từ trường, chúng nhanh chóng giảm nhiệt độ rồi đổ xuống bề mặt theo các đường sức từ, Tai lửa có thể tồn tại trong vài ngày hoặc vài tuần. 

Pháo sáng (Solar flare)

Thêm một hoạt động nữa có thể nói là dữ dội, mạnh mẽ, tàn bạo gấp bội so với Tai lửa Mặt Trời chính là “Pháo sáng”. Chúng là điển hình của sự phun trào đột ngột các bức xạ năng lượng cường độ cao từ quang quyển. Nhiệt độ trong tâm của pháo sáng có thể đạt 100 triệu K (nóng hơn lõi Mặt Trời rất nhiều lần). Không giống như vật chất bị mắc kẹt tạo nên vòng khí đặc trưng của Tai lửa, những vụ nổ của Pháo sáng kinh hoàng hơn nhiều. Các vụ nổ này giải phóng năng lượng cực kì lớn, lớn đến mức làm cho các vật chất thoát ra khỏi ra khỏi Mặt Trời và bay ra ngoài không gian bao la. Pháo sáng được cho là nguyên nhân gây ra các sóng áp suất bên trong Mặt Trời làm phát sinh dao động bề mặt Mặt Trời. Một thông tin thú vị nữa minh chứng cho nguồn năng lượng khủng khiếp đó là Pháo sáng lớn nhất kéo dài trong vài giờ và đủ để cung cấp năng lượng cho toàn bộ nước Mỹ với tốc độ tiêu thụ điện hiện tại trong 100.000 năm.

Sự phun trào vật chất vành nhật hoa (CME)

Tiếp đến là “Sự phun trào vật chất vành nhật hoa” hay có thể liên tưởng nó như một “bong bóng” vật chất khổng lồ bị từ hóa, bị tách ra khỏi Mặt trời bay vào không gian, và hiển nhiên mang nguồn năng lượng khổng lồ.

 Từ trường của nó sẽ kết nối với từ trường của Trái Đất. Nếu cùng hướng với từ trường Trái Đất thì nó sẽ lướt qua hành tinh của chúng ta và ít gây ảnh hưởng. Nhưng nếu ngược hướng, một sự nhiễu loạn lên từ trường Trái Đất là điều tất yếu xảy ra, có thể kể đến như rối loạn vô tuyến hay mất điện. Bức xạ điện từ của CME còn gây khó dễ cho các phi hành gia hay thậm chí phá hủy các vệ tinh của chúng ta. Khả năng một vụ CME lớn gây ra một cơn bão từ rất mạnh là có thật. Đã có cơn bão từ được ghi nhận là lớn nhất trong lịch sử xảy ra vào năm 1859 và được gọi ‘Siêu bão Mặt Trời 1859″ hay “sự kiện Carrington”. Nó đã phá hủy các hệ thống điện trên khắp châu Âu và Bắc Mỹ. Thêm nữa, dải ánh sáng sặc sỡ vắt ngang qua bầu trời đêm ở Bắc cực và Nam cực cũng có thể do CME này đấy! 

Nguồn ảnh và nội dung tham khảo:
- Nasa.gov
- Sách Astronomy A Beginner's Guide To The Universe

Được tổng hợp và chia sẻ bởi Oanh Oanh, Đức Hoàng, Văn Duy – Ban Học Thuật

Biên tập bởi Nguyễn Gia Khanh – Ban Truyền Thông