Gió Mặt trời là gì?

Dù bạn quan sát Mặt trời lúc bình minh hay hoàng hôn, Mặt trời lúc nào trông cũng tĩnh lặng. Nhưng thực ra, nó gần như liên tục phun trào dữ dội những dòng plasma khổng lồ, nóng bỏng, dòng này chứa các hạt hạ nguyên tử tích điện phát ra từ Mặt trời.

Sau khi di chuyển một khoảng cách nhất định, dòng plasma trở nên giống khí hơn. Khí này có nhiệt độ lên tới 1 triệu độ C và bị thổi đi với tốc độ hàng trăm km/giây, va đập vào mọi hành tinh trên đường đi. Chúng ta gọi những cơn gió này là gió Mặt trời.

Các luồng gió Mặt trời riêng lẻ di chuyển với tốc độ khác nhau. Các luồng gió chậm di chuyển khoảng 300 - 500 km/giây, trong khi các luồng gió mạnh di chuyển với tốc độ nhanh hơn, lên đến 600 - 800 km/giây.

Plasma là gì?

Hydro và helium là hai thành phần chính của gió Mặt trời. Nhiệt lượng sinh ra từ phản ứng tổng hợp hạt nhân các nguyên tử hydro để tạo thành các nguyên tử helium - quá trình cung cấp năng lượng cho lõi Mặt trời - lớn đến mức vật chất của nó không tồn tại ở dạng rắn, lỏng hay khí, mà ở dạng thứ tư, hầu hết mọi người đều chưa quen thuộc: plasma.

Được tiếp thêm năng lượng bởi sức nóng dữ dội, các electron bắt đầu trôi khỏi hạt nhân nguyên tử mà chúng từng quay quanh. Điều đó tạo ra plasma, dạng vật chất gồm hỗn hợp các electron tự do và hạt nhân mà chúng bỏ lại. Cả hai đều mang điện tích, các electron chuyển động mang điện tích âm, các hạt nhân bỏ lại mang điện tích dương

Gió Mặt trời được tạo thành từ plasma, vành nhật hoa (corona) cũng vậy. Là lớp mỏng của khí quyển Mặt trời, vành nhật hoa bắt đầu ở độ cao khoảng 2.100 km so với bề mặt Mặt trời và nhô vào không gian. Vành nhật hoa cực kỳ nóng, nhiệt độ bên trong vành nhật hoa có thể vượt xa 1,1 triệu độ C, nóng hơn hàng trăm lần so với bề mặt của Mặt trời.

Cách bề mặt đó khoảng 32 triệu km, một phần của vành nhật hoa chuyển thành gió Mặt trời. Bên trong vành nhật hoa, các electron và hạt nhân di chuyển khá trật tự. Nhưng khi vượt qua điểm chuyển tiếp đó, các hạt sẽ hoạt động thất thường hơn. Khi thoát khỏi vành nhật hoa, các hạt sẽ bay vào không gian dưới dạng gió Mặt trời.

Theo nhà vật lý mặt trời Craig DeForest, lý do khiến plasma trở nên giống khí là khi nó di chuyển ngày càng xa nguồn, cường độ từ trường của nó giảm dần và bắt đầu hoạt động giống như chất khí, thay vì giống plasma có cấu trúc từ tính. Vì lẽ đó, cho dù một cơn gió Mặt trời có di chuyển nhanh đến đâu khi chào tạm biệt vành nhật hoa, cuối cùng nó cũng sẽ chậm lại.

Sự khác biệt gió Mặt trời với bão Mặt trời

Không nên nhầm lẫn gió Mặt trời với bão Mặt trời hay phun trào khối vành nhật hoa (CME). Theo NASA, bão Mặt trời là vụ bùng phát bức xạ dữ dội từ sự giải phóng năng lượng từ trường liên quan đến vết đen Mặt trời. Vụ nổ đặc trưng của bão Mặt trời được xem là vụ nổ mạnh nhất trong hệ Mặt trời, tương đương hàng trăm triệu quả bom khinh khí. Chúng được nhận biết bằng sự xuất hiện các đốm sáng trên bầu khí quyển của Mặt trời.

Mặc dù là vụ nổ có cường độ đáng báo động, nhưng bão Mặt trời không gây ảnh hưởng lớn đến chúng ta, vì vật chất của Mặt trời được giải phóng, dần dần lan rộng và trở nên thưa thớt hơn. Từ trường Trái đất sau đó che chắn, bảo vệ chúng ta khỏi cơn thịnh nộ của hiện tượng Mặt trời này. Tuy nhiên, hiện tượng mà từ trường Trái đất thường không bảo vệ được chúng ta là các vụ phun trào khối vành nhật hoa (CME).

Phun trào khối vành nhật hoa (CME) là các vụ phun trào đột ngột, dữ dội hàng tỉ tấn plasma từ vành nhật hoa hay bầu khí quyển Mặt trời. Vành nhật hoa được cấu trúc bởi từ trường cực mạnh, tồn tại trong các vòng lặp phức tạp. Khi các vòng lặp xoắn và kết nối lại (còn gọi là “ngắn mạch”), các bong bóng plasma khổng lồ và lượng năng lượng từ trường cực lớn sẽ được giải phóng.

Năng lượng này làm tăng tốc vật chất lên tới vài triệu km/giờ. Không giống như vật chất được giải phóng trong một đợt bùng phát, CME dày đặc đến mức, thay vì bị lệch hướng, chúng xuyên qua từ trường Trái đất, gây ra bão địa từ, sự nhiễu loạn lớn đến mức không chỉ gây hư hại cho các vệ tinh trên không gian mà còn cả các thiết bị điện tử trên Trái đất.

Sau một cú va chạm cực lớn, từ trường Trái đất bị suy yếu nghiêm trọng trong 6-12 giờ, trong thời gian đó, phần Trái đất có ánh sáng mặt trời có thể bị mất điện, mất sóng vô tuyến và cực quang rực rỡ, kéo dài tới vài giờ! Từ trường Trái đất có thể mất vài ngày để phục hồi hoàn toàn.

Tác động của gió Mặt trời đến Trái đất

Tác động của gió Mặt trời đến Trái đất rất thú vị. Các cơn gió mạnh của Mặt trời khiến vệ tinh, hệ thống định vị toàn cầu (GPS), hệ thống truyền tải điện chúng ta đang sử dụng có thể bị nhiễu, dẫn đến đưa ra kết quả có thể sai lệch.

Nhưng gió Mặt trời cũng là động lực đằng sau màn trình diễn ánh sáng lung linh tuyệt đẹp trên bầu trời Bắc cực, thường gọi là cực quang phương Bắc (aurora borealis) và cả hiện tượng cực quang phương Nam (aurora australis) ấn tượng không kém.

Trái đất có một từ trường với hai cực nằm phía trên vùng Bắc Cực và Nam Cực. Khi gió Mặt trời tiếp xúc với từ trường này, các hạt tích điện của nó bị đẩy về phía hai khu vực đó. Các nguyên tử trong khí quyển Trái đất được tích điện sau khi tiếp xúc với gió Mặt trời. Năng lượng này được kích hoạt, tạo ra hiện tượng cực quang với các dải ánh sáng đẹp lung linh tuyệt vời.