Bắc cực quang (aurora borealis): Chúng là gì và làm thế nào để nhìn thấy chúng?

Bắc cực quang là một hiện tượng khí quyển được coi là Chén Thánh của việc quan sát bầu trời. Hiện tượng bắc cực quang (aurora borealis) là những làn sóng ánh sáng nhảy múa tuyệt đẹp đã làm say đắm con người trong nhiều thiên niên kỷ. Nhưng với tất cả vẻ đẹp của nó, màn trình diễn ánh sáng ngoạn mục này là một sự kiện khá bạo lực. Các hạt năng lượng từ mặt trời lao vào bầu khí quyển phía trên của Trái đất với tốc độ lên tới 45 triệu dặm / giờ (72 triệu kph), nhưng từ trường của hành tinh chúng ta bảo vệ chúng ta khỏi sự tấn công dữ dội. Khi từ trường của Trái đất chuyển hướng các hạt về phía các cực — cũng có những ánh sáng phía nam mà bạn có thể đọc bên dưới — quá trình kịch tính biến thành một hiện tượng khí quyển điện ảnh làm lóa mắt và mê hoặc các nhà khoa học cũng như những người quan sát bầu trời.

 

Lịch sử của Bắc cực quang

Mặc dù chính nhà thiên văn học người Ý Galileo Galilei đã đặt ra cái tên “bắc cực quang” vào năm 1619 theo tên của nữ thần bình minh La Mã – Aurora, và vị thần gió bắc của Hy Lạp – Boreas. Nhưng ghi chép sớm nhất về cực quang được cho là vào khoảng 30.000 năm trước. bức tranh hang động một năm tuổi ở Pháp.
 
Kể từ thời điểm đó, các nền văn minh trên khắp thế giới đã kinh ngạc trước hiện tượng thiên thể này, gán cho đủ loại huyền thoại về nguồn gốc của những ánh sáng nhảy múa. Một truyền thuyết của người Inuit ở Bắc Mỹ gợi ý rằng bắc cực quang là những linh hồn chơi bóng với đầu hải mã, trong khi người Viking cho rằng hiện tượng này là ánh sáng phản chiếu từ áo giáp của Valkyrie, những thiếu nữ siêu nhiên đã đưa các chiến binh sang thế giới bên kia .
 
Các nhà thiên văn học đầu tiên cũng đề cập đến cực quang trong hồ sơ của họ. Ví dụ, một nhà thiên văn học hoàng gia dưới thời Vua Nebuchadnezzar II của Babylon đã ghi lại báo cáo của ông về hiện tượng này trên một tấm bảng có niên đại từ năm 567 TCN, trong khi một báo cáo của Trung Quốc từ năm 193 TCN. cũng ghi nhận cực quang, theo NASA.
 
Khoa học đằng sau cực quang không được lý thuyết hóa cho đến đầu thế kỷ 20. Nhà khoa học Na Uy Kristian Birkeland đã đề xuất rằng các electron phát ra từ các vết đen của Mặt trời đã tạo ra ánh sáng trong khí quyển sau khi được dẫn hướng về các cực bởi từ trường của Trái đất. Lý thuyết cuối cùng đã được chứng minh là đúng, nhưng không lâu sau cái chết của Birkeland năm 1917.
 
Bắc Cực Quang Từ Trái đất
Cực quang màu xanh lá chanh phát sáng phía trên ánh đèn thành phố của Trái đất trong góc nhìn này từ Trạm Vũ trụ Quốc tế. Vào thời điểm bức ảnh này được chụp, trạm vũ trụ đang quay quanh quỹ đạo khoảng 258 dặm (415 km) phía trên Nga và Ukraine. Một phần mảng năng lượng mặt trời của trạm vũ trụ có thể nhìn thấy ở góc trên cùng bên trái của hình ảnh. (nguồn ảnh: NASA)

Bắc Cực Quang là gì

Tại bất kỳ thời điểm nào, mặt trời đẩy các hạt tích điện từ nhật hoa của nó, hoặc bầu khí quyển phía trên, tạo ra cái gọi là gió mặt trời. Khi luồng gió đó thổi vào tầng điện ly của Trái đất, hay tầng khí quyển phía trên, cực quang được sinh ra. Ở Bắc bán cầu, hiện tượng này được gọi là cực quang phía bắc (aurora borealis), trong khi ở Nam bán cầu, nó được gọi là cực quang phía nam (aurora australis).
 
Nhà thiên văn học Billy Teets, giám đốc Đài quan sát Dyer tại Đại học Vanderbilt ở Nashville, Tennessee, cho biết: “Những hạt này bị từ trường của hành tinh chúng ta làm lệch hướng về các cực của Trái đất và tương tác với bầu khí quyển của chúng ta, tích tụ năng lượng và khiến bầu khí quyển phát huỳnh quang”.
 
Màu sắc tươi sáng của cực quang được quyết định bởi thành phần hóa học của bầu khí quyển Trái đất.
 
“Mọi loại nguyên tử hoặc phân tử, cho dù đó là nguyên tử hydro hay phân tử như carbon dioxide, đều hấp thụ và phát ra bộ màu độc đáo của riêng nó, tương tự như cách mỗi người có một bộ dấu vân tay riêng”, Teets nói với Space.com . “Một số màu chủ đạo được nhìn thấy trong cực quang là màu đỏ, màu được tạo ra bởi các phân tử nitơ và màu xanh lá cây, được tạo ra bởi các phân tử oxy.”
 
Trong khi gió mặt trời không đổi, lượng khí thải của mặt trời trải qua chu kỳ hoạt động khoảng 11 năm. Đôi khi có một thời gian tạm lắng, nhưng những lúc khác, có những cơn bão lớn bắn phá Trái đất với lượng năng lượng cực lớn. Đây là khi đèn phía bắc sáng nhất và thường xuyên nhất. Theo Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Hoa Kỳ (mở trong tab mới) (NOAA), lần hoạt động cực đại gần đây nhất xảy ra vào năm 2014, đặt lần tiếp theo vào khoảng năm 2025.
 
Mặc dù có nhiều tiến bộ trong vật lý thiên văn và khoa học khí quyển, nhưng phần lớn về cực quang vẫn còn là một bí ẩn. Ví dụ: các nhà nghiên cứu không hoàn toàn chắc chắn làm thế nào các hạt tích điện trong gió mặt trời được tăng tốc đến tốc độ phi thường của chúng (45 triệu dặm/giờ) cho đến tháng 6 năm 2021, khi một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications(opens in new tab) xác nhận rằng một hiện tượng gọi là sóng Alfvén đã tạo ra lực đẩy cho các hạt. Sóng Alfvén là những gợn sóng tần số thấp nhưng mạnh mẽ xảy ra trong plasma do lực điện từ; các electron tạo ra cực quang “lướt sóng” dọc theo các sóng này trong bầu khí quyển của Trái đất, tăng tốc nhanh chóng.
 
NASA cũng đang tìm kiếm manh mối về cách thức hoạt động của cực quang. Vào năm 2018, cơ quan vũ trụ đã phóng Tàu thăm dò Mặt trời Parker, hiện đang quay quanh mặt trời và cuối cùng sẽ đến đủ gần để “chạm” vào vành nhật hoa. Khi ở đó, tàu vũ trụ sẽ thu thập thông tin có thể tiết lộ thêm về cực quang.
 
Bắc Cực Quang

Bắc cực quang, nam cực quang và Steve

Trên Trái đất, đối trọng của ánh sáng phía bắc ở Nam bán cầu là ánh sáng phía nam — chúng giống nhau về mặt vật lý và chỉ khác nhau về vị trí. Do đó, các nhà khoa học mong đợi chúng xảy ra đồng thời trong một cơn bão mặt trời, nhưng đôi khi sự khởi đầu của cái này lại chậm hơn cái kia.
 
Steven Petrinec, nhà vật lý tại công ty hàng không vũ trụ Lockheed Martin, người chuyên về vật lý từ quyển và nhật quyển, cho biết: “Một trong những khía cạnh thách thức hơn của cực quang ban đêm liên quan đến việc so sánh bắc cực quang(Aurora Borealis) với Nam cực quang (Aurora Australis).
 
“Trong khi một số phát xạ cực quang xảy ra ở cả hai bán cầu vào cùng một thời điểm từ tính cục bộ, thì các phát xạ khác lại xuất hiện ở các khu vực đối nghịch nhau ở hai bán cầu vào những thời điểm khác nhau — ví dụ: trước nửa đêm ở Bắc bán cầu và sau nửa đêm ở Nam bán cầu,” Petrinec nói với Space.com.
 
Sự bất đối xứng ở bán cầu của cực quang một phần là do từ trường của mặt trời cản trở từ trường của Trái đất, nhưng nghiên cứu về hiện tượng này vẫn đang được tiến hành.
 
Một hiện tượng giống như cực quang khác trên Trái đất là STEVE (“Tăng cường tốc độ phát xạ nhiệt mạnh”). Giống như bắc và nam cực quang, STEVE là một hiện tượng khí quyển phát sáng, nhưng nó trông hơi khác so với các đối tác cực quang nhấp nhô của nó. Petrinec cho biết: “Những khí thải này xuất hiện dưới dạng một vòng cung hẹp và khác biệt, thường có màu tím và thường bao gồm cấu trúc hàng rào cọc rào màu xanh lá cây di chuyển chậm về phía tây.
 
STEVE cũng có thể nhìn thấy từ các vĩ độ thấp hơn, gần xích đạo hơn so với cực quang.
 
Một nghiên cứu năm 2019 được công bố trên tạp chí Geophysical Research Lettersmđã phát hiện ra rằng STEVE là kết quả của hai cơ chế: Các vệt màu hoa cà là do sự đốt nóng của các hạt tích điện trong tầng khí quyển phía trên, trong khi cấu trúc hàng rào cọc rào là kết quả của electron rơi vào khí quyển. Quá trình thứ hai là cùng một động lực của cực quang, khiến STEVE trở thành một loại cực quang lai đặc biệt.

Cực quang trên các hành tinh khác

Cực quang cũng xảy ra trên các hành tinh khác — tất cả những gì cần thiết để tạo ra cực quang là bầu khí quyển và từ trường.
 
“Cực quang đã được nhìn thấy trong bầu khí quyển của tất cả các hành tinh khí khổng lồ, điều này không có gì đáng ngạc nhiên, vì những hành tinh này đều có từ trường mạnh”, Jeff Regester, giảng viên vật lý và thiên văn học tại Đại học High Point ở Bắc Carolina, cho biết. “Ngạc nhiên hơn, cực quang cũng đã được phát hiện trên cả sao Kim và sao Hỏa, cả hai đều có từ trường rất yếu.”
 
Thật vậy, các nhà khoa học đã lập danh mục ba loại cực quang sao Hỏa khác nhau. Một cái chỉ xảy ra vào ban ngày của hành tinh, một cái khác là đặc điểm phổ biến vào ban đêm được thúc đẩy bởi những cơn bão mặt trời mạnh và một cái khác là hiện tượng ban đêm loang lổ hơn nhiều.
 
Tàu quỹ đạo Hope Mars, sứ mệnh liên hành tinh đầu tiên của Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất, đã chụp được cực quang ban đêm rời rạc ngay sau khi đến Hành tinh Đỏ vào đầu năm 2021. Các quan sát của tàu thăm dò có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về hiện tượng bí ẩn này.
 
Từ trường của sao Mộc mạnh hơn Trái đất 20.000 lần, vì vậy cực quang của hành tinh khổng lồ sáng hơn nhiều so với cực quang trên bầu trời của chúng ta. Và ánh sáng của sao Mộc không chỉ được điều khiển bởi gió mặt trời: Hầu hết các hạt gây ra cực quang của hành tinh đều bị thổi bay vào không gian bởi mặt trăng quay quanh quỹ đạo gần Io, thiên thể núi lửa nhất trong hệ mặt trời.
 
Các nhà thiên văn học thậm chí đã thoáng thấy hoạt động cực quang rõ ràng trong các hệ mặt trời khác. Ví dụ: hai nghiên cứu vào tháng 10 năm 2021 đã báo cáo việc phát hiện ra sóng vô tuyến phát ra từ nhiều sao lùn đỏ, những ngôi sao nhỏ hơn và mờ hơn so với mặt trời của chúng ta.
 
Các nhà nghiên cứu cho biết những sóng vô tuyến này có khả năng liên quan đến một loại cực quang “lùi”, một loại phát sáng gần các ngôi sao và được điều khiển bởi các hạt giải phóng bởi các hành tinh có quỹ đạo gần.
 
“Mô hình của chúng tôi cho sự phát xạ vô tuyến này từ các ngôi sao của chúng ta là một phiên bản phóng to của Sao Mộc và vệ tinh Io, với một hành tinh được bao bọc trong từ trường của một ngôi sao, đưa vật chất vào các dòng điện khổng lồ cung cấp năng lượng cho các cực quang sáng tương tự,” Joseph Callingham, một đài phát thanh. nhà thiên văn học tại Đại học Leiden ở Hà Lan và đài quan sát quốc gia Hà Lan ASTRON, đồng thời là đồng tác giả của cả hai nghiên cứu mới, cho biết trong một tuyên bố (mở trong tab mới). “Đó là một cảnh tượng thu hút sự chú ý của chúng ta từ cách xa hàng năm ánh sáng.”
 
Những hành tinh trung chuyển này vẫn chỉ là giả thuyết vào lúc này; chưa ai phát hiện ra bất kỳ điều gì xung quanh các sao lùn đỏ mà nhóm đã nghiên cứu. Nhưng nếu Callingham và các đồng nghiệp của ông đúng, các nhà thiên văn học có thể có một kỹ thuật săn tìm hành tinh mới mạnh mẽ theo ý của họ.
 
Cực quang được cho là cũng tương đối phổ biến trên bầu trời của các ngoại hành tinh. Nhưng chúng ta sẽ phải quan sát rõ hơn những hành tinh xa xôi này để xem trực tiếp ánh sáng của chúng.

Xem bắc cực quang ở đâu và khi nào?

Tận mắt chứng kiến cực quang là điều không thể bỏ qua đối với những người yêu thích thiên văn học cũng như khách du lịch. May mắn thay, chúng xảy ra thường xuyên.
 
“Cực quang diễn ra 24 giờ một ngày, bảy ngày một tuần, 365 ngày một năm,” nhiếp ảnh gia Chad Blakely, chủ công ty du lịch cực quang Lights Over Lapland cho biết. Nhưng điều đó không có nghĩa là chúng dễ dàng phát hiện ra; bạn cần phải ở đúng nơi vào đúng thời điểm.
 
Nơi tốt nhất để xem cực quang là bất kỳ điểm đến nào trong “vùng cực quang”, khu vực nằm trong bán kính khoảng 1.550 dặm (2.500 km) của Bắc Cực, theo Đài quan sát địa vật lý Tromsø(opens in new tab) ở Na Uy . Đó là nơi cực quang thường xảy ra nhất, mặc dù hiện tượng này có thể di chuyển xa hơn về phía nam trong các cơn bão mặt trời đặc biệt mạnh.
 
Ví dụ, vào tháng 3 năm 1989, một vụ phun trào năng lượng mặt trời mạnh mẽ đã làm cho những người ở xa về phía nam như Honduras có thể nhìn thấy cực quang, mặc dù chỉ trong thời gian ngắn. (Tuy nhiên, cũng có một số hậu quả tiêu cực: Cơn bão địa từ làm tăng cực quang cũng tạm thời làm mất điện trên toàn bộ tỉnh Quebec của Canada.)
 
Trong vùng cực quang, tốt nhất bạn nên tránh xa ánh đèn thành phố càng tốt để tối đa hóa tầm nhìn. Nhưng khá khó để đi vào giữa vùng hoang dã ở Bắc Cực, ngay cả khi có hướng dẫn viên, vì vậy tốt nhất bạn nên đặt mình ở một điểm đến có cơ sở hạ tầng vững chắc, như Fairbanks, Alaska; Con dao vàng, Ca-na-đa; Svalbard, Na Uy; Vườn quốc gia Abisko, Thụy Điển; Rovaniemi, Phần Lan; và khá nhiều nơi ở Iceland.
 
Thời gian tốt nhất trong năm để xem cực quang là từ tháng 9 đến tháng 4, khi bầu trời đủ tối để nhìn thấy cực quang. (Các địa phương xa phía bắc trải qua mặt trời lúc nửa đêm hoặc 24 giờ ánh sáng ban ngày vào mùa hè.) Hầu hết các hành động thường xảy ra trong khoảng thời gian từ 9 giờ tối. và 3 giờ sáng, theo Viện Địa vật lý của Đại học Alaska Fairbanks. Hãy ghi nhớ các tuần trăng, vì trăng tròn sáng có thể lấp đầy bầu trời đêm bằng ánh sáng. Kiểm tra cả dự báo thời tiết địa phương vì bạn sẽ không thể phát hiện cực quang qua các đám mây.
 
Bạn cũng có thể theo dõi các dự báo về cực quang từ Viện Địa Vật lý của Đại học Alaska Fairbanks và NOAA, cung cấp cả dự báo trong ba ngày và 30 phút.

Bài viết liên quan

Vịnh Bắc Bộ: ở đâu? sự kiện lịch sử gì?

Vị trí địa lý của Vịnh Bắc Bộ Vịnh Bắc Bộ là một trong những...

Núi Bàn – Biểu tượng của Cape Town và Nam Phi

Núi Bàn là một ngọn núi ở Nam Phi nổi tiếng khắp thế giới. Nó...

7 kỳ quan thiên nhiên thế giới: Những điểm đến du lịch đáng ngưỡng mộ

Bạn có biết rằng thế giới chúng ta sống có những kỳ quan thiên nhiên...

Khám phá sông ngầm Puerto Princesa – một trong bảy kỳ quan thiên nhiên thế giới

Giới thiệu chung về sông ngầm Puerto Princesa Sông ngầm Puerto Princesa là một trong...

Đảo Jeju Hàn Quốc – Thiên đường đẹp quên lối về

Jeju là một hòn đảo núi lửa thuộc tỉnh Jeju, Hàn Quốc. Hòn đảo nằm...

Sông Amazon: Hành trình khám phá kỳ quan thiên nhiên

Bạn đã bao giờ mơ ước được đặt chân đến Sông Amazon – con sông...