Cực quang hình thành khi những hạt mang điện bắn ra từ Mặt Trời bị từ trường Trái Đất gom về hai vùng cực, rồi lao vào các lớp khí rất cao trên bầu trời và làm chúng phát sáng. Khí ô xy cho ánh sáng xanh lục và đỏ, khí ni tơ cho ánh sáng tím và xanh lam, nên cả bầu trời như được treo những tấm rèm màu.
Chào bạn, đây là Nhà Khám Phá. Ở Việt Nam mình gần như không bao giờ thấy được cực quang, vì nó là chuyện của những miền đất gần Bắc Cực và Nam Cực. Nhưng hiểu được nó thì lại không xa chút nào: nó liên quan tới Mặt Trời mình thấy mỗi ngày và cả chiếc la bàn trong ngăn kéo.
Mặt Trời gửi gì tới Trái Đất ngoài ánh nắng?
Mặt Trời không chỉ toả ra ánh sáng và hơi nóng. Lớp khí nóng ngoài cùng của nó liên tục thổi ra không gian một dòng hạt mang điện, chủ yếu là các hạt rất nhỏ tách ra từ nguyên tử. Dòng ấy gọi là gió Mặt Trời.
Gió Mặt Trời bay rất nhanh, mất chỉ vài ngày để tới chỗ Trái Đất. Nếu không có gì che chắn, dòng hạt này sẽ dần thổi bay bầu khí quyển và làm hại sự sống trên mặt đất.
May mắn là Trái Đất có từ trường, giống như một thỏi nam châm khổng lồ nằm trong lòng hành tinh. Chính từ trường này làm kim la bàn chỉ hướng bắc. Nó cũng tạo ra một tấm khiên vô hình bao quanh Trái Đất.
Phần lớn hạt mang điện bị tấm khiên đẩy đi vòng qua. Nhưng ở hai vùng cực, các đường sức từ chúi xuống mặt đất như hai cái phễu, một số hạt theo đó lọt vào bầu khí quyển. Cực quang hiện ra chính ở cửa phễu ấy.
Vì sao màu xanh lục phổ biến nhất?
Khi các hạt mang điện lao vào bầu khí quyển ở độ cao khoảng một trăm tới vài trăm cây số, chúng va vào nguyên tử ô xy và phân tử ni tơ. Cú va truyền năng lượng cho các nguyên tử ấy, rồi chúng nhả năng lượng ra dưới dạng ánh sáng, giống cách bóng đèn huỳnh quang phát sáng.
Mỗi loại khí và mỗi độ cao cho một màu riêng. Ô xy ở độ cao vừa phải cho ánh sáng xanh lục, màu mắt người nhạy nhất và cũng là màu cực quang hay gặp nhất.
Lên cao hơn nữa, nơi không khí rất loãng, ô xy lại cho màu đỏ. Màu đỏ này cần điều kiện đặc biệt nên hiếm hơn, thường thấy ở mép trên của những màn cực quang lớn. Ni tơ thì tạo ra những viền tím, hồng hay xanh lam ở mép dưới.
Vì thế một màn cực quang đẹp thường có nhiều tầng: đỏ trên đỉnh, xanh lục ở giữa, tím hồng ở chân. Chuyển động uốn lượn là do dòng hạt và từ trường không ngừng thay đổi, giống tấm rèm bị gió thổi.
Cơn bão Mặt Trời làm điện báo bốc tia lửa
Có những lúc Mặt Trời nổi giận, phun ra một đám khí mang điện khổng lồ. Khi đám ấy đập vào Trái Đất, tấm khiên từ trường bị xáo trộn mạnh, gọi là bão từ. Lúc đó cực quang lan xuống những vùng xa cực hơn bình thường rất nhiều.
Cơn bão nổi tiếng nhất được ghi chép xảy ra năm một nghìn tám trăm năm mươi chín. Cực quang khi ấy hiện ra ở những nơi gần xích đạo hơn hẳn mọi khi, sáng tới mức có người tưởng trời sắp sáng.
Hồi đó điện báo là công nghệ liên lạc hiện đại nhất. Trong cơn bão, dây điện báo bị nhiễm dòng điện lạ, có nơi bốc tia lửa, có nhân viên bị giật, và có nơi tháo cả pin ra mà máy vẫn gửi được tin nhờ dòng điện do bão tạo ra.
Nếu một cơn bão mạnh như vậy xảy ra hôm nay, nó có thể làm hỏng vệ tinh, gây trục trặc lưới điện và định vị. Vì thế các nhà khoa học theo dõi Mặt Trời từng ngày, như dự báo thời tiết, gọi là dự báo thời tiết vũ trụ.
Ngắm và chụp cực quang có gì cần biết?
Nơi hay thấy cực quang nhất là một vành đai quanh Bắc Cực, đi qua bắc bán đảo Scandinavia, Iceland, Canada, Alaska, và một vành tương tự quanh Nam Cực. Ở Nam bán cầu, cực quang được gọi là cực quang phương nam.
Muốn ngắm thì cần ba thứ: trời tối, trời quang mây, và Mặt Trời đang có hoạt động mạnh. Mùa đông ở vùng cực có đêm dài nên cơ hội nhiều hơn. Đèn thành phố làm bầu trời sáng mờ đi, nên người ta thường lái xe ra vùng tối vắng.
Một điều nhiều người bất ngờ: điện thoại và máy ảnh thường chụp cực quang rực màu hơn mắt thấy. Trong bóng tối, mắt người nhìn màu kém, những màn cực quang yếu trông chỉ như dải mây xám nhạt, trong khi máy ảnh phơi sáng lâu bắt được đầy đủ màu.
Vùng cực mùa đông rất lạnh, có khi xuống âm vài chục độ. Đi ngắm cực quang cần áo ấm đủ dày, đi theo nhóm, và không lái xe trên đường băng tuyết khi chưa quen.
Cực quang có tiếng động không?
Đây là một câu hỏi thú vị vẫn còn tranh luận. Từ lâu, một số người sống ở vùng cực kể rằng khi cực quang mạnh, họ nghe thấy tiếng lách tách, rì rào nhẹ.
Nhiều nhà khoa học từng nghi ngờ, vì cực quang ở rất cao, khí quá loãng để truyền âm thanh xuống mặt đất, mà nếu truyền được thì tiếng phải đến chậm hơn ánh sáng nhiều phút.
Gần đây có một vài nghiên cứu cho rằng âm thanh có thể sinh ra ở gần mặt đất hơn, do điện tích tích tụ trong không khí lúc có bão từ rồi phóng ra. Nhưng giả thuyết này chưa được kiểm chứng rộng rãi.
Vậy nên câu trả lời trung thực là có những lời kể đáng tin, có những giả thuyết hợp lý, nhưng chưa có kết luận chắc chắn. Nếu một ngày bạn đứng dưới cực quang, cứ thử im lặng lắng nghe xem sao.
Câu hỏi thường gặp
Ở Việt Nam có nhìn thấy cực quang được không?
Gần như không, vì Việt Nam nằm gần xích đạo, rất xa vùng cực. Chỉ những cơn bão từ cực mạnh, hiếm có mới đẩy được cực quang xuống những vĩ độ thấp, và kể cả khi đó cũng rất khó thấy ở nước mình.
Các hành tinh khác có cực quang không?
Có, Sao Mộc và Sao Thổ có cực quang rất mạnh ở hai cực, được kính thiên văn ngoài không gian chụp lại. Cực quang xuất hiện ở hành tinh nào có bầu khí quyển và từ trường đủ mạnh.
Cực quang có nguy hiểm cho người đứng ngắm không?
Không, cực quang xảy ra ở độ cao hàng trăm cây số nên người dưới mặt đất hoàn toàn an toàn. Thứ cần lo khi đi ngắm là cái lạnh và đường trơn chứ không phải ánh sáng trên trời.
Vì sao cực quang uốn lượn như tấm rèm?
Dòng hạt mang điện chạy dọc theo các đường sức từ, và những đường sức này liên tục bị gió Mặt Trời làm xao động. Khi dòng hạt thay đổi, vùng phát sáng dịch chuyển theo, tạo cảm giác rèm đang bay.
Mặt Trời có chu kỳ hoạt động không?
Có, Mặt Trời trải qua chu kỳ khoảng mười một năm, lúc nhiều vết đen và bão, lúc yên ắng. Những năm gần đỉnh chu kỳ thường có nhiều cực quang đẹp và mạnh hơn.
