Thời tiết vũ trụ có thể trở nên mạnh hơn trong những thập kỷ tới với các đợt bùng phát và phun trào Mặt trời thường xuyên hơn để tàn phá hành tinh. Trong khi công nghệ của Trái đất, bao gồm vệ tinh và lưới điện, có thể sẽ chịu ảnh hưởng, một số tác động có thể là tích cực đáng ngạc nhiên.
Chu kỳ Mặt trời hiện tại, là chu kỳ thứ 25 kể từ khi có ghi chép, có thể vừa mới vượt qua đỉnh điểm. Số lượng các vết đen mặt trời, bùng phát mặt trời và phun trào hàng tháng hiện đang dần giảm xuống.
Nhưng một nghiên cứu mới cho thấy sự tạm dừng này có thể không kéo dài lâu, vì bốn chu kỳ mặt trời sắp tới có khả năng gây ra các hiện tượng thời tiết vũ trụ nghiêm trọng hơn. Đây là lời cảnh báo vang dội cho thế giới phụ thuộc vào các công nghệ điện tử nhạy cảm của chúng ta, nhưng nghiên cứu cho thấy rằng do một số tác dụng phụ ít được biết đến mà thời tiết vũ trụ gây ra cho Trái đất, môi trường xung quanh hành tinh này thực tế có thể trở nên lành tính hơn.
Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Nghiên cứu Khí quyển Quốc gia (NCAR) tại Boulder, Colorado, đã xem xét nhiều thập kỷ dữ liệu vệ tinh đo mật độ các hạt năng lượng xung quanh Trái đất. Các proton tích điện này chủ yếu đến từ mặt trời dưới dạng gió mặt trời và bị từ trường của Trái đất giữ lại trong các túi được gọi là vành đai bức xạ Van Allen. Các phép đo cho thấy rằng trong 45 năm qua, mật độ của các hạt đó có xu hướng tăng lên và đạt đỉnh vào năm 2021, ngay sau thời kỳ cực tiểu mặt trời gần đây nhất. Dữ liệu gần đây nhất cho thấy mật độ của các hạt đó bắt đầu giảm ngay sau khi chu kỳ mặt trời hiện tại tăng cường.
Các nhà nghiên cứu tin rằng dữ liệu chỉ ra một hiện tượng ít được biết đến, ẩn sau chu kỳ 11 năm lên xuống của hoạt động mặt trời. Hiện tượng này là Chu kỳ Gleissberg, được đặt theo tên người khám phá ra nó, nhà thiên văn học người Đức Wolfgang Gleissberg. Khi xem xét các hồ sơ về các chu kỳ mặt trời trong quá khứ, Gleissberg nhận thấy vào năm 1958 rằng cường độ của từng chu kỳ mặt trời, được đo bằng các biến động về số lượng vết đen mặt trời, dường như lên xuống theo thời gian, theo một mô hình khoảng 100 năm. Nói cách khác, việc một chu kỳ mạnh hơn chu kỳ kia không phải là ngẫu nhiên; có vẻ như có điều gì đó sâu xa hơn đang diễn ra.
"Thông thường, sau bốn chu kỳ mặt trời, cường độ hoạt động mặt trời sẽ tăng lên", Kalvyn Adam, cựu nhà nghiên cứu của NCAR và là tác giả chính của nghiên cứu mới, nói với Space.com. "Sau đó, nó sẽ đạt đến đỉnh điểm và sau đó sẽ giảm dần trong bốn chu kỳ mặt trời nữa."
Các nhà khoa học không biết điều gì thúc đẩy mô hình cơ bản này, nhưng các phép đo vệ tinh gần đây về mật độ proton năng lượng cao trên khắp hành tinh cho thấy Chu kỳ Gleissberg có thể đã đạt đến điểm thấp nhất.
"Điều đó có nghĩa là chu kỳ mặt trời tiếp theo sẽ hoạt động mạnh hơn", Adams cho biết.
Trong các chu kỳ mặt trời hoạt động mạnh hơn, từ trường của mặt trời có xu hướng trở nên rối hơn, tạo ra nhiều vết đen mặt trời hơn (các khu vực tạm thời có từ trường cực mạnh) và các đợt bùng phát mặt trời và sự phóng plasma nóng tiếp theo từ bầu khí quyển của mặt trời (sự phóng vật chất vành nhật hoa hoặc CME). Cả đợt bùng phát và CME đều xảy ra khi các đường từ trường xoắn, dày đặc phía trên các vết đen mặt trời bùng phát và kết nối lại.
Mặc dù CME là nguồn số một của các hạt tích điện bị từ trường Trái đất giữ lại, nhưng mối quan hệ giữa mật độ của hỗn hợp proton bị giữ lại này và cường độ của chu kỳ mặt trời lại trái ngược một cách kỳ lạ. Thay vì trở nên đặc hơn khi nhiều CME tấn công hành tinh, hỗn hợp proton năng lượng cao này trở nên loãng hơn khi mặt trời hoạt động mạnh hơn. Adams giải thích rằng điều đó là do một số tác dụng phụ ít được biết đến mà thời tiết vũ trụ gây ra cho bầu khí quyển của Trái đất.
"Nếu bạn có nhiều hoạt động mặt trời hơn, bạn sẽ nhận được nhiều nhiệt và năng lượng hơn vào bầu khí quyển của chúng ta", Adams nói. "Nếu bầu khí quyển của chúng ta nhận được nhiều nhiệt và năng lượng hơn, nó sẽ giãn nở. Khi bầu khí quyển giãn nở, proton sẽ chạy vào bầu khí quyển giãn nở đó và cuối cùng rơi ra ngoài".
Adams lập luận rằng cực đại mặt trời gần đây đã gây ra sự giãn nở như vậy. Mật độ proton giảm sau đó được phát hiện bởi vệ tinh 15 và 18 của Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia (NOAA).
Đó là tin tốt cho các vệ tinh quay quanh hành tinh vì chúng sẽ phải chịu bức xạ yếu hơn, theo thời gian sẽ làm mòn các thiết bị điện tử và gây ra trục trặc. Các phi hành gia trên Trạm vũ trụ quốc tế cũng phải chịu liều lượng bức xạ gây ung thư thấp hơn, điều này có thể khiến các chuyến bay vũ trụ của con người trong những thập kỷ tới ít đe dọa đến sức khỏe hơn.
Một cơn bão Mặt trời mạnh như vậy đã tấn công Trái đất vào tháng 5 năm ngoái, gây ra "di cư hàng loạt" của các vệ tinh. Hàng nghìn tàu vũ trụ đã mất độ cao cùng một lúc, buộc người vận hành phải đẩy chúng trở lại quỹ đạo cao hơn để cứu các sứ mệnh. Các tác giả của nghiên cứu cho biết trong giai đoạn hỗn loạn đó, nguy cơ va chạm quỹ đạo cực kỳ cao vì các nhà điều hành không có thời gian tính toán vệ tinh cẩn thận như họ thường làm.
"Chúng ta chắc chắn lo ngại rằng hoạt động năng lượng mặt trời đang gia tăng", Adams cho biết. "Chúng ta đã xây dựng một lượng công nghệ khổng lồ, bao gồm vệ tinh và lưới điện, kể từ cực đại Gleissberg gần đây nhất. Nhưng không phải tất cả đều tệ. Bài báo của chúng tôi cho rằng môi trường cơ sở khi thời tiết vũ trụ yên tĩnh thực tế sẽ an toàn hơn một chút."
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Space Weather vào ngày 2 tháng 3, 2025.
Chu kỳ Mặt trời hiện tại, là chu kỳ thứ 25 kể từ khi có ghi chép, có thể vừa mới vượt qua đỉnh điểm. Số lượng các vết đen mặt trời, bùng phát mặt trời và phun trào hàng tháng hiện đang dần giảm xuống.
Nhưng một nghiên cứu mới cho thấy sự tạm dừng này có thể không kéo dài lâu, vì bốn chu kỳ mặt trời sắp tới có khả năng gây ra các hiện tượng thời tiết vũ trụ nghiêm trọng hơn. Đây là lời cảnh báo vang dội cho thế giới phụ thuộc vào các công nghệ điện tử nhạy cảm của chúng ta, nhưng nghiên cứu cho thấy rằng do một số tác dụng phụ ít được biết đến mà thời tiết vũ trụ gây ra cho Trái đất, môi trường xung quanh hành tinh này thực tế có thể trở nên lành tính hơn.
Tại sao các nhà khoa học lại nghĩ rằng thời tiết vũ trụ sẽ trở nên khắc nghiệt hơn?
Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Nghiên cứu Khí quyển Quốc gia (NCAR) tại Boulder, Colorado, đã xem xét nhiều thập kỷ dữ liệu vệ tinh đo mật độ các hạt năng lượng xung quanh Trái đất. Các proton tích điện này chủ yếu đến từ mặt trời dưới dạng gió mặt trời và bị từ trường của Trái đất giữ lại trong các túi được gọi là vành đai bức xạ Van Allen. Các phép đo cho thấy rằng trong 45 năm qua, mật độ của các hạt đó có xu hướng tăng lên và đạt đỉnh vào năm 2021, ngay sau thời kỳ cực tiểu mặt trời gần đây nhất. Dữ liệu gần đây nhất cho thấy mật độ của các hạt đó bắt đầu giảm ngay sau khi chu kỳ mặt trời hiện tại tăng cường.
Các nhà nghiên cứu tin rằng dữ liệu chỉ ra một hiện tượng ít được biết đến, ẩn sau chu kỳ 11 năm lên xuống của hoạt động mặt trời. Hiện tượng này là Chu kỳ Gleissberg, được đặt theo tên người khám phá ra nó, nhà thiên văn học người Đức Wolfgang Gleissberg. Khi xem xét các hồ sơ về các chu kỳ mặt trời trong quá khứ, Gleissberg nhận thấy vào năm 1958 rằng cường độ của từng chu kỳ mặt trời, được đo bằng các biến động về số lượng vết đen mặt trời, dường như lên xuống theo thời gian, theo một mô hình khoảng 100 năm. Nói cách khác, việc một chu kỳ mạnh hơn chu kỳ kia không phải là ngẫu nhiên; có vẻ như có điều gì đó sâu xa hơn đang diễn ra.
"Thông thường, sau bốn chu kỳ mặt trời, cường độ hoạt động mặt trời sẽ tăng lên", Kalvyn Adam, cựu nhà nghiên cứu của NCAR và là tác giả chính của nghiên cứu mới, nói với Space.com. "Sau đó, nó sẽ đạt đến đỉnh điểm và sau đó sẽ giảm dần trong bốn chu kỳ mặt trời nữa."
Các nhà khoa học không biết điều gì thúc đẩy mô hình cơ bản này, nhưng các phép đo vệ tinh gần đây về mật độ proton năng lượng cao trên khắp hành tinh cho thấy Chu kỳ Gleissberg có thể đã đạt đến điểm thấp nhất.
"Điều đó có nghĩa là chu kỳ mặt trời tiếp theo sẽ hoạt động mạnh hơn", Adams cho biết.
Xu hướng ngược lại
Trong các chu kỳ mặt trời hoạt động mạnh hơn, từ trường của mặt trời có xu hướng trở nên rối hơn, tạo ra nhiều vết đen mặt trời hơn (các khu vực tạm thời có từ trường cực mạnh) và các đợt bùng phát mặt trời và sự phóng plasma nóng tiếp theo từ bầu khí quyển của mặt trời (sự phóng vật chất vành nhật hoa hoặc CME). Cả đợt bùng phát và CME đều xảy ra khi các đường từ trường xoắn, dày đặc phía trên các vết đen mặt trời bùng phát và kết nối lại.
Mặc dù CME là nguồn số một của các hạt tích điện bị từ trường Trái đất giữ lại, nhưng mối quan hệ giữa mật độ của hỗn hợp proton bị giữ lại này và cường độ của chu kỳ mặt trời lại trái ngược một cách kỳ lạ. Thay vì trở nên đặc hơn khi nhiều CME tấn công hành tinh, hỗn hợp proton năng lượng cao này trở nên loãng hơn khi mặt trời hoạt động mạnh hơn. Adams giải thích rằng điều đó là do một số tác dụng phụ ít được biết đến mà thời tiết vũ trụ gây ra cho bầu khí quyển của Trái đất.
"Nếu bạn có nhiều hoạt động mặt trời hơn, bạn sẽ nhận được nhiều nhiệt và năng lượng hơn vào bầu khí quyển của chúng ta", Adams nói. "Nếu bầu khí quyển của chúng ta nhận được nhiều nhiệt và năng lượng hơn, nó sẽ giãn nở. Khi bầu khí quyển giãn nở, proton sẽ chạy vào bầu khí quyển giãn nở đó và cuối cùng rơi ra ngoài".
Adams lập luận rằng cực đại mặt trời gần đây đã gây ra sự giãn nở như vậy. Mật độ proton giảm sau đó được phát hiện bởi vệ tinh 15 và 18 của Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia (NOAA).
Tin tốt
Vì chu kỳ Mặt trời 25 sắp suy yếu, nên hỗn hợp proton năng lượng cao xung quanh hành tinh sẽ sớm trở nên đặc hơn. Tuy nhiên, dữ liệu dài hạn cho thấy do chu kỳ Gleissberg kéo dài 100 năm, Mặt trời sẽ vẫn hoạt động mạnh hơn so với bốn thập kỷ qua. Điều đó có nghĩa là về lâu dài, bầu khí quyển của Trái đất sẽ vẫn nóng hơn và do đó rò rỉ nhiều proton năng lượng cao hơn.Đó là tin tốt cho các vệ tinh quay quanh hành tinh vì chúng sẽ phải chịu bức xạ yếu hơn, theo thời gian sẽ làm mòn các thiết bị điện tử và gây ra trục trặc. Các phi hành gia trên Trạm vũ trụ quốc tế cũng phải chịu liều lượng bức xạ gây ung thư thấp hơn, điều này có thể khiến các chuyến bay vũ trụ của con người trong những thập kỷ tới ít đe dọa đến sức khỏe hơn.
Lỗi
Nhưng có một lỗi. Bất chấp mật độ proton thấp hơn trên quỹ đạo Trái đất, các cơn bão Mặt trời sẽ trở nên phổ biến hơn và có khả năng tàn phá hơn. Những cơn bão Mặt trời này gây ra sự tàn phá trên quỹ đạo theo nhiều cách. Sự nóng lên đột ngột của bầu khí quyển khi một CME va chạm làm đặc khí xung quanh Trái đất, làm tăng lực cản đối với các vệ tinh ở quỹ đạo Trái đất thấp. Kết quả là, các vệ tinh đó mất độ cao và phải quay trở lại bằng cách sử dụng động cơ đẩy của chúng hoặc có nguy cơ chết sớm.Một cơn bão Mặt trời mạnh như vậy đã tấn công Trái đất vào tháng 5 năm ngoái, gây ra "di cư hàng loạt" của các vệ tinh. Hàng nghìn tàu vũ trụ đã mất độ cao cùng một lúc, buộc người vận hành phải đẩy chúng trở lại quỹ đạo cao hơn để cứu các sứ mệnh. Các tác giả của nghiên cứu cho biết trong giai đoạn hỗn loạn đó, nguy cơ va chạm quỹ đạo cực kỳ cao vì các nhà điều hành không có thời gian tính toán vệ tinh cẩn thận như họ thường làm.
"Chúng ta chắc chắn lo ngại rằng hoạt động năng lượng mặt trời đang gia tăng", Adams cho biết. "Chúng ta đã xây dựng một lượng công nghệ khổng lồ, bao gồm vệ tinh và lưới điện, kể từ cực đại Gleissberg gần đây nhất. Nhưng không phải tất cả đều tệ. Bài báo của chúng tôi cho rằng môi trường cơ sở khi thời tiết vũ trụ yên tĩnh thực tế sẽ an toàn hơn một chút."
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Space Weather vào ngày 2 tháng 3, 2025.
