Sáng ngày 10 tháng 5 tại Mexico, không có gì lạ khi nghe thấy tiếng trẻ con thức dậy và hát ru cả nhà. Hát ru là một truyền thống kinh điển trong Ngày của Mẹ, hay còn gọi là El Día de La Madre theo tiếng Tây Ban Nha. Tuy nhiên, vào ngày 10 tháng 5 năm 2024, tiếng hát không phải là thứ duy nhất thấm nhuần trong các cộng đồng người Mexico vào sáng sớm.
Hôm đó, Mexico đã hứng chịu cơn bão địa từ mạnh nhất trong hơn hai thập kỷ — đánh dấu lần đầu tiên cực quang lấp lánh được quan sát thấy ở đất nước này kể từ năm 1989. Cơn bão này mạnh đến mức thực sự có thể nhìn thấy ở những quốc gia xa nhất có thể so với các chỏm băng, bao gồm cả Ý và phía nam Vương quốc Anh. Sự kiện này thực sự là chủ đề bàn tán của thị trấn. Cực quang thường tạo nên Cực quang phương Bắc hoặc Cực quang phương Nam, nhưng chắc chắn chúng không được mong đợi sẽ xuất hiện ngay ở giữa.
Các cơn bão địa từ tạo ra những luồng sáng này là kết quả của các vụ phun trào lớn từ bề mặt mặt trời và rõ rệt nhất ở các vùng cực của hành tinh chúng ta vì đó là nơi từ trường của Trái đất yếu nhất. Do đó, chúng thường không dễ thấy ở các quốc gia vĩ độ thấp như Mexico. Điều quan trọng là phải theo dõi những cơn bão này vì, đúng là chúng tạo ra những cơ hội chụp ảnh tuyệt vời, nhưng chúng cũng có thể gây đe dọa nếu nghiêm trọng. Ví dụ, chúng có thể đe dọa lưới điện, hệ thống liên lạc vệ tinh và các phi hành gia trong không gian. Do đó, cực quang mạnh mẽ lan đến Mexico có thể cho thấy các quốc gia gần xích đạo có nguy cơ bị bão mặt trời cao hơn so với suy nghĩ ban đầu.
Cơn bão địa từ gần đây khiến các nhà khoa học ngạc nhiên đã tác động đến Mexico trong hơn 40 giờ và gây ra cực quang ở nơi dự kiến: các chỏm băng cực, bắn ra những sắc thái xanh, đỏ và vàng trên khắp bầu trời Bắc Mỹ. Tuy nhiên, cơn bão này độc đáo ở chỗ nó cũng gây ra cực quang ở những địa điểm không ngờ tới; những người ra ngoài ăn mừng Ngày của Mẹ ở Mexico đã chụp ảnh "Cực quang phương Bắc ở Mexico" và tải lên mạng xã hội. Có thể xem quan điểm về các sự kiện từ 18 trong số 32 tiểu bang của đất nước này.
Mặt trời liên tục tương tác với các loại khí bao quanh các lớp ngoài của Trái đất. Tầng điện ly của hành tinh chúng ta, lớp thứ ba nằm cách mặt đất từ 30 đến 600 dặm (48 đến 966 km), "hoạt động" hơn ở phía trên Mexico so với các nơi khác trên thế giới, theo một nghĩa nào đó, vì nó nằm phía trên vùng vĩ độ thấp của hành tinh, nơi các electron được đóng gói dày đặc hơn. Bức xạ từ mặt trời có đủ năng lượng để đánh bật các electron khỏi các nguyên tử trong tầng điện ly, khiến chúng trở nên tích điện dương và tạo ra cực quang đầy màu sắc.
"Những hạt này [từ mặt trời] đang di chuyển ... với tốc độ cực lớn", Lika Guhathakurta, một nhà khoa học về mặt trời tại Phân ban Heliophysics thuộc Trụ sở NASA ở Washington, nói với Space.com. "Tất cả các hạt này di chuyển giống như một lớp vỏ xung quanh quả cầu từ, [sau đó] chúng thấm xuống tầng điện ly".
"Chu kỳ này chắc chắn hoạt động mạnh hơn nhiều so với hai chu kỳ trước, kéo dài khoảng 32 năm", Guhathakurta cho biết. "Công việc của chúng tôi đang trở nên dễ bị tổn thương hơn về mặt công nghệ. Có rất nhiều lĩnh vực chúng tôi đang cung cấp điện mà trước đây chúng tôi chưa từng làm".
Với hy vọng ghi lại cực quang hiếm — thực tế bao gồm cực quang màu đỏ, ít thường xuyên hơn thường chỉ xảy ra ở độ cao lớn hơn — các nhà nghiên cứu đã yêu cầu các nhà khoa học công dân chụp ảnh những gì họ nhìn thấy. Một số nhà khoa học đang sử dụng những bức ảnh này như một phần trong nỗ lực tạo ra dòng thời gian về các cơn bão địa từ kéo dài đến những năm 1700, mà họ hy vọng có thể được sử dụng để hiểu rõ hơn về lịch sử mặt trời của chúng ta và tác động của nó lên Trái đất.
"Nhờ dữ liệu của mình, chúng tôi có thể quan sát được mức độ tác động lên tầng điện ly", Elsa Sanchez-Garcia, giáo sư tại Đại học Tự trị Quốc gia Mexico và là nhà nghiên cứu tại LANCE, đã nói với Space.com qua email (dịch từ tiếng Tây Ban Nha). "Nếu có một sự kiện dữ dội hơn hoặc có cường độ tương đương với sự kiện ngày 10 tháng 5, chúng ta có thể suy ra mức độ tác động mà nó sẽ gây ra cho đất nước chúng ta."
Lớp vỏ Trái đất đã tạo ra một điện tích yếu tăng lên trong một cơn bão mặt trời. Các màn hình theo dõi thời tiết vũ trụ cho thấy các cơn bão tháng 5 năm 2024 đã làm nhiễm điện cho đá và đất ở Hoa Kỳ. Khi gió mặt trời tác động vào từ quyển của Trái đất — một từ trường giống như bong bóng do lõi nóng chảy của Trái đất tạo ra nằm phía trên tầng điện ly — các dao động tạo ra các GIC có thể chạy qua đường ray xe lửa, đường ống ngầm và vào lưới điện, gây nguy cơ mất điện.
LANCE đã đặt màn hình GIC xung quanh máy biến áp để xem cơn bão có thể khiến Mexico rơi vào tình trạng mất điện hay không, nhưng viện này báo cáo rằng lưới điện quốc gia của nước này vẫn hoạt động bình thường. Các tác giả của nghiên cứu cho biết thực tế là đèn vẫn sáng là "minh chứng cho khả năng phục hồi của cơ sở hạ tầng hiện tại" ở Mexico.
Tuy nhiên, các quốc gia vĩ độ thấp khác có thể không được chuẩn bị tốt như vậy.
Mặc dù Comision Federal de Electricidad (CFE), công ty điện lực quốc gia ở Mexico, đã an toàn lần này, các nhà khoa học cảnh báo rằng các cơn bão địa từ có thể trở nên phổ biến hơn khi mặt trời đạt đến đỉnh điểm của chu kỳ mặt trời, được gọi là solar maximum, một giai đoạn kéo dài của hoạt động mặt trời tăng cao. Sự cố mất điện lớn ở Quebec năm 1989 là do một cơn bão mặt trời tương tự gây ra và có thể sẽ còn nhiều cơn bão khác xảy ra nữa.
"Trước đây, cực quang chỉ được nhìn thấy bằng mắt thường trên bầu trời không có ô nhiễm ánh sáng và khi sự kiện này thực sự cực đoan", Sanchez-Garcia cho biết. "Ngày nay, máy ảnh và/hoặc điện thoại đã phát triển đến mức có thể quan sát cực quang ở vĩ độ thấp bằng cách chụp phơi sáng lâu".
Lần cuối cùng hoạt động của mặt trời có thể nhìn thấy rõ ràng trên khắp thế giới là vào năm 2003, khi kỷ nguyên kỹ thuật số chưa phát triển đủ để cho phép chụp ảnh cực quang chất lượng cao và phương tiện truyền thông xã hội chưa đủ phổ biến để cho phép chia sẻ ảnh rộng rãi — vì vậy, trong khi thiên kiến gần đây khiến có vẻ như Cực quang đang di chuyển về phía nam lần đầu tiên, thì chúng ta đang trải nghiệm điều gì đó đã từng xảy ra trước đây, mặc dù chủ yếu là không có tài liệu ảnh. Câu hỏi đặt ra là lưới điện quốc gia và cơ sở hạ tầng kỹ thuật số mới của chúng ta có thể ứng phó với những thay đổi bất thường của mặt trời đến mức nào.
"Những cơn bão này có thể xảy ra bất cứ lúc nào trong thời kỳ cực đại của mặt trời, điều duy nhất [mà chúng ta đang chú ý hiện nay] là tần suất", Guhathakurta nói thêm.
Các bài viết liên quan:
— Cực quang phương bắc tuyệt đẹp từ các đợt bùng phát năng lượng mặt trời lớn khiến những người quan sát bầu trời trên toàn thế giới kinh ngạc
— Cơn bão mặt trời lớn vào tháng 5 năm 2024 đã tạo ra 2 vành đai bức xạ mới xung quanh Trái đất
— Nhiều người tìm kiếm 'cực quang phương bắc' trên Google vào tháng 5 năm 2024 hơn bất kỳ tháng nào khác trong lịch sử
"Cơn bão Gannon", tên gọi của cơn bão mạnh mẽ này, được đặt theo nhà khoa học Jennifer Lea Gannon, một thành viên của nhóm thời tiết không gian NASA và là đồng nghiệp của Guhathakurta, người đã qua đời ở tuổi 45.
Tiếp tục công việc của NASA, các nhà nghiên cứu ở Mexico đang làm việc trên thực địa với các nhà khoa học công dân để cố gắng dự đoán thời điểm xảy ra cơn bão địa từ lớn tiếp theo. Cực quang phương Bắc ở Mexico từng thịnh hành trên mạng xã hội về mặt kỹ thuật là vô hại — nhưng nếu một cơn bão mạnh hơn nữa ập đến, những bức ảnh về cực quang mê hồn này có thể sẽ khó có thể lên được internet. Thời lượng pin của điện thoại di động đang giảm dần có thể buộc sự kiện này phải nằm trong ký ức khi người dân — vẫn hát những bài hát vào Ngày của Mẹ — chờ điện trở lại.
Hôm đó, Mexico đã hứng chịu cơn bão địa từ mạnh nhất trong hơn hai thập kỷ — đánh dấu lần đầu tiên cực quang lấp lánh được quan sát thấy ở đất nước này kể từ năm 1989. Cơn bão này mạnh đến mức thực sự có thể nhìn thấy ở những quốc gia xa nhất có thể so với các chỏm băng, bao gồm cả Ý và phía nam Vương quốc Anh. Sự kiện này thực sự là chủ đề bàn tán của thị trấn. Cực quang thường tạo nên Cực quang phương Bắc hoặc Cực quang phương Nam, nhưng chắc chắn chúng không được mong đợi sẽ xuất hiện ngay ở giữa.
Các cơn bão địa từ tạo ra những luồng sáng này là kết quả của các vụ phun trào lớn từ bề mặt mặt trời và rõ rệt nhất ở các vùng cực của hành tinh chúng ta vì đó là nơi từ trường của Trái đất yếu nhất. Do đó, chúng thường không dễ thấy ở các quốc gia vĩ độ thấp như Mexico. Điều quan trọng là phải theo dõi những cơn bão này vì, đúng là chúng tạo ra những cơ hội chụp ảnh tuyệt vời, nhưng chúng cũng có thể gây đe dọa nếu nghiêm trọng. Ví dụ, chúng có thể đe dọa lưới điện, hệ thống liên lạc vệ tinh và các phi hành gia trong không gian. Do đó, cực quang mạnh mẽ lan đến Mexico có thể cho thấy các quốc gia gần xích đạo có nguy cơ bị bão mặt trời cao hơn so với suy nghĩ ban đầu.
Nguyên nhân nào gây ra cực quang?
Sự phóng vật chất vành nhật hoa — sự bùng nổ dữ dội của plasma từ vành nhật hoa của mặt trời — có thể gây ra các điều kiện thời tiết không gian đe dọa hành tinh của chúng ta theo một số cách khác nhau. Những sự phóng này ám chỉ đến sự phun trào plasma từ bề mặt mặt trời, có thể buộc các hạt từ mặt trời và không gian xung quanh va chạm với các hạt trong bầu khí quyển của Trái đất. Các hạt mặt trời đó có thể đạt tốc độ lên tới 45 triệu dặm một giờ (72 triệu km một giờ). Khi tiếp cận bầu khí quyển của hành tinh chúng ta, những vụ va chạm này đôi khi tạo ra những cảnh đẹp mà chúng ta gọi là cực quang — nhưng chúng cũng có thể gây nguy hiểm cho những thứ như lưới điện. Nhìn chung, những nhiễu loạn này được gọi chung là "bão địa từ".Cơn bão địa từ gần đây khiến các nhà khoa học ngạc nhiên đã tác động đến Mexico trong hơn 40 giờ và gây ra cực quang ở nơi dự kiến: các chỏm băng cực, bắn ra những sắc thái xanh, đỏ và vàng trên khắp bầu trời Bắc Mỹ. Tuy nhiên, cơn bão này độc đáo ở chỗ nó cũng gây ra cực quang ở những địa điểm không ngờ tới; những người ra ngoài ăn mừng Ngày của Mẹ ở Mexico đã chụp ảnh "Cực quang phương Bắc ở Mexico" và tải lên mạng xã hội. Có thể xem quan điểm về các sự kiện từ 18 trong số 32 tiểu bang của đất nước này.
Mặt trời liên tục tương tác với các loại khí bao quanh các lớp ngoài của Trái đất. Tầng điện ly của hành tinh chúng ta, lớp thứ ba nằm cách mặt đất từ 30 đến 600 dặm (48 đến 966 km), "hoạt động" hơn ở phía trên Mexico so với các nơi khác trên thế giới, theo một nghĩa nào đó, vì nó nằm phía trên vùng vĩ độ thấp của hành tinh, nơi các electron được đóng gói dày đặc hơn. Bức xạ từ mặt trời có đủ năng lượng để đánh bật các electron khỏi các nguyên tử trong tầng điện ly, khiến chúng trở nên tích điện dương và tạo ra cực quang đầy màu sắc.
"Những hạt này [từ mặt trời] đang di chuyển ... với tốc độ cực lớn", Lika Guhathakurta, một nhà khoa học về mặt trời tại Phân ban Heliophysics thuộc Trụ sở NASA ở Washington, nói với Space.com. "Tất cả các hạt này di chuyển giống như một lớp vỏ xung quanh quả cầu từ, [sau đó] chúng thấm xuống tầng điện ly".
Mối nguy hiểm của bão địa từ
Vệ tinh hoạt động bằng cách truyền tín hiệu vô tuyến qua tầng điện ly đến các máy thu trên mặt đất. Trong cơn bão địa từ, tầng điện ly hoạt động quá mức làm cong các tín hiệu vô tuyến và gây ra sự chậm trễ, khiến máy tính trên Trái đất nhận được dữ liệu bị hỏng có thể làm gián đoạn các nền kinh tế hiện đại vốn phụ thuộc vào truyền thông vệ tinh siêu nhanh để hoạt động bình thường. Chỉ trong một khoảnh khắc, Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu của Mexico đã mất đồng bộ gần 80 nano giây — sự gián đoạn một phần tỷ giây gây nguy hiểm cho thị trường tài chính và định vị GPS."Chu kỳ này chắc chắn hoạt động mạnh hơn nhiều so với hai chu kỳ trước, kéo dài khoảng 32 năm", Guhathakurta cho biết. "Công việc của chúng tôi đang trở nên dễ bị tổn thương hơn về mặt công nghệ. Có rất nhiều lĩnh vực chúng tôi đang cung cấp điện mà trước đây chúng tôi chưa từng làm".
Với hy vọng ghi lại cực quang hiếm — thực tế bao gồm cực quang màu đỏ, ít thường xuyên hơn thường chỉ xảy ra ở độ cao lớn hơn — các nhà nghiên cứu đã yêu cầu các nhà khoa học công dân chụp ảnh những gì họ nhìn thấy. Một số nhà khoa học đang sử dụng những bức ảnh này như một phần trong nỗ lực tạo ra dòng thời gian về các cơn bão địa từ kéo dài đến những năm 1700, mà họ hy vọng có thể được sử dụng để hiểu rõ hơn về lịch sử mặt trời của chúng ta và tác động của nó lên Trái đất.
Cùng lúc đó, Cơ quan Thời tiết Không gian Mexico (SCIESMEX) và Phòng thí nghiệm Thời tiết Không gian Quốc gia (LANCE) đã đo cơn bão Mặt trời, ghi lại hoạt động của nó và công bố nghiên cứu của họ trên tạp chí Thời tiết vũ trụ. Họ đã trình bày những phát hiện của mình tại hội nghị thường niên năm 2024 của Liên minh Địa vật lý Hoa Kỳ.
"Nhờ dữ liệu của mình, chúng tôi có thể quan sát được mức độ tác động lên tầng điện ly", Elsa Sanchez-Garcia, giáo sư tại Đại học Tự trị Quốc gia Mexico và là nhà nghiên cứu tại LANCE, đã nói với Space.com qua email (dịch từ tiếng Tây Ban Nha). "Nếu có một sự kiện dữ dội hơn hoặc có cường độ tương đương với sự kiện ngày 10 tháng 5, chúng ta có thể suy ra mức độ tác động mà nó sẽ gây ra cho đất nước chúng ta."
Nằm thấp
Các vụ phun trào khối lượng vành nhật hoa có thể làm rung chuyển từ trường của Trái đất và tạo ra các dòng điện cảm ứng địa từ (GIC). Nếu lưới điện của con người không được xây dựng để tính đến các đợt tăng điện, GIC có thể làm chúng quá tải.Lớp vỏ Trái đất đã tạo ra một điện tích yếu tăng lên trong một cơn bão mặt trời. Các màn hình theo dõi thời tiết vũ trụ cho thấy các cơn bão tháng 5 năm 2024 đã làm nhiễm điện cho đá và đất ở Hoa Kỳ. Khi gió mặt trời tác động vào từ quyển của Trái đất — một từ trường giống như bong bóng do lõi nóng chảy của Trái đất tạo ra nằm phía trên tầng điện ly — các dao động tạo ra các GIC có thể chạy qua đường ray xe lửa, đường ống ngầm và vào lưới điện, gây nguy cơ mất điện.
LANCE đã đặt màn hình GIC xung quanh máy biến áp để xem cơn bão có thể khiến Mexico rơi vào tình trạng mất điện hay không, nhưng viện này báo cáo rằng lưới điện quốc gia của nước này vẫn hoạt động bình thường. Các tác giả của nghiên cứu cho biết thực tế là đèn vẫn sáng là "minh chứng cho khả năng phục hồi của cơ sở hạ tầng hiện tại" ở Mexico.
Tuy nhiên, các quốc gia vĩ độ thấp khác có thể không được chuẩn bị tốt như vậy.
Mặc dù Comision Federal de Electricidad (CFE), công ty điện lực quốc gia ở Mexico, đã an toàn lần này, các nhà khoa học cảnh báo rằng các cơn bão địa từ có thể trở nên phổ biến hơn khi mặt trời đạt đến đỉnh điểm của chu kỳ mặt trời, được gọi là solar maximum, một giai đoạn kéo dài của hoạt động mặt trời tăng cao. Sự cố mất điện lớn ở Quebec năm 1989 là do một cơn bão mặt trời tương tự gây ra và có thể sẽ còn nhiều cơn bão khác xảy ra nữa.
"Trước đây, cực quang chỉ được nhìn thấy bằng mắt thường trên bầu trời không có ô nhiễm ánh sáng và khi sự kiện này thực sự cực đoan", Sanchez-Garcia cho biết. "Ngày nay, máy ảnh và/hoặc điện thoại đã phát triển đến mức có thể quan sát cực quang ở vĩ độ thấp bằng cách chụp phơi sáng lâu".
Lần cuối cùng hoạt động của mặt trời có thể nhìn thấy rõ ràng trên khắp thế giới là vào năm 2003, khi kỷ nguyên kỹ thuật số chưa phát triển đủ để cho phép chụp ảnh cực quang chất lượng cao và phương tiện truyền thông xã hội chưa đủ phổ biến để cho phép chia sẻ ảnh rộng rãi — vì vậy, trong khi thiên kiến gần đây khiến có vẻ như Cực quang đang di chuyển về phía nam lần đầu tiên, thì chúng ta đang trải nghiệm điều gì đó đã từng xảy ra trước đây, mặc dù chủ yếu là không có tài liệu ảnh. Câu hỏi đặt ra là lưới điện quốc gia và cơ sở hạ tầng kỹ thuật số mới của chúng ta có thể ứng phó với những thay đổi bất thường của mặt trời đến mức nào.
"Những cơn bão này có thể xảy ra bất cứ lúc nào trong thời kỳ cực đại của mặt trời, điều duy nhất [mà chúng ta đang chú ý hiện nay] là tần suất", Guhathakurta nói thêm.
Các bài viết liên quan:
— Cực quang phương bắc tuyệt đẹp từ các đợt bùng phát năng lượng mặt trời lớn khiến những người quan sát bầu trời trên toàn thế giới kinh ngạc
— Cơn bão mặt trời lớn vào tháng 5 năm 2024 đã tạo ra 2 vành đai bức xạ mới xung quanh Trái đất
— Nhiều người tìm kiếm 'cực quang phương bắc' trên Google vào tháng 5 năm 2024 hơn bất kỳ tháng nào khác trong lịch sử
"Cơn bão Gannon", tên gọi của cơn bão mạnh mẽ này, được đặt theo nhà khoa học Jennifer Lea Gannon, một thành viên của nhóm thời tiết không gian NASA và là đồng nghiệp của Guhathakurta, người đã qua đời ở tuổi 45.
Tiếp tục công việc của NASA, các nhà nghiên cứu ở Mexico đang làm việc trên thực địa với các nhà khoa học công dân để cố gắng dự đoán thời điểm xảy ra cơn bão địa từ lớn tiếp theo. Cực quang phương Bắc ở Mexico từng thịnh hành trên mạng xã hội về mặt kỹ thuật là vô hại — nhưng nếu một cơn bão mạnh hơn nữa ập đến, những bức ảnh về cực quang mê hồn này có thể sẽ khó có thể lên được internet. Thời lượng pin của điện thoại di động đang giảm dần có thể buộc sự kiện này phải nằm trong ký ức khi người dân — vẫn hát những bài hát vào Ngày của Mẹ — chờ điện trở lại.
