Hầu như mọi người đều đã từng nghe hoặc nhìn thấy ảnh về cực quang phương Bắc. Một số người khác đã may mắn được tận mắt chứng kiến. Nhưng nhiều người không biết chúng được hình thành như thế nào và bởi vì.
Borealis cực quang bắt đầu với ánh sáng huỳnh quang ở đường chân trời. Sau đó, nó giảm dần và một vòng cung được chiếu sáng phát sinh đôi khi đóng lại dưới dạng một vòng tròn rất sáng. Nhưng nó được hình thành như thế nào và hoạt động của nó liên quan đến điều gì?
Sự hình thành của Bắc cực quang
Sự hình thành của cực quang phương bắc có liên quan đến hoạt động mặt trời, thành phần và đặc điểm của bầu khí quyển Trái Đất. Để hiểu rõ hơn về hiện tượng này, thật thú vị khi đọc về cơn bão không gian và những điều này ảnh hưởng như thế nào thế hệ cực quang phương bắc.
Các ánh sáng phía Bắc có thể được quan sát trong một khu vực hình tròn phía trên các cực của Trái đất. Nhưng chúng đến từ đâu? Chúng đến từ Mặt trời. Có một cuộc bắn phá các hạt hạ nguyên tử từ Mặt trời được hình thành trong các cơn bão Mặt trời. Các hạt này có màu từ tím đến đỏ. Gió mặt trời làm thay đổi các hạt và khi chúng gặp từ trường của Trái đất, chúng sẽ lệch hướng và chỉ một phần của nó được nhìn thấy ở các cực.
Các electron tạo nên bức xạ mặt trời tạo ra một phát xạ quang phổ khi chúng tiếp cận các phân tử khí được tìm thấy trong từ quyển, một phần của khí quyển Trái đất bảo vệ Trái đất từ gió mặt trời, và gây ra kích thích ở cấp độ nguyên tử dẫn đến phát quang. Sự phát quang đó lan tỏa khắp bầu trời, tạo nên một cảnh tượng của thiên nhiên.
Các nghiên cứu về cực quang
Có những nghiên cứu tìm hiểu về cực quang phương bắc khi gió mặt trời xuất hiện. Điều này xảy ra bởi vì, mặc dù các cơn bão mặt trời được biết là có khoảng thời gian khoảng 11 năm, không thể dự đoán được thời điểm hiện tượng cực quang phương Bắc sẽ xảy ra. Đối với tất cả những người muốn ngắm cực quang phương Bắc thì đây quả là một điều đáng tiếc. Đi du lịch đến các cực không hề rẻ, và việc không thể nhìn thấy cực quang thực sự rất đáng buồn. Ngoài ra, có thể hữu ích khi biết cực quang phương bắc ở Tây Ban Nha dành cho những người không thể đi xa.
Để hiểu được cách hình thành cực quang, điều quan trọng là phải hiểu hai yếu tố chính liên quan đến sự hình thành của chúng: gió mặt trời và từ quyển. Gió mặt trời là dòng các hạt tích điện, chủ yếu là electron và proton, phát ra từ vành nhật hoa của Mặt trời. Những hạt này di chuyển đến tốc độ ấn tượng, có thể đạt tới vận tốc 1000 km/giây và được gió Mặt Trời đưa vào không gian liên hành tinh.
Về phần mình, từ quyển hoạt động như một lá chắn bảo vệ Trái Đất khỏi hầu hết các hạt trong gió Mặt Trời. Tuy nhiên, ở các vùng cực, từ trường của Trái Đất yếu hơn, cho phép một số hạt xâm nhập vào khí quyển. Sự tương tác này diễn ra mạnh nhất trong các cơn bão địa từ, khi gió mặt trời mạnh nhất và có thể gây ra nhiễu loạn trong từ quyển.
Sự tương tác của các hạt với bầu khí quyển của Trái Đất
Khi các hạt tích điện từ gió Mặt trời xâm nhập vào bầu khí quyển của Trái đất, chúng sẽ tương tác với các nguyên tử và phân tử có trong đó, chủ yếu là oxy và nitơ. Quá trình tương tác này chính là nguyên nhân tạo ra cực quang phương bắc, tạo ra màu sắc và hình dạng mà chúng ta nhìn thấy trên bầu trời. Các hạt năng lượng mặt trời truyền năng lượng với các nguyên tử và phân tử trong khí quyển, kích thích chúng và đưa chúng lên trạng thái năng lượng cao hơn.
Khi các nguyên tử và phân tử đạt đến trạng thái kích thích này, chúng có xu hướng trở về trạng thái cơ bản, giải phóng năng lượng bổ sung dưới dạng ánh sáng. Quá trình phát sáng này chính là quá trình tạo ra màu sắc đặc trưng của cực quang phương bắc. Bước sóng của ánh sáng phát ra phụ thuộc vào loại nguyên tử hoặc phân tử liên quan và mức năng lượng đạt được trong quá trình tương tác, điều này có thể được khám phá thêm trong các lớp của bầu khí quyển Trái Đất.
Oxy là nguyên nhân tạo ra hai màu cơ bản của cực quang. Màu xanh lá cây/vàng xuất hiện ở bước sóng năng lượng là 557,7 nm, trong khi màu đỏ hơn và tím hơn được tạo ra bởi độ dài ít thường xuyên hơn trong những hiện tượng này, 630,0 nm. Đặc biệt, phải mất gần hai phút để một nguyên tử oxy bị kích thích phát ra một photon đỏ và nếu một nguyên tử va chạm với một nguyên tử khác trong thời gian đó, quá trình này có thể bị gián đoạn hoặc chấm dứt. Do đó, khi chúng ta nhìn thấy cực quang màu đỏ, chúng có nhiều khả năng xuất hiện ở các tầng cao hơn của tầng điện ly, cao khoảng 240 km, nơi có ít nguyên tử oxy gây nhiễu lẫn nhau hơn.
Màu sắc và khí: oxy và nitơ
Màu sắc của cực quang phương bắc là kết quả của sự tương tác giữa các hạt năng lượng mặt trời với các loại khí khác nhau trong bầu khí quyển của Trái Đất. Oxy và nitơ chủ yếu chịu trách nhiệm tạo nên nhiều màu sắc khác nhau mà chúng ta nhìn thấy trên bầu trời trong hiện tượng cực quang. Oxy khi được kích thích bởi các hạt năng lượng mặt trời có thể phát ra ánh sáng xanh hoặc đỏ, tùy thuộc vào độ cao mà tương tác xảy ra. Ở độ cao thấp hơn, khoảng 100 km, oxy phát ra ánh sáng xanh, trong khi ở độ cao cao hơn, khoảng 200 km, nó phát ra ánh sáng đỏ. Để hiểu rõ hơn về hiện tượng này, bạn nên đọc về cái lạnh vào những đêm quang đãng, đây là thời điểm cực quang có thể nhìn thấy rõ nhất.
Về phần mình, nitơ góp phần tạo nên màu xanh và tím của cực quang phương bắc. Khi các hạt năng lượng mặt trời kích thích các phân tử nitơ, chúng có thể phát ra ánh sáng xanh hoặc tímtạo ra sự tương phản với màu sắc do oxy tạo ra. Sự kết hợp của những màu sắc này tạo ra hiện tượng cực quang nhiều màu sắc ấn tượng chiếu sáng bầu trời đêm ở các vùng cực.
Màu sắc của cực quang phương bắc
Mặc dù cực quang thường có màu xanh lá cây tươi sáng, nhưng thực tế chúng có thể có nhiều màu sắc khác nhau. Màu xanh lá cây là màu phổ biến nhất do sự kích thích của các nguyên tử oxy ở độ cao khoảng 100 km. Tuy nhiên, Ở các độ cao khác nhau và với các loại khí khác nhau, các màu sắc khác nhau có thể xuất hiện:
- Màu xanh lá cây: được tạo ra do sự kích thích oxy ở độ cao 100 km.
- Màu đỏ: được tạo ra bởi oxy ở độ cao lớn hơn, khoảng 200 km.
- Màu xanh lam: do sự tương tác của các hạt mặt trời với nitơ.
- Màu tím: cũng là kết quả của sự kích thích nitơ, tạo nên độ tương phản với ánh sáng xanh lá cây và đỏ.
Cực quang trên các hành tinh khác
Cực quang không chỉ xuất hiện ở Trái Đất. Nhờ các quan sát của Kính viễn vọng không gian Hubble và các tàu thăm dò không gian, chúng ta có thể phát hiện cực quang trên các hành tinh khác trong hệ mặt trời, chẳng hạn như Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương. Mặc dù cơ chế cơ bản để hình thành Mặc dù cực quang trên tất cả các hành tinh này đều giống nhau, nhưng có những điểm khác biệt đáng kể về nguồn gốc và đặc điểm của chúng. Để hiểu rõ hơn những khác biệt này, người ta có thể nghiên cứu về hiện tượng thời tiết ngoạn mục.
Trên sao Thổ, cực quang có nguồn gốc tương tự như trên Trái Đất vì chúng cũng là kết quả của sự tương tác giữa gió Mặt Trời và từ trường của hành tinh này. Tuy nhiên, trên Sao Mộc, quá trình này lại khác do ảnh hưởng của plasma do vệ tinh Io tạo ra, góp phần tạo nên cực quang mạnh và phức tạp. Những khác biệt này khiến việc nghiên cứu cực quang trên các hành tinh khác trở thành một lĩnh vực nghiên cứu hấp dẫn, cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về các quá trình vật lý diễn ra trong hệ mặt trời.
Cực quang trên sao Thiên Vương và sao Hải Vương cũng có những đặc điểm riêng biệt do độ nghiêng của trục từ trường và thành phần bầu khí quyển của chúng. Sự khác biệt trong cấu trúc và động lực của từ trường các hành tinh này ảnh hưởng đến hình dạng và hành vi của cực quang, mang đến cơ hội khám phá cách các hiện tượng này thay đổi trong các môi trường hành tinh khác nhau.
Ngoài ra, cực quang đã được phát hiện trên một số vệ tinh của Sao Mộc, chẳng hạn như Europa và Ganymede, cho thấy sự hiện diện của các quá trình từ tính phức tạp trên các thiên thể này. Trên thực tế, cực quang đã được tàu vũ trụ Mars Express quan sát thấy trên sao Hỏa trong các quan sát được thực hiện vào năm 2004. Sao Hỏa không có từ trường tương tự như Trái Đất, nhưng nó có các từ trường cục bộ liên quan đến lớp vỏ của nó, chịu trách nhiệm tạo ra cực quang trên hành tinh này.
Hiện tượng này gần đây cũng được quan sát thấy trên Mặt trời. Các cực quang này được tạo ra bởi các electron tăng tốc qua một vết đen trên bề mặt Mặt trời. Ngoài ra còn có bằng chứng về cực quang trên các ngôi sao khác. Điều này làm nổi bật tầm quan trọng của cực quang ngoài hành tinh của chúng ta, vì chúng cung cấp thông tin quan trọng về từ trường và bầu khí quyển của các thiên thể khác.
Quan sát cực quang phương Bắc
Ngắm nhìn Bắc Cực Quang là một trải nghiệm khó quên, mặc dù đòi hỏi phải có kế hoạch và kiên nhẫn. Để cải thiện cơ hội phát hiện ra chúng, điều cần thiết là phải chọn thời gian và địa điểm thuận lợi. Từ giữa tháng 8 đến tháng 4, đêm dài hơn và tối hơn ở các vùng cực, làm tăng cơ hội nhìn thấy hiện tượng này. Đối với những người quan tâm đến chủ đề này, việc xem xét lại là hữu ích Thông tin về Kiruna, thành phố của Bắc Cực Quang.
Những khu vực tốt nhất để ngắm cực quang bao gồm Na Uy, Iceland, Phần Lan, Thụy Điển, Canada và Alaska, nơi bầu trời quang đãng và điều kiện thời tiết thuận lợi cho hiện tượng này. Nên tìm những nơi xa thành phố để tránh ô nhiễm ánh sáng và có thị lực tốt hơn. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm, hãy tham khảo Cơn bão Bắc Cực Quang ngoạn mục ở Canada.
Ngoài ra, điều quan trọng là phải chuẩn bị cho thời tiết lạnh và mặc quần áo phù hợp khi nhiệt độ xuống thấp. Sự kiên nhẫn đóng vai trò quan trọng vì cực quang có thể xuất hiện và tan biến nhanh chóng. Việc cập nhật thông tin về dự báo hoạt động địa từ và sở hữu một chiếc máy ảnh phù hợp sẽ giúp ghi lại được hiện tượng này một cách trọn vẹn nhất.
Tuy nhiên, biến đổi khí hậu cũng bắt đầu ảnh hưởng đến khả năng nhìn thấy cực quang. Nhiệt độ tăng cao và băng ở hai cực tan chảy có thể ảnh hưởng đến mật độ và thành phần của khí quyển, có khả năng làm thay đổi cách nhìn cực quang từ bề mặt Trái Đất. Hơn nữa, tình trạng ô nhiễm ánh sáng ngày càng tăng ở các khu vực đô thị khiến việc ngắm hiện tượng tự nhiên này trở nên khó khăn, buộc người ta phải đi đến những vùng xa xôi để tận hưởng trọn vẹn trải nghiệm này.
Cực quang phương Bắc là lời nhắc nhở về sự hùng vĩ và phức tạp của vũ trụ chúng ta. Khi chúng ta hiểu sâu hơn về những hiện tượng này, nhiều cơ hội sẽ mở ra để khám phá vẻ đẹp hấp dẫn của chúng và các quá trình vật lý đằng sau chúng.
