Nếu bạn có dịp đi thăm những xứ gần Bắc Cực như Na Uy hay Phần Lan thì có thể thấy một hiện tượng thiên nhiên rất kỳ bí và đẹp mắt như hình trên đầu bài. Hiện tượng đó được gọi là Aurora Borealis hay là ánh sáng phương Bắc (northern lights), ở Nam bán cầu thì được gọi là Aurora Australis hay là ánh sáng phương Nam (southern lights).
Ánh sáng phương Bắc được sự tương tác của gió trời (solar wind) và các nguyên tử trong bầu khí quyển tạo ra. Trong bài này tôi xin nói về mặt trời, gió trời và ánh sáng phương Bắc.
Mặt trời
Chúng ta ai cũng biết là mặt trời là trung tâm của hệ thống Thái Dương Hệ. Các hành tinh trong Thái Dương Hệ đều xoay quanh mặt trời. Mặt trời rất lớn, so về khối lượng thì mặt trời lớn gấp 330,000 lần trái đất.
Mặt trời là một trái cầu bằng hơi nóng. Khí hy-drô chiếm 70%, khí hê-li (helium) khoảng 28% phần còn lại gồm có khí cạc-bon, ni-trô, ô-xy và một số ít nê-ông, sắt, si-líc (silicon), ma-giê (magnesium) và lưu huỳnh. Mặt trời chiếu sáng được là qua quá trình kết hợp hạt nhân (nuclear fusion) trong đó các nguyên tử hy-đrô kếp hợp thành nguyên tử hê-li và phát sinh ra một số lượng năng lượng rất lớn.
Nhiệt độ trong lòng mặt trời được ước tính là khoảng 15 triệu độ C và trên bề mặt là khoảng 5,600 độ C. Vì mặt trời quá nóng nên những chất khí ở thể plasma. Trạng thái plasma là thể thứ tư của vật chất. Ba thể khác của vật chất là những trạng thái mà chúng ta đều biết, đó là thể lỏng, thể đặc và thể hơi.
Ánh sáng từ mặt trời đem năng lượng tới trái đất và duy trì tất cả sự sống trên trái đất. Tuy nhiên nhiều khi mặt trời bùng phát và phun ra vũ trụ một lượng vật chất lớn làm ảnh hưởng đến những hành tinh trong Thái Dương Hệ. Một trong những hiện tượng đó là gió trời. Sau đây là hình minh họa mặt trời bùng phát. NASA để chồng lên mô hình trái đất để thấy được sự lớn lao của sự bùng phát.
Gió trời
Gió trời là những luồng hạt tích điện (charged particles) phun từ mặt trời ra mọi phía. Những hạt tích điện này gồm có phần lớn là điện tử (electron) và dương tử (proton). Luồng hạt điện tích này có vận tốc rất là cao, từ 400 km tới 800 km một giây (trên 1 triệu km một giờ). Cho đến bây giờ các nhà khoa học vẫn không hiểu tại sao gió trời lại có vận tốc cao như vậy.
Gió trời được tạo ra bởi phần ngoài của mặt trời gọi là quầng sáng (corona). Quầng sáng nóng tới khoảng 1.1 triệu độ C (2 triệu độ F). Ở nhiệt độ cao như vậy sức hút của mặt trời không đủ sức giữ các hạt tích điện nên những hạt này bắn ra ngoài vũ trụ. Tuy là mặt trời mất tới cả triệu tấn chất liệu một giây, nhưng vì mặt trời quá lớn nên không ảnh hưởng gì mấy.
Vận tốc gió trời không đều, tùy theo chỗ. Quầng sáng của mặt trời có chỗ gọi là lỗ hổng quầng sáng (corona hole) thí dụ như ở hai cực của mặt trời. Trong vùng lỗ hổng quầng sáng thì từ trường yếu nên vận tốc của gió trời rất cao có thể lên tới 800 km/g. Ở vùng xích đạo thì vận tốc của gió trời chậm hơn chỉ khoảng 400 km/g.
Luồng gió trời lúc đầu thuộc thể plasma, càng đi xa mặt trời thì dần dần thành thể khí. Bức xạ của luồng gió trời khi bay tới trái đất có thể làm nguy hại tới những sinh vật. Nhưng may mắn là trái đất có lớp từ trường bao quanh. Lớp này là một màn chắn đẩy luồng gió trời bay lướt qua trái đất. Lực của gió trời làm cho từ trường của trái đất phía hướng về mặt trời bị ép lại và phía đối diện thì giãn ra.
Nhiều khi mặt trời phun ra những luồng plasma cực mạnh. Hiện tượng này được gọi là phóng khối lượng quầng sáng (coronal mass ejection) hay gọi nôm na là bão trời (solar storm). Bão trời có thể làm hư hại vệ tinh và cũng làm cho hệ thống định vị hoàn cầu (GPS) không dược chính xác vì có thể làm cho tín hiệu từ GPS bị lệch đi cả chục thước.
Cơ quan NASA của chính phủ Hoa Kỳ vào năm 1990 đã phóng phi thuyền vũ trụ Ulysses để quan sát mặt trời và các hiện tượng của mặt trời trong đó có gió trời. Ulysses đã bay hai vòng quỹ đạo trong Thái Dương Hệ và đã bay ngang qua hai cực của mặt trời để đo gió trời và các đặc tính của bức xạ mặt trời.
Thỉnh thoảng gió trời lọt vào vùng từ quyển (magnetosphere) của trái đất và tạo ra hiện tượng ánh sáng phương Bắc.
Ánh sáng phương Bắc
Ánh sáng phương Bắc là một hiện tượng thiên nhiên đã gây ấn tượng rất sâu sắc cho những người may mắn được chứng kiến. Ánh sáng phương Bắc xảy ra khi gió trời gồm những điện tử và dương tử lọt vào vùng từ quyển của trái đất và tương tác với những phân tử trong thượng từng bầu khí quyển làm những nguyên tử này phát ra những luồng ánh sáng đủ màu.
Ánh sáng phương Bắc thường xảy ra trong một vòng rộng khoảng 3,000 km xung quanh cực Bắc từ (north magnetic pole). Gió trời hay bão trời làm cho vành đó dãn nở và ánh sáng phương Bắc hạ thấp xuống từ khoảng 100 đến 400 km. Nhìn từ dưới đất ánh sáng phương Bắc có dạng như là những tấm màn trên trời.
-Màu sắc của ánh sáng phương Bắc: Ánh sáng phương Bắc sinh ra do sự tương tác giữa những hạt tích điện của gió trời và những nguyên tử và i-ôn (ion) trong không khí. Sự tương tác này làm các điện tử trong nguyên tử bị kích thích. Khi điện tử trở lại mức năng lượng ban đầu nó sẽ phát ra những tia sáng có độ dài sóng khác nhau. Màu sắc của ánh sáng phương Bắc thì tùy thuộc theo độ dài sóng của tia sáng phát ra.
Bầu khí quyển có nhiều nhất là o-xy và ni-tơ. Nguyên tử o-xy phát sinh ra màu xanh lá cây và màu đỏ, còn ni-tơ thì phát sinh ra màu xanh và đỏ đậm. Ánh sáng phương Bắc thường thấy nhất có màu xanh lá cây. Màu đỏ chỉ thấy khi những hạt tích điện tương tác với nguyên tử o-xy ở tầng khí quyển trên 150 dặm. Ánh sáng phương Bắc có màu xanh khi những hạt tích điện tương tác với ni-tơ ở chiều cao 60 dặm hay thấp hơn.
–Xem ánh sáng phương Bắc ở đâu: Vùng ánh sáng phương Bắc xuất hiện thường xuyên là một vòng đai giữa vĩ tuyến 66 độ tới 69 độ Bắc. Vòng đai này đi qua Gia Nã Đại và những nước Bắc Âu như Na Uy, Phần Lan. Muốn xem ánh sáng phương Bắc bạn phải tránh xa những chỗ có nhiều ánh sáng như những thành phố mà phải đi vào những vùng xa xôi không có ánh đèn.
–Xem ánh sáng phương Bắc vào thời gian nào: Mặt trời có một chu kỳ hoạt động 11 năm, đi từ năm có nhiều hoạt động nhất tới năm lắng đọng. Ánh sáng phương Bắc thấy nhiều nhất trong vòng 2 hay 3 năm chung quanh năm hoạt động cao nhất. Tuy nhiên rất khó tiên đoán được khi nào thì có ánh sáng phương Bắc.
Trên nguyên tắc ánh sáng phương Bắc có thể xuất hiện quanh năm. Nhưng bầu trời cần phải tối, mắt thường mới thấy được ánh sáng phương Bắc cho nên vào những tháng mùa Hè bạn không thể thấy ánh sáng phương Bắc vì ở miền gần Bắc Cực hầu như không có đêm. Vì vậy thời gian tốt nhất để thấy ánh sáng phương Bắc là từ Tháng Chín cho tới Tháng Ba.
Theo mạng www.theaurorazone.com thì thời điểm tốt nhất trong ngày để thấy được ánh sáng phương Bắc là từ 9:30 tối tới 1 giờ sáng. (Hà Dương Cự)
