VỆT ĐEN MẶT TRỜI






Ai trong chúng ta cũng biết rằng sự sống trên Trái đất tồn tại được là nhờ mặt trời. Mặt
trời là nguồn cung cấp ánh sáng và nhiệt năng cho Trái đất. Tuy nhiên, rất ít người
trong chúng ta hiểu biết tường tận về cấu trúc của mặt trời và các ảnh hưởng của nó
đối với môi trường khí hậu. Do đó, trong bài này chúng tôi muốn giới thiệu với các
bạn về cấu trúc của mặt trời theo các nghiên cứu của các nhà khoa học làm việc cho
Nasa.

Thêm vào đó, ngày nay con người đã biết thêm rằng các vệt đen mặt trời và chu kỳ của
nó cũng góp phần vào việc gây nên sự nóng dần của Trái đất, từ một công bố vào đầu
năm 1997 của ba nhà khoa học người Đan Mạch (xem thêm bài viết của Gs. Lê Huy
Bá, Viện Môi Trường và Tài Nguyên Đại Học Quốc Gia, TP. HCM, Tuổi Trẻ Chủ
Nhật 8/3/1998). Một chu kỳ mặt trời kéo dài khoảng 11 năm, trong chu kỳ này hoạt
động của mặt trời tăng lên trong bốn năm và giảm trong bảy năm sau, liên quan đến sự
thay đổi cực liên tiếp của từ trường mặt trời. Ở giai đoạn cực đại của chu kỳ ấy, số
lượng các vệt đen mặt trời đạt tới số lượng nhiều nhất. Các vụ nổ của mặt trời cũng
nhiều hơn, phát xạ vào vũ trụ các ion tạo thành gió mặt trời, làm cho các tia vũ trụ
không thể tới được trái đất để tạo điều kiện cho sự phát triển của "lớp vỏ mây" trên khí
quyển trái đất, do đó các tia mặt trời đến trái đất nhiều hơn và làm cho trái đất nóng
lên. Vào giai đoạn cực tiểu các tia vũ trụ đến được Trái đất nhiều hơn tạo thành các
đám mây hắt ngược lại vào vũ trụ hơi nóng mặt trời, do đó khí hậu Trái đất lạnh đi.

Dựa trên lý thuyết này, tại một hội nghị tổ chức tại Hague vào ngày 14-11-1996, Friis
Christensen và một số nhà khoa học Hà Lan cho rằng sự nóng dần lên của Trái đất là
do Mặt trời. Theo họ, có thể không cần xây dựng mục tiêu nhằm giảm thiểu các khí

gây ra hiệu ứng nhà kính. Nhưng theo Viện khí Tượng Hoàng gia Hà Lan (KNMI),
Viện Nghiên cứu Môi trường (IUM) thì có mối quan hệ giữa sự tăng nhiệt độ trung
bình của Trái đất và sự tăng nồng độ các khí gây hiệu ứng nhà kính. Giờ đây, một
phần thay đổi của hệ thống khí hậu có thể qui cho vai trò của các vệt đen mặt trời,
nhưng nó nhỏ hơn vai trò của các khí gây hiệu ứng nhà kính, do đó việc cắt giảm các
khí thải gây hiệu ứng nhà kính cũng vẫn là vấn đề tối cần thiết. Trong bài này chúng
tôi sẽ lược qua về chu kỳ vệt đen mặt trời và các số liệu gần đây nhất về chu kỳ thứ 23
của vệt đen mặt trời.

Why We Study the Sun?
Tại sao chúng ta nghiên cứu về Mặt Trời?




Theo các nhà khoa học ở Nasa có 4 nguyên nhân chính:
•
Liên quan đến khí hậu Trái đất: số lượng và "chất lượng" của ánh sáng mặt trời
thay đổi theo các khoảng thời gian (từ 1/1000 giây đến hàng tỉ năm). Một vài sự
thay đổi có thể ảnh hưởng đến khí hậu của Trái đất của chúng ta một cách
không rõ ràng.
•
Liên quan đến thời tiết của vũ trụ: mặt trời tạo nên các luồng gió mặt trời (luồng
khí chuyển động từ Mặt trời đến Trái đất với vận tốc lớn hơn 500 km/giây).
Những rối loạn của luồng gió mặt trời sẽ làm ảnh hưởng đến từ trường của Trái
đất làm tăng dòng điện trong các dây dẫn, làm hư hại các thiết bị điện và hệ
thống truyền tải điện ở một khu vực lớn. Bề mặt của Mặt trời thường xảy ra các
vụ nổ phóng ra tia UV và tia X vào phần trên của khí quyển Trái đất. Việc tăng
các tia phóng xạ có thể làm hư hại các vệ tinh nhân tạo và gây nguy hiểm cho
các nhà du hành vũ trụ.

•
Mặt trời là một vì sao: mặt trời là vì sao duy nhất gần Trái đất của chúng ta. Do
đó, chúng ta có thể nghiên cứu về mặt trời để hiểu biết thêm về các vì sao khác
và phần còn lại của vũ trụ. Ngày nay con người đã biết được tuổi của mặt trời,
đường kính, trọng lượng, độ sáng của nó và nhiều chi tiết về cấu trúc bên trong
và khí quyển của nó.
•
Mặt trời có thể coi như là một phòng thí nghiệm lý học: mặt trời tạo nên nguồn
năng lượng của nó bằng các phản ứng hợp nhân - 4 hạt nhân của hydrogen hợp
lại thành hạt nhân của helium. Các nhà khoa học đang tìm cách tạo nên những
phản ứng tương tự.

The Big Questions
Các câu hỏi lớn

Nguồn gốc của chu kỳ vệt đen mặt trời (Sunspot cycle)?

Khoảng hơn 11 năm số lượng của các vệt đen mặt trời tăng từ gần bằng 0 đến hơn 100
(gần 200) sau đó giảm xuống đến gần bằng 0 khi chu kỳ mới bắt đầu. Bản chất và
nguyên nhân của các chu kỳ vệt đen mặt trời vẫn còn là điều bí ẩn đối với các nhà
thiên văn học vì hiện tại dù họ đã biết được nhiều chi tiết cũng như những quá trình
đóng vai trò chủ yếu trong việc tạo nên các vệt đen mặt trời, họ vẫn chưa thể lập nên
các mô hình để tiên đoán chính xác số lượng vệt đen mặt trời ở các chu kỳ sắp tới.

Bản chất của các vụ nổ (solar flares) ở bề mặt mặt trời

Khu vực xung quanh các vệt đen mặt trời thường nổ tung, làm cho vật chất ở đây bị
nung lên đến hàng triệu độ trong vòng vài giây và phóng ra vũ trụ hàng tấn các vật
chất. Nguyên nhân chính xác gây ra các vụ nổ này cũng là điều bí ẩn đối với các nhà
khoa học, họ đã biết được cơ chế của các vụ nổ nhưng chưa thể tiên đoán chính xác

được nơi nào và khi nào sẽ xảy ra các vụ nổ và cường độ của nó là bao nhiêu?

Quá trình nung nóng vầng sáng chung quanh mặt trời (Corona):

Nhiệt độ của Corona lên đến hơn 1.000.000 oC (1.800.000 oF), trong khi nhiệt độ bề
mặt mặt trời chỉ khoảng 6.000 oC (10.000 oF). Bản chất của quá trình nung nóng
Corona và duy trì nhiệt độ cao như vậy cũng là điều bí ẩn đối với các nhà khoa học.
Thông thường thì nhiệt độ giảm dần khi xa dần nguồn nhiệt. Điều này đúng đối với
nhiệt độ của mặt trời khi đi từ trong lõi của nó ra đến bề mặt. Các nhà khoa học đã đưa
ra một số cơ chế để giải thích, nhưng chưa có một cơ chế nào được sự tán đồng.

Sự biến mất của các hạt neutrios

Các hạt neutrios được tạo ra từ các phản ứng hạt nhân trong lõi của mặt trời và phóng
thích vào vũ trụ. Việc phát hiện các hạt neutrinos rất khó khăn. Tuy nhiên, một số các
nghiên cứu độc lập đã cùng đi đến kết luận rằng chỉ có khoảng 1/3 số lượng của các
neutrinos này hiện diện ở Trái đất.

Magnetism - The key to Understanding the Sun
Từ học - Chìa khóa để hiểu rõ Mặt trời

Từ trường của Mặt trời: từ trường được tạo ra trên Mặt trời bởi sự di chuyển của các
ion mang điện tích và các electron. Vệt đen mặt trời là những chỗ các đường từ trường
mạnh xuyên qua bề mặt mặt trời. Chu kỳ vệt đen mặt trời được tạo ra bởi sự tái tạo lại
từ trường do các dòng vật chất bên trong mặt trời.

Dự báo thời tiết vũ trụ: hiểu rõ về từ trường của mặt trời giúp ta có những dự đoán
chính xác về thời tiết vũ trụ. Các nhà khoa học đã xác định được rằng các vụ nổ ở bề
mặt mặt trời diễn ra ở những nơi mà từ trường giữa hai vệt đen mặt trời bị biến dạng
hay xoắn lại.


Solar Structure
Cấu trúc của Mặt trời



Phần bên trong của mặt trời: phần bên trong của mặt trời được chia làm 4 khu vực theo
các quá trình khác nhau diễn ra ở từng khu vực. Từ trong ra ngoài ta có phần lõi (the
core), vùng bức xạ, mặt phân giới và khu vực đối lưu nhiệt.

Phần lõi của mặt trời là nơi xảy ra các phản ứng hợp nhân, sử dụng hydrogen để tạo ra
helium. Những phản ứng này tạo nên năng lượng và cuối cùng năng lượng này được
phóng thích ra khỏi mặt trời dưới dạng ánh sáng. Nhiệt độ ở tâm của mặt trời lên đến
15.000.000oC (27.000.000 oF) và tỉ trọng lên đến 150 g/cm3 (khoảng 10 lần lớn hơn tỉ
trọng của vàng hoặc chì). Đi dần ra tới gần khu vực phóng xạ (175.000 km kể từ tâm),
nhiệt độ giảm xuống chỉ còn khoảng phân nửa nhiệt độ ở tâm và tỉ trọng giảm xuống
còn 20 g/cm3.

Khu vực phóng xạ: đặc điểm của khu vực này là năng lượng được truyền đi theo dạng
bức xạ. Tỉ trọng giảm từ 20 g/cm3 (ở phần bên trong của khu vực này) xuống còn 0,2
g/cm3 (ở phần bên ngoài của khu vực) và nhiệt độ giảm từ 7.000.000 oC xuống còn
2.000.000oC.