Trận bão địa từ lớn nhất từng được ghi nhận trong lịch sử đã xảy ra cách đây hơn 150 năm. Bây giờ, chúng ta đang bước vào một giai đoạn mà Mặt Trời hoạt động dữ dội nhất khác.
Chính vào một đêm tháng 9 năm 1859 khi Richard Carrington và Richard Hodgson đã chứng kiến một sự kiện đáng chú ý xảy ra. Mặc dù hai nhà thiên văn người Anh này không ở cùng nhau nhưng cả hai đã tình cờ dùng kính thiên văn quan sát Mặt Trời vào đúng thời điểm mà ngôi sao rực lửa này đang phun trào vật chất dữ dội. Trong vòng vài ngày, các nhà thiên văn khác trên Trái Đất cũng đã nhận thấy những dải cực quang đầy màu sắc liên tục chuyển động khắp bầu trời và các đường dây điện báo - công nghệ tiên tiến hàng đầu ở châu Âu và Bắc Mỹ vào thời đó - bị cháy nổ.
Quầng lửa Mặt Trời (sự giải phóng năng lượng lớn từ Mặt Trời) này được gọi là Sự kiện Carrington - đặt theo tên của một trong hai nhà thiên văn đầu tiên mô tả nó. Dù đã xảy ra hơn 150 năm trước nhưng quầng lửa này vẫn được xem là cơn bão địa từ mạnh nhất từng được biết (mặc dù vào thời đó chúng ta thiếu các phép đo để biết chính xác quy mô của cơn bão này lớn cỡ nào).
Kể từ đó, Trái Đất đã nhận thấy được hậu quả mà một số cơn bão địa từ đáng kể đem tới khi mà tất cả cơn bão này đều gây ra tình trạng mất điện và làm hư hỏng vệ tinh. Do đó, các công ty điện lực và các nhà sản xuất vệ tinh đã chế tạo lớp cách nhiệt cho công nghệ của chúng ta. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu một quầng lửa Mặt Trời khác có cấp độ giống như Sự kiện Carrington lại xảy ra vào ngày nay? Liệu chúng ta có sẵn sàng cho điều này không?
Theo Alexa Halford - phó trưởng Bộ phận Khoa học Vật lý Mặt Trời tại Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard (GSFC) của NASA thì câu trả lời là một lời khẳng định cần suy xét kỹ lưỡng. “Vẫn còn rất nhiều điều phải học hỏi nhưng chúng tôi đã thành công.” - bà cho biết.
Nhiều thập kỷ học hỏi
Quầng lửa xảy ra khi các bức xạ điện từ phun trào từ Mặt Trời. Những đợt bùng phát này thường diễn ra trong vài phút, mặc dù thỉnh thoảng kéo dài lâu hơn và đôi khi đi kèm với các vụ phun trào nhật hoa (CME) (vụ nổ lớn xảy ra ở vùng khí quyển bên ngoài của Mặt Trời, giải phóng vật chất ở thể plasma vào không gian) làm thổi bay vật chất khí và từ trường trên Trái Đất. Nhưng không phải mọi quầng lửa Mặt Trời hay CME đều gây ảnh hưởng tới Trái Đất mà điều này còn phụ thuộc vào cả quy mô của vụ nổ và hướng mà nó tác động tới. Chẳng hạn như nếu có một quầng lửa xảy ra ở mặt xa của Mặt Trời thì nó không có khả năng ảnh hưởng tới chúng ta.
Nhưng ngay cả khi xảy ra ở mặt gần của Mặt Trời thì hướng của vụ nổ này cũng thường không nhắm trúng chúng ta do chúng ta đang ở khá xa và có kích cỡ tương đối nhỏ so với Mặt Trời. Chẳng hạn như điều này đã xảy ra vào năm 2001 khi một trong những quầng lửa Mặt Trời lớn nhất được ghi nhận trong lịch sử đã phát nổ thành một CME di chuyển với vận tốc khoảng 4,5 triệu dặm/giờ (khoảng 7,2 triệu km/giờ). Nhưng may mắn là nó đã lướt qua khỏi chúng ta trên đường bay vào không gian.
Khi Sự kiện Carrington xảy ra vào năm 1859 thì công nghệ thời đó còn tương đối đơn giản, nhưng sự kiện này vẫn có tác động lớn tới các đường dây điện báo. Vào thời điểm đó, mọi người phải rút hết phích cắm điện nhằm ngăn chặn các tia lửa bắn ra từ đó. Nhưng các tia lửa này vẫn bắn ra một phần nhờ vào những hạt được giải phóng từ chính ngọn lửa đang còn cháy ở các đường dây điện. “Họ thực sự đã rút phích cắm điện nhưng các tia lửa này vẫn còn đủ năng lượng và dòng điện để phát ra trong một khoảng thời gian”. Halford cho biết.
Tất nhiên, trước đó cũng đã từng có những quầng lửa Mặt Trời gây ảnh hưởng tới Trái Đất. Một cơn bão Mặt Trời xảy ra vào năm 993 sau Công Nguyên đã để lại dấu vết trên các thân cây mà cho tới ngày nay các nhà khảo cổ vẫn còn sử dụng dấu vết này để xác định niên đại của những vật liệu gỗ cổ, chẳng hạn như vật gỗ ở khu định cư tạm thời của người Viking (nhóm người gồm những nhà thám hiểm, thương nhân, chiến binh, hải tặc tới từ bán đảo Scandinavia vào thời đại đồ đá muộn) ở châu Mỹ. Một quầng lửa đáng kể khác từng xuất hiện vào thời điểm Chiến tranh thế giới thứ nhất xảy ra. Mặc dù không lớn bằng Sự kiện Carrington nhưng quầng lửa này vẫn khiến cho những thiết bị phát hiện bị nhầm lẫn. Các kỹ thuật viên tin rằng quả bom rơi xuống khi những thiết bị này bị nhiễu sóng do ngọn lửa đập vào từ quyển của Trái Đất gây ra, Halford cho biết.
Một CME lớn gần đây đã tấn công Trái Đất vào tháng 3 năm 1989 và kết quả là cơn bão địa từ này đã khiến Trái Đất bị tàn phá nghiêm trọng. Ngọn lửa đã đánh sập mạng lưới điện ở thành phố Quebec (Canada) và các vùng của New England (Mỹ) dẫn tới công ty phát điện Hydro-Quebec ngừng hoạt động trong 9 giờ. Máy áp cấp điện thậm chí còn bị nóng chảy do sự quá tải điện trong lưới điện.
Các biện pháp an toàn
Sự kiện xảy ra vào năm 1989 đó cuối cùng đã nhận được sự chú ý của các nhà hoạch định cơ sở hạ tầng. “Những điều này thực sự đã khiến chúng tôi rút ra được bài học cho mình”. Halford cho biết. Các công ty điện lực bắt đầu thiết kế các biện pháp an toàn, chẳng hạn như lắp các dây bẫy (để khi một thứ gì đó vướng phải sẽ phát ra tín hiệu báo động) vào lưới điện nhằm ngăn chặn sự cố kéo theo (khi một bộ phận bị hỏng sẽ kéo theo các bộ phận khác cũng bị ảnh hưởng). Nếu công suất tăng quá nhanh thì các dây bẫy này sẽ được lập trình ngắt điện để hạn chế thiệt hại và máy biến áp sẽ không bị cháy như hồi năm 1989.
Các cơn bão địa từ cũng có thể gây ra tình trạng đảo bit (sự thay đổi ngoài dự tính của các bit (ví dụ như một bit chuyển từ 0 thành 1 hoặc ngược lại) do phần cứng, phần mềm hoặc các yếu tố bên ngoài gây ra), sự tích điện trên bề mặt hoặc bên trong các vệ tinh chuyển động quanh hành tinh của chúng ta - đó là tất cả những điều đã xảy ra vào tháng 10 rồi khi mà quầng lửa Mặt Trời phóng ra một vụ phun trào nhật hoa và một cơn bão địa từ tấn công Trái Đất. Các vệ tinh đặc biệt dễ bị tấn công vì chúng tương đối không được bầu khí quyển của Trái Đất bảo vệ. Nhưng hầu hết các vệ tinh được phóng trong hai thập kỷ qua đều được chế tạo đủ mạnh để có khả năng chống quá tải điện.
Sự đảo bit này xảy ra khi các hạt ion hóa từ các tia Mặt Trời chuyển đổi chức năng của các bit bộ nhớ. Điều này có thể khiến các vệ tinh GPS gặp rắc rối lớn, bị ảnh hưởng mọi mặt từ việc điều hướng tới khoanh vùng chính xác. Ngay cả ngân hàng cũng dựa vào vệ tinh GPS để xác định thời gian giao dịch. “Sự cố như vậy sẽ thực sự làm thiệt hại tới nền kinh tế,” Halford cho biết. “Đây là điều quan trọng và chắc chắn mà chúng ta nên quan tâm.”
Mặc dù các vệ tinh hiện nay đã được chế tạo tinh vi hơn nhưng Halford cho biết thêm rằng không có khả năng cho việc một cơn bão sẽ lấy đi đủ số vệ tinh GPS để gây ra nhiều rắc rối lớn hơn. Những sự cố này đôi khi cũng có thể dễ dàng được khắc phục bằng việc chạy lại nguồn điện hoặc đơn giản là khởi động lại các thiết bị bị ảnh hưởng. Halford nói rằng quầng lửa xảy ra vào tháng 10 đã gây ra một số rắc rối nhỏ nhưng Cục Hàng không Liên bang (Mỹ) không có báo cáo nào về vấn đề điều hướng nghiêm trọng.
Những ảnh hưởng tích cực
Không phải mọi tác động của một quầng lửa Mặt Trời lớn đều nhất thiết gây ra ảnh hưởng tiêu cực. Khi những sự kiện này xảy ra, chúng sẽ góp phần làm mật độ của tầng thượng quyển của Trái Đất dày thêm. Trên thực tế, khi độ cao của bầu khí quyển tăng lên trong một thời gian ngắn có thể ảnh hưởng tới quỹ đạo của các vệ tinh và có khả năng dẫn tới nhiều rắc rối nhưng đồng thời điều này cũng có tác động lên quỹ đạo của các mảnh vỡ không gian trôi nổi xung quanh đó. Lực kéo tăng thêm này sẽ có thể khiến các mảnh vỡ rơi vào quỹ đạo của Trái Đất và bốc cháy.
“Bạn muốn có một số cơn bão như vậy để chúng ta có thể loại bỏ một số mảnh vỡ một cách tự nhiên,” Halford cho biết. Nhưng điều này có thể là một con dao hai lưỡi vì sự kiện này cũng có thể khiến cho quỹ đạo của các thiết bị vận hành trên đó bị phá hủy.
Một tác động tích cực khác có thể xảy ra đối với người dân sống ở các khu vực gần xích đạo hơn là khả năng cực quang xuất hiện sẽ cao hơn. Bắc cực quang và nam cực quang được tạo ra khi các hạt năng lượng Mặt Trời đi vào khí quyển Trái Đất và va chạm với các hạt khí trong đó. Điều này thường xảy ra ở hai cực nơi có từ trường yếu hơn. Nhưng trong quá trình quầng lửa Mặt Trời diễn ra thì có nhiều hạt vượt qua bầu khí quyển hơn. Bắc cực quang gần đây đã được nhìn thấy ở New York vào lúc bão Mặt Trời xảy ra vào tháng 10.
Sẽ có nhiều cơ hội cho chúng ta nhìn thấy được cực quang hơn khi chúng ta quan sát vào thời kỳ Mặt Trời hoạt động dữ dội nhất - thời điểm mà chúng ta thấy khoảng thời gian hoạt động của Mặt Trời là nhiều nhất cứ sau 11 năm hoặc lâu hơn. “Vài năm tới sẽ thực sự thú vị vì chúng ta sẽ có nhiều cơ hội nhìn thấy cực quang hơn,” Halford cho biết.
Đây cũng có lẽ là thời điểm sẽ xảy ra một quầng lửa Mặt Trời lớn khác. Theo Halford, đây sẽ là dịp để kiểm tra xem các biện pháp an toàn và biện pháp phòng ngừa của chúng ta có thể ứng phó với dòng các hạt năng lượng Mặt Trời này tốt như thế nào - nhưng điều đó cũng có thể sẽ không xảy ra. Một nghiên cứu được công bố vào năm 2019 cho thấy khả năng xảy ra một sự kiện giống như sự kiện Carrington vào trước năm 2029 là ít hơn 1,9%. “Sự kiện Carrington là một trong những điều mà bạn muốn xảy ra vì chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi có thể khắc phục nó,” Halford cho biết.
Hồng Anh
Theo Astronomy
