Hiện tượng bão từ tạo ra cực quang từ bão mặt trời là gì ?

Bão từ hay còn gọi là bão địa từ đang dần trở thành chủ đề được quan tâm khi các sự kiện thời tiết không gian ngày càng ảnh hưởng rõ rệt đến vệ tinh, lưới điện và hệ thống viễn thông hiện đại. Đặc biệt, với những ai đang đầu tư hoặc vận hành hệ thống điện mặt trời, việc hiểu đúng về bão từ không chỉ là kiến thức khoa học mà còn là yếu tố quan trọng để bảo vệ thiết bị và dòng tiền. 

Hãy cùng DAT Group tìm hiểu bão từ/bão địa từ là gì, lịch sử phát hiện, cơ chế hình thành, bão từ trên các hành tinh và cách phân biệt với gió Mặt Trời, cực quang, bão Mặt Trời qua bảng so sánh chi tiết.

1. Bão từ hay bão địa từ là gì ?

Bão từ hay bão địa từ là sự xáo trộn tạm thời trong từ quyển của một hành tinh, gây ra bởi sóng xung kích gió sao và/hoặc đám mây từ trường (cloud of magnetic field) tương tác với từ trường của hành tinh. Hiện tượng bão từ gây ra bởi Mặt Trời được gọi là bão Mặt Trời, trong đó từ trường Trái Đất bị xáo trộn mạnh trong khoảng thời gian ngắn do tương tác với gió Mặt Trời và các cấu trúc plasma, từ trường xuất phát từ Mặt Trời. 

Khi các dòng hạt mang điện tốc độ cao kèm theo từ trường đập vào từ quyển, năng lượng truyền ồ ạt vào vùng không gian quanh Trái Đất, làm biến đổi các dòng điện và từ trường trong magnetosphere và ionosphere.​

2. Bão từ trên Trái Đất và các hành tinh khác

Bão từ không chỉ giới hạn ở Trái Đất mà còn xảy ra trên nhiều hành tinh có từ quyển mạnh trong Hệ Mặt Trời. Hiện tượng này được quan sát rõ nét ở các hành tinh sau:

• Sao Thủy: Từ trường yếu nhưng vẫn ghi nhận xáo trộn do gió Mặt Trời nén mạnh lớp từ quyển.
• Sao Mộc: Bão từ cực mạnh nhờ từ trường khổng lồ, thường kèm cực quang rực rỡ và phóng xạ cao.
• Sao Thổ: Xáo trộn từ trường tạo cực quang đặc trưng với màu sắc đa dạng.
• Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương: Bão từ ít quan sát hơn do khoảng cách xa, nhưng vẫn có tương tác gió sao – từ quyển.

Gió Mặt Trời va chạm từ trường hành tinh, nén ranh giới từ quyển phía hướng sao và kéo dài đuôi từ quyển phía đối diện, tạo xáo trộn tương tự bão địa từ trên Trái Đất.

Riêng trên Trái Đất, cơ chế diễn ra chi tiết như sau:

• Dòng hạt mang điện từ Mặt Trời tạo từ trường ~6×10⁻⁹ Tesla, ép và làm biến đổi từ trường Trái Đất.
• Từ thông biến thiên sinh dòng điện cảm ứng (ring current) hàng triệu Ampe vòng quanh hành tinh.
• Hướng từ trường plasma quyết định mức độ: cùng chiều thì lướt qua, ngược chiều thì tái kết nối mạnh, gây bão dữ dội.

Ở hành tinh có khí quyển dày phù hợp, bão từ thường kèm cực quang khi hạt tích điện lao vào vùng cực, va chạm phân tử khí tạo ánh sáng đặc trưng. Cường độ và biểu hiện khác nhau tùy cấu trúc từ trường, tốc độ quay và khoảng cách tới Mặt Trời.

3. Lịch sử phát hiện bão từ

Hiện tượng bão từ bắt đầu được ghi nhận một cách có hệ thống từ đầu thế kỷ 19, khi các nhà khoa học sử dụng la bàn từ để theo dõi dao động bất thường của từ trường Trái Đất trong những đêm xuất hiện cực quang sáng. 

Từ tháng 5/1806 đến 6/1807, Alexander von Humboldt đã quan sát liên tục tại Berlin và ngày 21/12/1806 ông ghi nhận kim la bàn trở nên bất thường trùng với một sự kiện cực quang mạnh, qua đó đặt nền móng cho mối liên hệ giữa hoạt động Mặt Trời, cực quang và rối loạn từ trường địa cầu.​

Sự kiện bão từ nổi tiếng nhất là Sự kiện Carrington năm 1859 – cơn bão địa từ được xem là mạnh nhất từng được ghi nhận trong lịch sử hiện đại. Từ ngày 28/8 đến 2/9/1859, nhiều điểm nóng và lóe sáng lớn xuất hiện trên Mặt Trời, trong đó vụ lóe ngày 1/9 gắn với một đợt phun trào nhật hoa (CME) được cho là đã tới Trái Đất chỉ sau khoảng 8 giờ, thay vì 3–4 ngày như điều kiện bình thường.

Cường độ trường địa từ suy giảm mạnh, với Dst ước tính khoảng -1760 nT và biến thiên tới 1600 nT tại đài thiên văn Colaba. Plasma năng lượng cao đã tạo cực quang ở vĩ độ rất thấp và làm hỏng, thậm chí gây cháy, hệ thống điện báo, còn các phân tích hiện đại cho thấy một sự kiện tương tự ngày nay có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới lưới điện, vệ tinh viễn thông và hệ thống định vị toàn cầu.

4. Cơ chế hình thành bão từ

Bão từ hình thành từ các hoạt động mạnh trên Mặt Trời, đặc biệt là những vụ phóng khối lượng vành nhật hoa (CME) và các luồng gió Mặt Trời tốc độ cao (HSS) giải phóng những đám mây plasma mang theo từ trường vào không gian liên hành tinh. Khi các cấu trúc plasma này di chuyển đúng hướng Mặt Trời – Trái Đất và gặp lớp từ quyển (magnetosphere) bảo vệ hành tinh, chúng bắt đầu tương tác mạnh với từ trường Trái Đất, tạo tiền đề cho một cơn bão địa từ.

Các bước và cơ chế chính có thể tóm lược như sau:

• Giai đoạn khởi phát: Một CME hoặc luồng gió Mặt Trời tốc độ cao phóng ra khối plasma chứa các hạt tích điện (proton, electron) cùng trường từ mở rộng trong không gian.
• Tiếp cận và kết nối: Khi đám plasma đến gần Trái Đất, từ trường liên hành tinh (IMF) có thể tái kết nối (magnetic reconnection) với từ trường Trái Đất tại mặt ngày của từ quyển; quá trình này xảy ra mạnh nhất khi thành phần IMF hướng Nam, ngược chiều với từ trường Trái Đất.
• Truyền năng lượng vào từ quyển: Sự tái kết nối cho phép năng lượng và hạt tích điện xâm nhập sâu vào từ quyển, nén vùng phía ngày và kéo giãn đuôi từ quyển phía đêm, làm năng lượng được tích lũy trong phần đuôi này.
• Hình thành dòng điện vành đai: Khi năng lượng trong đuôi từ quyển được giải phóng, các hạt mang điện bị cuốn vào những quỹ đạo bao quanh Trái Đất, làm tăng cường dòng điện vành đai (ring current). Dòng điện này có cường độ rất lớn và khiến thành phần ngang của từ trường bề mặt suy yếu rõ rệt, được phản ánh qua sự sụt giảm của chỉ số Dst.
• Biểu hiện toàn cầu và giai đoạn phục hồi: Sự biến đổi mạnh của từ trường tạo nên nhiễu loạn toàn cầu, xuất hiện cực quang rực rỡ, dòng điện cảm ứng địa từ (GIC) trong các đường dây truyền tải, cùng với nhiễu loạn liên lạc vô tuyến và tín hiệu GPS. Sau đó, khi các hạt dần bị tán xạ vào khí quyển hoặc thoát ra không gian, từ quyển từ từ trở lại trạng thái bình thường.

Các yếu tố chi phối mức độ mạnh – yếu của bão từ gồm:

• Nguồn phát: CME thường gây ra những cơn bão từ mạnh, trong khi các luồng gió Mặt Trời tốc độ cao từ lỗ vành nhật hoa thường tạo ra các đợt bão từ kéo dài.
• Hướng IMF: IMF có thành phần hướng Nam là điều kiện then chốt để quá trình tái kết nối diễn ra hiệu quả và truyền nhiều năng lượng nhất vào từ quyển.
• Vận tốc và thời gian tác động: Đám plasma tới nhanh, có mật độ hạt cao hoặc trường từ mạnh sẽ làm tăng nguy cơ và mức độ nhiễu loạn từ trường.

Đối với các hệ thống điện mặt trời, cơ chế này dẫn đến một số rủi ro kỹ thuật đáng chú ý:

• Dòng điện cảm ứng địa từ (GIC): Có thể làm tăng dòng trong các đường dây và thiết bị nối đất, gián tiếp ảnh hưởng đến máy biến áp và inverter trong hệ thống nối lưới.
• Nhiễu thông tin và định vị: Nhiễu sóng vô tuyến và sai lệch tín hiệu GPS có thể gây gián đoạn các hệ thống giám sát, điều khiển từ xa và các dịch vụ phụ trợ đảm bảo vận hành ổn định cho hệ thống điện mặt trời.

5. Phân biệt bão từ, bão địa từ, gió Mặt Trời, cực quang và bão mặt trời

Các khái niệm bão từ, bão địa từ, gió Mặt Trời, cực quang và bão Mặt Trời thường được dùng lẫn lộn nhưng thực tế mô tả các hiện tượng khác nhau trong chuỗi “thời tiết không gian”. Việc phân biệt rõ các thuật ngữ này giúp hiểu đúng bản chất sự kiện, đánh giá chính xác tác động tới hệ thống điện, viễn thông và các công nghệ năng lượng như điện mặt trời.​

Bảng so sánh các khái niệm

Bảng dưới đây tóm tắt điểm khác nhau giữa các hiện tượng chính liên quan đến bão từ:

Mối quan hệ giữa các hiện tượng :

Chuỗi sự kiện bão từ hình thành theo một quy trình logic từ Mặt Trời đến Trái Đất, liên kết chặt chẽ giữa bão Mặt Trời, gió Mặt Trời, bão địa từ và cực quang. 

Dưới đây là mối quan hệ rõ ràng qua các giai đoạn chính:

• Khởi nguồn từ Mặt Trời: Một sự kiện mạnh như flare lớn hoặc phun trào khối lượng vành nhật hoa (CME) phóng đám plasma mang từ trường vào không gian; nếu hướng về Trái Đất, chúng sẽ khởi động toàn bộ chuỗi.
• Thay đổi gió Mặt Trời: CME tăng tốc gió Mặt Trời và tạo cấu trúc từ trường liên hành tinh (IMF) bất thường, mang năng lượng cao tới từ quyển Trái Đất.
• Tái kết nối từ trường: IMF hướng Nam (ngược chiều từ trường Trái Đất phía ngày) kích hoạt quá trình tái kết nối tại ranh giới từ quyển, bơm năng lượng và hạt tích điện vào bên trong.

Năng lượng xâm nhập này trực tiếp gây ra bão địa từ bằng cách tăng dòng điện vành đai (ring current), làm từ trường Trái Đất biến đổi mạnh mẽ với các cấp độ từ nhẹ đến cực đại.

• Tạo cực quang: Hạt năng lượng cao bị dẫn theo đường sức từ vào vùng cực, va chạm oxy/nitơ ở thượng quyển phát sáng rực rỡ, đôi khi lan đến vĩ độ thấp.
• Tác động hạ tầng: Biến đổi từ trường sinh dòng điện cảm ứng địa từ (GIC) trên đường dây tải, gây quá tải máy biến áp, nhiễu GPS/vô tuyến – rủi ro lớn cho hệ thống điện mặt trời.

Tóm tắt chuỗi nguyên nhân – hệ quả: Sự kiện Mặt Trời → gió Mặt Trời/IMF bất thường → tái kết nối từ quyển → bão địa từ + cực quang → GIC và nhiễu kỹ thuật. 

Ví dụ thực tế gần nhất: Vừa ghi nhận vụ bùng phát Mặt Trời X1.1 kèm CME gây nhiễu radio HF tại Australia và Đông Nam Á; NOAA/Met Office cảnh báo bão địa từ cấp G2–G3 trong 48 giờ tới, khuyến nghị ngành năng lượng (bao gồm hệ thống điện mặt trời) theo dõi sát để kích hoạt biện pháp giảm rủi ro.

Qua bài viết, bão từ (hay bão địa từ) rõ ràng là hiện tượng không gian có thể gây tác động lớn đến hạ tầng công nghệ hiện đại, từ vệ tinh, viễn thông đến lưới điện và đặc biệt các hệ thống điện mặt trời nối lưới. Hiểu rõ cơ chế hình thành, chuỗi nguyên nhân cùng các chỉ số cảnh báo giúp chủ hộ, doanh nghiệp và nhà đầu tư đánh giá rủi ro chính xác, thiết kế biện pháp bảo vệ hiệu quả và lập kế hoạch vận hành an toàn lâu dài.

Nếu cần giải pháp bảo vệ hệ thống điện mặt trời trước rủi ro bão từ – từ tư vấn kỹ thuật, chống dòng điện cảm ứng địa từ (GIC), chọn inverter/thiết bị phù hợp đến giám sát dự phòng – hãy liên hệ ngay DAT Group để nhận tư vấn chuyên sâu và báo giá tối ưu cho nhà ở, doanh nghiệp hoặc dự án thương mại tại https://datsolar.com/ .

Nguồn tham khảo :
NOAA / NWS Space Weather Prediction Center, “Geomagnetic Storms”
Wikipedia, “Geomagnetic storm”