Cực quang là gì ? Bão mặt trời có tạo ra cực quang ?

Cực quang là hiện tượng ánh sáng xuất hiện ở vùng cực khi các hạt tích điện từ gió Mặt Trời đi vào từ quyển và kích thích khí quyển phát sáng. Đây là cơ chế cơ bản giải thích vì sao cực quang hình thành và thay đổi màu sắc. Để giúp người đọc nắm rõ bản chất hiện tượng và các yếu tố chi phối nó, DAT Group tổng hợp những dữ liệu khoa học cần thiết, từ đó làm rõ câu hỏi thường gặp: điều gì quyết định cường độ và phạm vi xuất hiện của cực quang?

1. Cực quang là gì ?

Cực quang là hiện tượng phát sáng tự nhiên của bầu khí quyển, thường xuất hiện tại vùng cực Bắc (Aurora Borealis) và cực Nam (Aurora Australis). Ánh sáng cực quang hình thành khi các hạt tích điện tốc độ cao từ gió Mặt Trời tương tác với tầng khí quyển và từ trường Trái Đất, tạo nên những dải cực quang sáng rực rỡ bao trùm bầu trời cực quang với nhiều màu sắc đặc trưng.

Các loại cực quang hiện nay

Giới khoa học phân loại cực quang dựa trên hình dạng và cấu trúc. Trước khi đi sâu vào từng loại, phần dưới đây mở rộng các đặc trưng quang học để giúp việc nhận diện trở nên trực quan hơn.

• Cung cực quang (Auroral Arc): Đây là dạng phổ biến nhất mà nhiều người quan sát thấy. Các dải sáng cong mềm, kéo dài từ tây sang đông, biến đổi theo thời gian.
• Màn cực quang (Auroral Curtain): Tạo thành các dải ánh sáng mỏng kéo dài giống như tấm rèm rủ trên bầu trời. Khi quan sát, bạn có thể thấy các lớp sáng xen kẽ, di chuyển nhẹ như lụa.
• Cực quang dạng tia (Rayed Aurora): Hình thành bởi các cột sáng dọc theo đường sức từ, giống như các tia chiếu thẳng đứng trên bầu trời đêm.
• Cực quang loang lổ (Diffuse Aurora): Ánh sáng không có cấu trúc rõ rệt, lan tỏa, xuất hiện rộng nhưng mờ hơn so với các dạng khác.
• Hiện tượng ánh sáng biến động nhanh (Pulsating Aurora): Là dạng ánh sáng chớp tắt nhịp nhàng theo thời gian, thường thấy ở phần ven của dải cực quang khi hoạt động địa từ thay đổi nhanh.
• Các biến thể phức hợp: Trong nhiều trường hợp, cực quang không chỉ xuất hiện một dạng mà kết hợp nhiều hình thái cùng lúc, tạo nên cảnh quan phức tạp trên bầu trời.

Ghi chú ngắn về màu sắc và hình thái

• Màu sắc của cực quang thay đổi theo độ cao và loại khí:
  • Oxy → màu xanh lục hoặc đỏ;
  • Nitơ → màu xanh dương hoặc tím.
• Nhờ sự đa dạng này, dải cực quang có thể chuyển từ cung đơn giản đến các cấu trúc tinh vi phức tạp tùy theo điều kiện quan sát thực tế.
  

2. Nguồn gốc và biểu hiện

Trước khi xem xét bản chất vật lý, cần hiểu cực quang bắt nguồn từ sự tương tác giữa gió Mặt Trời và từ quyển Trái Đất. Báo cáo từ NASA cho thấy tốc độ gió Mặt Trời có thể đạt 400–800 km/s, mang theo plasma và từ trường (IMF). Khi luồng plasma này va chạm vào từ trường địa cầu, năng lượng được truyền vào khí quyển, kích thích các phân tử oxy và nitơ phát ra ánh sáng.

Biểu hiện thường thấy gồm:

Khi quan sát từ mặt đất, dải cực quang thường xuất hiện như những màn sáng động trải dài ở vùng cực, biến đổi liên tục theo thời gian và không gian. Ánh sáng của cực quang không chỉ đơn thuần là màu xanh lục phổ biến nhất, mà còn có thể xuất hiện trong nhiều sắc độ khác nhau tuỳ theo loại khí và độ cao nơi các hạt va chạm. 

Ví dụ: oxy ở độ cao thấp thường phát ra màu xanh lục, còn oxy ở độ cao hơn có thể tạo ra màu đỏ. Nitơ trong khí quyển có thể tạo ra ánh sáng xanh dương, tím hoặc hồng, tạo nên dải màu đa dạng trên nền trời. Những dải sáng này có thể uốn cong, kéo dài như rèm lụa, hoặc nhấp nháy theo hình dạng cung và tia, khiến cảnh tượng càng trở nên huyền ảo. 

3. Bản chất vật lý của cực quang

Để hiểu cực quang hình thành như thế nào, cần nhìn vào các tương tác điện từ trong tầng thượng quyển. Khi electron và proton từ gió Mặt Trời đi dọc theo các đường sức từ và lao vào vùng cực, chúng va chạm trực tiếp với oxy và nitơ ở độ cao 80–300 km. Quá trình này truyền năng lượng cho các nguyên tử khí quyển, khiến chúng rơi vào trạng thái kích thích rồi phát ra ánh sáng khi trở về trạng thái ổn định. Chính sự khác nhau về loại khí và độ cao va chạm tạo nên các màu đặc trưng của cực quang.

Giải thích:

• Oxy ở độ cao 100–250 km phát ra ánh sáng xanh lục (phổ 557,7 nm) – màu phổ biến nhất trong cực quang.
• Oxy ở độ cao lớn hơn 250 km phát ánh sáng đỏ – hiếm hơn và chỉ xuất hiện khi mật độ không khí đủ loãng để electron không bị mất năng lượng quá nhanh.
• Nitơ phân tử tạo ra ánh sáng tím và xanh lam, xuất hiện rõ khi gió Mặt Trời mang theo nhiều hạt năng lượng cao.
• Năng lượng hạt càng lớn → độ sáng cực quang càng mạnh → chuyển động càng nhanh và dễ hình thành các cấu trúc dạng rèm, tia hoặc dải kéo dài.

Cơ chế này cho thấy cực quang hoàn toàn là kết quả của quá trình phát quang do va chạm, không phải phản xạ ánh sáng hay đốt cháy khí quyển, như nhiều hiểu lầm phổ biến trước đây.

4. Các loại cực quang trên hành tinh khác

Không chỉ Trái Đất mới có cực quang. Trước khi phân tích từng hệ hành tinh, cần ghi nhận rằng mọi cực quang đều phụ thuộc vào từ trường và khí quyển của hành tinh đó.

• Sao Mộc: cực quang mạnh nhất Hệ Mặt Trời, do tương tác với vệ tinh Io
• Sao Thổ: cực quang xuất hiện dạng vòng tròn ổn định
• Sao Hỏa: cực quang loang lổ do mất từ trường toàn phần
• Sao Kim: cực quang yếu, phụ thuộc ionosphere
• Sao Thiên Vương & Hải Vương: cực quang bất thường do trục từ nghiêng mạnh

Những khác biệt này cho thấy cực quang phụ thuộc trực tiếp vào cấu trúc từ trường và khí quyển từng hành tinh. Cũng từ đây, câu hỏi đặt ra là biến động từ phía Mặt Trời ảnh hưởng các cực quang này mạnh đến mức nào.

5. Biến động Mặt Trời ảnh hưởng cực quang

Khi hoạt động Mặt Trời tăng mạnh (solar maximum) hoặc xuất hiện bão Mặt Trời (Solar Storm / CME), mật độ và tốc độ gió Mặt Trời tăng đột ngột. Điều này dẫn đến gia tăng tần suất cực quang, thậm chí xuất hiện ở vĩ độ rất thấp.

Theo ESA, sự kiện Carrington năm 1859 tạo cực quang thấy được đến Cuba và Hawaii. Điều này khẳng định bão Mặt Trời có thể tạo ra cực quang mạnh hơn bình thường, nhưng chỉ khi plasma đập trực diện vào từ trường Trái Đất.

6. Đo đạc hoạt động địa từ liên quan

Hoạt động địa từ là căn cứ quan trọng để xác định mức độ nhiễu loạn trong từ trường Trái Đất và dự đoán khả năng xuất hiện cực quang. Các hệ thống quan trắc quốc tế liên tục ghi nhận biến động của gió Mặt Trời và đáp ứng của từ quyển nhằm đánh giá cường độ tương tác giữa hai môi trường này.

Các thông số dùng phổ biến:

• Chỉ số Kp (0–9): đánh giá mức độ nhiễu loạn từ trường
• Chỉ số AE: đo hoạt động dòng điện cực quang
• IMF Bz: thành phần từ trường liên hành tinh, quyết định mức độ tương tác
• Tốc độ gió Mặt Trời (km/s)
• Mật độ plasma (proton/cm³)

Những chỉ số này giúp xác định mức độ tác động của gió Mặt Trời theo thời gian thực, từ đó dự đoán độ sáng, phạm vi và khả năng hình thành cực quang. Đây cũng là cơ sở để chuyển sang tìm hiểu các hiện tượng phụ đi kèm, như âm thanh cực quang quan sát được trong điều kiện đặc biệt.

7. Hiện tượng âm thanh cực quang

Âm thanh liên quan đến cực quang thỉnh thoảng được ghi nhận dưới dạng tiếng “lách tách” hay “xèo nhẹ”, dù ánh sáng cực quang nằm ở độ cao không cho phép âm truyền trực tiếp xuống đất. 

Một số nghiên cứu chỉ ra rằng các âm này có thể bắt nguồn từ phóng điện nhỏ trong lớp không khí gần mặt đất khi từ trường biến động mạnh, xảy ra đúng thời điểm cực quang xuất hiện nên dễ tạo cảm giác chúng phát ra từ dải sáng trên bầu trời.

8. Cực quang trong văn hóa và tín ngưỡng​

Từ lâu, các nền văn hóa bản địa đã gắn hiện tượng này với các câu chuyện tâm linh và truyền thuyết độc đáo. Người Inuit ở Bắc Mỹ tin rằng ánh sáng đại diện cho linh hồn tổ tiên đang nhảy múa trên bầu trời, mang đến cảm giác gần gũi với thế giới tâm linh. Một số truyền thống Bắc Âu từng cho rằng dải cực quang là dấu hiệu từ các vị thần hoặc linh hồn người chết hướng dẫn kẻ sống trong đêm tối. Những quan niệm này phản ánh cách các cộng đồng cổ xưa tìm lời giải cho những gì chưa được khoa học chứng minh.

8.1. Truyền thuyết và tín ngưỡng dân gian​

Sự huyền ảo của dải cực quang đã thấm vào văn hóa đại chúng và nghệ thuật sáng tạo. Hình ảnh các dải sáng đầy màu sắc thường xuất hiện trong hội họa, nhiếp ảnh, phim ảnh, truyện ngắn hay tài liệu thiên nhiên, gợi cảm hứng cho cả nghệ sĩ và người xem. Việc tái hiện ánh sáng cực quang trong nhiều tác phẩm thể hiện vẻ đẹp thiên nhiên và sự kỳ diệu của vũ trụ. 

8.2. Ảnh hưởng nghệ thuật – văn chương​

Cực quang xuất hiện trong thơ ca Bắc Âu, tranh sơn dầu, thiết kế ánh sáng hiện đại và cả nghệ thuật sắp đặt.

Sự huyền ảo của dải cực quang đã thấm vào văn hóa đại chúng và nghệ thuật sáng tạo. Hình ảnh các dải sáng đầy màu sắc thường xuất hiện trong hội họa, nhiếp ảnh, phim ảnh, truyện ngắn hay tài liệu thiên nhiên, gợi cảm hứng cho cả nghệ sĩ và người xem. Việc tái hiện ánh sáng cực quang trong nhiều tác phẩm thể hiện vẻ đẹp thiên nhiên và sự kỳ diệu của vũ trụ. 

8.3. Du lịch và tác động kinh tế​

Hiện tượng dải cực quang còn là một trong những trải nghiệm du lịch hấp dẫn nhất thế giới. Những khu vực có thể quan sát rõ hiện tượng này như Na Uy, Iceland, Canada hay Alaska trở thành điểm đến hàng đầu của du khách yêu thiên nhiên. Săn cực quang không chỉ thu hút hàng triệu người mỗi năm mà còn góp phần thúc đẩy ngành du lịch địa phương phát triển, tạo thêm việc làm và nguồn thu từ dịch vụ lữ hành, lưu trú, ẩm thực, nhiếp ảnh thiên nhiên…

Ngành du lịch cực quang đem lại hàng tỷ USD mỗi năm cho các nước như Iceland, Na Uy, Canada. Sự kiện cực quang mạnh bất thường năm 2023 làm tăng đột biến lượng đặt tour toàn cầu.

8.4. Vai trò tôn giáo – tâm linh

Mặc dù khoa học hiện đại đã giải thích được cơ chế vật lý tạo ra cực quang, ở nhiều nền văn hóa truyền thống, dải cực quang vẫn được gắn liền với yếu tố tôn giáo và tâm linh. 

Trong văn hóa Bắc Âu, ánh sáng rực rỡ trên bầu trời từng được xem như biểu tượng của các vị thần hoặc là lời nhắn bảo vệ và may mắn từ đấng tối cao. Người Inuit ở Canada tin rằng cực quang là linh hồn tổ tiên đang nhảy múa trên cao, mang đến sự kết nối giữa thế giới sống và thế giới bên kia. 

Ở Nhật Bản, có quan niệm rằng nếu trẻ em được cha mẹ nhìn thấy cực quang khi còn trong bụng mẹ, bé sẽ được ban phước để trở nên thông minh và may mắn trong cuộc sống. Những truyền thống này phản ánh cách các cộng đồng cổ xưa diễn giải vẻ đẹp huyền ảo của cực quang thành các dấu hiệu thiêng liêng trong đời sống tinh thần. 

9.Những vị trí dễ quan sát cực quang 

Trước khi nêu danh sách, cần hiểu vùng quan sát lý tưởng nằm trong “oval cực quang” – dải hình vành khăn quanh hai cực. Những khu vực nằm trong “oval cực” là nơi dải cực quang xuất hiện thường xuyên và ổn định nhất, nhờ sự tập trung của các đường sức từ hội tụ về hai vùng cực.

Cực quang là minh chứng rõ ràng cho sự tương tác phức tạp giữa gió Mặt Trời và từ quyển Trái Đất, tạo nên một trong những hiện tượng quang học ấn tượng nhất trong tự nhiên. Việc hiểu rõ cơ chế hình thành, các yếu tố chi phối và biến động liên quan giúp người quan sát có cái nhìn đầy đủ hơn về hoạt động không gian. DAT Group tổng hợp và cung cấp các thông tin khoa học đáng tin cậy nhằm hỗ trợ người đọc tiếp cận hiện tượng này một cách chính xác và hệ thống hơn.

Tìm hiểu thêm về điện năng lượng mặt trời tại website: https://datsolar.com/

Nguồn tham khảo:

• Wikipedia – Aurora
• ESA – Space Weather & Aurora Studies
• NASA – Solar Wind & Aurora Research
• Premier Tour – Tổng quan hiện tượng cực quang