khoa học phát hiện ra những cấu trúc hình chữ X và chữ C trong tầng điện ly

Trong bầu khí quyển Trái Đất, cụ thể là tại tầng điện ly, tín hiệu vô tuyến luôn luôn du hành qua lại giữa vệ tinh và các trạm thu, phát sóng. Tầng điện ly nằm ở khoảng từ 80-640 kilomet tính từ mặt đất, nằm ngay sát vùng không gian nơi các vệ tinh liên lạc bay. Chúng là mục tiêu nghiên cứu thú vị khi chứa vô vàn bí ẩn.

Trong phát hiện mới, các nhà nghiên cứu nhận thấy những cấu trúc kỳ lạ có hình dáng của ký tự trong bảng chữ cái Latin, và có thể làm gián đoạn tín hiệu và ảnh hưởng trực tiếp tới mạng lưới liên lạc toàn cầu.

Ở những nghiên cứu trước, các nhà nghiên cứu đã phát hiện được những cấu trúc hình chữ X trong lớp plasma của tầng điện ly, xuất hiện sau mỗi cơn bão Mặt Trời. Các vụ phun trào núi lửa hay hiện tượng thời tiết cực đoan cũng sản sinh ra những “chữ X” kỳ lạ này.

Hồi tháng 1/2022, vụ phun trào núi lửa Hunga Tonga-Hunga Ha’apai đã phun ra vô số hạt vật chất vào khí quyển, một số chúng vươn ra cả không gian quanh Trái Đất. Bão sét, bão nhiệt đới cũng tạo ra những đợt sóng áp suất và tương tác với tầng điện ly.

Khi về đêm và khi bức xạ Mặt Trời không còn quá mạnh, bên trong tầng điện ly xuất hiện những bong bóng plasma với mật độ vật chất thấp.

Dữ liệu từ vệ tinh truyền thống không thể bắt trọn những hoạt động diễn ra bên trong tầng điện ly. Đó là lý do hồi năm 2018, NASA thực hiện sứ mệnh GOLD, viết tắt của Global-scale Observations of the Limb and Disk, nhằm nghiên cứu khu vực đặc biệt này. Với góc chiếu từ trên xuống và quan sát được phần lớn Tây Bán Cầu, vệ tinh phát hiện ra cách những yếu tố tự nhiên ảnh hưởng tới tầng điện ly.

Phân tích dữ liệu nhận được từ sứ mệnh GOLD, các nhà khoa học tìm thấy những chữ X quen thuộc, và lần này phát hiện thêm cả những “chữ C” chưa từng xuất hiện trong các dữ liệu trước đây. Theo kết quả phân tích, cấu trúc hình chữ C thường xuất hiện khi tầng điện ly im ắng, không trải qua biến động nào.

Dữ liệu đang giúp các nhà khoa học thấy rõ “khí quyển Trái Đất phức tạp nhường nào”. Kết quả nghiên cứu đồng thời cho thấy có nhiều biến số trong khí quyển hơn dự kiến, ngay cả khi nghiên cứu chưa chỉ rõ lý do tầng điện ly lại tập đánh vần như vậy.

Nhận định về phát hiện mới, Jeffrey Klenzing, một nhà khoa học nghiên cứu tầng điện ly cho hay: “Tôi cho rằng không phải lúc nào nó cũng xuất hiện”, ông nhận xét về những cấu trúc kỳ lạ. “Vấn đề thực chất từ trước tới nay vẫn là chúng tôi không có đủ dữ liệu để thực sự hiểu rõ chuyện gì đang xảy ra”.

Những “mào” hình chữ X

Không phải lúc nào tầng điện ly cũng bình yên, và chúng liên tục thay đổi theo thời gian. Khi nhận ánh nắng, tầng điện ly bỗng tích điện. Và khi bức xạ Mặt Trời đánh bật electron khỏi nguyên tử và phân tử, thì plasma sẽ sinh ra, giúp tín hiệu vô tuyến du hành xa hơn.

Nhưng khi không tiếp nhận ánh nắng, tầng điện ly lại dàn mỏng ra, những hạt tích điện nằm im lìm và trở nên trung tính. Đây là lúc tầng điện ly bắt đầu sinh ra bong bóng.

Từ trường Trái Đất cũng đồng thời đưa các hạt tích điện lơ lửng trong không khí di chuyển về hai khu vực nằm ở phía Bắc và phía Nam xích đạo, và tạo ra hai “mào” đặc trưng. Với mật độ hạt khác nhau, những mào và bong bóng với hình dáng đa dạng có thể cản trở tín hiệu GPS.

Vệ tinh thuộc sứ mệnh GOLD bay phía trên Tây Bán Cầu với vận tốc tương đương tốc độ quay quanh trục của Trái Đất, vì thế nó có thể liên tục theo dõi tầng điện ly phía trên khu vực này. Trong các năm 2019, 2020 và 2021, sứ mệnh GOLD đã phát hiện ra những cấu trúc hình chữ X và chữ C trong khí quyển.

Sự hiện diện của chúng khiến các chuyên gia lo lắng.

“Những cấu trúc này cho thấy tầng điện ly rất linh hoạt và có những lúc xuất hiện nhiều cấu trúc bất ngờ”, Fazlul Laskar, chủ biên nghiên cứu về những cấu trúc chữ X kỳ lạ, cho hay. “Nó cũng cho thấy thời tiết ở những tầng dưới ảnh hưởng lớn nhường nào tới tầng điện ly”.

Theo dữ liệu mới, những chữ X này xuất hiện ngay cả khi tình hình địa từ ổn định, cho thấy chúng không chỉ sinh ra từ bão mặt trời hay những hiện tượng cực đoan.

Những bong bóng hình chữ C

Cũng trong bộ dữ liệu mới thu được từ sứ mệnh GOLD, các nhà nghiên cứu phát hiện ra nhưng bong bóng plasma hình chữ C, sinh ra từ một nguồn chưa rõ.

Thông thường, bong bóng plasma dài và thẳng bởi lẽ chúng thẳng hàng với từ trường Trái Đất. Tuy nhiên, những bong bóng mới này lại cong như chữ C và chữ C ngược. Các nhà nghiên cứu cho rằng gió đã khiến chúng mang hình dạng này.

“Giống như cây sinh trưởng ở miền gió vậy”, nhà nghiên cứu Klenzing nói. “Nếu gió thường thổi về đằng đông, cây cũng sẽ nghiêng và phát triển theo hướng hướng đông”.

Họ cũng phát hiện thấy hai bong bóng plasma xuất hiện rất gần nhau, chỉ cách nhau có 644 kilomet, một trường hợp giới khoa học chưa bao giờ ngờ tới. Rất có thể lốc xoáy và gió mạnh đã khiến hai bong bóng plasma hình thành gần nhau đến vậy.

Theo nghiên cứu, những bong bóng hình chữ C có thể ảnh hưởng tới tín hiệu truyền trong tầng điện ly.

Lượng dữ liệu khổng lồ

Các nhà khoa học nhận định sứ mệnh GOLD sẽ tiếp tục mang lại những giá trị mới, khi số dữ liệu lớn tiếp tục được phân tích. Cũng theo nhóm chuyên gia, vẫn còn quá nhiều câu hỏi xoay quanh tầng điện ly bí ẩn, chẳng hạn như quỹ đạo di chuyển của hạt tích điện bị ảnh hưởng thế nào bởi thời tiết cũng như bức xạ Mặt Trời.

Bão Mặt Trời đang mạnh lên theo chu kỳ và chuẩn bị đạt ngưỡng cực đại, vì thế các nhà nghiên cứu nóng lòng tìm hiểu xem tầng điện ly sẽ ảnh hưởng ra sao. Vì dòng điện có thể di chuyển tại tầng điện ly, bão Mặt Trời khiến cường độ dòng điện tăng có thể ảnh hưởng lớn tới các thiết bị thu, phát tín hiệu trên quỹ đạo cũng như trên mặt đất.

Kết quả sứ mệnh GOLD thu được trong cơn bão địa từ hôm 10/5 có thể giúp các nhà thiên văn học phát triển một hệ thống dự báo thời tiết vũ trụ, giảm thiểu ảnh hưởng tới hoạt động trên Trái Đất.

Việc mất dữ liệu GPS có thể khiến người dùng dịch vụ bản đồ lạc đường. Tệ hơn, có thể khiến nhiều ngành nghề khác như điều hướng tàu thuyền, vận chuyển hàng hóa, nông nghiệp, xây dựng, v.v… bị ảnh hưởng. Khi những bong bóng chữ X và mào chữ C này làm nhiễu động tầng điện ly, tín hiệu vô tuyến có thể bị biến đổi hay thất lạc vĩnh viễn.

GOLD và các sứ mệnh tương lai có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về các hiện tượng đứng sau những chữ X và chữ C kỳ lạ, thậm chí có thể dự đoán những thay đổi trước khi chúng xảy ra trong tầng điện ly.

Theo CNN