Cực quang, hay còn được gọi là ánh sáng phương Bắc (aurora borealis) ở Bắc bán cầu và ánh sáng phương Nam (aurora australis) ở Nam bán cầu, là một hiện tượng quang học kỳ thú của tự nhiên, được đặc trưng bởi sự xuất hiện của những dải ánh sáng nhiều màu sắc nhảy múa trên bầu trời đêm. Hiện tượng này đã thu hút sự chú ý và khơi gợi trí tò mò của con người từ hàng ngàn năm nay, đồng thời là nguồn cảm hứng cho vô số truyền thuyết và câu chuyện dân gian.
Nguồn: Westend61 / Andreas Strauß
I. Định nghĩa và các loại cực quang
Cực quang là hiện tượng ánh sáng tự nhiên xảy ra trên bầu trời, chủ yếu ở các vùng vĩ độ cao xung quanh vòng Bắc Cực và Nam Cực. Cực quang thể hiện các hình dạng ánh sáng rực rỡ, động, xuất hiện dưới dạng rèm, tia, xoắn ốc hoặc nhấp nháy bao phủ toàn bộ bầu trời. Cực quang thay đổi theo thời gian. Suốt đêm, chúng bắt đầu như những vệt mờ và tiến triển thành vầng hào quang, mặc dù chúng có thể không đạt đến đó. Chúng có xu hướng mờ dần theo thứ tự ngược lại. Sự thay đổi này một phần là do một quá trình gọi là bão từ phụ cực quang, trong đó cực quang trải qua những thay đổi toàn cầu trong vài phút từ những vòng cung tĩnh lặng dọc theo vòng cực quang sang những màn hình hoạt động dọc theo mặt tối và sau 1–3 giờ, chúng dần dần thay đổi trở lại. Cực quang cũng thể hiện sự thay đổi cường độ trong khoảng thời gian ngắn, điển hình là với chu kỳ 2–20 giây, được gọi là cực quang xung động. Sự năng động này góp phần tạo nên vẻ đẹp mê hoặc của cực quang.
Cực quang dưới dạng tia sáng hướng lên trời
Mặc dù cực quang thường được biết đến với màu xanh lá cây phổ biến, nhưng nó thực sự có thể xuất hiện với nhiều màu sắc khác nhau. Màu sắc của cực quang phụ thuộc vào loại khí trong khí quyển bị kích thích bởi các hạt năng lượng mặt trời và độ cao mà sự tương tác này xảy ra. Ví dụ, màu xanh lá cây thường thấy nhất được tạo ra bởi các nguyên tử oxy ở độ cao khoảng 100km.
Màu sắc
Khí
Độ cao
Đỏ
Oxy
Trên 200km
Xanh lam
Nitơ
Khoảng 100km
Xanh lá cây
Oxy
Khoảng 100km
Tím
Nitơ
Trên 100km
Các hình dạng cơ bản của cực quang rất đa dạng và có thể được phân loại như sau:
Các hình dạng cực quang giống như dải:
Vòng cung: Hình dạng cực quang phổ biến nhất, xuất hiện dưới dạng một dải ánh sáng cong trên bầu trời.
Source: IDN Times
Dải: Một dải ánh sáng dài và hẹp, thường kéo dài từ đông sang tây.
Các hình dạng khuếch tán:
Mảng: Một vùng ánh sáng khuếch tán, không có hình dạng rõ ràng.
Cực quang dạng mảng với nhiều màu sắc khác nhau
Màn che: Một lớp ánh sáng mỏng và rộng, bao phủ một phần lớn bầu trời.
Các hình dạng dạng tia: Các cột ánh sáng hẹp và sáng, chiếu thẳng lên từ đường chân trời.
Các hình dạng phức tạp:
Xoắn ốc: Các dải ánh sáng xoắn ốc, tạo thành hình dạng giống như lò xo.
Rèm: Các dải ánh sáng xếp nếp, giống như một tấm rèm cửa.
Vương miện: Một vòng tròn ánh sáng tập trung tại thiên đỉnh.
II. Nguyên nhân khoa học gây ra cực quang
Cực quang được hình thành do sự tương tác giữa gió mặt trời và từ trường Trái đất. Gió mặt trời là một dòng các hạt mang điện (chủ yếu là electron và proton) liên tục phát ra từ Mặt trời. Khi các hạt này đến gần Trái đất, chúng bị từ trường Trái đất làm chệch hướng. Hãy tưởng tượng từ trường Trái đất như một tấm khiên vô hình, bảo vệ chúng ta khỏi dòng hạt năng lượng này. Gió mặt trời, giống như một dòng nước chảy xiết, khi gặp phải "tấm khiên" này sẽ bị chệch hướng và dẫn về phía hai cực.
Tại đây, các hạt năng lượng mặt trời va chạm với các nguyên tử và phân tử trong tầng khí quyển Trái đất, chủ yếu là oxy và nitơ. Sự va chạm này, giống như những viên bi va vào nhau, khiến các electron trong các nguyên tử và phân tử này nhảy lên mức năng lượng cao hơn. Khi các electron này trở lại mức năng lượng ban đầu, chúng giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng, tạo ra cực quang.
Cường độ và hình dạng của cực quang phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tốc độ và mật độ của gió mặt trời, hướng của từ trường liên hành tinh (IMF) và điều kiện thời tiết. Giống như việc gió mạnh sẽ tạo ra sóng lớn, gió mặt trời mạnh lên sẽ khiến cực quang trở nên sáng hơn và hoạt động mạnh hơn. Hướng của từ trường liên hành tinh cũng đóng vai trò quan trọng. Khi IMF hướng về phía nam, nó tương tác mạnh hơn với từ trường Trái đất, tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành cực quang.
Chỉ số Kp là một thước đo hoạt động địa từ, được sử dụng để dự đoán cường độ và vị trí của cực quang. Chỉ số Kp càng cao, cực quang càng sáng và vòng cực quang càng mở rộng về phía vĩ độ thấp hơn.
III. Các khu vực thường xuất hiện cực quang
Cực quang thường xuất hiện ở các vùng vĩ độ cao xung quanh vòng Bắc Cực và Nam Cực, nằm trong khoảng từ 60 đến 75 độ vĩ độ.
Một số địa điểm nổi tiếng để ngắm cực quang ở Bắc bán cầu bao gồm:
Bắc Canada
Na Uy
Thụy Điển
Phần Lan
Alaska
Nga
Iceland
Cực quang ở Nam bán cầu, hay còn gọi là ánh sáng phương Nam (aurora australis), tuy ít được biết đến hơn nhưng cũng sở hữu vẻ đẹp không kém phần kỳ diệu. Một số địa điểm lý tưởng để chiêm ngưỡng cực quang ở Nam bán cầu bao gồm:
Đảo Nam của New Zealand, đặc biệt là khu vực Stewart Island và Queenstown.
Tasmania, Úc.
Nam Georgia và Quần đảo Nam Sandwich.
Đảo Falkland.
Nam Cực.
IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự xuất hiện và cường độ của cực quang
Sự xuất hiện và cường độ của cực quang chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm:
Chu kỳ hoạt động của Mặt trời: Mặt trời trải qua chu kỳ hoạt động 11 năm, với số lượng vết đen mặt trời và bão mặt trời thay đổi theo thời gian. Các thời điểm hoạt động mạnh của Mặt trời, với nhiều vết đen và bão mặt trời, sẽ tạo ra cực quang mạnh hơn và thường xuyên hơn. Điều này giống như việc lửa càng lớn thì ánh sáng càng mạnh.
Tốc độ và mật độ của gió mặt trời: Gió mặt trời càng mạnh và mật độ càng cao, cực quang càng sáng và hoạt động mạnh hơn.
Hướng của từ trường liên hành tinh (IMF): Khi IMF hướng về phía nam, nó tương tác mạnh hơn với từ trường Trái đất, tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành cực quang.
Điều kiện thời tiết: Bầu trời quang đãng, không có mây và ô nhiễm ánh sáng là điều kiện lý tưởng để quan sát cực quang. Điều này cũng giống như việc chúng ta cần một bầu trời đêm trong trẻo để ngắm sao.
V. Những quan niệm sai lầm về cực quang
Có nhiều quan niệm sai lầm về cực quang, chẳng hạn như:
Cần phải có thời tiết lạnh để nhìn thấy cực quang.
Cực quang chỉ xảy ra vào giữa mùa đông.
Bạn không thể nhìn thấy cực quang trong đêm trăng tròn.
Cực quang chỉ được nhìn thấy trong những năm nhất định.
Chỉ có một số ít nơi là địa điểm tốt nhất để ngắm cực quang.
Cực quang luôn có màu xanh lá cây.
Trên thực tế, cực quang có thể xuất hiện trong bất kỳ điều kiện thời tiết nào, miễn là bầu trời đủ tối và quang đãng.
VI. Các truyền thuyết và câu chuyện dân gian về cực quang
Cực quang đã là nguồn cảm hứng cho nhiều truyền thuyết và câu chuyện dân gian trong các nền văn hóa khác nhau, chẳn hạn:
Người Inuit tin rằng cực quang là linh hồn của người chết đang nhảy múa.
Người Phần Lan liên tưởng cực quang với một con cáo chạy ngang qua bầu trời, được thể hiện qua từ "revontulet" có nghĩa là lửa cáo.
Người Scandinavia tin rằng cực quang là hình ảnh phản chiếu của đàn cá trích hoặc những con thiên nga mùa đông.
Người Anishinaabe tin rằng cực quang là bằng chứng về những gì đang chờ đợi họ ở thế giới bên kia.
