Từ trường Mặt Trời sắp đảo cực

• Sự đảo cực từ trường của Mặt Trời là một sự kiện đánh dấu điểm giữa của chu kỳ Mặt Trời khoảng 11 năm, sau đó hoạt động bắt đầu chuyển dần về phía cực tiểu
• Hiện nay, cực đại Mặt Trời được dự đoán rơi vào khoảng cuối năm 2024 đến đầu năm 2026, và trong giai đoạn này từ trường Mặt Trời trở nên phức tạp đến mức ranh giới giữa cực Bắc và cực Nam bị mờ đi
• Quá trình đảo cực diễn ra khi từ trường của các vết đen Mặt Trời và các vùng hoạt động di chuyển về phía hai cực, nhưng vì sao điều này dẫn đến sự chuyển đổi cực tính toàn cục thì vẫn chưa được giải thích đầy đủ
• Sự đảo từ không xảy ra trong chớp mắt mà thường diễn ra trong 1–2 năm, và từ trường cực Bắc của chu kỳ Mặt Trời 24 đã mất gần 5 năm
• Thay đổi lần này không phải là một sự kiện tận thế; nó có thể xuất hiện cùng thời tiết không gian mạnh, nhưng không phải nguyên nhân trực tiếp, và có thể giúp che chắn tia vũ trụ thiên hà

---

Vị trí của sự đảo cực từ trong chu kỳ Mặt Trời

• Mặt Trời sắp bước vào một bước ngoặt quan trọng mang tên đảo cực từ trường
• Đây là một giai đoạn quan trọng trong chu kỳ Mặt Trời kéo dài khoảng 11 năm
  • Sự thay đổi cực tính cho thấy Mặt Trời đã chạm đến điểm giữa của cực đại Mặt Trời
  • Sau đó, hoạt động Mặt Trời bắt đầu chuyển sang giai đoạn đi xuống hướng tới cực tiểu Mặt Trời
• Từ trường Mặt Trời lần gần nhất đảo cực là vào cuối năm 2013
• Theo dự báo hiện tại, cực đại Mặt Trời được kỳ vọng sẽ xảy ra trong khoảng từ cuối năm 2024 đến đầu năm 2026

Chu kỳ Mặt Trời 11 năm và chu kỳ Hale 22 năm

• Chu kỳ hoạt động khoảng 11 năm của Mặt Trời được dẫn dắt bởi từ trường Mặt Trời, và được đo bằng tần suất và cường độ của vết đen Mặt Trời trên bề mặt
• Một chu kỳ từ trường dài hơn là chu kỳ Hale kéo dài khoảng 22 năm
  • Trong khoảng thời gian này, từ trường Mặt Trời đảo cực một lần rồi quay trở lại trạng thái ban đầu
• Trong cực tiểu Mặt Trời, từ trường gần với một lưỡng cực giống Trái Đất, với một cực Bắc và một cực Nam
• Càng tiến tới cực đại, từ trường càng trở nên phức tạp, không còn sự phân tách rõ ràng giữa cực Bắc và cực Nam
• Khi cực đại qua đi và tiến đến cực tiểu, Mặt Trời lại quay về trạng thái lưỡng cực, nhưng với cực tính đã bị đảo ngược

Hướng đảo cực lần này

• Sự thay đổi cực tính sắp tới sẽ diễn ra theo hướng từ trường phía bắc ở bán cầu Bắc chuyển thành từ trường phía nam, còn ở bán cầu Nam thì ngược lại
• Sau thay đổi này, hướng từ trường của Mặt Trời sẽ trở nên giống Trái Đất hơn
  • Trái Đất cũng có một từ trường hướng về phía nam ở bán cầu Bắc

Cách vết đen và vùng hoạt động dẫn dắt quá trình đảo cực

• Quá trình đảo cực được thúc đẩy bởi vết đen Mặt Trời, những vùng hoạt động từ phức tạp trên bề mặt Mặt Trời
• Vết đen có thể kích hoạt các sự kiện Mặt Trời lớn như bùng phát Mặt Trời và phun trào khối lượng vành nhật hoa (CME)
• Những vết đen xuất hiện gần xích đạo Mặt Trời có hướng từ trường trùng với hướng từ trường hiện có
• Những vết đen hình thành gần vùng cực hơn thì có hướng từ trường trùng với hướng từ trường mới đang xuất hiện
  • Quy luật này được gọi là định luật Hale
• Từ trường phát ra từ các vùng hoạt động sẽ di chuyển về phía cực và cuối cùng gây ra sự đảo cực

Cơ chế vẫn chưa được giải đáp

• Lý do chính xác gây ra sự đảo cực tính vẫn chưa được biết rõ
• Nhà vật lý Mặt Trời Phil Scherrer của Stanford University cho rằng vẫn chưa có mô hình toán học tự nhất quán nào giải thích được toàn bộ chu kỳ Mặt Trời
• Câu hỏi cốt lõi liên quan đến việc từ trường đến từ đâu
  • Liệu có tạo ra nhiều vết đen hay không
  • Liệu các vết đen có đóng góp vào từ trường vùng cực hay không
  • Liệu ảnh hưởng của vết đen có bị triệt tiêu cục bộ hay không
• Todd Hoeksema cũng cho rằng hiện vẫn chưa biết cách trả lời câu hỏi này

Đảo cực không phải khoảnh khắc tức thời mà là một chuyển tiếp dài

• Sự đảo cực từ trường của Mặt Trời không có một “khoảnh khắc” xác định
• Đây là một thay đổi dần dần diễn ra trong suốt chu kỳ Mặt Trời 11 năm
  • Chuyển từ trạng thái lưỡng cực sang trạng thái từ trường phức tạp
  • Sau đó quay lại trạng thái lưỡng cực với cực tính đã đảo
• Thông thường, một lần đảo cực hoàn chỉnh mất 1–2 năm
• Thời gian này có thể thay đổi đáng kể
  • Theo National Solar Observatory, từ trường cực Bắc của chu kỳ Mặt Trời 24 kết thúc vào tháng 12/2019 đã mất gần 5 năm để đảo cực
• Vì thay đổi diễn ra rất từ từ nên rất khó cảm nhận “thời điểm” đảo cực từ Trái Đất
• Hiện tượng này không phải là dấu hiệu của ngày tận thế

Tác động lên Trái Đất và thời tiết không gian

• Gần đây, Mặt Trời hoạt động rất mạnh, đủ để phát ra nhiều đợt bùng phát Mặt Trời và CME cường độ lớn
• Hoạt động này đã gây ra các cơn bão địa từ mạnh trên Trái Đất và dẫn đến những màn cực quang ấn tượng
• Tuy nhiên, cường độ thời tiết không gian tăng cao không phải là nguyên nhân trực tiếp của sự đảo từ trường
  • Hai hiện tượng này có xu hướng xuất hiện cùng nhau
• Thời tiết không gian thường mạnh nhất trong cực đại Mặt Trời
  • Đây cũng là lúc từ trường Mặt Trời ở trạng thái phức tạp nhất

Hiệu ứng che chắn tia vũ trụ thiên hà

• Sự thay đổi từ trường cũng có một tác dụng phụ nhỏ nhưng nhìn chung có lợi
• Nó có thể giúp bảo vệ Trái Đất tốt hơn trước tia vũ trụ thiên hà
  • Tia vũ trụ thiên hà là các hạt hạ nguyên tử năng lượng cao di chuyển gần bằng tốc độ ánh sáng
  • Chúng có thể làm hỏng tàu vũ trụ và gây hại cho các phi hành gia trên quỹ đạo nằm ngoài lớp bảo vệ của khí quyển Trái Đất
• Khi từ trường Mặt Trời thay đổi, tấm dòng điện kéo dài hàng tỷ dặm từ xích đạo Mặt Trời ra ngoài sẽ trở nên rất gợn sóng
• Tấm dòng điện bị uốn lượn như vậy tạo thành một hàng rào tốt hơn đối với tia vũ trụ thiên hà

Dự đoán cường độ của chu kỳ Mặt Trời tiếp theo

• Các nhà khoa học sẽ theo dõi xem sự đảo cực từ trường Mặt Trời kéo dài bao lâu và mất bao nhanh để phục hồi về cấu trúc lưỡng cực
• Nếu từ trường quay về trạng thái lưỡng cực trong vài năm tới, chu kỳ 11 năm tiếp theo được dự đoán sẽ tương đối hoạt động mạnh
• Nếu phục hồi chậm, chu kỳ tiếp theo được dự đoán sẽ tương đối yếu, giống như chu kỳ Mặt Trời 24 trước đó

[GN⁺]

Các ý kiến trên Hacker News

• Điều thú vị là hiện tượng này xảy ra mỗi 11 năm, và còn có một chu kỳ dài hơn gấp đôi, kéo dài 22 năm, gọi là Hale cycle
  Từ trạng thái lưỡng cực với hướng cực nhìn chung khớp với Trái Đất, từ trường Mặt Trời chuyển sang hướng ngược lại và hỗn loạn hơn nhiều
  Tôi không thấy nhiều thông tin về việc nó tác động trực tiếp đến Trái Đất như thế nào; điều tôi vốn biết chỉ là các vết đen Mặt Trời đôi khi tạo ra các vụ phóng khối lượng vành nhật hoa hướng về Trái Đất. Gần đây dường như cũng có vài sự kiện do ảnh hưởng đó, nhưng không quá nghiêm trọng
  • Việc này có liên quan đến chu kỳ vết đen Mặt Trời 11 năm không, hay chỉ là trùng hợp?
  • Theo tôi hiểu, Hale cycle là một lần đảo 360° được hoàn thành bằng hai lần đảo 180°
    Tức là chu kỳ 11 năm nhìn chung đi từ trạng thái lưỡng cực sang hỗn loạn rồi quay lại lưỡng cực, nhưng lần này cực bắc từ chỉ theo hướng ngược lại. Đến chu kỳ 11 năm tiếp theo, cực bắc từ lại chỉ về hướng “trên” ban đầu
  • Chủ yếu ảnh hưởng đến sự hình thành mây
    https://home.web.cern.ch/news/news/physics/cloud-discovers-n...
• Có một xu hướng dài hạn thú vị hơn nhưng ít được nói tới: vài chu kỳ Mặt Trời gần đây nhìn chung có cường độ thấp. Ngay cả ở cực đại cũng có ít hoạt động và vết đen hơn
  http://solen.info/solar/images/comparison_recent_cycles.png
  Tiếc là nếu biểu đồ này cho thấy được xa hơn về quá khứ thì có thể xem có chu kỳ lớn hơn nào không. Nhìn thoáng qua thì chu kỳ lần này có vẻ hồi phục nhẹ so với chu kỳ ngay trước đó
  • Tôi nhớ vài năm trước đã đọc các bài viết nói rằng Mặt Trời đang bước vào một chu kỳ Grand Solar Minimum, tương tự Maunder minimum, và có thể dẫn đến các hệ quả như làm mát toàn cầu
    Tôi không rõ sau đó có thêm nghiên cứu hay suy đoán nào không
  • Cùng trang đó có biểu đồ tập hợp tất cả các chu kỳ đã quan sát được
    http://www.solen.info/solar/cycles1_to_present.html
• Theo một luồng HN trước đó, tôi từng nghĩ khoảng một tháng trước đã đến lượt xảy ra một sự kiện cấp Carrington event (https://news.ycombinator.com/item?id=40321821)
  Hiện tượng từ tính thiên văn lần này có đe dọa nền văn minh công nghệ như chúng ta biết không?
  • Có thể. Carrington event mạnh hơn sự kiện tháng trước khoảng 2–4 lần, nhưng ngược lại hệ thống điện hiện nay có vẻ chống chịu tốt hơn trước nhiều
• Đọc bài gốc mà tôi vẫn không nắm rõ: điều này có nghĩa là hiện Mặt Trời đang ở solar maximum không? Và cũng có nghĩa là cực quang có thể xuất hiện thường xuyên hơn, mạnh hơn không?
  • Có thể xem tiến trình chu kỳ vết đen Mặt Trời tại đây, và có vẻ solar maximum sẽ kéo dài khoảng 1–2 năm
    https://www.swpc.noaa.gov/products/solar-cycle-progression
  • Đúng vậy. Xem https://en.wikipedia.org/wiki/May_2024_solar_storms và https://xkcd.com/2930/
• Việc này không diễn ra trong một ngày, mà diễn ra từ từ trong 5 năm
  • Nhưng viết vậy thì không kiếm được nhiều lượt nhấp...
• “Một tác dụng phụ của sự thay đổi từ trường là nhỏ nhưng nhìn chung có lợi. Nó có thể giúp bảo vệ Trái Đất khỏi tia vũ trụ thiên hà. Tia vũ trụ thiên hà là các hạt hạ nguyên tử năng lượng cao di chuyển gần bằng tốc độ ánh sáng, có thể làm hỏng tàu vũ trụ và gây hại cho các phi hành gia trên quỹ đạo bên ngoài bầu khí quyển bảo vệ của Trái Đất.”
  Nội dung này bị chôn vùi sau quảng cáo và các phần rườm rà, chỉ cách cuối bài ba câu. Bố cục khá khổ cho người thiếu kiên nhẫn
  • Tại sao lại vậy? Có phải vì các cực của Mặt Trời thẳng hàng với các cực của Trái Đất nên bổ trợ cho từ trường Trái Đất không?
    Các cực từ có vẻ liên tục quay [1], lúc thì khớp với các cực của trục quay, lúc thì không, và sự kiện “đảo chiều” trông giống một phân loại nhị phân gán cho quá trình đi qua xích đạo một cách chậm rãi, trơn tru
    Hơi ngượng nhưng trước đây tôi từng nghĩ đó là một hiện tượng kiểu bậc thang, trong đó tốc độ thay đổi biến đổi khá đột ngột
    [1] https://www.stce.be/news/211/welcome.html
  • Nhưng đó là một câu hỏi thú vị. Liệu nó có liên quan đến việc khu vực tôi sống ở Mỹ gần đây có nhiều cảnh báo tia cực tím không?
• Tôi nhớ đã đọc một white paper mang tính đột phá vài năm trước, hình như do một nhà khoa học Nga viết. Nó lập luận khá thuyết phục rằng có hai chu kỳ đang hoạt động: một chu kỳ ở sâu bên trong Mặt Trời và một chu kỳ ở lớp nông hơn
  Nội dung là khi cả hai chu kỳ cùng ở cực đại hoặc cùng ở cực tiểu thì có thể giải thích các giá trị cực đoan của hoạt động Mặt Trời
  • Có lẽ đó là “On the 22-year cycle of solar activity” của Gnevishev, M. N.; Ohl, A. I. (1948). Bài này được đăng lần đầu 76 năm trước trên tạp chí Nga Astronomicheskii Zhurnal
• Chúng ta biết thật nhiều nhưng đồng thời lại biết quá ít. Bài viết cũng nói rằng về mặt toán học thì không có mô hình, nên khó có thể nói các nhà nghiên cứu và giới học thuật đã thực sự hiểu hiện tượng này
  Biến đổi khí hậu và các thách thức của nó cũng vậy; ở nhiều lĩnh vực có tính chất tương tự, mô hình còn chưa hoàn chỉnh hoặc thiếu hẳn những mảnh dữ liệu lớn cần thiết để thật sự hiểu một quá trình nào đó
  • Trong vật lý chuyện này rất phổ biến. Bạn có thể nghiên cứu rất nhiều về một chủ đề, xây dựng lý thuyết, và tạo ra các mô hình dự đoán hành vi tương lai với độ chính xác rất cao, nhưng vì không thể “chọc” vào nó đủ mạnh hoặc đủ chính xác nên cơ chế nền tảng vẫn có thể chưa được xác quyết
• Vậy... tầm bắn là bao xa, và phải điều chế thế nào?
  • Tầm bắn chắc sẽ rất ấn tượng, nhưng chính quyền thành phố phản đối khá mạnh kế hoạch dựng ăng-ten lưỡng cực dài 11 năm ánh sáng trên đất của tôi
    Thời nay làm dân vô tuyến nghiệp dư thật khó...
  • Khiến tôi phải nghĩ. Các ngôi sao khác có lẽ cũng có hiện tượng như vậy. Liệu có thể phát hiện cực tính từ ở khoảng cách liên sao không? Có thể làm một dạng thiên văn học mới nhắm vào các ngôi sao theo cách này không?
    Chu kỳ đảo chiều từ trường có thể cho ta biết điều gì đó về ngôi sao ấy mà bằng phương pháp khác khó suy ra không?
• Thật kỳ lạ khi các định luật vật lý sao chép những tính chất đơn giản ở quy mô khổng lồ
  • Vậy thì tôi cũng tò mò vì sao mọi người lại khó chấp nhận tác động của sự dịch chuyển cực lên khí hậu