Vết đen mặt trời có làm Trái đất nóng hơn?

Từ thời xa xưa, Mặt trời đã được biết đến như một nguồn sáng và nhiệt, một nguồn cho vạn vật sự sống. Cây cối trên Trái đất được các tia sáng của Mặt trời cung cấp năng lượng, mang đến mùa xuân, tiếp theo là mùa màng bội thu. Do vậy, loài người từ xa xưa đã quan sát Mặt trời sát sao.

Ghi chép sớm nhất về việc quan sát vết đen Mặt trời có chủ ý cũng đến từ Trung Quốc, và có niên đại vào năm 364 trước Công Nguyên, dựa trên nhận xét của nhà thiên văn học Cam Đức. Đến năm 28 trước Công nguyên, các nhà thiên văn học Trung Quốc đã thường xuyên ghi lại các quan sát về vết đen trong các ghi chép chính thức của triều đình.

Nhà vật lý thiên văn người Mỹ George Ellery Hale đã trở nên nổi tiếng khi chế tạo chiếc kính thiên văn lớn nhất thế giới vào giữa thế kỷ 20. Hale bắt đầu sự nghiệp nghiên cứu Mặt trời và bằng việc sử dụng ánh sáng phân cực, ông đã chỉ ra rằng một số khu vực nhất định của Mặt trời có từ tính cao, với các trường mạnh hơn Trái đất hàng nghìn lần. Từ tính này mạnh nhất ở các vùng tối được gọi là vết đen Mặt trời.

Vào thế kỷ 17, Galileo đã sử dụng chiếc kính thiên văn mới được cải tiến để chứng minh rằng Mặt trời có nhiều vết đen. Ông đã quan sát nhiều đặc tính của chúng, gồm cả việc chúng là dấu hiệu cho thấy Mặt trời quay mỗi tháng và kích thước của chúng thay đổi theo thời gian. Mặc dù Galileo đã tiến hành một số thí nghiệm với nam châm nhưng ông chắc chắn không liên hệ thí nghiệm đó với các vết đen mặt trời.

Những thay đổi đã quan sát

Các vết đen mặt trời đã thu hút sự quan tâm của các nhà thiên văn học nhờ sự phát triển của kính thiên văn. Các nhà thiên văn đã theo dõi chặt chẽ các vết đen cho đến năm 1645. Mặc dù rất quan tâm đến chúng, các nhà thiên văn học sau không thể tìm thấy bất kỳ vết đen mặt trời nào trong khoảng thời gian 70 năm được gọi là thời kỳ tối thiểu Maunder.

Phải đến tận năm 1715, chúng bắt đầu xuất hiện trở lại một cách bí ẩn. Trong khoảng thời gian kể từ đó, các vết đen mặt trời đã xuất hiện và biến mất theo một chu kỳ dường như kéo dài khoảng 11 năm, được gọi là chu kỳ mặt trời, với số lượng các vết đen mặt trời dao động từ không đến hàng trăm. Cho đến năm 1859, những nỗ lực giải thích chu kỳ vết đen mặt trời bằng cách liên kết chúng với các hiện tượng tuần hoàn khác được xếp vào loại chiêm tinh học, vốn là một kiểu giải thích mối liên hệ giữa bầu trời và Trái đất không có thật.

Năm 1859, Richard Carrington, một chủ nhà máy bia giàu có và là nhà thiên văn học nghiệp dư đã phát hiện ra điều kỳ lạ. Khi đang phác họa các vết đen mặt trời thì ông vô cùng kinh ngạc khi thấy một vết đen đột ngột chuyển từ tối sang sáng.

"Vụ bùng phát trên Mặt trời" này chỉ kéo dài vài phút, nhưng trong vòng hai ngày sau đó, một cơn bão cực quang và từ trường khổng lồ được gọi là Sự kiện Carrington đổ bộ xuống Trái đất. Cực quang, hiện tượng thường chỉ giới hạn ở các vĩ độ gần cực, đã xuất hiện trên toàn thế giới. Công nghệ thời đó bị ảnh hưởng, với các hệ thống điện báo bỗng hoạt động dù không có pin hoặc bốc cháy.

Người ta vẫn đang tranh luận về tác động của một sự kiện tương tự đối với công nghệ hiện đại của chúng ta, vì cho tới giờ chưa lặp lại sự kiện nào có quy mô như vậy. Tuy nhiên, vào năm 1859, người ta vẫn chưa rõ liệu Mặt trời và Trái đất có thực sự có thể liên kết với nhau hay không và nhiều người nghĩ rằng vụ bùng phát mặt trời và cơn bão từ sau đó chỉ là sự liên quan ngẫu nhiên.

Tác động của từ trường mặt trời

Khám phá của Hale về từ trường mặt trời khoảng 50 năm sau sự kiện Carrington, cùng với các ghi chép cho thấy cực quang có chu kỳ 11 năm tương tự như vết đen trên Mặt trời, đã hình thành nên cơ sở cho sự hiểu biết hiện đại của chúng ta về "mối quan hệ giữa Mặt trời và Trái đất".

Mối quan hệ đó về cơ bản dựa trên từ trường. Chúng là những vùng có nhiệt độ bề mặt giảm do từ thông ức chế sự đối lưu và do đó tối hơn. Trong điều kiện thích hợp, năng lượng từ trường bị dồn nén ở vết tối có thể được giải phóng dưới nhiều dạng khác nhau. Các đợt bùng phát ánh sáng trắng như Carrington thấy rất hiếm - năng lượng từ trường thường được chuyển đổi thành tia X.

Lực hấp dẫn gần bề mặt Mặt trời mạnh hơn khoảng 30 lần so với lực hấp dẫn trên Trái đất, vì vậy bất kỳ chuyển động nào do các đợt bùng phát tạo ra hiếm khi thoát ra khỏi đó. Thay vào đó, các khu vực phía trên các vết đen Mặt trời có thể thành công trong việc bắn các đám mây khí khổng lồ vào không gian được gọi là "sự phóng vật chất vành nhật hoa". Nếu vô tình bắn một luồng về hướng hành tinh của chúng ta, nó có thể gây ra bão cực quang trên Trái đất.

Chắc chắn năng lượng của nó sẽ làm Trái đất nóng lên nhưng nóng như thế nào thì chúng ta vẫn chưa thể tính toán.