Trong tầng điện ly của khí quyển, các nhà khoa học phát hiện ra cấu trúc hình chữ X và chữ C như một hiện tượng đáng chú ý

Các nhà khoa học đang gặp phải những thách thức với việc xác định cấu trúc hình chữ C và chữ X trong không khí.

Tầng điện ly của bầu khí quyển Trái Đất, nơi mà tín hiệu vô tuyến di chuyển giữa vệ tinh và các trạm thu phát, đang là đề tài nghiên cứu hấp dẫn với vô vàn bí ẩn.

Những phát hiện mới đưa ra rằng, những cấu trúc kỳ lạ tại tầng điện ly có hình dáng tương tự các ký tự Latin có thể gây gián đoạn tín hiệu và ảnh hưởng đến mạng lưới liên lạc toàn cầu.

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, sau mỗi cơn bão Mặt Trời, những cấu trúc hình chữ X xuất hiện trong plasma của tầng điện ly, do các hiện tượng như phun trào núi lửa hay thời tiết cực đoan sản sinh.

Vào tháng 1/2022, sự kiện phun trào núi lửa Hunga Tonga-Hunga Ha’apai đã phát tán hạt vật chất vào khí quyển, tác động mạnh mẽ đến tầng điện ly và hệ thống liên lạc trên toàn cầu.

Vào ban đêm, khi bức xạ Mặt Trời giảm, tầng điện ly hiện lên với các bong bóng plasma có mật độ vật chất thấp.

Dữ liệu từ vệ tinh truyền thống không thể phân tích mọi hoạt động trong tầng điện ly. Đó là lý do vào năm 2018, NASA thực hiện sứ mệnh GOLD để nghiên cứu khu vực đặc biệt này từ góc nhìn trên cao, quan sát rộng khắp Tây Bán Cầu và khám phá cách tự nhiên ảnh hưởng tới tầng điện ly.

Phân tích dữ liệu từ sứ mệnh GOLD, các nhà khoa học phát hiện ra cấu trúc hình chữ X quen thuộc và thêm cả hình chữ C mới lạ, xuất hiện khi tầng điện ly ổn định mà không có biến động.

Dữ liệu này cho thấy “khí quyển Trái Đất càng phức tạp hơn chúng ta nghĩ”. Nghiên cứu cũng chỉ ra sự đa dạng của các biến số trong khí quyển, mặc dù vẫn chưa rõ lý do tại sao tầng điện ly lại có những hiện tượng như vậy.

Jeffrey Klenzing, một nhà khoa học nghiên cứu về tầng điện ly, cho biết về phát hiện mới: “Tôi nghĩ rằng không phải lúc nào cũng có những hiện tượng này xuất hiện”. Ông nhấn mạnh về sự phức tạp của các cấu trúc kỳ lạ: “Vấn đề thực sự là chúng ta thiếu dữ liệu để hiểu rõ chuyện gì đang diễn ra”.

Những cấu trúc hình chữ X

Tầng điện ly không phải lúc nào cũng yên bình và luôn thay đổi theo thời gian. Ánh sáng Mặt Trời khiến tầng điện ly tích điện và khi electron được bật ra khỏi nguyên tử và phân tử, plasma được sinh ra, tăng cường khả năng truyền tín hiệu vô tuyến.

Tuy nhiên, khi không nhận được ánh nắng, tầng điện ly lại mỏng đi, các hạt tích điện trở nên yên tĩnh và trở nên trung tính. Đây là khi tầng điện ly bắt đầu tạo ra bong bóng.

Từ lực đẩy của trường từ Trái Đất đưa các hạt tích điện lơ lửng trong không khí di chuyển về hai vùng nằm ở phía Bắc và phía Nam xích đạo, hình thành hai “mào” đặc biệt. Với mật độ hạt khác nhau, những mào và bong bóng có hình dạng đa dạng có thể làm gián đoạn tín hiệu GPS.

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

Sự hiện diện của những cấu trúc này gây lo ngại cho các chuyên gia.

“Những cấu trúc này cho thấy tầng điện ly rất linh hoạt và đôi khi xuất hiện những cấu trúc bất ngờ”, Fazlul Laskar, chủ biên nghiên cứu về các cấu trúc hình chữ X kỳ lạ, nhấn mạnh. “Nó cũng minh chứng cho thấy thời tiết ở những tầng dưới có ảnh hưởng lớn tới tầng điện ly”.

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

Những bong bóng hình chữ C

Trong dữ liệu mới từ sứ mệnh GOLD, các nhà nghiên cứu phát hiện ra những bong bóng plasma hình chữ C, xuất hiện từ nguồn chưa rõ.

Thường thì, bong bóng plasma dài và thẳng vì chúng thẳng hàng với từ trường Trái Đất. Tuy nhiên, những bong bóng mới này lại cong như chữ C và C ngược. Các nhà nghiên cứu cho biết rằng gió có thể đã làm cho chúng mang hình dạng này.

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

Họ cũng phát hiện ra hai bong bóng plasma xuất hiện gần nhau chỉ cách nhau 644 kilomet, một sự kiện mà giới khoa học chưa từng nghĩ đến. Có thể lốc xoáy và gió mạnh đã khiến hai bong bóng plasma hình thành gần nhau như vậy.

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

Khối lượng dữ liệu khổng lồ

Các nhà khoa học cho rằng sứ mệnh GOLD sẽ tiếp tục mang lại những giá trị mới khi dữ liệu lớn này được tiếp tục phân tích. Theo nhóm chuyên gia, vẫn còn rất nhiều câu hỏi về tầng điện ly cần được giải đáp, ví dụ như cách mà thời tiết và bức xạ Mặt Trời ảnh hưởng đến quỹ đạo di chuyển của các hạt tích điện.

Mặt Trời đạt đỉnh điểm chu kỳ bão và các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu tầng điện ly sẽ bị ảnh hưởng như thế nào. Dòng điện có thể di chuyển trong tầng điện ly, và cường độ dòng điện gia tăng do bão Mặt Trời có thể ảnh hưởng đáng kể đến các thiết bị thu phát tín hiệu trên quỹ đạo và trên mặt đất.

Kết quả từ sứ mệnh GOLD trong cơn bão địa từ ngày 10/5 có thể giúp các nhà thiên văn học phát triển hệ thống dự báo thời tiết không gian, giảm thiểu ảnh hưởng đến hoạt động trên Trái Đất.

Mất tín hiệu GPS có thể ảnh hưởng đến người dùng bản đồ điện thoại. Hơn nữa, nó có thể gây ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực khác như điều hướng tàu thuyền, vận chuyển hàng hóa, nông nghiệp, xây dựng, v.v... Khi những bong bóng chữ X và mào chữ C làm nhiễu tầng điện ly động, tín hiệu vô tuyến có thể bị thay đổi hoặc mất vĩnh viễn.

GOLD và các sứ mệnh tương lai có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về các hiện tượng đằng sau các cấu trúc 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