[비즈한국] Đã từng có một câu chuyện xuất hiện khá thường xuyên trên mạng xã hội. Đó là câu chuyện về việc chúng ta có thể chiêm ngưỡng cực quang ngay tại Hàn Quốc trong năm nay. Mặt Trời cứ sau mỗi 11 năm lại trải qua thời kỳ cực đại, thời điểm mà hoạt động của Mặt Trời trở nên mạnh mẽ hơn, và năm nay không chỉ rơi đúng vào chu kỳ cực đại đó mà còn là một giai đoạn đặc biệt dữ dội. Chính vì thế, nhiều người đã mong chờ được thấy cực quang vào mùa hè năm nay. Cực quang là kết quả tuyệt đẹp tạo ra từ sự tương tác giữa Mặt Trời và Trái Đất. Tuy nhiên, nhìn bề ngoài thì có vẻ đẹp đẽ, nhưng bản chất bên trong đó lại có thể coi là vết thương của một cuộc chiến không tiếng động vô cùng khốc liệt đang diễn ra giữa hai thiên thể này.
Từ trường của Trái Đất không chỉ là một nghệ sĩ vẽ nên những tác phẩm nghệ thuật tỏa sáng sắc xanh huyền ảo trên bầu trời vùng cực, mà thực chất còn là ân nhân cứu mạng, cho phép các sinh vật trên Trái Đất tồn tại an toàn. Nếu không có từ trường, Trái Đất có lẽ đã đi theo vết xe đổ của sao Hỏa. Khi đó, các hạt gió Mặt Trời lao về phía Trái Đất sẽ đổ bộ trực tiếp xuống bề mặt, khiến khí quyển và đại dương của hành tinh chúng ta bị thổi bay vào không gian vũ trụ. May mắn thay, từ trường Trái Đất đang thực hiện tốt vai trò ngăn chặn các hạt gió Mặt Trời đã vượt qua quãng đường 150 triệu km. Nhờ đó, sự sống trên Trái Đất có được khoảng thời gian cần thiết để tiến hóa không bị gián đoạn trong suốt khoảng 4,5 tỷ năm qua.
Thế nhưng, có lẽ từ trường không chỉ dừng lại ở vai trò là lớp lá chắn bảo vệ chúng ta. Những bằng chứng thú vị được tìm thấy cho thấy nó có thể đã đóng một vai trò chủ động hơn. Biết đâu, từ trường Trái Đất chính là nhân tố đã tạo ra oxy cho hành tinh này.
Làm thế nào mà Trái Đất trở thành một thế giới tràn đầy sự sống như hiện nay? Một trong những khoảnh khắc quan trọng nhất trong lịch sử sự sống trên Trái Đất chính là sự kiện đại oxy hóa, thời điểm nồng độ oxy trong khí quyển bắt đầu tăng vọt. Khoảng 2,8 tỷ năm trước, nồng độ oxy trong khí quyển Trái Đất đã tăng lên đột ngột. Vào thời điểm đó, khi thực vật bắt đầu vươn lên trên mặt biển, quá trình quang hợp diễn ra trên diện rộng, lượng oxy sinh ra từ đó tràn ngập khí quyển và dẫn đến một cuộc cách mạng lớn trong hệ sinh thái toàn cầu.
Làm sao chúng ta biết được trong quá khứ bầu trời Trái Đất có bao nhiêu thực vật đang hô hấp? Có một vài phương pháp để truy hồi những ký ức lâu đời của Trái Đất. Một trong số đó là tìm hiểu qua "ký ức của than củi". Khi cây cối bị cháy trong các vụ cháy rừng tự nhiên thời xưa, oxy trong không khí sẽ để lại dấu vết trong tro tàn, thông qua thành phần đó, chúng ta có thể xác định nồng độ oxy trong khí quyển tại thời điểm xảy ra vụ cháy. Ngoài ra còn có phương pháp sử dụng các loại khoáng vật như muối mỏ (halite). Bằng cách phân tích các thành phần khí quyển cổ đại bị giam giữ bên trong các tinh thể muối khi chúng kết tinh, ta có thể phục dựng lại nồng độ oxy.
Các nhà khoa học tại NASA thông qua những phân tích này đã truy vết sự thay đổi của nồng độ oxy trên Trái Đất từ khoảng 540 triệu năm trước cho đến nay. Đường màu xanh trên biểu đồ thể hiện sự thay đổi nồng độ oxy. Tuy nhiên, có một giai đoạn rất thú vị xuất hiện trong khoảng thời gian từ 350 triệu năm đến 250 triệu năm trước. Trong thời kỳ này, nồng độ oxy đã bất ngờ tăng vọt lên đến 40%. Sau đó, nồng độ oxy giảm nhẹ và duy trì ở mức hiện tại. Rất khó để hiểu được nguyên nhân tại sao nồng độ oxy lại tăng đột biến rồi lại giảm xuống trong khoảng thời gian cụ thể kéo dài khoảng 100 triệu năm này.
Thế nhưng, các nhà thiên văn học đã phát hiện một sự thật thú vị từ những dữ liệu không ngờ tới. Có một hiện tượng khác cho thấy mô hình hoàn toàn tương đồng. Đó chính là từ trường Trái Đất. Từ trường Trái Đất thời cổ đại cũng để lại dấu vết ở khắp nơi trên hành tinh. Điển hình nhất là các loại đá tại ranh giới phân kỳ, nơi lớp vỏ đại dương dưới đáy biển sâu bị tách đôi và giãn ra. Trong quá trình magma mới phun trào đông cứng lại, các thành phần kim loại bên trong nó được định hướng theo từ trường Trái Đất, đóng vai trò như một loại la bàn giúp truy vết hướng từ trường cổ đại. Nhờ đó, chúng ta có thể biết được sự thay đổi của từ trường Trái Đất.
Trong biểu đồ dưới đây, đường màu đỏ thể hiện sự thay đổi của momen lưỡng cực từ trường Trái Đất (VGADM - Virtual Geomagnetic Axial Dipole Moment), cho thấy các cực của từ trường Trái Đất đã được sắp xếp mạnh mẽ như thế nào. Đáng ngạc nhiên thay, nó có mô hình tương tự với biểu đồ màu xanh trước đó - sự thay đổi nồng độ oxy trong khí quyển. Đặc biệt, trong khoảng từ 350 triệu đến 250 triệu năm trước, cả hai đều cùng tăng vọt một cách đột ngột.
Điều này ám chỉ rằng sự thay đổi nồng độ oxy trong khí quyển và sự thay đổi từ trường Trái Đất có mối liên hệ mật thiết với nhau. Mối tương quan giữa hai yếu tố này về mặt thống kê mạnh mẽ đến mức khó có thể coi đó là sự trùng hợp ngẫu nhiên đơn thuần. Vậy rốt cuộc đã có chuyện gì xảy ra giữa hai hiện tượng này?
Thật đáng tiếc, phân tích lần này chỉ cho thấy sự tương quan chứ chưa thể chỉ ra mối quan hệ nhân quả chính xác. Vì vậy, chúng ta cần cân nhắc ba khả năng: Sự thay đổi từ trường làm thay đổi nồng độ oxy, sự thay đổi oxy làm thay đổi từ trường, hoặc một sự thay đổi lớn nào đó đã khiến cả oxy và từ trường cùng biến đổi đồng thời.
Trước hết, hãy xem xét khả năng sự thay đổi từ trường là nguyên nhân gây ra sự biến đổi nồng độ oxy. Thực tế, việc hoạt động dữ dội của ngôi sao trung tâm phá hủy bầu khí quyển của các hành tinh xung quanh là một sự thật đã được biết đến rộng rãi. Có tính toán cho rằng, bên cạnh một ngôi sao dù nhỏ bé hơn Mặt Trời nhưng đầy bạo liệt, toàn bộ khối lượng khí quyển tương đương hiện tại của Trái Đất có thể biến mất chỉ trong vòng 25 triệu năm. Do đó, có khả năng nhờ từ trường Trái Đất mạnh lên mà khí quyển hành tinh chúng ta có thể chống chọi tốt hơn với gió Mặt Trời, giúp lượng oxy tồn tại được nhiều hơn.
Tuy nhiên, giả thuyết này vẫn chưa hoàn hảo. Bởi lẽ dữ liệu chỉ ra sự thay đổi nồng độ oxy chứ không phải tổng lượng phân tử khí quyển Trái Đất. Nếu sự tăng trưởng từ trường Trái Đất là kết quả của việc bảo vệ tầng khí quyển, thì không chỉ oxy mà tổng lượng khí quyển đáng lẽ phải tăng cùng nhau. Vì vậy, để chứng minh mối quan hệ nhân quả này, cần phải xem xét các giá trị như áp suất khí quyển Trái Đất thời cổ đại, thay vì chỉ mỗi nồng độ oxy. Nhưng đáng tiếc là hiện vẫn chưa có phương pháp rõ ràng nào để truy vết áp suất khí quyển của Trái Đất thời cổ đại. Cũng có khả năng nhờ từ trường mạnh lên mà thực vật trên mặt đất có thể phát triển lâu dài hơn, nhờ đó nồng độ oxy tăng cao hơn. Nếu vậy, nó có thể giải thích lý do tại sao nồng độ oxy trong khí quyển tăng đột biến. Tuy nhiên, vẫn chưa có đủ bằng chứng để củng cố giả thuyết này.
Vậy liệu có khả năng mối quan hệ nhân quả không đi từ từ trường sang oxy mà theo chiều ngược lại? Khi nồng độ oxy trong khí quyển tăng cao, một phần có thể truyền xuống lòng đất. Trong quá trình các mảng kiến tạo của Trái Đất tách rời và di chuyển, oxy từ khí quyển thông qua đại dương thâm nhập vào đá và magma, rồi truyền sâu xuống tận lớp manti. Thông qua chu trình tuần hoàn quy mô lớn kết nối bầu trời, đại dương và mặt đất này, thành phần hóa học của lớp manti bị thay đổi sang môi trường giàu oxy. Có thể nói lớp manti đã bị oxy hóa. Không loại trừ khả năng sự thay đổi này ảnh hưởng đến lớp manti và các vật chất bên trong đó trong việc tạo ra từ trường. Nhưng tương tự, vẫn chưa có căn cứ rõ ràng nào để chứng minh cơ chế này.
Thời điểm cả từ trường và oxy cùng tăng vọt trong biểu đồ cũng trùng hợp một cách thú vị với một giai đoạn lịch sử khác về mặt địa chất. Đó là thời kỳ siêu lục địa Pangea, nơi các mảnh đất trên Trái Đất từng dính liền với nhau, bắt đầu tách rời. Thời điểm Pangea bắt đầu tách rời mạnh mẽ được ước tính là từ 200 đến 300 triệu năm trước. Và trùng hợp thay, đúng vào giai đoạn này, cả từ trường và oxy của Trái Đất đều cùng tăng đột biến. Những sự trùng hợp liên tiếp này khiến chúng ta càng phải suy ngẫm về khả năng rằng những thay đổi địa chất cuối cùng có thể đã tác động đến cả bầu trời của Trái Đất.
Tất nhiên, phát hiện lần này có thể chỉ là một sự trùng hợp vô nghĩa. Nhưng nếu thực sự tồn tại sợi dây liên kết mật thiết giữa từ trường Trái Đất và oxy, thì có thể thấy từ trường Trái Đất không chỉ đơn thuần là tấm khiên bảo vệ, mà còn đóng vai trò rất chủ động giúp cho sự sống trên Trái Đất có thể sinh sôi, hít thở và tồn tại. Nhờ có từ trường, chúng ta không cần phải trốn trong hang động để tránh ánh nắng gay gắt mà có thể đường hoàng bước ra ngoài, và cũng nhờ từ trường mà chúng ta có thể hít thở bầu không khí này.
Xét theo khía cạnh đó, việc cực quang do từ trường Trái Đất tạo ra tỏa sáng sắc xanh lục rực rỡ là một sự trùng hợp tuyệt diệu. Lý do khiến cực quang khiến chúng ta xao xuyến vào mùa hè năm nay tỏa sáng màu xanh lục chính là vì oxy. Từ trường Trái Đất khiến các hạt mang điện từ gió Mặt Trời tập trung về phía vùng cực. Các hạt này chứa năng lượng cao va chạm với các phân tử oxy ở lớp khí quyển trên cao tại vùng cực, các phân tử oxy nhận được năng lượng sẽ phát ra ánh sáng. Phân tử oxy chủ yếu phát ra ánh sáng ở bước sóng màu xanh lục. Đó là lý do tại sao cực quang lại có màu xanh lục.
Thực tế, từ tháng 5 năm ngoái, Mặt Trời đã cho thấy những dấu hiệu bất thường. Sau một thời gian dài, nó đã phun ra các tia lửa mặt trời cấp X, mức độ mạnh nhất, và đúng lúc đó luồng phun trào vật chất từ vành nhật hoa đã quét qua Trái Đất. Kết quả là cực quang đã được quan sát thấy ngay cả ở những khu vực vĩ độ thấp, nơi bình thường rất khó để nhìn thấy. Lúc đó, tại Hàn Quốc, một số khu vực ở Gangwon-do cũng ghi nhận được cực quang dù rất mờ nhạt. Chính vì thế mà mùa hè năm nay, truyền thông đã kỳ vọng rất nhiều vào việc được thấy cực quang. Tất nhiên, không phải chúng ta có thể thấy một cực quang rực rỡ như ở Na Uy ngay trên bầu trời Hàn Quốc. Dù thời tiết có trong xanh đến mấy thì cũng rất khó để nhận ra cực quang bằng mắt thường.
Trên thực tế, bữa tiệc cực quang rực rỡ đôi khi lại trở thành cơn ác mộng đối với các nhà thiên văn học. Điều đó đồng nghĩa với việc Mặt Trời đang vô cùng dữ dội, và nó có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng cho nền văn minh nhân loại hiện đại, nơi hạ tầng điện lưới phủ kín trên khắp hành tinh. Đặc biệt là nó gây nguy hiểm cho các vệ tinh đang bay lơ lửng ngoài khí quyển. Vì vậy, Viện Nghiên cứu Thiên văn Hàn Quốc cũng đang theo dõi hoạt động của Mặt Trời từng giây từng phút để dự báo thời tiết vũ trụ. Giờ đây, chúng ta đang sống trong thời đại mà không chỉ phải quan tâm đến bầu trời Trái Đất, mà còn phải để ý cả sự thất thường của Mặt Trời cách xa tới 150 triệu km.
Dành cho những ai thất vọng vì màn cực quang nhạt nhòa vào mùa hè vừa qua, một sự kiện lớn khác của Mặt Trời đang chờ đón. Khoảnh khắc chúng ta có thể chiêm ngưỡng nhật thực toàn phần tại Hàn Quốc đang đến gần. Vào ngày 2 tháng 9 năm 2035, bóng Mặt Trăng che khuất Mặt Trời sẽ quét chính xác qua bán đảo Triều Tiên. Tuy nhiên, có một vấn đề "nhỏ" là hầu hết lộ trình của nhật thực toàn phần lại đi qua khu vực Triều Tiên. May mắn thay, vẫn có duy nhất một điểm trùng với khu vực Hàn Quốc. Đó chính là Goseong, cực bắc của tỉnh Gangwon.
Giống như việc một lượng lớn người đã đổ xô đến một số khu vực ở Sokcho, Gangwon-do chỉ để chơi game Pokemon Go, liệu 10 năm nữa, sẽ có một đám đông khổng lồ đổ về Goseong để xem nhật thực toàn phần chăng? Là khu vực duy nhất tại Hàn Quốc có thể quan sát được nhật thực toàn phần, đây sẽ là cơ hội tốt để chính quyền địa phương tổ chức các sự kiện. Hy vọng rằng vào ngày 2 tháng 9 năm 2035, thời tiết sẽ thật đẹp.
Tham khảo
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu8826
https://science.nasa.gov/earth/earth-oxygen-magnetic-field-linked/
Tác giả Ji Ung-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Từ khi còn nhỏ, sau khi xem "Galaxy Express 999", anh đã nuôi dưỡng ước mơ lan tỏa vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện anh đang là Giáo sư trợ lý tại Khoa Giáo dục Tự do của Đại học Sejong, tham gia các hoạt động truyền thông khoa học đa dạng như thuyết giảng và viết lách. Anh đã viết các cuốn sách như "Mỗi ngày một mảnh vũ trụ", "Những nhà khoa học của vũ trụ đầy sao", "Không thể đến nhưng có thể biết", "Những câu hỏi kỳ lạ xuất hiện khi ngắm vũ trụ" và dịch các cuốn sách như "Hướng dẫn du lịch vũ trụ cho người quá giang", "Tại sao tôi lỡ tay giết chết sao Diêm Vương", "Quantum Life", "Cosmigraphic".