Trò chơi điện tử và phim đã phát triển nhanh chóng và có thể gây ấn tượng với chúng ta bằng các hiệu ứng hình ảnh của chúng. Nhưng may mắn thay, thiên nhiên vẫn là số một không thể bàn cãi. Để thấy được điều đó, chỉ cần du hành đến một trong những phần phía bắc hoặc phía nam của Trái đất, đợi đêm tối và nhìn lên bầu trời. Nếu may mắn, bạn có thể nhìn thấy một trong những hiện tượng ấn tượng nhất của tự nhiên: cực quang. Chúng có những diện mạo khác nhau, nhưng trông tất cả đều giống như thể bầu trời đen tối biến thành một món súp khổng lồ phát sáng màu xanh lục mà ai đó đang khuấy bằng một chiếc thìa khổng lồ, vô hình. Nó thực sự trông giống như một hiệu ứng kỳ diệu. Người Viking cho rằng đó là dấu hiệu của một trận chiến lớn vừa xảy ra ở một nơi nào đó trên Trái đất, và các nền văn hóa khác cũng coi cực quang là dấu hiệu của các sinh vật siêu nhiên. Nhưng điều gì đang thực sự diễn ra trên đó? Tại sao chúng có màu xanh lục, chỉ xuất hiện theo thời gian và chỉ có thể được nhìn thấy ở phía bắc (“Aurora Borealis”) hoặc ở phía nam (“Aurora Australis”)?
Gió từ Mặt trời
Một gợi ý đầu tiên đến từ thực tế là bạn cần thời tiết tốt để xem chúng. Bầu trời không chỉ phải trong xanh, mà còn là một loại thời tiết khác vừa phải. Nó được gọi là "thời tiết không gian" và liên quan đến việc thay đổi các điều kiện trong không gian, chẳng hạn như các hạt chuyển động và từ trường. Nếu bạn xem các báo cáo và dự báo tình trạng thời tiết không gian, bạn sẽ thấy rằng một trong những chỉ số chính cho thời tiết không gian là hoạt động mặt trời. Nếu bạn ngắm mặt trời (làm ơn, đừng nhìn thẳng vào nó!) bạn có thể thấy những đốm đen trên đó. Đây là những nơi có từ trường rất mạnh. Theo thời gian, mặt trời sẽ phóng ra một loạt các hạt lớn từ những điểm tối này: proton, hạt nhân heli (như một sản phẩm nhiệt hạch) và electron. Những hiện tượng như vậy được gọi là "sự phóng khối lượng đăng quang". Số lượng của chúng phụ thuộc vào hoạt động của mặt trời, tăng và giảm theo chu kỳ. Bạn có thể nói: càng nhiều điểm, càng nhiều khối lượng phóng ra. Các hạt được phóng ra sau đó sẽ di chuyển trong không gian, một số trong số chúng có thể hướng về Trái đất. Chúng ta gọi đây là “gió mặt trời”, bao gồm cả các vụ nổ cũng như một dòng chảy liên tục của các hạt rời khỏi mặt trời liên tục.
Gió mặt trời này là một phần của thời tiết không gian. Bất cứ khi nào bạn nói về thời tiết, bạn cũng tự động muốn nhận được dự báo. Mặc dù ở trên Trái đất, bạn có thể dễ dàng phàn nàn về chất lượng dự báo, nhưng dự báo thời tiết không gian khá đáng tin cậy. Lý do là bạn sẽ biết chính xác rằng điều gì đó sẽ đến từ mặt trời bởi vì bạn đã thấy điều đó xảy ra trong khi thời tiết vẫn đang diễn ra. Điều này có thể là do thông tin hình ảnh từ mặt trời truyền đến chúng ta với tốc độ ánh sáng (khoảng 670.000.000 dặm / giờ), trong khi gió mặt trời với các hạt khối lượng lớn của nó chậm hơn nhiều (khoảng 900.000 dặm / giờ).
Sự cố từ trường
Hãy tưởng tượng một cơn gió mặt trời mạnh đến Trái đất. Chúng ta có thể khá vui khi Trái đất cũ tốt đẹp có cả bầu khí quyển và từ trường. Một loại gió hạt như vậy không là gì khác ngoài bức xạ có thể gây hại nghiêm trọng cho chúng ta nếu chúng ta tiếp xúc trực tiếp với nó. May mắn thay, bầu khí quyển của chúng ta có thể hấp thụ bức xạ này. Nhưng tốt hơn thế nữa, từ trường của Trái đất làm lệch hướng gió Mặt trời! Nó sẽ bị lệch theo đường sức từ có hình dạng như trong hình minh họa.
Bản thân gió Mặt trời làm thay đổi hình dạng của từ trường Trái đất. Là một nhóm các hạt chuyển động, gió mặt trời không gì khác một dòng điện. Và dòng điện gây ra từ trường. Vì vậy, các đường sức từ đẩy từ phía mặt trời, ép từ trường bên trái và kéo nó sang bên phải. Có một số cách mà các hạt từ gió mặt trời có thể xâm nhập vào bầu khí quyển của Trái đất. Một là thông qua các đường trường mở ở "đỉnh cực", nơi từ trường của Trái đất không thể bảo vệ chúng ta. Một cách khác là đi qua đuôi bên phải. Việc ép từ trường từ trên xuống ở phía bên phải có thể làm cho các đường sức kết nối lại và quay ngược về phía Trái đất. Càng nhiều gió Mặt trời, các đường sức từ trường của Trái đất càng bị bẻ cong. Những thay đổi lớn còn được gọi là “bão địa từ”. Sau khi kết nối lại, các đường sẽ mang theo một lượng gió mặt trời với chúng. Những hạt này cũng có thể đẩy những hạt khác ra khỏi cái gọi là “vành đai bức xạ Van Allen” và đẩy chúng vào bầu khí quyển. Vành đai này là nơi chứa các hạt tích điện bị mắc kẹt trong từ trường của Trái đất, liên tục được cung cấp thông qua gió Mặt trời và các nguồn hạt giữa các thiên hà khác.
Mưa hạt và nguyên tử phát sáng
Bây giờ chúng ta có các hạt mang điện đi vào bầu khí quyển của Trái đất tại vị trí của khoảng cách đường sức từ gần với Bắc và Nam cực. Trong khi các hạt đang di chuyển, chúng va vào các nguyên tử của Trái đất.
quá trình chuyển đổi xảy ra trong vòng chưa đầy một giây, màu đỏ mất nhiều thời gian hơn. Nếu chúng ta ở xa trên bầu trời, mật độ nguyên tử rất thấp. Các nguyên tử oxy chỉ có một mình và mất thời gian để phát ra ánh sáng đỏ. Sự phát xạ màu đỏ này xảy ra thường xuyên hơn nhiều so với màu xanh lá cây. Càng gần bề mặt, mật độ nguyên tử tăng lên, các nguyên tử va chạm với những nguyên tử khác, truyền năng lượng qua va chạm thay vì phát xạ ánh sáng và ánh sáng đỏ bị triệt tiêu. Những gì còn lại là màu xanh. Ở độ cao thấp hơn nữa, mật độ của oxy nguyên tử rất thấp (đừng nhầm lẫn với các phân tử oxy có mật độ tăng khi ở độ cao thấp hơn) đến mức chúng ta không còn thấy bất kỳ sự phát xạ ánh sáng nào nữa. Đây là lý do tại sao cực quang có màu đỏ ở xa (không phải lúc nào cũng nhìn thấy) và sau đó chủ yếu là màu xanh lục.
