Aurora borealis, hay Bắc Cực quang, là luồng ánh sáng nhiều màu sắc xuất hiện ở phía Bắc bán cầu. Hiện tượng cực quang được miêu tả như màn trình diễn ánh sáng tuyệt vời nhất trái đất. Hiện tượng này chỉ xuất hiện ở những nơi có vĩ độ cao, khiến giới khoa học kinh ngạc và nghiên cứu suốt nhiều thế kỷ.
Những suy đoán về nguồn gốc bí ẩn của cực quang đã có từ lâu, nhưng mãi đến hiện tại, những suy luận này mới được chứng minh rõ ràng.
Bí ẩn về cực quang đã được giải đáp
Theo một nghiên cứu mới được công bố, một nhóm các nhà vật lý đến từ trường Đại học Iowa cuối cùng đã chứng minh thành công rằng cực quang “được tạo ra bởi các sóng điện từ mạnh trong các cơn bão địa từ”.
Nghiên cứu chỉ ra rằng những hiện tượng này, hay gọi cách khác là các sóng Alfven sẽ phóng các hạt electron lên Trái đất, tại đây các hạt sản sinh ra luồng ánh sáng mà ta gọi là cực quang.
“Những tính toán cho thấy một số lượng nhỏ các hạt electron trải qua 'gia tốc cộng hưởng' do điện trường của sóng Alfven, có thể hiểu tương tự như khi một vận động viên lướt sóng bắt được hướng di chuyển của sóng và liên tục được tăng tốc khi lướt theo làn sóng này”. Phó Giáo sư Greg Howes, khoa Vật lý và Thiên văn học của trường Đại học Iowa cũng là đồng tác giả của bài nghiên cứu, cho biết.
Giả thuyết về các hạt electron “lướt” trên trường điện từ đã được nhà vật lý học người Nga Lev Landau giới thiệu lần đầu vào năm 1946. Thuyết được đặt tên theo nhà vật lý này, gọi là Landau damping. Sau hơn 70 năm, giả thuyết này đã được chứng minh.
Tái tạo cực quang
Sau nhiều thập kỷ nghiên cứu, các nhà khoa học đã hiểu nguồn gốc tạo ra cực quang, nhưng đến bây giờ họ mới có thể chứng minh rõ ràng và mô phỏng lại các dải sáng nhiều màu sắc này. Lần đầu tiên cực quang nhân tạo được tái hiện trong phòng thí nghiệm bằng Thiết bị Plasma lớn (LPD) đặt tại Cơ sở Khoa học Plasma cơ bản của Đại học California (Los Angeles).
Theo CNN, các nhà khoa học dùng một căn phòng dài 20 m để tái tạo từ trường của Trái đất bằng cách sử dụng cuộn từ trường mạnh trên thiết bị LPD. Bên trong căn phòng này, họ tạo ra môi trường plasma tương tự những gì tồn tại trong không gian gần Trái đất.
“Mặc dù thí nghiệm không tái tạo được dải ánh sáng lung linh đầy màu sắc như chúng ta nhìn thấy thực tế trên bầu trời, nhưng tính toán của chúng tôi trong phòng thí nghiệm khớp với dự đoán từ các mô phỏng máy tính và các phép tính toán học, chứng minh rằng các hạt electron lướt trên sóng Alfven có thể tăng tốc lên đến 72 triệu km/h và tạo ra cực quang”, ông Howes khẳng định.
Ông Craig Kletzing, đồng tác giả nghiên cứu, bổ sung rằng những thí nghiệm này giúp họ tạo ra những phép đo lường mấu chốt cho việc chứng minh các giả thuyết và tính toán trước đây đã giải thích chính xác cách cực quang được tạo ra.
Nhiều nhà khoa học không gian cũng cảm thấy phấn khích với tin tức mới này. “Tôi cảm thấy rất hào hứng! Rất hiếm khi thấy một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm xác nhận một lý thuyết hoặc mô hình liên quan đến môi trường không gian. Bởi không gian quá rộng lớn đến nỗi khó có thể mô phỏng trong phòng thí nghiệm được”, ông Patrick Koehn, nhà khoa học thuộc Bộ phận Vật lý Trực thăng của NASA, cho biết.
Theo ông Koehn, việc hiểu được cơ chế gia tốc của các hạt electron tạo ra cực quang sẽ mang đến những lợi ích cho nhiều nghiên cứu trong tương lai.
