CỰC QUANG THÁNG 5/2024, ĐƯỢC 696 NHÂN CHỨNG BÌNH THƯỜNG VẼ THÀNH BẢN ĐỒ
Cực quang bình thường chỉ quanh quẩn gần hai cực. Khi có bão địa từ, chúng trượt dần về phía xích đạo. Cơn bão bắt đầu ngày 10/5/2024 là cơn dữ dội nhất kể từ những “cơn bão Halloween” tháng 10–11/2003, hơn 20 năm trước. Nó đến từ nhiều đám mây plasma Mặt Trời — các vụ phóng khối lượng vành nhật hoa — được phóng ra từ một cụm vết đen có đường kính gấp mười sáu lần Trái Đất. Các tác giả gọi nó là Bão Gannon, để tưởng nhớ Tiến sĩ Jennifer Gannon.
Những điểm mù của khoa học
Những cơn bão như vậy đẩy hình bầu dục cực quang (auroral oval) ra ngoài vùng đặt phần lớn các thiết bị quan sát cực quang. Các mô hình cũng gặp khó: một mô hình chuẩn về hình bầu dục cực quang được hiệu chỉnh cho điều kiện tối đa chỉ số Kp là 8+, còn trong cơn bão này Kp đạt 9 trong ba khoảng ba giờ riêng biệt. Và vì cơn bão đến chưa đầy một tháng rưỡi trước ngày hạ chí ở bắc bán cầu, nhiều thiết bị quang học ở vùng cực bắc đã bị tắt, do bầu trời không đủ tối.
Các con số cho thấy nó cực đoan đến mức nào. Chỉ số SuperMAG của các dòng điện cực quang vọt từ dưới 200 lên hơn 800 nanotesla trong hai phút và đạt đỉnh 4.276 nT. Từ cuối năm 2003 đến cuối năm 2023, chỉ số này chỉ vượt 4.000 nT có bảy lần. Chỉ số dòng vành đai giảm xuống −427 nT; trong hai mươi năm đó, nó mới xuống dưới −300 đúng một lần.
696 báo cáo từ hơn 30 quốc gia
Cùng lúc đó, hàng triệu người đã được báo chí và mạng xã hội cảnh báo, và điện thoại hiện đại có thể chụp được cực quang. Maxime Grandin thuộc Đại học Helsinki và Viện Khí tượng Phần Lan, cùng mười bốn đồng tác giả — ba người trong số đó là nhà khoa học công dân — đã lập một biểu mẫu trực tuyến thông qua nhóm làm việc ARCTICS của Viện Khoa học Vũ trụ Quốc tế ở Bern. Từ ngày 18/5 đến 24/6/2024, biểu mẫu thu được 696 báo cáo từ hơn 30 quốc gia: người ta nhìn thấy cực quang ở đâu và khi nào, màu sắc và hình dạng của nó, và mọi trục trặc với GPS, mạng hay điện. Nhóm bổ sung thêm 186 quan sát từ Skywarden, một danh mục có kiểm duyệt của Phần Lan.
Nguồn gốc các báo cáo: những lần nhìn thấy cực quang từ khảo sát (đen) và Skywarden (xanh lam), các sự cố công nghệ (đỏ), kèm các đường vĩ độ địa từ. — Figure 2, Grandin et al. (2026), arXiv:2610.19929.
Gần xích đạo hơn nhiều
Phần lớn các lần nhìn thấy đến từ khoảng 40° đến 60° vĩ độ địa từ, vài lần còn thấp hơn. Báo cáo cực đoan nhất, từ San Pedro de Atacama ở Chile, tại −14,5°, nhiều khả năng là một vầng sáng bất thường của tầng khí quyển trên chứ không phải cực quang thật. Dù vậy, các tác giả kết luận rằng cực quang đã vươn tới gần xích đạo hơn nhiều so với dự đoán của các mô hình hình bầu dục cực quang. Định nghĩa chính thức của cấp bão cực đoan nhất nói rằng cực quang thường được nhìn thấy đến khoảng 40°.
Vị trí của nhân chứng không trùng chính xác với nơi cực quang phát sáng: khi nhìn thấy thấp trên đường chân trời, một vầng sáng đỏ ở độ cao 250 km có thể nằm cách xa hàng trăm kilômét. Các tác giả ước tính độ bất định lên tới ±11,5° với màu đỏ và ±6,7° với màu xanh lục. Dù vậy, đây vẫn là một trong số ít phép đo rìa hình bầu dục trong một sự kiện như thế.
Đỏ và hồng, bằng mắt thường
Cả bốn màu cực quang — đỏ, xanh lục, xanh lam và hồng tím — đều được báo cáo là nhìn thấy bằng mắt, không chỉ trong ảnh. Riêng điều đó đã cho thấy màn trình diễn sáng một cách khác thường, vì mắt thường không phân biệt được màu trong cực quang mờ, và đặc biệt kém trong việc nhìn màu đỏ. Màu xanh lục được nhìn thấy đến khoảng 38° và chụp được đến khoảng 35°, điều rất bất thường: ở vĩ độ trung bình, người ta thường chủ yếu chỉ thấy các phát xạ đỏ ở độ cao lớn.
Các màu được báo cáo trong ảnh (trái) và nhìn thấy bằng mắt thường (phải) theo vĩ độ địa từ. — Figure 5, Grandin et al. (2026), arXiv:2610.19929.
Sự áp đảo của màu đỏ và hồng cho biết điều gì đó về thứ đang trút xuống từ không gian. Cực quang đỏ mạnh cho thấy một lượng lớn electron năng lượng thấp, dưới 1 kiloelectronvolt, trút năng lượng ở trên độ cao khoảng 200 km. Phần lớn báo cáo màu xanh lam và hồng xuất hiện khi Mặt Trời ở dưới đường chân trời chưa đến 24°, lúc tầng trên cùng của khí quyển vẫn còn được chiếu sáng và các ion nitơ tán xạ ánh sáng Mặt Trời thành màu xanh lam, trông như hồng hoặc tím trên nền trời chưa tối hẳn.
Trục trặc GPS và vệ tinh tụt độ cao
Chỉ 42 người báo cáo sự cố kỹ thuật: chủ yếu là vấn đề định vị (22), tiếp đến là sự cố mạng, điện không ổn định và vài lần mất điện. Thời điểm của chúng khớp với hai lần sụt của chỉ số bão, dù với số báo cáo ít như vậy, sự trùng khớp có thể là ngẫu nhiên. Dữ liệu quỹ đạo công khai kể một câu chuyện rõ ràng hơn: trong cơn bão, bốn vệ tinh mất thêm độ cao do tầng khí quyển trên bị phình ra — 256 mét đối với Trạm Vũ trụ Quốc tế, tới khoảng 2 kilômét đối với vệ tinh thấp nhất.
Một biểu mẫu tốt hơn cho cơn bão tới
Nghiên cứu có những giới hạn. Dữ liệu được thu thập sau sự kiện, bằng một biểu mẫu đơn giản; các câu hỏi về hình dạng cực quang tỏ ra quá chuyên môn với nhiều người lần đầu ngắm cực quang; báo cáo chủ yếu đến từ châu Âu, Bắc Mỹ và châu Đại Dương. Các tác giả kêu gọi có hướng dẫn rõ ràng hơn, các nền tảng có cấu trúc như Skywarden, và phân tích chính các bức ảnh, vì cân bằng đỏ-lục-lam của chúng có thể tiết lộ năng lượng của các electron đổ xuống. Lần này không có sự cố mất điện lớn hay mất tàu vũ trụ nào được báo cáo — có lẽ, họ cho rằng, vì các hạt đổ xuống phần lớn có năng lượng thấp. Siêu bão tiếp theo có thể sẽ không hiền lành như vậy.