Từ trường trái đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN VẬT LÝ

--------*--------

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
ĐỀ TÀI : TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT

GVHD: Phan Ngọc Khương Cát

Khoa : Khoa Học Ứng Dụng

VL1

Page 1

Mục Lục:

Trang

1.Từ Trường Trái Đất…………………………………………………………………….4

2. Độ từ thiên………………………………………………………………………7
3. Độ từ khuynh………………………………………………………………........7
4. Các cực của trái đất……………………………………………………………..8
5. Bão từ…………………………………………………………………………...9
6.Các quá trình hình thành bão từ………………………………………………....9
7. Ảnh hưởng của bão từ……………………………………………………..……10
8.Ngắm cực quang từ vũ trụ………………………………………………………15
9. Bí ẩn về từ trường Trái đất đã được làm sáng tỏ……………………………....17
10. Lợi ích của từ trường Trái Đất…………………………………………..……18

VL1

Page 2

TỪ TRƯỜNG CỦA TRÁI ĐẤT
1. Từ trường của quả đất:
a.Định Nghĩa: Từ trường Trái Đất (và từ
trường bề mặt) được coi như một lưỡng cực từ
trường, với một cực gần cực bắc địa lý và cực
kia gần cực nam địa lý. Một đường thăng tưởng
tượng nối hai cực tạo thành một góc khoảng
11,3° so với trục quay của trái đất. Nguyên nhân
gây ra từ trường có thể được giải thích theo lý
thuyết dynamo.
Các trường từ có thể mở rộng vô hạn, tuy nhiên
nếu xét các điểm càng ra xa nguồn thì chúng
càng yếu dần. Từ trường của Trái Đất có tác
dụng đến hàng chục ngàn km trong vũ trụ và
được gọi là quyển từ.
Hình 1.1a:
(http://vi.wikipedia.org/wiki/Từ_trường_Trái_Đất)
b.Phát hiện từ trường
Vào năm 1600, nhà vật lí người Anh W. Gilbert đã đưa ra giả thuyết Trái Đất là một nam
châm khổng lồ. Ông đã làm một quả cầu lớn bằng sắt nhiễm từ, gọi nó là "Trái Đất tí
hon" và đặt các từ cực của nó ở các địa cực. Đưa la bàn lại gần trái đất tí hon ông thấy trừ
ở hai cực, còn ở mọi điểm trên quả cầu, kim la bàn đều chỉ hướng Nam Bắc. Hiện nay
vẫn chưa có sự giải thích chi tiết và thỏa đáng về nguồn gốc từ tính của Trái Đất.
Năm 1940, một số nhà vật lý đã đưa ra giả thuyết "Đinamô" để giải thích nguồn gốc từ
trường của trái đất. Theo thuyết này thì từ trường Trái đất chủ yếu được hình thành từ
các dòng đối lưu trong chất lỏng của trái đất ở độ sâu trên 3000 km. Sự khác biệt về nhiệt
độ trong chất lỏng của trái đất đã làm xuất hiện các dòng đối lưu. Nếu trong nhân của trái
đất có một "từ trường nguyên thuỷ" thì các dòng đối lưu trên sẽ có vai trò như một cuộn
dây trong máy phát điện. Dòng điện nhờ đó được hình thành và chính nó đã tạo ra từ
trường cho trái đất. Tuy nhiên, thuyết vẫn còn một số điểm chưa rõ ràng. Trong quá trình
hình thành từ trường trái đất, cần có "từ trường nguyên thuỷ", nhưng từ trường này được
hình thành từ bao giờ và bằng cách nào? Đây là một trong những tồn tại chưa giải quyết
được của các ngành khoa học về Trái Đất.
Gần đây, các nhà khoa học cho rằng ngoài từ trường chính của trái đất hình thành từ lõi
ngoài chiếm 98%, còn có phần từ trường với nguồn gốc bên ngoài trái đất chiếm 2%,
phần từ trường này lại hay biến đổi, là phần quan trọng gây ra những tác động đối với cơ
thể sống.

VL1

Page 3

VL1

Page 4

c.Quả đất là một NC khổng lồ nhưng từ trường khá yếu: B=0,5 Gauss= 0,00005 Tesla.

Hình 2.1c: Quả đất là một NC khổng lồ
(https://sites.google.com/site/vatlyvmd/bai-ghi/k11/ch4-tu-truong-1/bai-8-tutruong-cua-trai-dat)
d.. Nguồn gốc:

 Cấu tạo của trái đất gồm:
o Vỏ đá silic hóa từ mặt đất (0 km) đến độ sâu 2900km
o Lõi cứng ở tâm, bán kính cỡ 1300km.
o Nhân: nằm giữa lõi là sắt nóng chảy. Có độ sâu 2900 km đến độ sâu
5100km.
o Nhân có thể chia 2 phần:

 Phần ngoài là một chất dẫn điện rất tốt, nhiệt độ tới 3000 độ C
và áp suất hơn một triệu atmosphere.
 Phần trong có áp suất vào khoảng > 3 triệu atmosphere khiến
cho lõi trở thành cực kỳ cứng.
 Sự truyền tải nhiệt trong nhân lỏng thực hiện bằng đối lưu: Vật chất nóng
chuyển lên trên mặt, vật chất lạnh chuyển xuống dưới sâu.Nguồn gốc của từ
trường gắn liền với chuyển động đối lưu của chất lỏng dẫn điện này.
 Hoạt động đối lưu không có sự tham gia của các hiện tượng bên ngoài.

VL1

Page 5

e. Đặc điểm
Cũng như nam châm, Trái Đất có 2 cực địa từ, không trùng với 2 cực địa lý. Cực Bắc từ
có toạ độ 70° Vĩ Bắc Và 96° Kinh Tây, trên lãnh thổ Canada, cách cực Bắc địa lý
800 km. Cực Nam từ có toạ độ 73° Vĩ Nam và 156° Kinh Đông ở vùng Nam cực, cách
cực Nam địa lý 1000 km. Trục từ trường tạo với trục trái đất một góc 11°. Các từ cực
thường có vị trí không ổn định và có thể đảo ngược theo chu kỳ. Do đó bản đồ địa từ
cũng phải thường xuyên điều chỉnh (5 năm một lần). Việc thu nhập các thông tin từ vệ
tinh đã phát hiện các vành đai bức xạ bao quanh trái đất ở môi trường khí quyển trên cao
từ 500–600 km dến 60.000- 80.000 km: đó là từ quyển (tầng điện ly trở lên).

Hình 3.1e:Cấu trúc Trái Đất
(https://sites.google.com/site/vatlyvmd/bai-ghi/k11/ch4-tu-truong-1/bai-8-tu-truong-cuatrai-dat)
Từ trường trái đất có từ đâu?
Từ trường xuất hiện trong lòng trái đất . Nơi đó có nhân trái đất được cấu tạo chủ yếu là
sắt. Nhân rắn bên trong được bao bọc bởi cái vỏ bằng sắt dạng lỏng. Do sức nóng từ
trong nhân, kim loại sẽ chảy tràn lên bề mặt nhân, nguội đi và lại chìm xuống phía dưới.
Đồng thời nó chảy theo đường xoắn ốc do trái đất quay. Sự chuyển động của sắt có khả
năng dẫn điện sẽ làm xuất hiện một nguồn điện, tương tự như một máy phát điện khổng
lồ. Và khi có dòng điện chảy thì sẽ xuất hiện từ trường.
Hình dạng của từ trường cũng giống như từ trường của một thỏi nam châm. Từ trường đi
ra từ bán cầu nam và đi vào phía bán cầu bắc của trái đất. Hai nơi này được gọi là cực
từ. Nó không trùng với cực nam và cực bắc địa lý mà cách nhau vài trăm cây số.
Từ trường vươn ra ngoài vũ trụ hơn 60.000 km. Nó tạo thành một cái vỏ bảo vệ chung
quanh trái đất. Sự bảo vệ này là cần thiết vì mặt trời không ngừng phát ra các hạt tích
VL1

Page 6

điện, còn được gọi là gió mặt trời. Từ trường cản gió mặt trời và dẫn nó đi vòng qua trái
đất. Từ trường bị biến dạng bởi gió mặt trời, hướng phía mặt trời bị nén lại, còn hướng
kia thì xuất hiện một cái đuôi dài, có thể vươn vào vũ trụ đến 250.000 km.
Tại sao từ trường trái đất lại giảm?
Nguyên nhân từ trường giảm nằm ở trong lòng trái đất. Ở đó kim loại chảy lỏng xoay
vòng quanh nhân ngoài. Bằng chuyển động cắt ngang từ trường nó tạo ra một dòng điện,
dòng điện đó cũng tạo ra một từ trường nữa. Giả sử như hướng chuyển động đó giữ
nguyên thì từ trường trước đó vẫn nguyên vẹn. Nhưng do đường chuyển động của nó
thường xuyên thay đổi, từ trường được tạo ra cũng thay đổi và làm giảm bớt đi từ trường
có trước.
2. Độ từ thiên:

 Độ từ thiên là góc tạo thành (δ) giữa hướng bắc
thực (bắc địa lý) và hướng bắc từ (là hướng chỉ phương
bắc của kim la bàn) hay góc tạo thành giữa kinh tuyến
địa lí (phương bắc nam) và kinh tuyến từ tại điểm đã cho
trên mặt đất. Giá trị này sẽ dương khi bắc từ nằm về phía
đông của bắc thực và ngược lại.
 Kinh tuyến từ là các đường sức từ của trái đất vẽ trên
mặt đất.
 Độ từ thiên là góc lệch giữa kinh tuyến từ và kinh tuyến
địa lý.
 Kí hiệu là D.
Thí dụ: Ở Vinh D= -0 độ 12 phút ; Cao Bằng: D=-0 độ 37 phút

 Ở Việt Nam, độ từ thiên biến đổi từ –1⁰ ở Cao Bằng đến 0⁰ ở Đà Nẵng và đạt
+1⁰ tại Cà Mau.
Hình4.2
(http://vi.wikipedia.org/wiki/Độ_từ_thiên)
3. Độ từ khuynh:

VL1

Page 7

 Độ từ khuynh là góc hợp bởi vector từ trường trái đất với mặt
phẳng ngang.
Độ từ khuynh là do kim nam châm hướng theo đường sức từ do tác động
của lực từ. Do lực của các đường sức trên Trái Đất không song song với bề
mặt đất nên
đầu bắc của kim la bàn sẽ chúi xuống ở bắc bán cầu (giá trị dương)
và hướng lên ở nam bán cầu (giá trị âm). Các đường đồng giá trị từ
khuynh trên bề mặt Trái Đất được gọi là "đường đẳng khuynh". Tập
hợp các điểm có giá trị từ khuynh bằng 0 thì được gọi là xích đạo
từ. Giá trị này do động từ -90⁰ đến +90⁰.

 Độ từ khuynh ở 2 cực là max 90 độ.
 Kí hiệu I:

Tầm quan trọng
Đây là hiện tượng quan trọng trong hàng không, vì nó làm cho la bàn của máy bay chỉ ra
các giá trị sai trong quá trình định vị và thay đổi tốc độ bay.

Thí dụ: Cà Mau I=0; Quảng trị I=+18 độ 22 phút.
4. Các cực của trái đất:

 Cực địa lý và cực từ không trùng nhau và ngược nhau.

VL1

Page 8

 Trái Đất có 2 cực địa từ, không trùng với 2 cực địa lý.
o Cực từ Bắc có toạ độ 70° vĩ Bắc Và 96° kinh Tây, trên lãnh thổ Canada,
cách cực Bắc địa lý 800 km.
Cực từ Nam có toạ độ 73° vĩ Nam và 156° kinh Đông ở vùng Nam cực, cách cực Nam
địa lý 1000 km.
o Trục từ trường tạo với trục trái đất một góc 11°.

 Cực từ có vị trí không ổn định và có thể đảo ngược theo chu kỳ. Do đó, bản đồ địa
từ được cập nhật 5 năm một lần.
Kết quả là trái đất đổi cực?
Cứ khoảng 1 triệu năm thì cực từ của trái đất thay đổi. Theo sự phỏng đoán của các nhà
vật lý trái đất thì khi thay đổi cực, từ trường của trái đất không ổn định và phân ra làm
nhiều từ trường nhỏ, bao bọc lấy trái đất khắp mọi hướng. Sau đó thì từ trường sẽ ổn
định trở lại nhưng theo hướng ngược lại. Điều đó có nghĩa là đường đi của từ trường sẽ
không phải là từ Nam đến Bắc mà từ Bắc đến Nam.
5. Bão từ:

VL1

Page 9

 Bão từ hay còn gọi là bão địa từ trên Trái Đất là những thời kỳ mà kim la bàn dao
động mạnh.

 Bão từ là những dòng điện tích ( plasma) từ mặt trời phát tán đến quả đất ( và các
hành tinh trong hệ mặt trời) làm biến đổi từ trường của quả đất.
 Nguyên nhân: Bão từ hình thành từ các vụ bùng nổ ở mặt trời.
 Cách nhận biết: Khi các yếu tố của từ trường Trái Đất (cảm ứng từ, độ từ thiên,
độ từ khuynh…) biến đổi bát thường và xảy ra cùng một lúc trên toàn cầu.
 Mức độ (theo thời gian): Bão từ mạnh, bão từ yếu.
 Hậu quả: Bão từ ảnh hưởng đến:
o Sức khỏe con người.
o Truyền tải điện.
o Thông tin vô tuyến trên hành tinh.
o Điều khiển các hoạt động ngoài quả đất.
6.Các quá trình hình thành bão từ.
1. Các dòng hạt mang điện phóng ra từ Mặt Trời sinh ra một từ trường, có độ lớn
vào khoảng 6.10-9 tesla.
2. Từ trường này ép lên từ trường Trái Đất làm cho từ trường nơi bị ép tăng lên.
3. Khi từ trường Trái Đất tăng lên, từ thông sẽ biến thiên và sinh ra một dòng điện
cảm ứng chống lại sự tăng từ trường của Trái Đất (theo định luật Lenz).
4. Dòng điện cảm ứng này có thể đạt cường độ hàng triệu ampe chuyển động vòng
quanh Trái Đất và gây ra một từ trường rất lớn tác dụng lên từ trường Trái Đất.
5. Hiện tượng này tiếp diễn làm cho từ trường Trái Đất liên tục biến thiên và kim la
bàn dao động mạnh.
Nếu hướng của từ trường trong tầng điện ly hướng về phía Bắc, giống như hướng của từ
trường Trái Đất, bão địa từ sẽ lướt qua hành tinh của chúng ta. Ngược lại, nếu từ trường
hướng về phía Nam, ngược với hướng từ trường bảo vệ của Trái Đất, các cơn bão địa từ
mạnh sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới Trái Đất. Mặc dù khí quyển Trái Đất chặn được các
dòng hạt năng lượng cao đến từ Mặt Trời này (gồm electron và proton), song các hạt đó

VL1

Page 10

làm xáo trộn từ trường của hành tinh, cụ thể là quyển từ, có thể gây ra rối loạn trong liên
lạc vô tuyến hay thậm chí gây mất điện.
Các vụ phun trào khí và nhiễm điện từ Mặt Trời được xếp theo 3 cấp: C là yếu, M là
trung bình, X là mạnh. Tùy theo cấp cao hay thấp mà ảnh hưởng của nó lên từ trường
Trái Đất gây ra bão từ nhiều hay ít. Bão từ được xếp theo cấp từ G1 đến G5, G5 là cấp
mạnh nhất. Theo nhiều nghiên cứu thì hiện nay các cơn bão từ xuất hiện nhiều hơn và
mạnh hơn, điều này cho thấy rằng Mặt Trời đang ở vào thời kỳ hoạt động rất mạnh.
7. Ảnh hưởng của bão từ.
A, Đối với sức khỏe
Thời kỳ có bão từ là thời kỳ rất nguy hiểm cho người có bệnh tim mạch bởi vì từ trường
ảnh hưởng rất mạnh đến hoạt động của các cơ quan trong hệ tuần hoàn của con người.
Để đảm bảo sức khỏe, những người mắc bệnh tim mạch nên tránh hoạt động nhiều ngoài
trời, nhất là những bệnh nhân đã được cấy máy tạo nhịp tim vĩnh viễn, uống đủ nước
trong ngày để tránh hiện tượng máu cô đặc vì máu cô đặc sẽ càng làm cho cục máu đông
hình thành dễ dàng hơn. Những bệnh nhân mắc bệnh mạch vành, bệnh động mạch
cảnh... đang được dùng các loại thuốc chống đông máu, chống kết dính tiểu cầu như
Aspirin, Plavix phải dùng thuốc đều đặn theo đúng chỉ dẫn của thầy thuốc và đặc biệt là
không được quên uống thuốc trong những ngày này dù chỉ một lần.
Bệnh nhân tăng huyết áp đang được dùng thuốc chống tăng huyết áp, không được quên
uống thuốc hạ áp vì dù chỉ quên một lần vào ngày có bão từ, huyết áp có thể tăng cao
kịch phát gây tai biến nghiêm trọng (vỡ động mạch chủ, vỡ mạch não...). Các trường hợp
đau đầu kiểu migraine cần được nghỉ ngơi, có thể sử dụng các thuốc giảm đau để chống
lại các cơn đau cũng như tình trạng rối loạn giấc ngủ có thể xảy ra.
Bệnh nhân mắc các chứng trầm cảm cần được gia đình và người thân quan tâm, săn sóc
nhiều hơn để có thể duy trì chất lượng cuộc sống ở mức cao trong những ngày thời tiết
không tốt này. Người bình thường, nhất là những người cao tuổi khi thấy những biểu
hiện bất thường như đau đầu, choáng váng, có cơn xỉu, ngất, đau ngực, giảm hoặc yếu
vận động chân tay... cần đi kiểm tra sức khoẻ tại các cơ sở y tế để phát hiện sớm và điều
trị kịp thời những bệnh lý tim mạch thường gặp trong thời gian bão từ.
Bão từ cũng sẽ gây ra tác động tiêu cực đến sức khỏe của người già, và ảnh hưởng tới da
nếu phơi nắng trực tiếp.
B. Hai bão từ mạnh đổ xuống trái đất
Giới khoa học cảnh báo các hoạt động truyền tải điện, định vị bằng vệ tinh nhân tạo và
định hướng cho máy bay có thể rối loạn sau khi hai đợt bão từ cực mạnh ập xuống địa.

VL1

Page 11

BBC cho biết, đây là hai trận bão từ mạnh nhất trong 5 năm qua và tác động của chúng sẽ
thể hiện rõ rệt nhất ở các vùng cực. Do hậu quả của bão từ, cực quang ở gần Bắc Cực sẽ
xuất hiện nhiều hơn. Cực quang xuất hiện do những hạt mang điện tích từ mặt trời lao
vào bầu khí quyển trái đất với tốc độ cực lớn. Trong quá trình di chuyển, những hạt mang
điện tích đâm vào các nguyên tử oxy và nitơ khiến mức năng lượng của chúng tăng lên.
Kết quả là những nguyên tử nitơ và oxy phát ra ánh sáng nhiều màu sắc.
Tuy nhiên, nhiều hoạt động khác sẽ chịu ảnh hưởng xấu. Chẳng hạn, trong vài ngày tới
có thể các máy bay sẽ phải đổi hướng để tránh tác động của bão từ tại các vùng cực. Các
phi hành gia trên Trạm Không gian Quốc tế cũng phải cảnh giác với bão từ.
Vết đen khổng lồ trên mặt trời mà các nhà khoa học phát hiện vào tuần trước đang di
chuyển tới vị trí hướng về trái đất, một diễn biến có thể khiến địa cầu hứng chịu bão
từ mạnh trong tuần.

VL1

Page 12

Cơ quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) phát hiện những vết đen khổng lồ trên mặt
trời vào hôm 3/11 nhờ những bức ảnh do tàu theo dõi mặt trời Solar Dynamic
Observatory (SDO) gửi về. Đây là nhóm vết đen lớn nhất trên mặt trời mà con người
phát hiện kể từ năm 2005. Tới nay chiều rộng của nhóm - được đặt tên là AR1339 - đã
gấp 17 lần đường kính trái đất, Space đưa tin.
Ngày 4/11, SDO phát hiện một cơn bão dữ dội trên tầng thượng quyển của mặt trời.
Nó là một trong những cơn bão mạnh nhất mà ngôi sao trong Thái Dương Hệ có thể
tạo ra. Nơi xuất phát của nó chính là nhóm vết đen AR1339.
"Khoảng 45 phút sau khi cơn bão xuất hiện trên mặt trời, hoạt động của một số hệ
thống viễn thông radio trên trái đất bị tê liệt. Chúng tôi đang tiếp tục theo dõi vùng
AR1339 vì nó có thể tạo ra những trận bão khác", NASA thông báo.
Trang spaceweather.com cũng xác nhận lượng hạt ion trong tầng thượng quyển trái
đất tăng vọt sau cơn bão. Các hạt ion làm thay đổi sóng radio tại Mỹ và châu Âu.
Từ hôm 4/11 tới nay các nhà khoa học của Trung tâm Dự báo Thời tiết vũ trụ Mỹ
đang theo dõi những vết đen trên mặt trời, Discovery cho biết. Họ xác nhận rằng giờ
VL1

Page 13

đây AR1339 đang di chuyển tới phía đối diện trái đất nên phần lớn năng lượng của nó
sẽ hướng về hành tinh xanh. Trong vòng mấy ngày tới rất có thể trái đất sẽ hứng chịu
một trận bão từ mạnh khác do hoạt động của vết đen khổng lồ.
Vết đen trên mặt trời là những vùng tối trên bề mặt ngôi sao này. Độ sáng bề mặt vết
đen chỉ bằng khoảng 1/4 so với vùng xung quanh và nhiệt độ của chúng cũng thấp
hơn nhiều. Sự biến đổi từ trường cực mạnh là nguyên nhân gây nên vết đen mặt trời.
Từ trường của vết đen tăng dần trong quá trình phát triển của nó.
Bão mặt trời (hay gió mặt trời) là hiện tượng các luồng hạt mang điện tích được giải
phóng từ tầng thượng quyển của mặt trời. Do mang năng lượng cao, các hạt mang
điện tích - bao gồm proton và electron - có thể thoát khỏi lực hấp dẫn của mặt trời. Sự
tương tác giữa các hạt mang điện tích từ mặt trời với những đường sức từ của trái đất
là nguyên nhân gây nên bão từ.

Trung tâm Dự báo thời tiết vũ trụ (SWPC) thuộc Cục quản lý Đại dương và Khí quyển
quốc gia Hoa Kỳ (NOAA) cảnh báo, một cơn bão địa từ cấp G3 trên trái đất do một vụ
nổ mạnh đáng kể ngày 24/9/2011 đã tạo ra một vầng hào quang của mặt trời và một cơn
bão năng lượng mặt trời cấp độ từ cấp G1 đến cấp G5.

VL1

Page 14

Hinh 9.7b:Hào quang vụ nổ gây ra cơn bão mặt trời mạnh (Ảnh: sciencedaily
(https://sites.google.com/site/vatlyvmd/bai-ghi/k11/ch4-tu-truong-1/bai-8-tu-truong-cuatrai-dat )
Cơn bão có tác động đến Trái Đất, tạo ra một từ trường và gây nên bão địa từ mạnh ở
một số vùng. Hào quang vụ nổ ngày 24/9 chứa các hạt tích điện và từ trường di chuyển
trực tiếp từ ánh nắng mặt trời với tốc độ 5 triệu dặm một giờ, nếu nó đánh thẳng vào trái
đất, bão từ có thể gây ra tổn thất cực kỳ nghiêm trọng.
Bão từ trên trái đất có thể làm gián đoạn hệ thống lưới điện, đài phát thanh và vệ tinh
viễn thông. Tuy nhiên đến ngày hôm nay vẫn chưa có tác động nào.
Các điểm trên mặt trời sản xuất hàng loạt phóng hào quang của ngày 24/9 vẫn hoạt
động và có thể gây ra cơn bão trong vài ngày tới.
SWPC của NOAA sẽ tiếp tục theo dõi hoạt động của cơn bão, và thông báo cho các nhà
khai thác mạng, vệ tinh, hãng hàng không và mọi người để bảo vệ hệ thống cơ sở hạ tầng

VL1

Page 15

và cộng đồng. Vũ trụ cũng có thể tạo ra cực quang lớn (ánh sáng phía Bắc và phía
Nam).

8.Ngắm cực quang từ vũ trụ
Khi quan sát từ Trạm Không gian Quốc tế (ISS), cực quang ở bán cầu nam của trái
đất giống như những dải sáng nhảy múa.

Hình 10.8:Những dải sáng vào tối 15/9 trong bức ảnh của Ron
Garan. Ảnh: AP.
(https://sites.google.com/site/vatlyvmd/bai-ghi/k11/ch4-tu-truong1/bai-8-tu-truong-cua-trai-dat)
AP đưa tin Ron Garan, phi hành gia đang làm việc trên ISS, chụp được cảnh tượng
cực quang xuất hiện ở bán cầu nam vào ngày 15/9. “Những dải sáng cực quang dường
như nhảy múa cùng chòm sao Lạp Hộ. Đó là một khoảnh khắc khó quên”, Garan nói.
Sau khi bão từ quét qua trái đất vào ngày 10/9, cực quang xuất hiện thường xuyên ở
bán cầu bắc trong những ngày qua. Bức ảnh của Garan cho thấy cực quang cũng xuất
hiện ở bán cầu nam.
Cực quang xuất hiện khi những hạt mang điện tích từ mặt trời lao vào bầu khí quyển
trái đất với tốc độ cực lớn. Trong quá trình di chuyển, những hạt mang điện tích đâm vào
các nguyên tử oxy và nitơ khiến mức năng lượng của chúng tăng lên. Kết quả là những
nguyên tử nitơ và oxy phát ra dải ánh sáng nhiều màu sắc. Khi những dải ánh sáng xuất
hiện ở bán cầu bắc, chúng được gọi là bắc cực quang. Nếu xuất hiện ở bán cầu nam,
người ta gọi chúng là nam cực quang.

VL1

Page 16

Địa cầu không phải là nơi duy nhất trong hệ Mặt trời có cực quang. Hiện tượng này
cũng xuất hiện trên sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương, sao Kim, sao Hỏa và sao Hải
Vương.

Kẻ thù đáng sợ của vệ tinh nhân tạo
Các vệ tinh nhân tạo trên quỹ đạo thấp của trái đất được thiết kế để chống bão từ,
song tuổi thọ của chúng có thể giảm mạnh nếu siêu bão từ xuất hiện.

Hình 11.8 :Kính thiên văn không gian Hubble và các vệ tinh nhân
tạo trên quỹ đạo thấp của trái đất có thể bị phá hoại bởi siêu bão
từ. Ảnh: NASA.
(https://sites.google.com/site/vatlyvmd/bai-ghi/k11/ch4-tu-truong1/bai-8-tu-truong-cua-trai-dat)
Khi một đợt bùng nổ xuất hiện trên tầng thượng quyển của mặt trời, bầu khí quyển trái
đất sẽ hứng chịu những luồng hạt mang điện tích cao. Những hạt này có thể cản trở hoặc
làm tê liệt các vệ tinh nhân tạo trên quỹ đạo thấp của trái đất.
Các vệ tinh nhân tạo có thể hỏng, thậm chí ngừng hoạt động, trong các trận bão từ. Tuy
nhiên, mối đe dọa chỉ tồn tại trong vài ngày sau khi bão từ ập tới.
Mức độ nguy hiểm có thể tăng lên đáng kể nếu bão từ siêu mạnh xảy ra, bởi electron và
các hạt mang năng lượng từ mặt trời sẽ tăng tốc khi lao vào bầu khí quyển trái đất.

VL1

Page 17

National Geographic cho biết, Yuri Shprits, một nhà địa vật lý của Đại học California tại
Mỹ, sử dụng một mô hình máy tính để nghiên cứu tác động của siêu bão từ đối với các vệ
tinh nhân tạo bay trên quỹ đạo thấp.
Mô hình cho thấy, trong phần lớn trận bão từ, tốc độ di chuyển của các hạt mang điện
tích giảm hoặc giữ nguyên khi chúng lao vào bầu khí quyển địa cầu. Tuy nhiên, nếu siêu
bão từ xuất hiện, tốc độ của các hạt mang điện tăng dần khi chúng lao vào bầu khí
quyển. Tốc độ của các hạt mang điện càng lớn thì khả năng gây hại cho các bộ phận
trong vệ tinh nhân tạo của chúng càng cao.
“Ngăn chặn những hạt mang điện tích như thế là việc chẳng những khó khăn mà còn tốn
kém. Chúng xuyên qua lớp vỏ của vệ tinh nhân tạo và xâm nhập vào các chất bán dẫn,
nơi chúng có thể tạo nên hiện tượng tăng điện áp khiến các thiết bị điện tử hỏng”,
Shprits giải thích.
Shprits dự đoán phần lớn vệ tinh nhân tạo trên quỹ đạo thấp sẽ hỏng trong vài năm nếu
một siêu bão từ xuất hiện. Song điều đáng chú ý hơn là tác động của bão từ có thể kéo
dài tới một thập kỷ.
“Dựa trên những tính toán, chúng tôi nhận định siêu bão từ sẽ làm giảm 10% thời gian
hoạt động của vệ tinh nhân tạo trên quỹ đạo thấp”, Shprits phát biểu.
Giới khoa học chưa từng phát hiện siêu bão từ trong kỷ nguyên vũ trụ (từ thập niên 50
tới nay). Theo các tài liệu lịch sử, có thể trận siêu bão từ gần nhất xảy ra vào năm 1859.
Mặc dù vậy, nhiều nhà khoa học nhận định việc một siêu bão từ khác xuất hiện chỉ là vấn
đề thời gian.
“Siêu bão từ là hiện tượng hiếm, song chắc chắn xảy ra”, Shprits khẳng định.
9. Bí ẩn về từ trường Trái đất đã được làm sáng tỏ
Từ trường của Trái đất có thể được tạo ra bởi các chuyển động mạnh của các chất dẫn
điện lỏng trong lòng
đất... đó là khám phá mới của các nhà khoa học Pháp, được đăng tải trên tờ Le
Figaro ngày 12-3.
Bằng cách tạo ra sự chuyển động mạnh của dung dịch natri lỏng
trong ống nghiệm, một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Trung tâm
nghiên cứu khoa học Pháp (CNRS), Trung tâm nghiên cứu khoa
học về Trái đất và môi trường (CEA) và các trường ĐH sư phạm
tại Paris và Lyon đã tạo ra được từ trường Trái đất trong phòng thí
nghiệm.
Các nhà nghiên cứu nhận thấy từ trường được tạo ra mang nhiều
đặc điểm giống với từ trường tự nhiên của Trái đất.
Hình12.9:Từ Trường

VL1

Page 18

Phần lớn các vật chất thiên văn trong vũ trụ như hành tinh, các vì sao và các dải thiên hà
đều có từ trường. Các từ trường này đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của
các vật chất trong không gian.
Từ trường của Trái đất cũng rất quan trọng với cuộc sống trên hành tinh. Nó bảo vệ
chúng ta, giúp ta tránh được những tác động có hại của các tia vũ trụ và gió Mặt trời. Nếu
không có từ trường, chúng ta sẽ không ngừng bị các vật chất độc hại tấn công và cuộc
sống không thể duy trì trên Trái đất. Tìm hiểu cơ cấu phát sinh ra từ trường Trái đất, các
hành tinh và các vì sao là mục tiêu mà rất nhiều nhà khoa học trên thế giới theo đuổi.
Từ năm 1919, Joseph Larmor, một nhà vật lý người Anh, đã đưa ra giả thuyết cho rằng từ
trường của Mặt trời được sinh ra do sự chuyển động của các chất lỏng dẫn điện. Giờ đây,
giả thuyết này của ông đã được các nhà khoa học hậu sinh khẳng định.
10. Lợi ích của từ trường Trái Đất
A,Rùa biển định hướng nhờ từ trường trái đất
Loài rùa biển luôn trở về khu vực quen thuộc để đẻ trứng. Chúng
sử dụng hệ thống định vị tương đối đơn giản là từ trường trái đất.
Từ trường giúp loài rùa tìm hướng dù bị cuốn đi bởi sóng biển.
Trung bình cứ 4 năm một lần, rùa biển bơi giữa đại dương mà
không cần bất cứ điểm mốc nào, di chuyển hàng trăm, thậm chí
hàng nghìn km giữa khu vực tìm thức ăn và khu vực đẻ trứng.

Hình13.10a: Rùa

Để tìm hiểu quá trình định vị và các hệ thống giác quan của loài này, các nhà sinh học
Pháp thuộc Trung tâm Sinh thái Chức năng và Tiến hóa Montpellier và các cộng sự Italia
ở Đại học Pisa đã thả những con rùa biển xanh Chelonia Mydas đẻ trứng ở kênh
Mozambic, trên các hòn đảo Europa và Mayotte. Chúng được cài một máy cắm cọc tiêu
Argos trên mai, một nam châm cực mạnh trên đầu và được theo dõi qua vệ tinh trong
chuyến hành trình trở về khu vực đẻ trứng.
Thử nghiệm đầu tiên đã chứng minh, dù được thả ở bất cứ nơi nào và bất kể các cơn sóng
biển, những con rùa này vẫn bơi về hướng khu vực đẻ trứng. Tuy nhiên chúng không có
khả năng thay đổi chuyến hành trình khi bị trôi giạt bởi sóng biển, một số con đã bơi
hàng nghìn km trước khi đến nơi.
Theo các nhà khoa học, điều này xác định rùa biển sử dụng từ trường do nhân trái đất
phát ra để định vị khu vực đẻ trứng. Nhưng đây không phải là nguồn thông tin duy nhất
được sử dụng, vì chúng vẫn có thể tìm ra khu vực đẻ trứng mặc dù bị sóng biển cuốn đi.
Loài rùa biển có thể sử dụng khứu giác cũng như một số chim biển hay chim bồ câu đưa
thư.

VL1

Page 19

B, Bồ câu xác định phương hướng bằng từ trường
Bồ câu có thể cảm nhận được từ trường trái đất.
Một nghiên cứu cho thấy bồ câu có khả năng
phát hiện các từ trường khác nhau dựa vào các
vi hạt từ tính trên mỏ của chúng.
Phát hiện này giải thích vì sao bồ câu có khả năng
xác định phương hướng tốt như vậy. Trước đây,
một số chuyên gia cho rằng bồ câu dựa vào các
mùi vị khác nhau trong không khí để xác định vị trí
của chúng ở đâu. Nhưng nghiên cứu mới nhất
chứng tỏ rằng chúng sử dụng tín hiệu từ trường.

Hình 13.10b: Bồ câu

Cordula Mora và các cộng sự tại ĐH Auckland đã nhốt bồ câu trong một đường hầm
bằng gỗ với các vòng dây điện cuộn quanh bên ngoài nhằm tạo ra từ trường.
Bồ câu sẽ bay đến đầu đường hầm này nếu cuộn dây được cấp điện, từ trường xuất hiện.
Khi cuộn dây bị ngắt điện, chỉ còn lại từ trường trái đất, chúng sẽ bay đến đầu kia. “Thật
ngạc nhiên, chúng học nhận biết (sự thay đổi của từ trường) rất nhanh”, bà Mora nói.
Khi các nhà khoa học gắn lên mỏ chúng một thanh nam châm hoặc khi mỏ của chúng bị
tê liệt, khả năng phát hiện từ trường của bồ câu bị suy giảm rất nhiều.
Sau đó, nhóm khoa học gia tìm hiểu xem các tín hiệu từ được truyền đến bộ não như thế
nào. Khi họ cắt đi dây thần kinh sinh ba, nằm phía trên mỏ có chức năng mang tín hiệu
thị giác và các tín hiệu khác đến bộ não, bồ câu không còn phân biệt được từ trường tự
nhiên hay từ trường do cuộn dây sinh ra. Nhưng khi dây thần kinh khứu giác bị cắt,
chúng vẫn phân biệt tốt. Điều này chứng tỏ bồ câu định hướng không phải bằng khứu
giác (tức bằng mùi vị).
C. Gà con dò đường bằng từ trường

Hình 14.10c: Gà Con
Sử dụng từ trường trái đất để định hướng đường bay từ lâu được biết là “sở trường” của
VL1

Page 20