Xin chào các bạn, hãy thử tưởng tượng một bong bóng khổng lồ nhưng vô hình đang bao bọc quanh Trái Đất, chặn lại những dòng hạt mang điện tích ào ạt lao đến từ Mặt Trời.
Lớp từ quyển này, trải dài hàng chục nghìn kilômét vào không gian, chính là tuyến phòng thủ đầu tiên của hành tinh chống lại gió Mặt Trời.
Nếu không có nó, các hạt năng lượng từ Mặt Trời sẽ cuốn đi lớp bảo vệ của bầu khí quyển, khiến bề mặt Trái Đất phơi trần trước bức xạ khốc liệt. Hình dạng luôn thay đổi của từ quyển — bị nén ở phía đối diện Mặt Trời và kéo dài thành chiếc “đuôi” từ tính ở phía xa — cho thấy cuộc chiến động lực không ngừng giữa Trái Đất và thời tiết vũ trụ.
Hai Hệ Thống Cực
Trái Đất có hai hệ cực: cực địa lý và cực từ. Cực Bắc và Cực Nam địa lý đánh dấu nơi các kinh tuyến hội tụ — lần lượt ở trung tâm Bắc Băng Dương và vùng băng giá Nam Cực.
Hiện nay, Cực Bắc từ đang trôi dần qua đảo Ellesmere của Canada, cách cực bắc địa lý khoảng 500 km. Kim la bàn định hướng theo cực từ này chứ không theo cực địa lý, bởi đầu “tìm bắc” của kim thực chất bị hút về phía cực nam từ nằm gần Bắc Cực theo cách gọi của các nhà khoa học.
Sự Hình Thành Trường Từ
Sâu bên dưới lớp vỏ, lõi ngoài lỏng của Trái Đất chứa sắt và niken nóng chảy đang chuyển động trong nhiệt độ khủng khiếp. Quá trình “máy phát từ” (geodynamo) đòi hỏi bốn yếu tố: tốc độ quay nhanh của hành tinh, chất lỏng dẫn điện, các dòng đối lưu mạnh mẽ và một nguồn nhiệt để duy trì chúng.
Những điều kiện này kết hợp, chuyển đổi năng lượng nhiệt thành dòng điện, từ đó tạo ra các trường từ. Khi những vòng từ khép kín này tương tác, chúng hình thành nên trường địa từ khổng lồ bao bọc lấy Trái Đất.
Động Cơ Lõi
Dòng đối lưu trong lõi ngoài diễn ra khi nhiệt từ lõi trong đẩy khối chất lỏng nóng, nhẹ đi lên, trong khi chất lỏng lạnh hơn chìm xuống. Chuyển động này, kết hợp với vòng quay 24 giờ của Trái Đất, xoắn và kéo dài các đường sức từ thành những mô hình phức tạp.
Mỗi vòng dòng điện lại củng cố thêm sức mạnh của trường từ theo cơ chế phản hồi dương: dòng điện sinh ra trường từ, trường từ lại cảm ứng thêm dòng điện mới, duy trì từ quyển qua hàng triệu năm.
Lá Chắn Bảo Vệ
Các hạt tích điện do Mặt Trời phóng ra — gồm electron và proton trong gió Mặt Trời sẽ liên tục tấn công bầu khí quyển nếu không có lá chắn từ. Từ quyển bẻ cong phần lớn chúng ra khỏi hành tinh và giữ lại nhiều hạt trong hai vành đai bức xạ Van Allen hình bánh vòng.
Những vành đai này phồng lên trong các cơn bão Mặt Trời, nhưng nhìn chung vẫn ngăn được phần lớn bức xạ nguy hiểm chạm tới bề mặt. Tia vũ trụ — những hạt nhân năng lượng cao từ các vụ nổ siêu tân tinh xa xôi — cũng bị lệch hướng, góp phần bảo vệ cấu trúc DNA và hệ sinh học khỏi đột biến.
Nhiễu Động Từ Bão
Những vụ phun trào mạnh từ Mặt Trời, như các khối phóng xạ nhật hoa (CME), có thể làm suy yếu từng phần từ quyển, gây ra bão từ. Một ví dụ nổi tiếng là Sự kiện Carrington năm 1859, khi cực quang rực sáng tới tận vùng Caribe và hệ thống điện báo ở châu Âu, Mỹ bị hư hại.
Năm 1989, một CME mạnh đã gây mất điện tại một phần Quebec, Canada, làm tê liệt lưới điện suốt 12 giờ. Khi từ trường của CME đối nghịch với Trái Đất, hiện tượng tái kết nối từ mở ra con đường cho các hạt năng lượng tràn vào tầng khí quyển trên cao.
Vũ Điệu Cực Quang
Khi bão từ đẩy ion về phía hai cực, chúng va chạm với oxy và nitơ trong khí quyển, tạo nên những dải sáng tuyệt đẹp — xanh lục, hồng và tím — được gọi là cực quang phương bắc (aurora borealis) và cực quang phương nam (aurora australis).
Những ánh sáng này uốn lượn trên bầu trời ở độ cao từ 80 đến 640 km, minh chứng cho cách từ quyển biến năng lượng nguy hiểm của Mặt Trời thành màn trình diễn thiên nhiên rực rỡ.
Sự Dịch Chuyển Của Cực
Các cực từ của Trái Đất di chuyển khó lường, chủ yếu do những biến đổi trong lõi. Kể từ khi James Clark Ross phát hiện Cực Bắc từ năm 1831, nó đã dịch chuyển với tốc độ khoảng 40 km mỗi năm về phía Siberia.
Trong hàng nghìn năm, từ trường thậm chí có thể đảo ngược — cực bắc và cực nam đổi chỗ cho nhau. Những lần đảo này xảy ra không đều, trung bình cách nhau 200.000 đến 300.000 năm, dù lần gần nhất là từ 790.000 năm trước.
Các nhà khoa học dùng vệ tinh và trạm mặt đất để theo dõi sát sao sự dịch chuyển này, đảm bảo định vị và điều hướng luôn chính xác.
Các Thế Giới Khác
Không chỉ Trái Đất mới có trường từ. Hệ thống “máy phát” khổng lồ của Sao Mộc tạo ra từ quyển trải dài hàng triệu kilômét, trong khi Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương cũng sở hữu các trường từ mạnh mẽ.
Sao Hỏa, do thiếu lõi nóng chảy, đã mất từ quyển từ lâu, khiến khí quyển dễ bị bào mòn và trở nên khô cằn. Sao Kim dù có lõi lỏng nhưng quay quá chậm để duy trì geodynamo.
Việc so sánh các trường từ của hành tinh giúp làm sáng tỏ những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tồn tại sự sống và hỗ trợ việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất.
Kết Luận
Lá chắn từ vô hình của hành tinh là minh chứng cho “động cơ” bên trong Trái Đất và vai trò thiết yếu của nó trong việc bảo vệ sự sống khỏi hiểm họa vũ trụ.
Từ việc dẫn đường cho la bàn đến những bức tranh cực quang rực rỡ, trường địa từ ảnh hưởng đến định vị, nghiên cứu khí hậu và khám phá không gian.
Theo dõi những lần đảo cực định kỳ và biến động hàng ngày của nó giúp nhân loại kết nối với cả các quá trình sâu trong lòng đất lẫn những cơn bão sao. Liệu sự bào mòn khí quyển có bao giờ đe dọa lớp không khí của chúng ta? Liệu sự dịch chuyển cực trong thế kỷ tới sẽ thay đổi cách định hướng ra sao? Hãy tiếp tục dõi theo bầu trời và các thiết bị quan sát — câu chuyện từ trường Trái Đất vẫn đang tiếp diễn.
