Cực quang có màu xanh lục là phổ biến nhất, do nguyên tử ôxy ở độ cao khoảng 100–250 km phát ánh sáng bước sóng 557,7 nm; màu đỏ đến từ ôxy ở độ cao lớn hơn, khoảng trên 200 km; màu xanh lam và tím đến từ nitơ. Cực quang xuất hiện khi các hạt mang điện từ gió Mặt Trời bị từ trường Trái Đất dẫn về vùng gần hai cực và va vào khí quyển. Mắt người thường thấy cực quang nhạt hơn và ít màu hơn ảnh chụp, vì trong đêm tối mắt kém nhạy màu.
Cực quang hình thành thế nào
Mặt Trời liên tục thổi ra một dòng hạt mang điện gọi là gió Mặt Trời. Khi tới gần Trái Đất, phần lớn các hạt bị từ trường của hành tinh làm lệch hướng. Một phần được dẫn theo các đường sức từ về vùng quanh hai cực từ, lao vào tầng khí quyển trên cao. Ở đó, chúng va chạm với các nguyên tử ôxy và phân tử nitơ, truyền năng lượng cho chúng. Khi các nguyên tử, phân tử "nhả" năng lượng ấy ra, chúng phát sáng ở những bước sóng đặc trưng. Nguyên lý tương tự như đèn ống neon: dòng điện kích thích khí, khí phát sáng.
Ở bắc bán cầu, hiện tượng được gọi là cực quang phương Bắc (aurora borealis); ở nam bán cầu là cực quang phương Nam (aurora australis).
Bảng màu của cực quang
| Màu | Nguồn phát | Độ cao gần đúng | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Xanh lục | Nguyên tử ôxy (557,7 nm) | Khoảng 100–250 km | Màu phổ biến và sáng nhất |
| Đỏ | Nguyên tử ôxy (630 nm) | Trên khoảng 200 km | Thường ở mép trên, rõ khi bão từ mạnh |
| Xanh lam, tím | Phân tử nitơ | Thấp hơn, khoảng dưới 100 – 120 km | Thường ở mép dưới các dải cực quang |
| Hồng | Pha trộn đỏ và lam từ nitơ | Mép dưới | Gặp khi hoạt động mạnh |
Vì sao ôxy ở trên cao lại cho màu đỏ thay vì xanh lục? Trạng thái kích thích phát ánh đỏ của ôxy "sống" khá lâu, khoảng gần hai phút, trước khi phát sáng. Ở độ cao thấp, không khí dày đặc hơn, nguyên tử ôxy bị va chạm và mất năng lượng trước khi kịp phát ánh đỏ. Chỉ ở trên rất cao, nơi không khí cực loãng, ánh đỏ mới phát ra được. Trạng thái phát ánh lục tồn tại ngắn hơn, chưa tới một giây, nên phát ra được ở độ cao thấp hơn, nơi có nhiều nguyên tử ôxy hơn.
Vì sao ảnh chụp rực rỡ hơn mắt thấy
Trong bóng tối, mắt người chủ yếu dùng tế bào que, gần như không phân biệt màu (xem bài về tế bào nón). Với cực quang mờ, nhiều người chỉ thấy những dải sáng trắng xám nhảy múa trên trời. Cực quang sáng mạnh thì tế bào nón mới hoạt động, ta thấy xanh lục rõ; màu đỏ và tím khó thấy hơn vì mắt kém nhạy với hai đầu quang phổ, nhất là trong tối. Máy ảnh phơi sáng vài giây gom ánh sáng lại và cảm biến nhạy đều mọi màu, nên ảnh cực quang thường rực rỡ hơn nhiều so với cảnh ngoài đời. Điện thoại đời mới với chế độ chụp đêm cũng làm được điều này. Nhiều người trong những đêm bão từ mạnh năm 2024 chỉ phát hiện ra cực quang khi nhìn vào màn hình điện thoại.
Ở đâu và khi nào thấy cực quang
Cực quang thường xuất hiện trong một vành đai hình bầu dục quanh mỗi cực từ, gọi là vành đai cực quang, đi qua những vùng như bắc Na Uy, Thuỵ Điển, Phần Lan, Iceland, Alaska, bắc Canada ở bắc bán cầu, và vùng Nam Cực, nam New Zealand, Tasmania ở nam bán cầu. Thời gian tốt nhất là những đêm dài, trời quang, xa ánh đèn đô thị, thường từ khoảng tháng 9 tới tháng 3 ở bắc bán cầu.
Khi Mặt Trời hoạt động mạnh, các cơn bão địa từ có thể mở rộng vành đai cực quang về phía xích đạo. Tháng 5 năm 2024, một cơn bão địa từ cực mạnh khiến cực quang được nhìn thấy ở nhiều vĩ độ thấp bất thường tại châu Âu, Bắc Mỹ và châu Á, nơi bình thường hiếm khi thấy. Mặt Trời hoạt động theo chu kỳ khoảng 11 năm, và giai đoạn đỉnh của chu kỳ là thời điểm cực quang mạnh và lan xa hơn.
Ở Việt Nam, do nằm ở vĩ độ thấp gần xích đạo, gần như không có cơ hội nhìn thấy cực quang bằng mắt thường, kể cả trong những cơn bão từ lớn. Người Việt muốn ngắm cực quang thường phải đến các nước Bắc Âu, bắc Canada hay Alaska.
Cực quang trên các hành tinh khác
Trái Đất không phải nơi duy nhất có cực quang. Sao Mộc và Sao Thổ, với từ trường mạnh và khí quyển chủ yếu là hiđrô, có cực quang rất mạnh, chủ yếu phát ra ở vùng tử ngoại và hồng ngoại, được kính viễn vọng không gian ghi lại. Sao Hoả, dù không có từ trường toàn cầu, cũng có những dạng cực quang cục bộ. Màu sắc cực quang mỗi hành tinh phụ thuộc vào thành phần khí quyển, giống như mỗi loại khí trong đèn ống cho một màu khác nhau.
Góc nhìn hôm nay: chuẩn bị đi ngắm cực quang
- Theo dõi dự báo hoạt động địa từ (chỉ số Kp) trên các trang dự báo thời tiết không gian chính thức.
- Chọn nơi xa đèn, trời quang, tránh đêm trăng tròn sáng.
- Mặc ấm nhiều lớp; nhiệt độ ở các vùng cực quang về đêm có thể xuống rất thấp.
- Mang chân máy, chụp với thời gian phơi sáng vài giây; để mắt quen tối ít nhất 15–20 phút.
- Đi cùng hướng dẫn viên địa phương ở những vùng xa xôi, giá lạnh.
Câu hỏi thường gặp
Cực quang có những màu gì?
Phổ biến nhất là xanh lục do ôxy phát ra, ngoài ra có đỏ (ôxy ở độ cao lớn), xanh lam, tím và hồng (nitơ ở độ cao thấp hơn).
Vì sao cực quang màu xanh lục?
Vì nguyên tử ôxy ở độ cao khoảng 100–250 km bị kích thích bởi hạt từ gió Mặt Trời phát ra ánh sáng bước sóng 557,7 nm, màu xanh lục, và mắt người nhạy với vùng này.
Ở Việt Nam có thấy cực quang không?
Gần như không. Việt Nam ở vĩ độ thấp gần xích đạo, nên kể cả trong bão địa từ mạnh, cực quang hầu như không vươn tới để nhìn thấy bằng mắt thường.
Vì sao ảnh cực quang đẹp hơn mắt thấy?
Trong tối, mắt người chủ yếu dùng tế bào que kém phân biệt màu. Máy ảnh phơi sáng lâu gom ánh sáng và nhạy đều mọi màu nên ghi lại màu rực rỡ hơn.