Chương I LÝ THUYET VE VET DEN MAT TRỜI 1. Giới thiệu về Mat Trời 1.1 Giới thiệu sơ lược về Mặt Trời Mặt Trời là một ngôi sao bình thường trong Ngân hà, có khối lượng và kích thước thuộc loại trung bình so với các ngôi sao khác trong dãi Ngân hà và nó được hình thành từ tàn dư của các ngôi sao khác, Nó đặc biệt đối với con người vì nó là ngôi sao ở gan chúng ta nhất (anh sáng từ Mat Trời đến Trái Dat hết § phút, trong khi ánh sáng đi từ ngôi sao gần nhất là a — Centauri phải mat 4,3 năm) và nó mang lại sự sống cho toàn nhân loại. Trái Dat cách Mặt Trời 150 triệu km bằng 1 đơn vị thiên văn (JAU = 150. Mặt Trời là một ngôi sao tiêu biêu trong vũ trụ vả còn là trung tâm của hệ Mặt Trời, Trái Dat và các thành viên khác (hành tinh, tiểu cầu) Khoảng cach đen Trái Dat (trung bình) 149,6.10” km Cap sao nhìn thay Cấp sao tuyệt đối Độ trưng L=3,8.107°W Nhiệt độ: Bé mặt Xương Töi lâm 15.10°K Chu ki quay trung binh [27 ngay * Mặt Trời cau tạo từ chất khí hoàn Thành phần toàn, 75% là Hydro; 23% là Heli; 2% là các khí khác.
Độ nghiêng trục quay | 7,25° (tới mặt phăng hoàng đạo) 67,23° (tới mặt phăng Ngân Hà) * Chu kì tự quay: Tại 16° '25.38n gày Tại xích đạo 25,05 ngày Tại cực 34,3 ngày Vận tốc tự quay tại xích đạo 7,284 km/h 1.3 Cấu trúc của Mặt Trời Mặt Trời là khối cầu khí nóng bỏng, nhiệt độ và mật độ của Mặt Trời giảm dan khi đi từ trong lõi ra phía ngoài nên Mặt Trời có cấu trúc rất phức tạp vì vậy để nghiên cứu và tìm hiểu rõ về cau trúc của Mặt Trời người ta chia thành các lớp khác nhau, mỗi lớp có tính chat và có kiêu hoạt động riêng. Minh họa hình 1.1 (1): Loi (2): Vùng trực xạ (3): Vùng đối lưu (4): Quang cầu (5): Sắc cầu (6): Quảng (7): Vết đen Mặt Trời (8): Dém (9): Chỗ lồi lên Hình 1.1: Câu trúc Mặt Trời Mặt Trời chia làm 2 phần: Phần bên trong và phần khí quyền.1 Phan bén trong z Lõi: Lõi của Mặt Trời chiếm khoảng 0,2 tới 0,25 bán kính, mật độ lên tới I50g/cm` (150 lần mật độ nước trên Trái dat) và có nhiệt độ gần 13. Tốc độ tự quay của lõi cao hơn vùng bức xạ. Day là nơi xảy ra phản ứng tổng hợp hat nhân.
> Vùng trực xa: Nhiệt được truyền bởi sự bức xa ion của Hydro va Heli phát ra các photon, nó chỉ đi chuyên một khoảng cách ngắn trước khi bị tái hấp thụ bởi các lon khác. ia Vùng đối lưu: Là vùng chuyên năng lượng nhiệt từ bên trong ra ngoài bằng bức xạ. Giữa vùng bức xạ và vùng đổi lưu là một lớp quay chuyền tiếp được gọi là tachocline. Nguồn phát điện từ bên trong lớp nảy được xem lả tạo ra từ trường của vết den Mặt Trời.2 Phần khí quyền > Quang cầu: Là bè mặt sáng chói của Mặt Trời mà chúng ta quan sát hàng ngày.
Nơi đây có những đặc trưng của hoạt động Mặt Trời như vết đen, vết sáng thé hạt và siêu hạt. > Sie cầu: (hay còn gọi là sắc quyền) có tên gọi như vậy là do sắc màu đỏ - tím của nó. Đây là một lớp bất thường ngay trên quang cau, nơi mà nhiệt độ tăng lên 20. Ở nhiệt độ nay Hydro phát ra ánh sang có mau đỏ nhạt (có thể quan sát thấy ở những ngày nhật thực).
Trong vùng Sắc cầu, gần các vết đen Mặt Trời thường xuất hiện các vụ bùng nỗ với độ sáng tăng vọt, phóng ra nhiều loại bức xạ gây ảnh hưởng xâu đến Trái Đất. > Vùng trung chuyển: Bên trên Sắc cầu có một vùng chuyển tiếp mỏng (khoảng 200 km) trong đó nhiệt độ tăng nhanh từ khoảng 20.000K ở thượng tang Sắc cầu lên tới nhiệt độ gần một triệu K tại vành Nhật hoa. z Nhật hoa: Là vành ánh sáng phát ra từ không gian xung quanh Mặt Trời, có dạng như một chiếc vương miện trắng xung quanh Mặt Trời lan tỏa cả triệu km trên quang cầu, thay đôi tùy theo mức độ hoạt động Mặt Trời. Vùng này có mật độ vật chất thấp chỉ bằng 10” mật độ quang cau, tán xa bức xạ điện tir từ Mat Trời, và tạo ra ánh sáng yếu, và lớp này được nhìn thấy khi xảy ra hiện tượng Nhật thực toàn phân.
> Gió Mat Trời: Là một luông hạt điện tích giải phóng từ vùng thượng quyền của Mat Trời, va nó chính là sự lan toa của vành Nhật hoa ra ngoài vũ trụ. Gió Mặt Trời mang các hạt electron va proton ở năng lượng cao, khoảng 500 KeV, và nó là nguyên nhân dan đến các trận bão từ, và nó có liên hệ trực tiếp đến hiện tượng cực quang của Trái Đất và trên các hành tinh khác. Khi gió Mặt Trời tới Trái Đất, nó có tốc độ khoảng từ 400 km/s đến 700 km/s. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến từ quyền của Trai Dat.4 Năng lượng của Mặt Trời Mat Trời phát sáng được là do phản ứng tông hợp hạt nhân xảy ra trong vùng từ tâm Mat Trời đến khoảng cách cỡ 0,3 lần bán kính Mặt Trời.
Các phản ứng tong hợp hạt nhân được Bethe đề xuất năm 1938 gọi là chu trình Proton — Proton và chu trình nay có thê tom tắt như sau: 4,H' > ,He* +2e` +2v, +2y+Q Trong trường hợp nay Q = 26,7MeV = 4,3. 10731 Đồng thời, cũng trong năm đó Weizsacker đề xuất một chu trình khác, với Carbon làm xúc tác được gọi là chu trình Carbon - Nitrogen — Oxygen (CNO) như sau: l.C” +e" +0, rots i l4 oC +,H`—>;N”+zy l4 I is. ạNMˆ+,H >,O"+y ,O°—=„N'“+e' +0, ;N”+,H'=„C”+,He'" Chu trình này có thé viết gọn lại như sau: 4,H' — , He) +2e' +2v,+3yz+Q Trong đó: Q = 2SMeV Như vậy. ở 2 chu trình đều mô tả sự kết hợp các hạt nhân nhẹ dé trở thành hạt nhân nặng và giải phóng ra một lượng năng lượng không 16 và chính điều nảy lý giải việc chiều sáng hàng tỉ năm của Mặt Trời mà không bị nguội di.
Và theo số liệu thông kê được thì một ngày Mặt Trời sản xuất một nguồn năng lượng qua phản ứng nhiệt hạch lên đến 9. Mặc dù ở ca hai chu trình đều tạo ra nguôn năng lượng không 16 nhưng chu trình tạo ra nguồn năng lượng chủ yếu cho Mặt Trời là chu trình Proton — Proton. Thực tế, tại tâm Mặt Trời thì xây ra cả hai chu trình, còn ở khoảng cách cỡ 0,2 đến 0,3 lần bán kính Mat Trời thì chu trình CNO cham dứt. Vậy chính phản ứng hạt nhân đã tạo ra nguồn năng lượng không lỗ cho Mặt Trời và nguyên liệu ding dé đốt trong phản ứng nảy là Hydro và khi phản ứng tông hợp này chấm dứt thì Mặt Trời sẽ chuyên sang giai đoạn khác.
Như vậy, nguồn gốc của những hoạt động điện từ của Mặt Trời chính là do phản ứng tông hợp hạt nhân và sự chuyên động của các vật chất trong lòng nó. Do đó, nguyên liệu trong lò phản ứng này không còn là các hạt mang điện trung hòa mà là plasma chứa các hạt mang điện dưới nhiệt độ cao. Và một khi các hạt mang điện này chuyên động có gia tốc sẽ sinh ra từ trường, từ trường biến thiên sẽ sinh ra điện trường. Chính những sự tác động qua lại nảy gây nên những sự bất thường trong bức xạ của Mặt Trời và làm xuất hiện nhiều hiện tượng thú vị như vết đen, CME, tai lửa.
đây chính là những dang của hoạt động Mat Trời, chúng xay ra trong các lớp khác nhau của Mặt Trời. Chúng rất phức tạp, và đến nay vẫn còn nhiều cơ chế chưa được làm sáng tỏ.5 Hoạt động Mặt Trời Mặt Trời là một ngôi sao ôn định, cấp sao không thay đôi hay không có biến động trong việc phát sáng. Tuy nhiên, Mặt Trời không đơn thuần là khối khí lý tưởng, mà là một khối plasma bao gồm các hạt mang điện chuyên động thêm vào đó sự quay không đồng đều của Mặt Trời và chính những chuyên động nảy sẽ sinh ra từ trường va chính từ trường nay sẽ tác động lên chuyền động của dong hạt mang điện và chính sự tác động qua lại nay tạo ra những hoạt động Mặt Trời gây bat thường trong bức xạ Mặt Trời gây ảnh hưởng trực tiếp đến Trái Đất. Như vậy, hoạt động Mặt Trời chính là những biến đôi điện từ trên Mặt Trời.
Trước đây, người ta biết đến hoạt động Mặt Trời thông qua các vết đen Mặt Trời. Và sau này lần lượt người ta tìm thấy các dạng hoạt động khác trong các lớp của khí quyền Mặt Trời như trường sáng, tai lửa trong Sắc cầu, bùng nỗ Mặt Trời và CME trong Nhật hoa và các hoạt động này có liên quan tới nhau, chỉ khác là ở chỗ là chúng được quan sát tại những lớp khác nhau của khí quyền Mặt Trời. Và trong luận văn này, tôi chỉ tập trung nghiên cứu đến một trong những dạng của hoạt động Mat Trời là vết den Mặt Trời — nơi tập trung từ trường rất mạnh, gấp hàng ngàn lần từ trường của Trái Dat. Vét den Mặt Trời Tải liệu sớm nhất ghi lại việc quan sát vết đen Mặt Trời mà còn tôn tại là từ năm 364 trước công nguyên, dựa trên ý kiến của nhà thiên văn học Trung Quốc Gan De trong bảng liệt kê về ngôi sao.
Bởi năm 28 trước Công nguyên, nhà thiên văn học Trung Quốc đã thường xuyên ghi lại các ngày quan sát vết đen. Lịch sử ghi lại rằng vào ngày 17 tháng 3 năm 807 sau công nguyên, nhà thay tu theo dong Bê-nê- đích Adelmus đã quan sát thấy một vết đen Mặt Trời lớn trong tám ngày. Tuy nhiên, Adelmus đã đưa ra một kết luận không chính xác là ông đã quan sát sự vận động của sao Thủy. Va sau nảy cũng đã có rất nhiều nha khoa học nghiên cứu hoạt động Mặt Trời thông qua việc quan sát vết đen Mặt Trời, tuy nhiên những nghiên cứu này đã có những kết luận không chính xác và bị lam tưởng là sự vận động của các hành tinh.
Vào đầu thể kỷ 17, việc phát minh ra kính viễn vọng đã cho phép quan sát chỉ tiết hơn về vết đen Mặt Trời do Thomas Harriot, Galileo Galilei và các nhà thiên văn khác thực hiện. Và lúc này khoa học mới thừa nhận trên bề mặt Mặt Trời có những vết đen (thời Aristotle đã xem Mặt Trời như một hiện tượng siêu nhiên nên trên Mặt Trời sẽ không có tì vết) và đây là một trong những hoạt động của Mặt Trời, mức độ hoạt động sẽ được thông qua số vét đen quan sát được.