Vết đen Mặt trời là gì?

Bề mặt Mặt Trời sáng chói, nhưng đôi khi vẫn xuất hiện những vùng tối được gọi là vết đen hay nhật ban. Vào những ngày gió cát phủ kín bầu trời, ánh nắng yếu đi, con người thậm chí có thể nhìn thấy chúng bằng mắt thường.

Những ghi chép sớm nhất về vết đen Mặt Trời được thế giới công nhận nằm trong sách “Hán thư - Ngũ hành chí”. Đó là lần quan sát một vết đen lớn vào ngày 10 tháng 5 năm 28 trước Công Nguyên, sớm hơn phát hiện vết đen Mặt Trời ở châu Âu khoảng 800 năm.

Vết đen thực chất là những cơn bão khí quy mô lớn trên bề mặt Mặt Trời, giống như các luồng khí xoáy khổng lồ. Một vết đen phát triển hoàn chỉnh thường có phần lõi gần tròn, tối hơn, gọi là “bóng thực”; bao quanh bên ngoài là vùng có dạng các sợi sáng hơn, gọi là “bóng ảo”.

Thật ra vết đen không hề đen. Nhiệt độ của nó khoảng 4500 độ, vẫn sáng hơn rất nhiều so với thép nóng chảy. Tuy nhiên, vì vùng xung quanh có nhiệt độ khoảng 6000 độ, cao hơn nó chừng 1.500 độ, nên khi so sánh ta thấy nó hiện lên như một vệt tối. Đường kính vết đen thường lớn hơn 1000 km; những vết đen lớn, đặc biệt là các nhóm vết đen, có thể có đường kính trên 10 vạn km.

Người ta phát hiện vết đen trên Mặt Trời xuất hiện theo một quy luật nhất định: số lượng vết đen tăng dần qua từng năm, đạt đến cực đại rồi lại giảm dần. Khoảng thời gian trung bình từ năm có số vết đen ít nhất đến năm có số vết đen nhiều nhất là 11 năm, gọi là một chu kỳ hoạt động của Mặt Trời. Mức độ xuất hiện nhiều hay ít của vết đen được dùng làm tiêu chí đánh giá hoạt động của Mặt Trời mạnh hay yếu.

Vết đen Mặt Trời còn có một đặc điểm nổi bật: phần lớn chúng phân bố trong vùng từ 8o đến 35o ở hai bên đường xích đạo Mặt Trời.

Từ năm 1908, nhà thiên văn học người Mỹ Hall đã tìm ra một phương pháp quan sát vết đen và từ trường của vết đen Mặt Trời. Nhờ phương pháp này, Hall cùng một số nhà nghiên cứu khác phát hiện rằng vết đen thường có từ trường khá mạnh. Điều thú vị là cực tính của từ trường vết đen biến đổi phức tạp nhưng có quy luật, với chu kỳ khoảng 22 năm. Phát hiện ấy về sau đã được nhiều kết quả quan trắc xác nhận.

Dựa trên kết quả quan sát sự biến đổi cực tính từ trường của vết đen, năm 1919 Hall và một số cộng sự đã đưa ra quan niệm rằng chu kỳ hoàn chỉnh của hoạt động vết đen Mặt Trời dài gấp đôi chu kỳ 11 năm, tức là 22 năm. Chu kỳ này thường được gọi là chu kỳ chuyển đổi cực từ, gọi tắt là chu kỳ từ, hay định luật Hale.