Nghiên cứu ảnh hưởng của mặt trời lên trạng thái của lớp F2 tầng điện ly xích đạo từ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ___________ TRẦN QUỐC HÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MẶT TRỜI LÊN TRẠNG THÁI CỦA LỚP F2 TẦNG ĐIỆN LY XÍCH ĐẠO TỪ LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN __________ TRẦN QUỐC HÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MẶT TRỜI LÊN TRẠNG THÁI CỦA LỚP F2 TẦNG ĐIỆN LY XÍCH ĐẠO TỪ Chuyên ngành: Địa vật lý Mã số: 1.02.24 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. HOÀNG THÁI LAN 2. PGS. TS. TRẦN VĂN NHẠC TP. Hồ Chí Minh – Năm 2010 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu trong luận án là do tôi tìm ra, chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Ký tên Trần Quốc Hà iii LỜI CẢM TẠ Để hoàn thành được luận án này tác giả nhận được sự giúp đỡ của nhiều người. Tác giả tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với PGS.TS. Hoàng Thái Lan, PGS.TS. Trần Văn Nhạc đã dành nhiều công sức, trí tuệ, thời gian trực tiếp hướng dẫn tác giả trong nghiên cứu và hoàn thành luận án, GS.TSKH. Lê Minh Triết đã ân cần chỉ bảo cho tác giả hoàn chỉnh luận án. Tác giả xin cám ơn PGS.TS. Nguyễn Thành Vấn, Trưởng Bộ môn Vật lý Trái Đất, khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP. Hồ Chí Minh đã dành nhiều công sức, thời gian hướng dẫn tác giả hoàn thành các chuyên đề và giúp tác giả hoàn tất các thủ tục trong quá trình học tập, nghiên cứu. Đồng thời, tác giả cũng xin cám ơn Khoa Vật lý, Phòng Sau Đại học, Ban giám hiệu trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP. Hồ Chí Minh, Khoa Vật lý, Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tác giả làm nghiên cứu sinh. Tác giả cám ơn tập thể Cán bộ, Nhân viên, Kỹ thuật viên của Đài quan trắc khí quyển Hóc Môn, Phòng Vật lý khí quyển và Vũ trụ, Viện Vật lý TP. Hồ Chí Minh đã hỗ trợ tác giả trong việc thu thập, xử lý số liệu điện ly, phục vụ nghiên cứu. Tác giả cám ơn các thầy cô, các đồng nghiệp, các sinh viên trong tổ Bộ môn Vật lý Trái Đất, khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP. Hồ Chí Minh và Khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh cùng bè bạn xa gần đã quan tâm động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu. Tác giả mang ơn chồng con, gia đình, người thân, những người đã là chỗ dựa vững chắc để tác giả an tâm hoàn thành luận án. Cuối cùng, xin kính dâng Mẹ hiền công trình mà con đã nỗ lực thực hiện để hoàn thành lời hứa với Người. vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT BNMT Bùng nổ Mặt trời HĐMT Hoạt động Mặt trời LF2 TĐL XĐT Lớp F2 tầng điện ly xích đạo từ. MT Mặt trời TĐ Trái đất TP. HCM Thành phố Hồ Chí Minh VĐMT Vết đen Mặt trời XĐT Xích đạo từ e- Electron NeF2 Nồng độ điện tử của lớp F2 foF2 Tần số tới hạn của lớp F2 h’F2 Độ cao biểu kiến của lớp F2 R Số vết đen Mặt trời. 2foF Tần số tới hạn của F2 lúc giữa trưa (12 LT), lấy trung bình cả năm R Số vết đen Mặt trời lấy trung bình cả năm CME Coronal Mass Ejection (sự phóng vật chất Nhật hoa) E. E Equatorial Electrojet ( dòng điện xích đạo) LT Local Time (giờ địa phương) p-p proton-proton (chu trình p-p) SC Sudden Commencement (dấu hiệu bão từ bất ngờ) SSN Smoothed Sunspot Number (số vết đen làm trơn) UT Universal Time (giờ quốc tế) UV, EUV Ultraviolet, Extreme Ultraviolet (bức xạ tử ngoại và cực tử ngoại) PPEF Prompt Penetration Magnetospheric Electric Fields (sự thâm nhập tức thời của điện trường Từ quyển) TEC Total Electron Content [tổng nồng độ (dung lượng) điện ly] GPS Global Position System (hệ thống định vị toàn cầu) 1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài luận án Gần đây việc nghiên cứu mối quan hệ Mặt trời (MT) - Trái đất (TĐ) và thời tiết vũ trụ đang là điểm nóng, được nhiều người quan tâm. Đó là do đời sống con người hiện nay được nâng cao và phụ thuộc nhiều vào công nghệ vũ trụ. Vì vậy, việc nghiên cứu tác động của MT lên TĐ, nhằm nắm vững quy luật tự nhiên, vận dụng để duy trì điều kiện tốt đẹp cho đời sống và phòng tránh thiên tai, là một việc làm rất cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn to lớn. MT, nguồn gốc năng lượng của mọi quá trình trên TĐ, luôn có những biến đổi phức tạp, lúc yên tĩnh, lúc hoạt động mạnh. Chu kỳ (hay còn gọi là chu trình) hoạt động Mặt trời (HĐMT) thường kéo dài 11 năm. Bức xạ của MT đến TĐ thay đổi theo các chu kỳ đó. Tầng điện ly là lớp khí quyển tầng cao của TĐ được hình thành từ sự ion hóa không khí bởi bức xạ MT (bức xạ tử ngoại và tia X), là nơi chịu ảnh hưởng của HĐMT một cách trực tiếp và rõ rệt nhất. Đây là tầng khí quyển có tính ứng dụng cao trong kỹ thuật truyền thông, vì vậy việc nghiên cứu nhằm nắm vững qui luật của nó, phục vụ nhu cầu phát triển xã hội là rất cần thiết. HĐMT với sự biến thiên bức xạ mang tính chu kỳ làm trạng thái tầng điện ly bị biến đổi theo chu kỳ đó. Đặc biệt, những dạng hoạt động như BNMT, CME, gọi chung là bão MT, gây ra những biến động đột ngột, dữ dội cho khí quyển tầng cao TĐ, là bão từ và bão điện ly. Đó chính là những biến đổi “thời tiết vũ trụ” mà con người cần biết trước để phòng tránh. Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng của hoạt động MT lên trạng thái của tầng điện ly là rất quan trọng, cần được tiến hành thường xuyên, lâu dài. Tầng điện ly vùng xích đạo từ (XĐT) chịu sự tác động của từ trường TĐ lên quá trình chuyển động của các hạt mang điện, tạo nên hình thái đặc biệt cho tầng điện ly khu vực này. Nghiên cứu tầng điện ly XĐT hiện nay đang được tập trung chú ý. 2 Cho đến nay, tầng điện ly khu vực miền Nam Việt Nam, được quan trắc bởi Đài quan trắc khí quyển Hóc Môn, TP. HCM, thuộc vùng XĐT, do mới được thành lập và đi vào hoạt động từ năm 2000 nên chưa được nghiên cứu nhiều, chưa trọn một chu kỳ HĐMT. Việc tiếp tục nghiên cứu là rất cần thiết, chẳng những là nghiên cứu cơ bản mà còn phục vụ trực tiếp cho yêu cầu phát triển của đất nước. Mục đích, mục tiêu nghiên cứu của luận án Đề tài “ nghiên cứu ảnh hưởng của Mặt trời lên trạng thái của lớp F2 tầng điện ly xích đạo từ” có một nội dung rất rộng và là hướng nghiên cứu lâu dài. Trong khuôn khổ có hạn về thời gian, mục đích của luận án cần được xác định một cách cụ thể hơn, với phạm vi nghiên cứu phù hợp. Đó là tiến hành khảo sát trạng thái của lớp F2 tầng điện ly tại TP. HCM, thuộc vùng XĐT, trong những năm cuối chu kỳ HĐMT thứ 23 (chủ yếu là những năm từ 2002 đến 2006), nhằm làm rõ tác động của MT lên tầng điện ly, bổ sung hiểu biết về tầng điện ly ở khu vực này. Theo sát với nội dung luận án các phần nghiên cứu có những mục tiêu cụ thể sau: - Khảo sát chu kỳ HĐMT thứ 23 để có số liệu về HĐMT, nguyên nhân của các biến động trong trạng thái lớp F2 tầng điện ly trong thời gian đó, nhằm thu thập số liệu về MT, phục vụ nghiên cứu điện ly. - Khảo sát biến thiên ngày đêm của foF2 quan trắc tại TP. HCM, nhằm khẳng định hình thái của lớp F2 tại đây mang đặc trưng của lớp F2 tầng điện ly xích đạo từ (LF2 TĐL XĐT). - Áp dụng số liệu của tầng điện ly quan trắc tại TP. HCM vào công thức Allen về sự phụ thuộc giữa tần số tới hạn giữa trưa trung bình hàng năm ( 2Ff 0 ) và số VĐMT trung bình hàng năm ( R ), nhằm tìm ra qui luật biến thiên theo chu kỳ HĐMT cho lớp F2 tầng điện ly TP. HCM. - Khảo sát phản ứng của lớp F2 trước các biến động bất thường của MT ở giai đoạn cuối chu kỳ hoạt động, trong những trận bão MT cụ thể (tháng 9/2005), nhằm tìm hiểu diễn biến của lớp F2 tầng điện ly tại TP. HCM trước các biến động của thời tiết vũ trụ. 3 - Tiến hành quan sát, chụp ảnh MT bằng kính thiên văn trong thời điểm có bão MT (9/2005), nhằm gắn kết việc nghiên cứu tầng điện ly với công tác giảng dạy môn thiên văn. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án Như vậy, đối tượng nghiên cứu của luận án là LF2 TĐL XĐT, với số liệu của Đài quan trắc khí quyển Hóc Môn, TP. HCM, trong các năm sau cực đại của chu kỳ HĐMT thứ 23 (từ 2002 đến 2006), với các thông số chính là tần số tới hạn foF2, độ cao biểu kiến h’F2. Phương pháp nghiên cứu Trong luận án tác giả sử dụng phương pháp thống kê, so sánh, đối chiếu số liệu. Đây là các phương pháp thường được sử dụng trong nghiên cứu tầng điện ly. Số liệu Số liệu về MT được lấy từ các trang web về MT có uy tín. Tuy nhiên, các số liệu phải được chọn lọc, tính toán phù hợp với mục đích, mục tiêu nghiên cứu. Số liệu về tầng điện ly được Đài quan trắc khí quyển Hóc Môn, TP. HCM cung cấp. Nhiệm vụ của luận án và các luận điểm cần bảo vệ Luận án có nhiệm vụ chỉ ra được tính qui luật trong mối quan hệ giữa HĐMT và trạng thái của LF2 TĐL XĐT. Trong đó, cần bảo vệ các luận điểm như : - Về việc tìm ra công thức về mối quan hệ giữa tần số tới hạn foF2 giữa trưa trung bình hàng năm và số VĐMT trung bình hàng năm, đặc trưng cho lớp F2 tầng điện ly tại TP. HCM, dựa trên công thức Allen. Do công thức Allen được tìm thấy từ số liệu của tầng điện ly vùng vĩ độ trung bình cách đây khá lâu, nay sử dụng cho tầng điện ly vùng XĐT, với số liệu thống kê sử dụng trong luận án chưa nhiều (5 năm) nên có thể chưa thuyết phục. Tuy nhiên, kết quả đạt được khá rõ ràng nên cần được bảo vệ. - Phản ứng của tầng điện ly trước bão MT cho thấy liên quan chặt chẽ tới vị trí các vùng hoạt động (vị trí xuất phát bão, hay tâm bão) trên đĩa MT và thời điểm xảy ra bão MT. Đây là quan điểm không mới, nhưng ít được chú ý. Ở Việt Nam 4 thường chỉ xét phản ứng của tầng điện ly trước bão từ, là hệ quả của bão MT, ít chú ý sự thay đổi vị trí của bão MT trên đĩa MT. Trong luận án, tác giả khảo sát phản ứng của tầng điện ly theo sát biến đổi vị trí xuất phát bão do sự quay của MT và thời điểm xảy ra của từng trận bão. Đây là cách tiếp cận khá mới mẻ, cần được bảo vệ. Những điểm mới của luận án Việc tiến hành khảo sát tầng điện ly với các số liệu ở giai đoạn chưa ai nghiên cứu, nhằm tìm ra qui luật là điểm mới của luận án. Tìm ra hệ số b nhằm biến biểu thức Allen thành đẳng thức đặc trưng cho tầng điện ly TP. HCM là điểm mới của luận án. Hơn nữa, việc khảo sát nhiễu loạn điện ly đứng từ góc độ quan sát các biến động trên MT (sự thay đổi vị trí các vị trí xuất phát bão theo sự quay của MT, thời điểm xảy ra các trận bão), đồng thời kèm theo các hình ảnh quan trắc vị trí vùng hoạt động bằng kính thiên văn nhằm mục đích minh họa, làm nổi bật vai trò của vị trí bão MT trong sự tác động của bão MT đến trạng thái tầng điện ly cũng là điểm mới của luận án. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Việc nghiên cứu ảnh hưởng của MT lên trạng thái tầng điện ly nằm trong khuôn khổ của ngành Vật lý về mối quan hệ MT- TĐ. Chỉ ra những qui luật chi phối mối quan hệ phức tạp, còn nhiều vấn đề chưa sáng tỏ này luôn có ý nghĩa khoa học to lớn. Trong khuôn khổ hạn hẹp về thời gian, mặc dù chưa có phát hiện gì mới, nhưng với góc độ nghiên cứu mới của mình, luận án đã đưa ra những kết luận mang tính khoa học, khẳng định sự phụ thuộc của trạng thái tầng điện ly vào HĐMT. Việc nghiên cứu trên số liệu điện ly của một vùng cụ thể (TP. HCM) góp phần bổ sung vào khối kiến thức vốn còn rất ít ỏi về tầng điện ly ở địa phương này, có ý nghĩa thực tiễn thuyết phục, vì nó phục vụ cho yêu cầu phát triển của đất nước trong lĩnh vực truyền thông, sử dụng thiết bị vệ tinh, công nghệ vũ trụ. Mặt khác, quan sát và nghiên cứu về MT ở Việt Nam hầu như chưa được tiến hành. Gắn kết việc nghiên cứu tầng điện ly với giảng dạy, quan sát MT trong luận án cũng là một việc làm cần thiết, mang tính khoa học, đáng được khích lệ. 5 Cơ sở tài liệu Các tài liệu được sử dụng trong luận án ngoài các sách giáo khoa chuyên ngành là các bài báo, các công trình nghiên cứu đã được công bố trong các ấn phẩm có uy tín, hoặc được đưa lên mạng trong các trang web chuyên môn. Vì vậy, đây là nguồn tài liệu đáng tin cậy, làm cơ sở khoa học vững chắc cho các nghiên cứu của luận án. Cấu trúc luận án Nội dung của luận án được trình bày trong 4 chương và các phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, phụ lục, gồm 108 trang, 39 hình ảnh, đồ thị, 19 bảng biểu. Các bảng, hình được đánh số theo chương và thống kê ở phần đầu luận án (trang viii, ix), công thức cũng được đánh số theo chương. Các cụm từ viết tắt cũng được đưa ra ngay trong phần đầu luận án (trang vii). Nội dung chính của luận án gồm như sau: Chương 1- Tổng quan về nghiên cứu hoạt động Mặt trời và tầng điện ly Trái đất: trình bày về việc nghiên cứu trong lĩnh vực mà tác giả lựa chọn ở trong và ngoài nước, nêu những vấn đề còn tồn tại mà tác giả cần tập trung giải quyết. Chương 2 - Mặt trời : Nguồn phát năng lượng và bức xạ - hoạt động Mặt trời: trình bày những vấn đề về MT có liên quan đến luận án . Chương 3 - Lớp F2 tầng điện ly Trái đất dưới tác động của Mặt trời: trình bày những vấn đề về lớp F2 tầng điện ly và tính chất của LF2 TĐL XĐT. Chương 4 –Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hoạt động Mặt trời lên trạng thái của lớp F2 tầng điện ly quan trắc tại TP. Hồ Chí Minh: trình bày kết quả nghiên cứu của tác giả về lớp F2 tầng điện ly quan trắc tại TP. HCM. Phần kết luận và kiến nghị: gồm tổng kết về kết quả nghiên cứu của luận án và kiến nghị về những vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu, làm rõ. Phần phụ lục: gồm 8 phụ lục liên quan đến việc nghiên cứu của luận án. Tóm lại, việc nghiên cứu ảnh hưởng của MT lên trạng thái tầng điện ly TĐ là một công việc có ý nghĩa to lớn, nhưng cũng rất khó khăn và còn nhiều điều nan giải. Luận án hy vọng sẽ đóng góp một phần nhỏ bé vào công việc lâu dài đó. 6 Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG MẶT TRỜI VÀ LỚP F2 TẦNG ĐIỆN LY XÍCH ĐẠO TỪ Mối quan hệ MT - TĐ đã được các nhà khoa học chú ý đến từ lâu. Nhưng chỉ đến những năm 60 của thế kỷ XX ngành vật lý về quan hệ MT - TĐ mới được hình thành. Nghiên cứu mối quan hệ MT - TĐ trong lĩnh vực điện ly gắn liền với sự phát triển của vật lý MT và vật lý khí quyển tầng cao. Trong những năm gần đây hướng nghiên cứu này đã có những phát triển vượt bậc, gắn liền với sự phát triển của các công nghệ vũ trụ, đặc biệt là thông tin liên lạc trong không gian gần TĐ. 1. Nghiên cứu về MT Trong nghiên cứu mối quan hệ MT- TĐ việc nghiên cứu MT luôn phải đặt ra trước tiên, vì đó là nguyên nhân của mọi vấn đề. Nghiên cứu về MT bắt đầu từ việc Galileo phát hiện ra VĐMT (Sunspot), một biểu hiện của HĐMT (Solar Activity). Sau đó, năm 1848, Wolf đã đưa ra khái niệm số VĐMT (Sunspot Number). Khi khảo sát số VĐMT nhiều năm Schwabe đã phát hiện qui luật tuần hoàn của nó và gọi đó là chu kỳ MT (Solar Cycle), hay còn gọi là chu kỳ HĐMT, kéo dài khoảng 11 năm. Sau này, người ta tính mốc là từ năm 1755, đến năm 2008 đã có được 23 chu kỳ. Đến thế kỷ XX một số tính chất của chu kỳ HĐMT đã được biết đến qua các định luật Sporer, Joy, Waldmeier, Maunder, Hale - Nicholson, nhưng bản chất của nó vẫn chưa được biết rõ. Cho đến những năm 30 - 40 của thế kỷ XX, với sự phát triển của vật lý nguyên tử - hạt nhân mọi chuyện mới gần sáng tỏ. Năm 1938, Bethe đã đề xuất chu trình p-p giải thích quá trình sinh năng lượng của MT. Như vậy, MT là một lò phản ứng tổng hợp hạt nhân, phát ra năng lượng khổng lồ cùng các bức xạ điện từ. Nhưng do cấu tạo và chuyển động (các lớp khí quay với vận tốc khác nhau) nên có những bất thường trong bức xạ, thể hiện ở các hiện tượng gọi là HĐMT như VĐMT, với các qui luật đã được các nhà khoa học phát hiện từ các thế kỷ trước. Việc giải thích HĐMT gắn liền với việc nghiên cứu từ trường MT. Dựa trên lý thuyết từ thủy động lực học (Magnetohydrodynamics- MHD) về plasma, năm 1961 Babcock đã đề xuất lý thuyết dynamo MT (Solar dynamo), giải thích hoạt động MT. Theo đó, MT cấu tạo chủ yếu từ khí, với lớp khí 7 trong nhân tồn tại dưới dạng đặc biệt, plasma, ở nhiệt độ cao hàng chục triệu độ. Theo Alfven, từ trường đã “đóng băng” vào plasma (Magnetic Field Frozen into the Gas), khiến các đường sức từ MT trở thành các các dây điện. Sự quay không đồng bộ của các lớp MT tạo nên các vùng dây điện bị xoắn, gọi là các vùng hoạt động (Active Region), các dây xoắn trồi lên trên bề mặt MT như những VĐMT, nơi từ trường MT trở nên bất thường. Do MT quay, các bó dây đường sức bị kéo theo, tạo nên sự đổi cực từ trường MT. Mô hình Babcock được bổ sung bởi Leighton năm 1964 đã cho phép giải thích được tính chất của các chu kỳ HĐMT, tuy nhiên, còn rất nhiều vấn đề chưa sáng tỏ. Những năm gần đây, các dạng HĐMT như BNMT, CME được chú ý nhiều. Dạng hoạt động mà trước kia được phát hiện tại vùng Sắc cầu nên gọi là bùng nổ Sắc cầu, ngày nay nó được nhận thấy bắt đầu từ Quang cầu và diễn tiến cả ở vùng Sắc cầu lẫn Nhật hoa nên được gọi chung là BNMT, là sự “chập mạch” giữa các “dây điện”, phóng thích năng lượng tương đương với hàng tỷ quả bom nguyên tử, kèm theo các bức xạ hạt và điện từ với tất cả các bước sóng. CME, viết tắt tiếng Anh của thuật ngữ chỉ sự phóng vật chất Nhật hoa, được ghi nhận bởi các vệ tinh nhân tạo, cho thấy đó là sự phóng thích đột ngột vật chất từ MT, mang theo cả đường sức từ của MT. Các dạng hoạt động dữ dội và đột ngột này gọi chung là bão MT, thường có liên quan đến VĐMT và thay đổi vị trí do sự quay của MT. Những cơn bão MT nguy hại có thể xuất hiện ngay cả vào cuối chu kỳ HĐMT, mặc dù khi đó HĐMT suy giảm (số VĐMT giảm). Những năm gần đây, với công nghệ vũ trụ phát triển, bằng các vệ tinh và các thiết bị thăm dò, với lý thuyết Nhật chấn học (Helioseismology) dựa vào hiệu ứng Doppler, người ta có thể “nhìn sâu” vào bên trong MT. Trong chu kỳ 23 lớp quay chuyển tiếp (Tachocline) đã được phát hiện, cho phép giải thích cơ chế dynamo sinh ra VĐMT. Đồng thời, sự phát hiện dòng chảy kinh tuyến (Meridional flow) giúp Dikpati đề xuất mô hình mới về MT, giải thích được sự đổi cực của từ trường MT, liên quan đến độ dài của chu kỳ HĐMT. Cho đến nay chu kỳ HĐMT thứ 23 đã hoàn tất, các đặc tính của nó đã được các nhà khoa học tìm hiểu kỹ, làm cơ sở cho việc nghiên cứu mối quan hệ MT-TĐ. Các tài liệu về MT được tham khảo 8 là: [3], [4], [5], [6], [21], [24], [25], [26], [29], [30], [33], [35], [36], [37], [38], [40], [44], [46], [51], [56], [57], [61], [66], [71], [82], [85], [86], [87], [89], [93], [101]. Ngày nay việc nghiên cứu MT được tiếp sức bởi rất nhiều thiết bị, trong đó có mặt công nghệ vũ trụ như các vệ tinh SOHO, TRACE, ACE,…v.v. Các thiết bị đó thu nhận rất nhiều dữ liệu chính xác về HĐMT. Mặc dù vậy việc dự báo HĐMT, dự báo thời tiết vũ trụ để phòng tránh ảnh hưởng cho TĐ cho đến nay vẫn còn rất khó khăn, cần nhiều số liệu thống kê về chu kỳ HĐMT. Đồng thời, với công nghệ thông tin phát triển, các trung tâm nghiên cứu MT có thể cung cấp các số liệu về HĐMT trên mạng, phục vụ cho những nghiên cứu liên quan đến MT từ khắp nơi trên thế giới rất đắc lực. Mặc dù vậy, vẫn có những số liệu, tài liệu vẫn phải trả phí rất đắt, không thuận tiện cho những nghiên cứu nhỏ lẻ, kinh phí ít. Hầu hết các nước trên thế giới đều có cơ sở nghiên cứu MT. Tuy nhiên, ở Việt Nam việc nghiên cứu MT chưa được tiến hành. Hiểu biết về MT chỉ dừng ở việc giảng dạy về MT trong chương trình Thiên văn ở một số trường đại học [6], [21], [24]. Trong khi đó, nhu cầu hội nhập và phát triển buộc ta phải nghĩ đến việc đồng hành cùng thế giới. Hiện nay, nước ta bắt đầu bước vào giai đoạn phát triển khoa học và công nghệ vũ trụ. Do vậy, việc nghiên cứu MT ở Việt Nam cần được đẩy mạnh hơn nữa, bao gồm cả việc viết các sách giảng dạy về MT và nghiên cứu ở các lĩnh vực liên quan đến MT. Khi thực hiện luận án này tác giả đã cố gắng làm những việc đó. 2. Nghiên cứu về tầng điện ly Tầng điện ly là lớp khí quyển tầng cao được tạo thành bởi sự ion hóa không khí của bức xạ MT. HĐMT làm bức xạ MT thay đổi, do đó trạng thái tầng điện ly phụ thuộc vào HĐMT. Đặc tính của lớp F2 tầng điện ly đã được nghiên cứu từ lâu. Tuy nhiên, các nghiên cứu phần lớn được tiến hành với tầng điện ly vùng vĩ độ cao và vĩ độ trung bình. Đáng chú ý là nghiên cứu của Allen từ những năm 50 của thế kỷ XX, đưa ra công thức thực nghiệm về sự phụ thuộc của trạng thái các lớp của tầng điện ly, trong đó có lớp F2 vào độ HĐMT, đã được đưa và nhiều sách giáo 9 khoa về tầng điện ly [47], [48], [75], [89], [96]. Tuy nhiên, trạng thái tầng điện ly, thể hiện qua sự thay đổi nồng độ điện ly trong phương trình liên tục, không chỉ phụ thuộc vào quá trình sinh plasma bởi bức xạ MT, mà còn phụ thuộc vào quá trình tái hợp và quá trình chuyển dịch điện ly dưới nhiều tác động, như sự nâng điện động, gió trung hòa, sự khuếch tán, làm cho trạng thái tầng điện ly mang tính đặc thù khu vực rõ rệt. Tại vùng XĐT, đường sức từ song song với bề mặt TĐ, các bức xạ hạt khó thâm nhập, sự ion hóa tạo nên tầng điện ly chủ yếu do bức xạ điện từ bước sóng ngắn, khác với vùng vĩ độ cao sự ion hóa có thể xảy ra dưới tác động của bức xạ hạt. Ngoài ra, điện trường ở vùng XĐTcũng rất đặc biệt. Điều này được Chapman (1951) giải thích là do có dòng điện chạy trong lớp E, trong khoảng 50 quanh xích đạo từ, ông đặt tên nó là dòng (hay vòng) điện xích đạo (Equatorial Electrojet – E.E). Thực ra dòng điện này đã được thám sát từ sớm hơn (Mc Nish năm 1938, Egedal năm1948). Do hiệu ứng Cowling (1948) độ dẫn điện ở đây rất cao. Lý thú là điện trường liên quan đến E. E hướng về phía đông vào ban ngày, hướng về phía tây vào ban đêm. Điện trường kết hợp với từ trường đặc biệt ở đây tạo nên chuyển dịch E×B (E×B drift), nâng điện ly lên cao vào ban ngày và hạ xuống vào ban đêm. Những công trình của Mitra (1946); Appleton (1946); lý thuyết Martyn (1947) dựa trên chuyển dịch E× B chỉ ra hiệu ứng vòi phun (Fountain Effect) và dị thường xích đạo hay dị thường Appleton (Appleton Anomaly). Từ đó người ta giải thích được các vấn đề của tầng điện ly XĐT như vùng trũng (Trough) tại ngay XĐT và vùng đỉnh (Crest) tại 150 – 200 vĩ độ từ (Bắc và Nam), tạo nên các vùng dị thường xích đạo [47], [48], [96]. Vấn đề biến thiên ngày đêm của LF2 TĐL XĐT cũng được giải thích dựa vào hiệu ứng vòi phun và hiệu ứng vòi phun ngược (Reverse Fountain Effect) giữa hai vùng đó [73], [77]. Tiếp theo, có rất nhiều nghiên cứu về LF2 TĐL XĐT dựa trên cơ chế điện động lực của vùng này [31], [49], [62], [73], [76], [77], [81], [83]. Tuy nhiên, LF2 TĐL XĐT vẫn còn rất nhiều bí ẩn, đặc biệt phản ứng của nó trước tác động của bão MT và bão từ. Khi có bão MT, các bức xạ sinh plasma được tăng cường, làm tăng nồng độ điện ly ở các vùng phía ban ngày của TĐ, đặc 10 biệt ở lớp D và cả lớp F. Đó là tác động trực tiếp của MT. Nhưng mặt khác, bão MT có thể gây tác động dây chuyền đến tầng điện ly theo cơ chế rất phức tạp. Bão MT làm từ trường TĐ nhiễu loạn, gọi là bão từ. Năm 1930 Chapman và Ferraro đã đưa ra lý thuyết đầu tiên về bão từ và giải thích các pha của bão từ. Theo đó, pha đầu (Initial phase) của bão từ bất ngờ (có SC) xảy ra khi các luồng hạt phóng ra từ các vụ BNMT nén các đường sức từ của từ trường TĐ tại ranh giới tương tác. Dưới tác dụng của sự nén đó từ trường tăng lên theo đúng định luật của từ thủy động lực học. Mãi đến năm 1960 điều này mới được kiểm chứng. Pha chính (Main phase) của bão từ được giải thích là do tác dụng của các vòng điện (Ring current) chạy trong từ quyển, mãi sau này nhờ các thiết bị vũ trụ sự tồn tại của chúng mới được chứng minh(1967). Pha phục hồi (Recovery phase) liên quan tới sự khuyếch tán của các hạt trong vòng điện đó [23]. Sau đó vai trò của gió MT tác động lên từ quyển, nén ép và tạo đuôi từ quyển mới được ghi nhận. Áp lực gió MT đóng vai trò quan trọng trong bão từ. Gần đây, vai trò của CME trong bão từ được chú ý. Đám mây khí – từ của CME khi đi qua môi trường liên hành tinh nó sẽ làm thay đổi từ trường liên hành tinh và vận tốc gió MT. Khi từ trường liên hành tinh hướng về nam (Southward) nó sẽ kết nối với từ trường TĐ, gây nhiễu động mạnh trong từ trường TĐ, tạo nên bão từ [28]. Ở vùng đuôi từ quyển ( tức ở phía ban đêm của TĐ) bão MT gây ra những cơn Substorms (tạm dịch là hạ bão từ) ở vùng vĩ độ cao, gây nên hiện tượng cực quang (Aurora), làm khí quyển nóng lên cùng một loạt các quá trình vật lý phức tạp, làm ảnh hưởng đến tầng điện ly các vùng khác [47], [48], [96]. Bão từ, hệ quả của bão MT thường gây ra nhiễu loạn trong lớp F2, làm cho nó trở nên bất ổn, hoặc tạo thành hình thái gọi là bão điện ly. Mặc dù không có những liên quan trực tiếp nhưng bão điện ly cũng có các pha tương tự bão từ. Pha bắt đầu hay pha dương (Positive phase), với sự tăng nồng độ điện ly (do đó foF2 tăng), sau đó là pha chính hay pha âm (Negative phase), nồng độ điện ly giảm và cuối cùng là pha phục hồi (Recovery phase), tầng điện ly trở lại trạng thái bình thường. Tuy nhiên, không phải lúc nào bão cũng xảy ra đúng tuần tự như vậy, có khi bão điện ly chỉ có hiệu ứng dương hoặc hiệu ứng âm riêng rẽ mà thôi. Hơn nữa, 11 không phải cứ xảy ra bão từ là có bão điện ly đi kèm. Phản ứng của tầng điện ly trước bão từ rất phức tạp, không lặp lại theo một cách cố định. Chính vì vậy khó có thể đoán trước được phản ứng của tầng điện ly trước các trận bão từ cụ thể. Sự giải thích bão điện ly cũng không hề đơn giản, vì rất nhiều quá trình vật lý xảy ra trong thời gian đó với những cơ chế rất phức tạp. Đã có nhiều đề xuất cách lý giải, trong đó kể đến vai trò của các quá trình tái hợp, quá trình chuyển dịch do gió trung hòa, do điện động lực, khuếch tán,…v.v. Tuy nhiên, việc giải thích vẫn chưa thật sự thỏa đáng cho từng trường hợp bão điện ly, vốn xảy ra rất khác nhau cho từng vùng trên TĐ, mặc dù giống bão từ, bão điện ly mang tính toàn cầu. Ở vùng vĩ độ cao bão từ xảy ra mạnh hơn vùng vĩ độ thấp. Đặc biệt là vùng cực từ, nơi đường sức từ thẳng góc với mặt đất, các hạt tích điện chuyển động trong từ quyển có thể đến sát khí quyển, gây sự kiện mũ cực (Polar Cap Event), cực quang (Aurora) làm khí quyển nóng lên, gây ảnh hưởng tới tầng điện ly vùng vĩ độ thấp. Còn ở vùng vĩ độ thấp và vùng XĐT, bão từ xảy ra yếu hơn, phản ứng của tầng điện ly không vì thế mà đơn giản hơn. Ngoài bị ảnh hưởng bởi điện từ trường khu vực, tầng điện ly vùng XĐT trong thời gian bão MT và bão từ có thể bị ảnh hưởng bởi các quá trình ở vĩ độ cao đã nói trên, với các cơ chế rất phức tạp, cần sự phối hợp nghiên cứu giữa các vùng và sử dụng các thiết bị hiện đại. Các công trình của các nhà nghiên cứu tầng điện ly vùng XĐT đã cho thấy điều đó trong các khảo sát phản ứng của tầng điện ly trước bão từ trong từng trận bão điển hình. Với tầng điện ly vùng XĐT ngoài việc giải thích dựa trên cơ chế chuyển dịch E×B và hiệu ứng vòi phun, gần đây, với các phương tiện nghiên cứu hiện đại cùng hệ thống trạm nghiên cứu rộng khắp thế giới, người ta đã tìm cách giải thích dựa trên cơ chế chuyển dịch qua lại giữa điện ly các vùng vĩ độ khác nhau và giữa các tầng khác nhau trong khí quyển tầng cao. Trong đó không chỉ điện, từ trường đóng vai trò chủ yếu mà gió trung hòa và các quá trình trong từ quyển, nhiệt quyển cũng đóng vai trò rất quan trọng [27], [28], [34], [36], [45], [47], [48], [50], [52], [53], [54], [55], [58], [59], [60], [63], [64], [65], [67], [70], [74], [78], [79], [80], [84], [100]. 12 Đồng thời, phản ứng của điện ly trước bão MT cũng rất khó lường. Trong thời gian có bão MT, gây hậu quả bão từ, tầng điện ly trở nên bất ổn, thăng giáng gián đoạn, có khi xảy ra bão điện ly. Nhưng các quan sát cho thấy có khi bão điện ly xảy ra mà không có bão từ, bão MT. Bão điện ly cũng có thể xảy ra khi nhóm VĐMT (hay vùng HĐMT) đi vào kinh tuyến trung tâm MT [89], [98]. BNMT và CME, là tác nhân gây bão từ đột ngột trên TĐ, gọi chung là bão MT có thể không xuất hiện đồng thời, không những chỉ xuất hiện khi MT hoạt động mạnh mà còn thường xuất hiện sau cực đại HĐMT, khi số VĐMT giảm. Vì vậy, khảo sát ảnh hưởng của MT lên tầng điện ly trong giai đoạn cuối chu kỳ HĐMT cần chú ý đến điều này. Với những lý do trên việc nghiên cứu các nhiễu loạn điện ly, hay phản ứng của tầng điện ly trước các biến động đột ngột từ MT hiện đang là vấn đề nóng hổi, nhưng còn nhiều điều chưa thể giải thích thỏa đáng. Các nghiên cứu phần lớn mang tính mô tả nhiều hơn là đưa ra các lý giải khẳng định. Tuy nhiên, đây là hướng nghiên cứu quan trọng trong vật lý về mối quan hệ MT-TĐ, nhằm tìm hiểu cơ chế tác động của thời tiết vũ trụ lên khi quyển tầng cao, tiến tới dự báo, phòng tránh thiên tai cho TĐ. Đây là điều được tác giả chú ý trong nghiên cứu của mình. 3. Nghiên cứu tầng điện ly ở Việt Nam Trên thế giới, việc nghiên cứu tầng điện ly vùng XĐT được tiến hành từ khá sớm với sự có mặt của các trạm điện ly khu vực XĐT như: Trivandrum (1841); Kodaikanal (1902); Thumba (1957) của Ấn Độ; Huancayo (1922); Jicamarca (1938) của Peru; Ibanda (1951) của Nigeria. Ngày nay, các trạm điện ly XĐT có mặt ở khắp nơi, trong đó có cả vùng Đông Nam Á. Việt Nam do hoàn cảnh chiến tranh, việc nghiên cứu khoa học gặp nhiều khó khăn. Đã có những nghiên cứu dựa trên số liệu về điện ly quan trắc tại Nha trang và tại Trạm địa từ Phú Thụy (Hà Nội), với các so sánh cho thấy tầng điện ly hai vùng này có những điểm khác biệt khá rõ: lớp F2 tại Nha Trang, gần XĐT hơn, nên biến thiên ngày đêm có hai cực đại rõ rệt và có vết lõm giữa trưa, trong khi lớp F2 tại Hà Nội, thuộc vùng đỉnh dị thường, lại chỉ có một cực đại, hoàn toàn đúng với lý thuyết [8], [9], [17]. Các nghiên cứu về 13 phản ứng của tầng điện ly trước bão từ cũng được tiến hành với một số trận bão từ cụ thể ở Hà Nội tiếp theo sau đó [18], [19], [63]. Tại TP. HCM, thuộc vùng XĐT, năm 1997 Đài quan trắc khí quyển Hóc Môn (106,340 E, 10,510N, 2,90 N dip. Lat) được thành lập. Từ năm 2000 đã có các nghiên cứu điện ly khu vực này như khảo sát biến thiên ngày đêm của các lớp điện ly, trong đó có F2 trong trong 2 năm, 2000 – 2002, là những năm MT hoạt động mạnh, đã chỉ ra những nét đặc trưng của điện ly tại đây là : biến thiên nhanh vào lúc hoàng hôn và bình minh, có một cực tiểu lúc bình minh, có vết lõm giữa trưa và hai cực đại, tồn tại với giá trị cao về đêm, không lặp lại hàng ngày [10]. Sau đó, trong năm 2003, trước những cơn bão MT lớn xảy ra trong các tháng 8, 10, 11, gây bão từ mạnh trên TĐ, một loạt các khảo sát phản ứng điện ly trước bão từ đã được tiến hành, trong đó chỉ ra những nét tiêu biểu của phản ứng điện ly trong các cơn bão từ lớn này. Đó là sự đáp ứng tức thời của tần._.g điện ly trước bão từ, bão điện ly đi song hành với bão từ, vào ban ngày foF2 tăng cao rất nhiều so với điều kiện yên tĩnh, vào giữa đêm foF2 giảm, đi kèm với sự tăng đột ngột của độ cao h’F2 [11], [12], [52]. Sau đó, một khảo sát mang tính quốc tế được tiến hành, so sánh theo kinh độ giữa tầng điện ly miền nam Việt Nam với Nhật Bản và Brasil trong thời gian có bão từ của năm 2003, từ đó chỉ ra sự khác nhau theo kinh độ so với diễn tiến của bão từ [79]. Tháng 11/2004, trước những cơn bão từ mạnh gây ra bởi bão MT, nghiên cứu quốc tế được tiến hành, so sánh phản ứng điện ly giữa các nước Việt Nam, Nhật, Mỹ Latinh, thuộc XĐT, nhưng có kinh độ khác nhau, phối hợp số liệu của các trạm điện ly và số liệu khảo sát bằng GPS. Nghiên cứu cho thấy sự khác biệt trong phản ứng của điện ly các vùng, trong khi ở Nhật ghi nhận có biến động điện ly thì ở TP. HCM lại yên tĩnh, không có Spread F [14], [80]. Tiếp theo là một loạt các nghiên cứu khác về các đặc tính kỹ thuật của tầng điện ly tại TP. HCM [14], [15]. Các nghiên cứu về tầng điện ly ở miền Nam Việt Nam đã thu được nhiều kết quả, có khả năng ứng dụng cao. Mặc dù vậy, tính chất của LF2 TĐL XĐT, cũng như của tầng điện ly nói chung, rất phức tạp, mang tính đặc thù khu vực cao, cần phải được nghiên cứu thường xuyên, với những góc độ khác nhau. Nghiên cứu của luận án là 14 sự tiếp tục của việc nghiên cứu về lớp F2 tầng điện ly tại TP. HCM, nhằm làm phong phú thêm kiến thức về tầng điện ly ở khu vực này. 4. Những vấn đề luận án cần giải quyết Nghiên cứu tầng điện ly trong mối quan hệ MT- TĐ chẳng những là nghiên cứu mang tính lâu dài, thường xuyên (do tính kéo dài của chu kỳ HĐMT và do nghiên cứu thống kê cần tập hợp nhiều số liệu) của toàn thế giới, mà còn là một trong những định hướng nghiên cứu khoa học quan trọng của ngành Địa vật lý Việt Nam trong thời gian tới [22]. Đối với tầng điện ly quan trắc tại TP. HCM, thuộc miền Nam Việt Nam, việc nghiên cứu mới bắt đầu, do đó việc tiếp tục nghiên cứu là rất cần thiết. Trong luận án của mình, tác giả khảo sát tầng điện ly quan trắc tại TP. HCM trong giai đoạn tiếp với các nghiên cứu trước, là thời gian cuối chu kỳ HĐMT thứ 23. Với mục đích tiếp tục làm rõ ảnh hưởng của HĐMT đến trạng thái của điện ly khu vực này tác giả tiến hành khảo sát biến thiên ngày đêm của foF2 trong nửa đầu năm 2003 để tìm đặc trưng của điện ly trong điều kiện bình thường, nhằm khẳng định đặc tính của LF2 TĐL XĐT. Sau đó, tác giả tìm kiếm mối quan hệ giữa HĐMT và trạng thái LF2 TĐL XĐT, thông qua việc áp dụng công thức Allen cho số liệu tầng điện ly TP. HCM trong vài năm, qua đó khẳng định tác động của HĐMT lên trạng thái tầng điện ly khu vực này. Đặc biệt, với chú ý đây là giai đoạn cuối chu kỳ HĐMT, những diễn biến của HĐMT phức tạp, khó lường hơn các giai đoạn trước, tác giả khảo sát phản ứng của điện ly F2 trước các trận bão MT điển hình để tìm hiểu về nhiễu loạn trong lớp F2 tầng điện ly khu vực này. Khác với các khảo sát về nhiễu loạn điện ly vùng này trước đây (thường khảo sát tác động của những trận bão từ gây ra bởi những trận bão MT đơn lẻ lên tầng điện ly), trong luận án tác giả chú ý nhiều đến sự thay đổi vị trí của vùng HĐMT trên đĩa MT, nhằm khẳng định vị trí xuất phát của các BNMT, CME có vai trò nhất định trong tác động của bão MT lên trạng thái tầng điện ly. Đồng thời, tác giả còn sử dụng kính thiên văn theo dõi sát MT trong những ngày có bão đó, khác với việc khảo sát biến động điện ly ở Việt Nam trước đó, thường không gắn bó với việc quan trắc MT trực tiếp. 15 Nghiên cứu mối quan hệ MT-TĐ nói chung và ảnh hưởng của MT lên trạng thái của LF2 TĐL XĐT nói riêng là vấn đề rất rộng lớn, phức tạp. Với thời gian có hạn, tác giả hy vọng luận án đạt được mục đích đã đề ra. Sau đây, tác giả trình bày kỹ hơn về các vấn đề liên quan đến đề tài nghiên cứu về mặt lý thuyết trong các chương 2 và 3 tiếp theo. 16 Chương 2 - MẶT TRỜI: NGUỒN PHÁT NĂNG LƯỢNG VÀ BỨC XẠ - HOẠT ĐỘNG MẶT TRỜI 2.1. Các thông số cơ bản về Mặt trời - Khối lượng: - Bán kính (khoảng cách từ tâm đến Quang Cầu): - Khoảng cách đến TĐ (trung bình): - Cấp sao nhìn thấy: - Cấp sao tuyệt đối: - Độ trưng: - Loại quang phổ: - Mật độ trung bình: - Nhiệt độ: Bề mặt Tại tâm: - Độ nghiêng giữa mặt phẳng xích đạo MT với Hoàng đạo: - Chu kỳ quay trung bình: - Thành phần: MT cấu tạo hoàn toàn từ chất khí, 75% là Hydro; 23% là Heli, 2% là các khí khác. 1,99.1030 kg 6,95.105 km 149,6.106 km m = - 26,7 M = 4,8 L = 3,8.1026 W G2V 1,41g/cm3 ≈ 6000 K 15. 106 K ≈ 7015' 27 ngày 2.2. Cấu trúc của Mặt trời Theo mô hình chuẩn (Standard Solar Model) MT được chia làm 2 phần: phần bên trong (Solar Interior) và phần khí quyển (Solar Atmosphere). Việc phân chia là để tiện nghiên cứu, vì thực tế MT cấu tạo hoàn toàn là từ chất khí. Trong các phần lại được chia thành các vùng như sau: • Phần bên trong: Phần này được chia làm 3 vùng dựa trên những quá trình khác nhau xảy ra ở mỗi phần ấy, đó là: - Nhân (Core): tại tâm MT, là nơi xảy ra phản ứng tổng hợp hạt nhân. 17 - Vùng trực xạ (Radiative zone): Vùng truyền bức xạ bằng con đường thẳng góc, xuyên tâm. - Vùng đối lưu (Convective zone): Vùng truyền bức xạ bằng đối lưu. Ngày nay người ta cho rằng giữa vùng trực xạ và vùng đối lưu có một lớp mỏng (chỉ bằng 2% bán kính MT), tại đây hình thái quay của MT thay đổi đáng kể, gọi là lớp quay chuyển tiếp (Tachocline). • Phần khí quyển Phần khí quyển được chia làm bốn lớp chính theo sự khác nhau về nhiệt độ, thành phần vật chất cũng như các hiện tượng đặc trưng xảy ra trong mỗi lớp, đó là: - Quang cầu (Photosphere) Đó là bề mặt sáng chói của MT mà chúng ta quan sát được hằng ngày, nơi ta có thể coi là bức xạ như vật đen tuyệt đối với nhiệt độ cỡ hàng ngàn độ Kelvin. Nơi đây có những đặc trưng của HĐMT như vết đen (Sunspots), vết sáng (Faculae), thể hạt (Granules) và siêu hạt (Super granules). - Sắc cầu (Chromosphere) Gọi là Sắc cầu vì vùng này trong suốt đối với ánh sáng nhìn thấy, nhưng có thể quan sát thấy vạch đỏ của Hydro (Hα = 656,3 nm) và vạch tối CaII K (λ = 393,4 nm) phát ra từ ion Ca++. Ảnh chụp sắc cầu ở hai bước sóng này cho thấy nhiều đặc trưng của nó như sợi lửa (Filaments), tai lửa (Prominences), mạng lưới sắc cầu (Network) tạo thành từ những trường sáng (Plages). Cấu tạo Sắc cầu không đồng nhất, với các phần gọi là ống khí (Spicules), có đường kính vài trăm km, thời gian sống cỡ 5 - 15 phút. Sắc cầu được biết đến từ thế kỷ thứ 17 khi người ta quan sát nhật thực và phát hiện ra nguyên tố Heli. Trong vùng Sắc cầu, gần các VĐMT Hình 2.1 : Mô hình cấu trúc Mặt Trời [99] 18 thường xuất hiện các vụ bùng nổ với độ sáng tăng vọt, phóng ra nhiều loại bức xạ gây ảnh hưởng đến TĐ, trước kia thường gọi là bùng nổ Sắc cầu (Chromospheric flare) - Vùng trung chuyển (Transition Region) Là lớp chuyển tiếp giữa vùng nhiệt độ cỡ hàng ngàn độ Kelvin của sắc cầu lên cỡ hàng triệu độ của Nhật hoa. Lớp này rất mỏng và có lẽ không phải là một lớp vỏ bao bọc quanh Quang cầu mà gồm những ống khí (Spicules) dựng đứng từ Quang cầu qua Sắc cầu đến Nhật hoa. - Nhật hoa (Corona) Là lớp khí quyển ngoài cùng của MT, được nhìn thấy khi xảy ra Nhật thực toàn phần, có dạng như một chiếc vương miện trắng xung quanh MT, lan tỏa cả triệu km trên Quang cầu, thay đổi tùy theo mức độ HĐMT. Nhật hoa có mật độ vật chất rất thấp, chỉ bằng 10-6 mật độ Quang cầu. Phổ bức xạ từ Nhật hoa có những vạch phát ra từ những nguyên tố nặng bị ion hóa cao, chứng tỏ Nhật hoa có nhiệt độ rất cao, thực tế là cỡ 2.106 K (đây là một điều vô cùng khó hiểu mà thiên văn hiện đại chưa giải thích được). Do nhiệt độ cao, vật chất va chạm vào nhau mạnh nên vành Nhật hoa phát ra tia X mang năng lượng lớn. Nhật hoa cũng là nguồn sóng vô tuyến được tạo bởi chuyển động hỗn loạn của các e- tự do. Sóng vô tuyến trải khá dài, từ vài xentimét đến cả mét. Nét đặc trưng của Nhật hoa là các vòng Nhật hoa (Coronal Loops); hốc Nhật hoa (Coronal Holes); sự phóng vật chất Nhật hoa (Coronal Mass Ejection, gọi tắt là CME). Các đặc trưng đó liên quan chặt chẽ đến HĐMT mà ta sẽ xét sau. - Gió MT (Solar Wind) Có thể coi phần này thuộc Nhật hoa, vì nó chính là sự lan tỏa của vành Nhật hoa ra ngoài Vũ trụ. Thành phần của gió MT chủ yếu là hydro đã bị ion hóa bởi nhiệt độ cao của Nhật hoa (gồm proton và e-), tức vật chất ở dạng plasma với mật độ dao động phụ thuộc vào HĐMT. Gió MT thổi liên tục và phát ra theo hướng xuyên tâm, nhưng do MT quay nên nó tạo thành đường xoắn ốc. Ở khoảng cách bằng 3 lần bán kính MT, gió có vận tốc cỡ 400 km/s, nhưng khi có bão MT nó có 19 thể đạt tới hơn 900 km/s. Từ trường TĐ chịu ảnh hưởng thường xuyên của gió MT, đặc biệt bão MT với gió MT mạnh có thể gây ra bão từ và bão điện ly trong khí quyển tầng cao của TĐ. 2.3. Sự tự quay của Mặt trời Nhìn chung, MT quay quanh trục có góc nghiêng với mặt phẳng Hoàng đạo gần 82045'. Tuy vậy, MT không phải vật thể rắn nên các lớp MT quay với vận tốc khác nhau. Trên bề mặt MT, tại xích đạo, chu kỳ quay là ngắn nhất, cỡ 25 ngày. Còn tại vùng cực là 36 ngày. Trung bình chu kỳ quay của bề mặt MT là 27 ngày. Ta có công thức thực nghiệm cho vận tốc quay (Ω) theo vĩ độ MT (Φ) như sau [29]: Ω = 14,38 - 2,96.sin2 Φ [độ/ngày] (2.1) Chu kỳ tự quay (T) xác định theo công thức: T = 26,9 + 5,4.sin2 Φ [ngày] (2.2) Ngày nay, bằng phương pháp Nhật chấn học phân tích số liệu từ các vệ tinh người ta nhận thấy bên trong MT, ngay dưới vùng đối lưu, có lớp quay chuyển tiếp (Tachocline) dưới lớp này MT quay như một vật rắn với chu kỳ thống nhất là 27 ngày. Lớp quay chuyển tiếp, nơi hình thái quay thay đổi, đóng vai trò quan trọng trong việc giải thích HĐMT. Đó nơi xảy ra quá trình MT chuyển cơ năng thành năng lượng từ (Solar Dynamo). 2.4. Nguồn gốc của năng lượng và bức xạ Mặt trời MT đang là một ngôi sao ổn định. Bên trong MT phải thỏa mãn điều kiện cân bằng thủy tĩnh (Hydrostatic Equilibrium): 2r )r()r(GM dr dP ρ = (2.3) Với: P: Áp suất khí; r: Bán kính lớp khí được xét; G: Hằng số hấp dẫn; M(r): Khối lượng khối khí được xét; ρ(r): Mật độ khí ứng với bán kính r. Giải phương trình trên cho thấy nhiệt độ tại tâm MT rất cao, cỡ 1,5.107 K. Nhiệt độ này đủ để các hạt nhân Hydro (là hạt proton mang điện tích dương) thắng lực đẩy Coulomb, tiến sát vào nhau và tổng hợp lại thành hạt nhân nặng hơn, tỏa ra 20 năng lượng. Đó chính là phản ứng tổng hợp nhiệt hạt nhân, xảy ra trong vùng từ tâm MT đến khoảng cách cỡ 0,3 lần bán kính MT. Các phản ứng tổng hợp hạt nhân trên MT được Bethe đề xuất năm 1938 gọi là chu trình proton - proton (p-p chain). Chu trình trên có thể tóm tắt như sau: Q22e2HeH4 e 4 2 1 1 +γ+ν++→ + (2.4) Năng lượng Q theo tính toán: Q = 26,7 MeV = 4,3.10-12 J (2.5) (Một số sách còn gọi đây là chu trình Critchfield). Đồng thời, cũng trong năm đó Weizsäcker đề xuất một chu trình khác, với Carbon làm xúc tác, được gọi là chu trình Carbon-Nitrogen-Oxygen (CNO Cycle): γ+→+ 13712611 NCH e 13 6 13 7 eCN ν++→ + γ+→+ 14711136 NHC γ+→+ 5811147 OHN e 15 7 5 8 eNO ν++→ + 14 2 12 6 1 1 15 7 HeCHN +→+ (2.6) Chu trình này cũng có thể tóm tắt như sau: Q32e2HeH4 e 4 2 1 1 +γ+ν++→ + (2.7) (Trong đó Q ≈ 25 MeV) Cả hai cách thức tổng hợp hạt nhân trên đều có trên tất cả các sao, nhưng với MT chu trình p-p chiếm ưu thế hơn, cung cấp đến 99% năng lượng MT. Thực tế, tại tâm MT diễn ra cả hai cách thức, nhưng ra đến khoảng cách cỡ 0,2 đến 0,3 lần bán kính MT, chu trình CNO chấm dứt. Phản ứng hạt nhân đã tạo ra năng lượng khổng lồ cho MT. Nếu MT sử dụng 70% Hydro làm nguyên liệu cho phản ứng và mỗi giây MT đốt hết 650 triệu tấn 21 Hydro, tổng công suất bức xạ là 3,8.1026 W thì MT còn tồn tại khoảng 4,5 tỷ năm nữa. Sau đó phản ứng tổng hợp này chấm dứt, MT chuyển sang giai đoạn khác. Như vậy, ở thế kỷ 20 khoa học đã cơ bản giải thích được cơ chế sinh năng lượng của MT. Nguồn gốc của năng lượng và bức xạ MT là phản ứng nhiệt hạch trong lòng MT. Khác với quan niệm MT trước kia (MT cấu tạo từ khí lý tưởng, trung hòa, không mang điện) với phản ứng tổng hợp hạt nhân như vậy MT là một khối plasma, gồm các hạt mang điện ở nhiệt độ cao. Theo các định luật điện từ thì hạt mang điện chuyển động có gia tốc sẽ sinh ra từ trường, từ trường lại sinh ra điện trường. Vậy, nguồn gốc của những hoạt động điện từ của MT chính là do phản ứng tổng hợp hạt nhân và sự chuyển động của các vật chất trong lòng nó. Trong phản ứng đó đã phát sinh các bức xạ, trải qua hàng triệu năm chúng mới ra đến bề mặt MT. Khi đó, chúng là các bức xạ với các bước sóng khác nhau, thuộc tất cả các vùng của thang sóng điện từ, tạo nên ánh sáng trắng cho Quang quyển MT. 2.5. Hoạt động Mặt trời (Solar Activity) Nhìn chung, MT là một ngôi sao ổn định, cấp sao không thay đổi hay không có biến động trong việc phát sáng. Tuy nhiên MT vẫn có những hoạt động nội tại làm thay đổi tính chất bức xạ của nó. HĐMT chính là sự thay đổi trong bức xạ MT vì những nguyên nhân đó. Trước kia người ta biết đến HĐMT qua các VĐMT và chưa giải thích được nguyên nhân của HĐMT. Lần lượt, người ta tìm thấy các dạng hoạt động khác trong các lớp của khí quyển MT, như VĐMT trên Quang quyển, trường sáng, tai lửa, bùng nổ trong Sắc cầu, người ta tưởng các hoạt động này là riêng biệt. Ngày nay người ta nhận thấy các hoạt động này có liên quan tới nhau, chúng chỉ khác nhau ở chỗ được quan sát thấy tại những lớp khác nhau của khí quyển MT. Chúng tập hợp lại thành những vùng hoạt động (Active Region), sự tiến triển của chúng có liên quan tới nhau. Nguyên nhân của sự xuất hiện các dạng HĐMT chính là những biến đổi về điện từ trên MT. Lò phản ứng hạt nhân tại tâm MT là một khối plasma chuyển động phức tạp. Những chuyển động này sinh ra từ trường, từ trường đến lượt nó lại tác động lên chuyển động của dòng hạt mang điện - plasma. Trong quan hệ giữa plasma 22 và từ trường, người ta khó tách biệt rạch ròi cái nào là nguyên nhân cái nào là kết quả. Chỉ biết chúng làm xuất hiện những hiện tượng như VĐMT, trường sáng, tai lửa, BNMT, CME..., là các dạng HĐMT. Các hiện tượng đó xảy ra trong các lớp khác nhau của MT và tác động lên nhau, cái này có thể là kết quả của cái kia, kết cục là chúng gây ra những bất thường trong bức xạ MT, tạo nên sự thay đổi "thời tiết" của MT, ảnh hưởng trực tiếp đến TĐ. Tần suất và sự xuất hiện các dạng hoạt động đó biến đổi một cách có chu kỳ, chúng ta chưa hoàn toàn hiểu rõ về chúng để có thể dự báo một cách chính xác. Các dạng HĐMT được thống kê trong bảng 2.1 Bảng 2. 1. Các dạng HĐMT [86] Tên hoạt động Vị trí, đặc điểm - VĐMT (Sunspots) - Vết sáng (Faculae) - Vùng lưỡng cực từ (Bipolar magnetic regions) Ở Quang cầu: - Từ trường mạnh, nhiệt độ thấp hơn Quang cầu - Đậm đặc hơn, nóng sáng hơn Quang cầu - Từ trường trung bình đến yếu - Trường sáng (Plages) - Tai lửa, sợi lửa (Prominences, Filaments) - Bùng nổ (Flares) Ở Sắc cầu: - Sáng hơn Sắc cầu khi chụp bởi vạch H và vạch Ca II. Đậm đặc và nóng hơn Sắc cầu. - Phần vật chất của Sắc cầu trong Nhật hoa biểu diễn sự chuyển động có liên quan đến từ trường - Phần bùng sáng trong trường sáng khi chụp bằng vạch Hα và Ca II - Ngưng tụ (Condensation) - Bùng nổ (Flares) - Hốc Nhật hoa (Holes) - Sự phóng vật chất Nhật hoa (CME- Coronal Mass Ejections) Ở Nhật hoa: - Đặc tính trắng sáng do sự tăng mật độ e-, sự tăng tốc bức xạ sóng ngắn kèm theo bức xạ sóng vô tuyến thay đổi. - Bùng phát bức xạ vô tuyến từ các e- nhanh bị bẫy ở lớp trên Nhật hoa. - Tia vũ trụ và gia tăng gió MT. - Sự phụt ra bất thình lình cỡ hàng tỷ tấn vật chất từ Nhật hoa với vận tốc cỡ hàng trăm km/s. 23 2.6. Các dạng hoạt động Mặt trời chính 2.6.1. Vết đen Mặt trời (Sunspots) Cấu tạo VĐMT được quan sát thấy trên đĩa MT bình thường (Quang cầu). Cấu tạo VĐMT gồm 2 phần: Phần tâm tối hơn, có nhiệt độ cỡ 3700 K, gọi là vùng chùy tối (Umbra) và phần rìa có dạng tia xuyên tâm sáng hơn, gọi là phần bán chùy (Preumbra). Đường kính VĐMT cỡ từ vài trăm km đến vài chục ngàn km. Thời gian sống của nó phụ thuộc vào kích thước. Một nửa sống dưới 2 ngày, chỉ có hơn 10% sống trên 11 ngày. Một số rất ít tồn tại trên 2 tháng. Với thời gian đó nó di chuyển ngang qua bề mặt MT, biến mất ở phía sau MT rồi tái xuất hiện ở bờ bên kia của đĩa MT sau 2 tuần. Nhờ vậy mà người ta biết MT tự quay. Ảnh vị trí vết đen trên đĩa MT được định vị theo hệ tọa độ Carrington, có tính đến sự quay của MT và TĐ. Từ trường ở VĐMT VĐMT tối hơn bề mặt Quang cầu do nhiệt độ trong nó thấp hơn. Điều này chỉ giải thích được qua hiệu ứng Zeemann, người ta biết VĐMT có từ tính. Giá trị từ trường cỡ từ 0,1 đến 0,2 Tesla, tức gấp hàng ngàn lần từ trường TĐ. Người ta giải thích như sau: Do sự đối lưu, các lớp khí MT (chính là các hạt mang điện do MT ở dạng plasma) cuộn thành dạng ống dây (Solenoid). Các ống khí có chiều dài cỡ 3.104 km tương đương với dòng điện cỡ 4.1012A. Theo các định luật điện từ, trong lòng ống dây sẽ có một từ trường đồng nhất với cường độ rất lớn, B = 0,15 T. Một Hình 2.2. Vết đen Mặt trời (internet) Hình 2.3. Mô hình VĐMT [21] 24 VĐMT muốn tồn tại trên Quang cầu thì áp suất bên trong và bên ngoài VĐMT phải cân bằng nhau. Áp suất bên ngoài là áp suất nhiệt động. Còn áp suất bên trong có cả áp suất nhiệt động lẫn áp suất từ. Do đó áp suất nhiệt động bên trong thấp hơn bên ngoài, ứng với nhiệt độ trong VĐMT thấp hơn nhiệt độ Quang cầu. Một VĐMT chẳng những là một nam châm rất mạnh mà còn là một nam châm siêu dẫn mang lại những cơ chế dẫn nhiệt mới cho các lớp khí quyển MT. Ngoài ra, lực từ trong VĐMTcòn thắng lực hấp dẫn, nâng khí trên VĐMT lên cao, tạo ra các tai lửa MT (Prominences), các vòng Nhật hoa (Coronal Loops) và gió MT. VĐMT thường xuất hiện thành từng nhóm. Ở nhiều nhóm, những vết có sự phân cực giống nhau (và giống với từ cực chính của MT ở bán cầu mà chúng xuất hiện) thường gom thành phần dẫn trước (Proceeding), còn những vết có sự phân cực ngược lại thì gom thành phần kéo theo sau (Following). Đường nối phần dẫn trước và phần kéo theo của nhóm nghiêng so với phương Đông - Tây (định luật Joy), góc nghiêng tăng theo khoảng cách đến xích đạo. Kiểu nhóm như vậy được gọi là VĐMT lưỡng cực (Bipolar Sunspost Group). Có đến 90% số VĐMT xuất hiện theo kiểu này. Những nhóm phức tạp với nhiều vết nhỏ và không có phân bố rõ ràng về từ trường chỉ chiếm 0,5%. Tuy nhiên nhóm này lại gây tác động không nhỏ đối với TĐ, do khả năng gây ra BNMT ở loại nhóm này tăng theo độ phức tạp của nhóm. Số liệu VĐMT Mức độ HĐMT thể hiện qua số VĐMT quan sát được. Do VĐMT xuất hiện thành từng nhóm, trong đó có nhiều vết nhỏ khó mà đếm một cách chính xác nên vào năm 1848 J.R.Wolf ở Đài thiên văn Zurich - Thụy Sĩ, đã đề nghị các tính số VĐMT (Sunspost Number) bằng tổng số VĐMT riêng biệt quan sát được, cộng với 10 lần số nhóm VĐMT, vì mỗi nhóm trung bình có khoảng 10 vết. Tuy nhiên, số này chỉ mang tính tương đối, do phụ thuộc vào quan sát viên và điều kiện quan sát. Số VĐMT tính theo công thức Wolf còn được gọi là số Wolf (W), hay số Zurich (RZ), là kết quả thu được tại đài quan sát Zurich: )fg10(kR Z += (2.8) 25 Trong đó g: số nhóm VĐMT; f: số VĐMT riêng biệt; k: hệ số điều chỉnh Wolf lấy hệ số k = 1. Như vậy, số VĐMT quan sát hàng ngày theo chỉ số Zurich sẽ là: RZ = 0, khi không có VĐMT. RZ = 11, khi có một VĐMT. Số VĐMT hàng tháng, hàng năm là trung bình của số VĐMT hàng ngày. Nó có thể là số thập phân. Số Zurich này đã được thu thập hàng ngày từ năm 1948. Wolf đã mở rộng dữ liệu trở ngược đến năm 1749. Đến năm 1981 số Zurich được nối tiếp bằng số VĐMT quốc tế Ri (International Sunspot Number). Số này do trung tâm dữ liệu VĐMT ở Bỉ cung cấp (Sunspot Index Data Center - SIDC), dựa trên số liệu thu thập từ hơn 25 trạm quan sát trên nhiều nước. Ngày nay số trạm trên toàn thế giới mở rộng đến hàng trăm trạm. Số Ri được công bố trên website Để mở rộng bộ số liệu VĐMT, kể từ thời Galileo, gần đây Hougt và Schatten đã đưa ra cách tính: ∑ = = N 1i iiG g08,12.kN 1R (2.9) Trong đó: RG: số VĐMT tính theo nhóm; N: số người quan sát; gi: số nhóm VĐMT mà người thứ i quan sát được; ki: số hiệu chỉnh cho quan sát viên thứ i. Cách này tạo nên bộ dữ liệu đầy đủ hơn về số VĐMT. Thời gian gần đây, bộ dữ liệu này được sử dụng để tiên đoán HĐMT trong các chu kỳ sắp tới. Ngoài ra, hiện nay người ta còn sử dụng số VĐMT Boulder do hiệp hội NOAA của SEC tại Boulder, Colorado, Hoa Kỳ tính toán. Trong luận án này ta sẽ sử dụng thuật ngữ số VĐMT để chỉ các số liệu về số VĐMT được các tổ chức nghiên cứu về MT cung cấp trên mạng. Tuy nhiên, do mỗi nơi có cách hiệu chỉnh, lấy trung bình và làm trơn (Smooth) khác nhau, tạo nên số liệu SSN (Smoothed Sunspot Number) khác nhau. Trong các tài liệu quốc tế hay sử dụng thông số này 26 cho các tháng trong năm. Vì vậy, khi lấy số liệu VĐMT để nghiên cứu ta phải tìm hiểu kỹ. Ngày nay, để đánh giá HĐMT, ngoài chỉ số VĐMT, người ta còn sử dụng các thông số khác, ví dụ như thông lượng bức xạ 10,7 cm (sóng vô tuyến của MT). Mặc dù vậy, cho đến nay số liệu VĐMT mà con người thu thập được mới chỉ trong vòng hơn 250 năm (từ năm 1755), tương ứng với 23 chu kỳ HĐMT. Quả là con số thống kê quá ít ỏi so với tuổi đời 5 tỷ năm của MT để có thể có kết luận chính xác về HĐMT! 2.6.2. Bùng nổ Mặt trời (Solar Flare) Hoạt động mãnh liệt của MT ở khu vực gần VĐMT làm bề mặt MT bùng sáng lên gọi là BNMT. Nó có thể xảy ra ở Sắc cầu và cả ở Nhật hoa, gây ảnh hưởng đáng kể đến TĐ. BNMT kéo dài từ vài giây đến vài giờ. Nhiệt độ trong BNMT có thể đạt tới 2.107 K, tức nóng hơn cả Nhật hoa, đồng thời giải phóng ra một lượng lớn các bức xạ điện từ (tia γ , tia X) và các bức xạ hạt (p, e-) năng lượng cao, tổng năng lượng của chúng tương đương với hàng ngàn tấn thuốc nổ TNT. Các vụ BNMT có năng lượng rất khác nhau. Người ta có thể chia chúng thành các loại sau (dựa vào năng lượng trong vùng bước sóng từ 1 - 8Å ), xem bảng 2.2. Theo đó, mỗi loại chia làm 10 cấp nên cấp 10 của loại thấp tương đương với cấp 1 của loại liền trên (ví dụ M10 = X1). Loại X có cả X trên 10. Loại X là loại mạnh nhất, nó có thể làm hư hỏng hệ thống lưới điện, gián đoạn thông tin liên lạc, tạo ra các cơn bão trên các lớp khí quyển tầng cao của TĐ, làm mở rộng lớp khí quyển này, gây hư hại các vệ tinh và tàu không gian v.v... Loại M Hình 2.4. Mô hình BNMT [48] 27 là loại trung bình, thường ảnh hưởng đến thông tin liên lạc, thỉnh thoảng cũng tạo ra bão từ, bão điện ly. Loại C và B là yếu, gây ảnh hưởng không đáng kể. Bảng 2.2. Phân loại BNMT [47] Loại Cường độ I (W/m2) B C M X I ≤ 10-5 10-5 ≤ I ≤ 10-4 10-4 ≤ I ≤ 10-3 10-3 ≤ I Giữa BNMT và VĐMT có liên quan mật thiết và được ghi nhận bằng công thức thực nghiệm sau [47]: )10R(N −α= (2.10) Trong đó N: số lần BNMT trong 1 chu kỳ quay của MT (27 ngày); R: số VĐMT trong 1 chu kỳ quay; α: hằng số, có giá trị từ 1,5 - 2. 2.6.3. Sự phóng vật chất Nhật hoa (Coronal Mass Ejection – CME) CME là hiện tượng hàng tỷ tấn plasma đột ngột phóng ra từ MT, mang theo các đường sức từ trong Nhật hoa. Hiện tượng này được các tàu vũ trụ ghi nhận từ năm 1971. Trong CME, plasma và từ trường gắn chặt vào nhau như một đám mây từ (Magnetic Cloud), có kích thước lớn hơn các hành tinh trong hệ MT, chúng thoát khỏi MT theo phương xuyên tâm với vận tốc từ 500 - 1000 km/s. Một số hướng về TĐ và đến TĐ sau từ 1 đến 3 - 4 ngày. Khi đến TĐ nó sẽ tạo ra những sóng xung kích nén các đường sức từ của từ trường TĐ, tác động đến từ quyển và tạo ra những thăng giáng của từ trường TĐ, gọi là bão từ. CME và BNMT có liên quan chặt chẽ đến nhau, thường BNMT đi kèm với CME, nhưng đôi khi CME xảy ra mà không có BNMT và diễn biến thường phức tạp hơn. BNMT có thể gây tác động đến TĐ trong vòng 8 phút, còn CME gây tác động chậm hơn, có thể từ một đến vài ngày. Vị trí xuất phát của các CME cũng ảnh hưởng của nó đến TĐ. Nếu xuất phát từ vị trí trung tâm MT nó có thể gây tai họa khốc liệt cho TĐ. 28 2.7. Chu kỳ Mặt trời (Solar Cycle) 2.7.1. Tính chu kỳ của hoạt động Mặt trời Ngay từ năm 1849, Schwabe khi nghiên cứu số Wolf qua nhiều năm đã nhận thấy tính quy luật của MT. Đó là: số này tăng giảm theo qui luật lặp lại sau 11 năm. Chu kỳ đó gọi là chu kỳ MT, hay chu kỳ hoạt động MT. Đầu chu kỳ ứng với số Wolf cực tiểu, sau đó nó tăng dần và đạt cực đại, ở giữa chu kỳ, tiếp tới nó giảm dần, đạt cực tiểu ở cuối chu kỳ. Sau đó lặp lại như vậy, tạo thành chu kỳ nối tiếp. Tính chu kỳ cho phép ta hy vọng về việc dự đoán HĐMT. Bản chất của chu kỳ MT chưa được biết rõ lắm. Thực ra, năm 1978 Herman và Goldberg có đề xuất 1 số chu kỳ khác như chu kỳ 100 năm, 180 năm, tuy nhiên chu kỳ 11 năm vẫn phổ biến hơn. Dưới đây là hình ảnh một số chu kỳ. Số liệu đầy đủ về VĐMT đã có từ năm 1749, tuy nhiên chu kỳ đầu tiên được tính từ tháng 2 năm 1755. Chu kỳ từ 2/1755 đến 4/1766 được gọi là chu kỳ thứ nhất, tính đến nay đã trải qua 23 chu kỳ, hiện đang vào chu kỳ thứ 24 (năm 2009). Gần đây, giáo sư S. K. Solanki có tiến hành xây dựng bộ số liệu VĐMT dựa trên phân tích đồng vị phóng xạ C14 trong thân cây. Kết quả cho thấy tính chu kỳ thể hiện rất rõ, ngoại trừ thời gian gần đây có sự ảnh hưởng của việc tăng độ phóng xạ do vũ khí hạt nhân. Việc tái lập này cho phép mở rộng nghiên cứu VĐMT Hình 2. 5. Chu kỳ MT từ năm 1700 đến năm 2000 [99] 29 và HĐMT đến 11 400 năm, giúp kiểm chứng các mô hình về MT và nghiên cứu mối quan hệ MT - TĐ. 2.7.2. Tính chất của chu kỳ - Định luật Sporer Được Sporer phát hiện cùng thời với Wolf, sau này (1922) được Maunder minh họa dưới tên gọi giản đồ bướm (Butterfly - Diagram). Giản đồ thể hiện sự "trôi" của vĩ độ xuất hiện VĐMT về phía xích đạo: Vào đầu chu kỳ, VĐ thường xuất hiện ở vĩ độ 30o Bắc hay Nam của đĩa MT. Tại cực đại của chu kỳ chúng ở vào vĩ độ 15o Bắc hoặc Nam của đĩa MT. Sau đó đến cuối chu kỳ chúng thường xuất hiện gần xích đạo MT. Chu kỳ tiếp theo lặp lại như vậy. - Định luật Hale - Nicholson Năm 1912, G.E. Hale phát hiện ra qui luật về sự phân cực các nhóm VĐ. Những vết dẫn trước trong nhóm VĐ lưỡng cực ở Bắc bán cầu có sự phân cực giống nhau, nhưng trái dấu với những vết dẫn trước ở Nam bán cầu. Sự phân cực này đảo lại sau mỗi chu kỳ 11 năm. Tức phải mất hai chu kỳ hay 22 năm thì sự phân cực các nhóm mới lặp lại (định luật này gắn với định luật Joy nói ở mục 2.3.1.1). Chu kỳ 22 năm phản ánh hoạt động từ của MT nên còn được gọi là chu kỳ hoạt động từ MT (The Solar Magnetic Cycle). Ngoài sự đảo cực của nhóm VĐMT có thể nhận thấy sự đảo cực từ trường Bắc - Nam của MT, xảy ra khi chu kỳ đạt cực đại. Hiện chưa có lời giải thích thỏa đáng cho vấn đề này, chúng có liên quan đến từ trường MT. Ta sẽ xét một số mô hình giải thích ở phần sau. Hình 2.6. Giản đồ bướm [99] Hình 2.7. Định luật Hale - Nicholsol [21] 30 - Hiệu ứng Waldmeier (Waldmeier Effect): Các chu kỳ HĐMT có thể khác nhau về cường độ, thời gian kéo dài và hình dạng. Chúng có thể không đối xứng qua cực đại. Chu kỳ có hoạt động mạnh (có cực đại lớn) sẽ mau đạt đến cực đại hơn (cực đại lệch về phía đầu chu kỳ) thời gian chu kỳ cũng ngắn hơn. Những chu kỳ hoạt động yếu thì đạt cực đại trễ hơn. Tính chất này được gọi là hiệu ứng Waldmeier, được miêu tả qua hình 2.8. - Định luật Joy (xem 2.6.1) - Cực tiểu Maunder (The Maunder Minimum) Căn cứ vào số liệu lịch sử người ta thiết lập chu kỳ HĐMT trong thế kỷ 17 và nhận thấy giai đoạn từ 1645 đến 1715 hầu như không có VĐMT. Nhà thiên văn Anh E.W. Maunder là người phát hiện ra nên giai đoạn này được gọi là cực tiểu Maunder. Đó là giai đoạn trùng với thời kỳ TĐ trở nên lạnh lẽo, băng giá. Điều này cho thấy rằng giữa HĐMT và khí hậu TĐ có mối liên hệ chặt chẽ. Do vậy, ngày nay có rất nhiều ngành học cần được nghiên cứu trong mối quan hệ với HĐMT. Trước kia HĐMT được coi là chỉ gắn liền với VĐMT, vì vậy chu kỳ HĐMT còn được gọi là chu kỳ VĐMT. Ngày nay, mối liên quan giữa các dạng HĐMT đã được biết rõ và chúng cũng thể hiện qui luật chu kỳ. Thường có nhiều vụ BNMT và CME xảy ra vào vào thời kỳ MT hoạt động mạnh. Nhưng ở cuối chu kỳ, khi HĐMT suy yếu, lại có nhiều BNMT, CME dữ dội, gây tình trạng tồi tệ cho TĐ hơn. Trong các tài liệu viết về MT thường gọi MT yên tĩnh (Quite Sun) và MT hoạt động (Active Sun) để chỉ rõ nghiên cứu MT vào giai đoạn nào trong chu kỳ hoạt động của nó. Hình 2.8. Hiệu ứng Waldmeier [99] 31 2.8. Từ trường của Mặt trời MT là một khối plasma, tức các hạt mang điện chuyển động, vậy nên nó có từ tính. Tuy nhiên, khác với từ tính của chất rắn, từ tính của plasma rất phức tạp. Gần đây, lý thuyết từ thủy động lực học (Magnetohydrodynamics: MHD) được áp dụng trong nghiên cứu từ trường MT, với các thuật ngữ: “đường sức từ đóng băng trong khí” (“Magnetic field lines frozen into the gas” hay “frozen-in magnetic fields”), sóng Alfven, v.v… cho phép ta giải thích HĐMT một cách sinh động hơn. Từ trường MT có tính biến động và bao gồm nhiều dạng: từ trường tổng (Global); từ trường mạng (Network), từ trường của các dạng HĐMT (như trường sáng, VĐMT, v.v…). Về độ lớn trung bình của các dạng từ trường được ghi dưới bảng 2.3. Bảng 2.3. Các dạng từ trường MT [86]. Tên Giá trị (Tesla) Từ trường tổng Từ trường mạng Từ trường của VĐMT Từ trường của Trường sáng 0,0001 0,002 0,2 0,02 Như vậy, MT có một mạng từ yếu với từ trường tổng có cực Bắc và cực Nam như một lưỡng cực từ (Dipole), có thể đó là kết quả của sự tổng hợp từ trường của các dạng HĐMT đang diễn tiến và đã biến mất, để lại tàn dư. Trong mỗi chu ._.“Universal variation of the F2- layer critical frequency and solar activity”, Earth Planets Space, pp. 57-61. 61. Lam Hok-yin (2005), “Intense Solar Activity in September 2005”, Hongkong observatory, internet. 62. Lynn K. J. W., Harris T. J., Sjarifudin M. (2000), “ Stratification of F2 layer observed in Southeast Asia”, J. Geophys.Res., vol 105, pp. 27 147-27 156. 63. Lynn K. J. W, Sjarifudin M., Haris T. J., Le Huy M. (2004), “Combined TOPEX/Poseidon TEC and ionosonde observations of negative low latitude ionospheric storms”, J. Geophys.Res., vol 22, Numb 8, pp. 2837-2847. 64. Lu. G, et all (2008), “A dayside ionospheric positive storm phase driven by neutral winds”, J. Geophys. Res., 113, A08304, doi:10.1029/2007JA012895. 65. Mala S. et all (2009), “TEC variations during low solar activity period (2005- 2007) near the Equatorial Ionospheric Anomaly Crest region in India ”, J. Ann. Geophys., 27, 1047-1057, 2009. 66. NASA (2005), “Solar minimum Explodes, Solar minimum is looking strangely like Solar Max”, internet. 67. Pandey R., Dashora N. (2005), “ Space weather studies at the crest of the equatorial ionization anomaly using GPS receiver”, internet. 68. Papaioannou A., Mavromichalaki H., Eroshenko E., Belov A., Oleneva V., (2009), “The burst of Solar and Geomagnetic activity in August – September 2005”, J. Ann Geophys, 27, 1019 – 1026. 69. Pasachoff J. M. (1995), Atronomy: from the Earth to the Universe, Saunders College Publishing, USA. 70. Pawlowski D. J.(2008), “Global model comparision with Millstone Hill during September 2005”,J. Geophys.Res., 113, A01312, doi: 10. 1029/2007JA012390 71. Phillips K. J. H. (1992), Guide to the Sun, Cambridge University press, G.B. 72. Parks G. K. (1989), Physics of Space Plasma, USA. 116 73. Rastogi R. G., Sanatani S. (1968), “Forenoon bite-out of F2 layer ionizations at tropical latitudes”, J. Ann Geophys , pp.1-12. 74. Rastogi R. G.(2006), “Magnetic storm effect at equatorial electrojet stations”, J. Earth Planets Space, 58, pp. 645-657 75. Ratcliffe J. A., Weekes K. (1960), Physics of the Upper Atmosphere, USA. 76. Rishbeth. H. (2000), “The equatorial F-layer: progress and puzzles”, J. Ann Geophys, vol 18, pp. 730-739. 77. Rishbeth. H. (1995), “The F -layer at sunrise”, Annales Geophysicae, vol 13, pp. 367-374. 78. Rupes M. D; et al (2005), “ Study the effect of great magnetic storm impact on equatorial and low latitude F region Ionosphere during 2003 and 2004”, internet 79. Sahai Y., Hoang Thai Lan, et al. (2004), “Effect of the major geomagnetic storms in October 2003 on the equatorial and low latitude F-region in two longitudinal sectors”, J.Geophys. Res,110,A12891,doi:10.1029/2004JA10999. 80. Sahai Y., Hoang Thai Lan; et.al. (2009), “Effect observed in the ionospheric F region in the east Asian sector during the intense geomegnetic disturbances in the early part of November 2004”, J.Geophys. Res,vol 114, pp.1-11. 81. Sastri J. H. (1990), “Equatorial anomaly in F region”, J. Radio & Space physics, vol.19, pp. 225-240. 82. SpaceCast (2003), “Overview of Solar and Geomagnetic Storm Conditions and Impacts October 24- November 5, 2003”, internet. 83. Stening R. J. (1992), “Modelling the low latitude F region”, J. Atm. And Terr. Phys., Vol 54, No11/12, pp. 1387-1412. 84. Walker G. O., Strickland A. E. ( 1981), “A comparison of the ionospheric equatorial anomaly in the East Asian and American regions at sunspot minimum”, J. Atmos. and Terr.Phys., vol 43, No 5/6, pp. 589-595. 85. Wentzel D. G. (1989), The Restless Sun, Smithsonian Institution Press, USA 117 86. Zeilik M., Gregory S. A., Smith E. P. (1992), Astronomy and Astrophysics, Saunders College Publishing, USA. 87. Zirin H. (1988), Astrophysics of the Sun, CambridgeUniversity Press, G. B. Русский язык 88. Академия Наук СССР (1970), Исследование ионосферы, изд. “Наука”, Новосибирск. 89. Антонова Л. А, Иванов. Г. С-Холодный (1989), Солнечная активность и Ионосфера, изд. “Наука”, Москва 90. Бакулин П. И,…(1974), Курс общей астрономии, изд. “Наука”, Москва. 91. Гершман Б. Н, ...(1984), Волновые явления в ионосфере и космической плазм, изд. “Наука”, Москва. 92. Дагаев М. М, Демин В. Г…(1983), Астрономия, изд. “Просвещение”, Москва. 93. Коваленко В. А. (1983), Солнечный ветер, изд. “Наука”, Москва. 94. Мизун Ю. Г. (1985), Ионосфера земли, изд. “Наука”, Москва. 95. Прист Э. Р. (1985), Солнечная магнитогидродинамика, изд. “ Мир”, Москва. 96. Ришбет Г., Гарриот О. К. (1975), Введение в физику ионосферы, гидрометеоиздат, Ленинград. 97. Северный А. Б. (1988), Некоторые проблемы физики солнца, изд. “Наука”, Москва. Một số tài liệu tham khảo trên mạng không rõ tên tác giả: 98. Variation in the ionosphere. 99. From Wikipedia : Ionosphere, Geomagnetic storm, Ring curent, Coronal mass ejection, space weather, K-index, Dst-index… 100. Study of low latitude ionospheric irregularuty structure based on LITN. 101. 4-17 September 2005 Solar Storm Period 118 PHỤ LỤC 1. GIỚI THIỆU VỀ SỐ LIỆU MẶT TRỜI (Theo trang web: fpt://fpt.ngdc.noaa.gov) CHỈ SỐ VĐMT TRONG NGÀY NĂM 2003(DAILY SUNSPOT NUMBERS 2003) =============================================================================== Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Yr Day ------------------------------------------------------------------------------- 31 40 48 93 99 42 100 49 46 76 124 92 2003 01 27 43 59 103 86 38 97 56 46 68 112 72 2003 02 66 36 57 90 95 40 80 76 47 62 72 72 2003 03 65 35 80 72 96 47 67 73 50 49 52 66 2003 04 68 50 65 60 93 59 56 87 39 50 12 59 2003 05 86 68 63 52 78 86 63 83 37 41 9 45 2003 06 90 82 79 48 65 98 85 78 30 41 12 32 2003 07 108 87 66 34 33 101 89 69 25 43 21 26 2003 08 109 93 89 42 20 111 90 70 17 47 39 16 2003 09 117 73 71 38 17 111 74 72 25 45 39 25 2003 10 117 73 69 25 36 116 61 72 34 44 30 25 2003 11 104 71 56 37 38 115 68 71 29 25 11 25] 2003 12 94 59 45 38 41 96 96 70 30 13 21 28 2003 13 94 45 58 35 43 81 96 63 33 13 23 31 2003 14 84 31 63 29 50 63 105 67 42 13 33 30 2003 15 84 20 62 16 51 57 105 73 46 19 42 39 2003 16 81 10 41 19 39 56 112 74 58 30 34 68 2003 17 77 20 43 27 44 68 121 67 58 41 52 71 2003 18 87 33 39 34 48 76 128 58 52 41 70 71 2003 19 93 44 29 45 61 74 161 62 46 47 90 74 2003 20 68 46 23 58 50 62 146 58 50 59 97 60 2003 21 86 34 8 75 65 61 123 69 57 58 83 74 2003 22 70 28 27 73 57 66 100 76 65 61 109 76 2003 23 76 28 33 73 37 68 78 82 64 75 107 59 2003 24 59 32 52 89 39 76 47 82 67 88 123 44 2003 25 72 30 70 86 52 82 28 89 77 89 119 40 2003 26 85 43 81 103 57 93 33 90 79 133 132 31 2003 27 85 34 91 100 62 93 50 95 71 165 121 34 2003 28 84 112 109 56 94 43 85 74 167 113 26 2003 29 62 112 98 44 92 38 74 66 167 116 17 2003 30 41 102 42 42 65 160 12 2003 31 ---------------------------------------------------------------------------- 79.7 46.0 61.1 60.0 54.6 77.4 83.3 72.7 48.7 65.5 67.3 46.5 ---------------------------------------------------------------------------- Values are final. 119 PHỤ LỤC 2. GIỚI THIỆU SỐ LIỆU VỀ MẶT TRỜI ( Theo trang web 2002 Daily Solar Data Radio SESC Area Solar X-Ray ------ Flares ------ Flux Sunspot 10E-6 New Mean Bkgd X-Ray Optical Date 10.7cm Number Hemis. Regions Field Flux C M X S 1 2 3 --------------------------------------------------------------------------- 2002 01 01 232 222 1360 1 -999 C1.6 1 0 0 1 0 0 0 2002 01 02 231 241 1205 3 - 999 C2.7 7 2 0 14 1 0 0 2002 01 03 220 229 1170 1 -999 C2.3 12 0 0 15 1 0 0 2002 01 04 218 248 1190 1 -999 C1.9 5 1 0 8 2 0 0 2002 01 05 212 201 1120 0 -999 C1.9 5 1 0 18 1 0 0 2002 01 06 197 143 850 0 -999 C1.4 10 0 0 15 0 0 0 2002 01 07 189 158 570 3 -999 C1. 7 0 0 8 1 0 0 2002 01 08 199 143 680 3 -999 C1.0 5 0 0 6 1 0 0 2002 01 09 229 159 1090 1 -999 C4.2 1 2 0 15 1 1 0 2002 01 10 225 179 1160 0 -999 C2.5 5 0 0 17 0 0 0 2002 01 11 229 195 1480 2 -999 C2.1 6 1 0 12 0 0 0 2002 01 12 233 174 1500 1 - 999 C1.5 7 4 0 13 2 0 0 2002 01 13 241 190 1650 2 999 C1.6 8 2 0 20 1 0 0 2002 01 14 229 191 1580 0 -999 C2.0 4 4 0 7 0 1 0 2002 01 15 218 155 1510 0 -999 * 6 0 0 11 0 0 0 2002 01 16 216 131 1030 1 -999 * 12 1 0 15 0 0 0 2002 01 17 212 122 1140 1 -999 C1.8 7 0 0 3 0 0 0 2002 01 18 211 156 1030 2 -999 C1.1 2 0 0 1 0 0 0 2002 01 19 214 153 1110 1 -999 C1.0 8 1 0 3 0 0 0 2002 01 20 222 212 1150 4 -999 C1.1 2 0 0 7 0 0 0 2002 01 21 225 187 1400 0 -999 C1.1 7 0 0 6 0 0 0 2002 01 22 229 178 1130 0 -999 C1.0 11 1 0 8 1 0 0 2002 01 23 227 272 1250 5 -999 C1.3 7 0 0 5 0 0 0 2002 01 24 231 173 1180 0 -999 C1.2 3 0 0 3 0 0 0 2002 01 25 235 196 1120 2 -999 C1.7 6 0 0 3 0 0 0 2002 01 26 240 194 1320 1 -999 C2.1 4 1 0 6 0 0 0 2002 01 27 248 189 1440 1 -999 C2.0 1 0 0 3 0 0 0 120 PHỤ LỤC 3. GIỚI THIỆU VỀ SỐ LIỆU ĐỊA TỪ (Theo trang web CHỈ SỐ ĐỊA TỪ TRONG NGÀY, 7- 15/9/2005 Product: Daily Geomagnetic Data 2005_DGD.txt # # Prepared by the U.S. Dept. of Commerce, NOAA, Space Environment Center. # Please send comment and suggestions to SEC.Webmaster@noaa.gov # # 2005 Daily Geomagnetic Data # # Middle Latitude High Latitude Estimated # - Fredericksburg - ---- College ---- --- Planetary --- # Date A K-indices A K-indices A K-indices #------------------------------------------------------------------------------ 2 2005 09 07 18 3 3 1 2 1 5 5 1 15 2 3 3 5 4 1 1 0 15 4 3 2 3 2 4 4 1 2005 09 08 5 1 2 1 1 2 1 1 2 7 1 3 2 3 1 1 1 2 8 3 2 1 1 1 2 2 3 2005 09 09 12 1 2 0 1 4 3 4 3 29 1 1 0 4 6 6 4 3 17 1 2 0 1 4 4 4 4 2005 09 10 15 2 2 3 2 3 3 4 4 52 4 3 5 4 5 7 6 4 30 2 2 5 3 4 5 5 5 2005 09 11 53 5 6 7 5 5 3 4 3 131 6 7 8 8 7 6 6 5 105 5 7 9 7 6 5 5 4 2005 09 12 32 4 3 5 4 3 5 4 5 136 5 5 9 8 6 7 6 5 66 6 4 6 6 5 6 5 6 2005 09 13 26 4 5 4 5 4 1 3 3 96 5 5 8 7 8 2 4 3 51 6 5 6 6 5 3 4 4 2005 09 14 13 3 2 4 3 2 2 3 2 49 3 4 7 6 6 4 3 2 25 3 3 5 5 5 3 3 2 2005 09 15 22 3 2 3 3 5 5 3 3 76 3 2 4 7 7 8 4 3 43 3 2 3 5 6 7 5 4 2005 09 16 11 3 2 2 4 3 2 2 1 54 3 4 6 8 5 2 3 1 18 4 4 3 4 3 2 3 121 PHỤ LỤC 4. GIỚI THIỆU ĐÀI QUAN TRẮC KHÍ QUYỂN HÓC MÔN 1. HÌNH ẢNH ĐÀI QUAN TRẮC KHÍ QUYỂN HÓC MÔN Đài quan trắc khí quyển Hóc Môn ((106.340E, 10.510N, 2.90N dip. lat) được thành lập ngày 29 tháng 9 năm 1997. Đài được Canada và Nhật giúp trang bị hệ thống thiết bị thăm dò điện ly bằng vô tuyến (CADI). Thiết bị đã hoạt động và thu thập số liệu từ năm 2000. Toàn cảnh Đài quan trắc khí quyển Hóc Môn 2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY CADI Ionosonde được sử dụng ở Đài quan trắc khí quyển Hóc Môn là máy thăm dò tầng điện ly của Canada (Canadian Avanced Digital Ionosonde – CADI). A- Cấu tạo: Gồm các phần chính sau: - Máy phát: phát tín hiệu sóng vô tuyến theo phương thẳng đứng, dải tần số từ 1MHz đến 20MHz. - Máy thu: thu tín hiệu phản xạ - Máy tính: điều khiển thiết bị hoạt động. - Hệ thống Ăngten gồm: một ăngten phát thẳng đứng, độ cao:16m và dàn ăngten thu theo 4 hướng Đông – Tây – Nam – Bắc. Thiết bị được điều khiển tự động bằng các chương trình giao diện cài đặt trên máy vi tính. Máy có thể cài đặt để thu nhận điện ly đồ trong: 5, 10 hoặc 15 phút tùy thuộc vào yêu cầu nghiên cứu. Ăngten phát Ăngten thu 122 B – Nguyên tắc hoạt động Sóng vô tuyến được phát đi ở dải tầng liên tục theo phương thẳng đứng. Khi tần số sóng vô tuyến của song phát lên bằng tần số va chạm của các hạt mang điện của plasma điện ly thì phản xạ lại về mặt đất và ta thu được tín hiệu trên máy thu. Thời gian trễ của tín hiệu phản xạ là một hàm tần số, độ cao biểu kiến cũng được tính từ thời gian trễ của sóng phản xạ- độ cao biểu kiến là độ cao mà tại đó sóng phản xạ nếu giả thiết sóng vô tuyến truyền với vận tốc ánh sáng. C - Phương pháp xử lý số liệu quan trắc Sóng phản xạ được máy tính ghi lại dưới dạng file số liệu theo ngày. Cứ mỗi 15 phút có một điện ly đồ thể hiện trạng thái của tầng điện ly. Như vậy, nếu cài đặt ở chế độ 15’ thì trong một ngày sẻ có 96 điện ly đồ được máy tính ghi lại. Số liệu này được các đồng nghiệp làm việc tại Đài Hóc Môn số hóa và lấy trung bình theo giờ. Hai thông số cơ bản khi xử lý số liệu là tần số tới hạn (fo) và độ cao biểu kiến (h’). Sơ đồ máy CADI Máy thu Máy phát Máy tính 123 PHỤ LỤC 5. GIỚI THIỆU BẢNG SỐ LIỆU ĐIỆN LY DẠNG TEXT SỐ LIỆU ĐIỆN LY NGÀY 050909 hhmm foF2 h'F hmF2 hpF2 0000 7.27 223 339 256.1 0015 7.20 234 262 279.1 0030 7.57 200 256 291.5 0045 7.61 213 278 302.0 0100 7.46 179 272 320.7 0115 7.85 205 293 343.6 0130 8.09 207 304 358.2 0145 8.30 202 325 383.2 0200 7.97 223 327 422.7 0215 8.25 383 379 431.1 0230 7.42 354 420 472.7 0430 7.42 399 ----- 437.3 0615 7.81 370 386 399.8 0630 8.17 367 396 410.2 0645 8.42 365 ----- 404.0 0700 8.69 362 385 404.0 0715 8.51 357 413 404.0 0730 8.64 349 ----- 416.5 0745 8.82 365 399 416.5 0800 8.86 312 383 416.5 0815 8.91 218 387 416.5 0830 8.86 226 373 416.5 0845 9.18 207 409 416.5 0900 8.95 223 354 408.2 0915 9.05 265 389 408.2 0930 9.14 252 375 391.5 0945 9.00 223 362 385.3 1000 9.52 275 370 372.8 1015 9.66 278 356 360.3 1030 9.09 262 336 360.3 1045 9.37 249 329 351.9 1100 8.25 260 317 308.2 1115 9.33 270 ----- 341.5 1130 9.14 270 342 326.9 1145 8.91 270 309 310.3 1200 8.86 260 299 293.6 1215 8.05 249 275 293.6 1230 6.84 236 286 270.7 1330 7.12 252 278 ----- 1345 7.27 255 281 ----- 1400 7.49 228 313 297.8 1415 7.61 260 326 316.5 1430 7.16 281 343 329.0 1445 6.87 291 376 354.0 1500 6.18 315 377 372.8 1515 5.61 320 380 ----- 1530 5.41 362 410 ----- 1545 4.77 351 394 ----- 1615 4.46 344 383 ----- 1630 4.48 367 385 ----- 2145 3.62 226 245 ----- 2200 3.55 234 286 ----- 2215 3.41 241 269 ----- 2230 3.95 247 256 ----- 2245 4.99 244 277 ----- 2300 6.05 223 223 ----- 2315 6.57 228 ----- 247.8 2330 6.80 234 229 247.8 2345 6.94 223 228 247.8 124 PHỤ LỤC 6. GIỚI THIỆU BẢNG SỐ LIỆU ĐIỆN LY DẠNG EXCEL 125 PHỤ LỤC 7. GIỚI THIỆU KHẢO SÁT SỐ LIỆU MẶT TRỜI I. CAÙC THOÂNG SOÁ ÑAÙNH GIAÙ HOAÏT ÑOÄNG MAËT TRÔØI 1.Veát ñen Maët trôøi : soá veát ñen, dieän tích veát ñen Maët trôøi. Veát ñen Maët trôøi coù leõ laø ñaëc ñieåm cho bieát ñoä hoaït ñoäng cuûa cuûa Maët trôøi deã quan saùt nhaát. Noù ñöôïc theo doõi moät caùch coù heä thoáng nhôø kính thieân vaên ngay töø thôøi Galileo vaø ñaõ ñöôïc thu thaäp thaønh moät taäp hôïp döõ lieäu cho bieát hoaït ñoäng Maët trôøi ñaày ñuû hôn caû. a. Soá veát ñen Maët trôøi : Hai soá veát ñen Maët trôøi ñöôïc söû duïng chính: - Soá veát ñen Maët trôøi quoác teá ñöôïc tính vaø baùo caùo bôûi Trung taâm döõ lieäu veà soá veát ñen Maët trôøi (SIDC) ôû Brussels, Bæ. - Soá veát ñen Maët trôøi Boulder: ñöôïc tính vaø baùo caùo bôûi hieäp hoäi NOAA cuûa SEC taïi Boulder, Colorado, Hoa Kì. Ngoaøi ra NOAA coøn coâng boá caû soá veát ñen nhoùm. b. Dieän tích vaø vò trí veát ñen: Thoâng soá veà soá veát ñen laø moät thoâng soá toát cho bieát hoaït ñoäng Maët trôøi nhöng thoâng tin boå sung caùch Maët trôøi thay ñoåi nhö theá naøo thì phaûi caàn ñeán döõ lieäu cho bieát kích côõ vaø vò trí cuûa veát ñen. Ñaøi quan saùt hoaøng gia Greenwich ñaõ thu thaäp thoâng tin naøy töø thaùng 3 naêm 1847 nhôø moät taäp hôïp caùc traïm quan saùt, vaø ñeán naêm 1976 thì ngöng. Tieáp ñoù, Hieäp hoäi khí quyeån hoïc vaø ñaïi döông hoïc quoác gia Hoa Kì (NOAA) thöïc hieän coâng vieäc naøy töø naêm 1976 cho ñeán nay. Nhôø theá taïo neân boä döõ lieäu ñaày ñuû töø naêm 1874 cho ñeán hieän taïi. c. Caùch laáy vaø coâng boá döõ lieäu veà veát ñen maët trôøi cuûa trung taâm phaân tích döõ lieäu veà taùc ñoäng cuûa maët trôøi (SIDC), Brussel, Bæ. SIDC taäp hôïp caùc soá lieäu veà soá veát ñen cuûa caùc traïm quan saùt treân khaép theá giôùi – khoaûng 70 traïm: 10% ôû Bæ, 60% ôû caùc nöôùc chaâu AÂu khaùc, phaàn coøn laïi laø thuoäc caùc chaâu khaùc. Taát caû caùc soá veát ñen ñeàu ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc cuûa Wolf vôùi heä soá k khaùc nhau ñoái vôùi caùc traïm quan saùt khaùc nhau, ví duï traïm Locarno coù k = 0,6. Vì döõ lieäu ñeán vôùi toác ñoä khaùc nhau, neân tröôùc heát SIDC ñöa ra soá veát ñen taïm thôøi (taäp hôïp khoaûng 40 traïm) vaø coâng boá. Sau ñoù môùi ñöa ra soá veát ñen xaùc ñònh: SIDC tính soá veát ñen töø taäp hôïp khoaûng 70 traïm, neáu soá môùi naøy khaùc khoâng quaù 5% so vôùi soá veát ñen taïm thôøi, thì soá veát ñen taïm thôøi ñöôïc coâng nhaän laø soá veát ñen xaùc ñònh; tröôøng hôïp coøn laïi thì cô baûn laø soá veát ñen môùi ñöôïc tính laø soá veát ñen xaùc ñònh. Noùi cô baûn laø vì noù coøn ñöôïc ñöôïc kieåm tra vôùi soá veát ñen cuûa 10 traïm quan saùt ñöôïc ñaùnh giaù laø toát (trong ñoù coù traïm Locarno) hoaëc vôùi thoâng löôïng böùc xaï 10,7cm ñeå ñaûm baûo laø khoâng coù phaân boá baát thöôøng. Neáu noù quaù sai leäch thì SIDC loaïi caùc soá lieäu khoâng bình thöôøng roài tính ra soá veát ñen xaùc ñònh töø taäp hôïp caùc soá lieäu coøn laïi. Ñeán naêm 1992, thì SIDC coâng boá caû soá lieäu veát ñen Maët trôøi ôû hai baùn caàu Maët trôøi. Caùch tính caùc soá veát ñen naøy cuõng gioáng nhö soá veát ñen Maët trôøi toaøn phaàn nhöng rieâng cho töøng baùn caàu. Giaù trò taïm thôøi ñöôïc tính töø khoaûng 30 traïm, giaù trò xaùc ñònh ñöôïc tính töø khoaûng 50 traïm. Dó nhieân khi tính phaûi ñaûm baûo toång cuûa soá veát ñen ôû nöûa caàu baéc vaø soá veát ñen ôû nöûa caàu Nam baèng soá veát ñen toaøn phaàn (noùi ôû treân). 126 Caùch SIDC laøm trôn veát ñen haøng thaùng: Soá veát ñen thay ñoåi haøng ngaøy moät caùch raát maát traät töï, ngay caû trung bình thaùng cuõng vaäy. Söï maát traät töï naøy laøm ta khoâng theå thaáy ñöôïc ñaëc tính gì trong hoaït ñoäng cuûa maët trôøi, muoán ñaït ñöôïc yeâu caàu sau thì phaûi laøm trôn soá veát ñen. Caùch thoâng thöôøng laø tìm trung bình cuûa 13 thaùng, trong ñoù taäp trung ôû thaùng caàn tính. Coâng thöùc laøm trôn veát ñen thaùng: -6 -5 -4 -3 -2 -1 +1 +2 +3 +4 +5 +6 sm (R /2 + R + R + R + R + R + R + R +R +R + R + R + R /2)R 12 = Rsm: laø soá veát ñen thaùng ñaõ ñöôïc laøm trôn. R : soá veát ñen cuûa thaùng caàn laøm trôn. R+i: soá veát ñen cuûa thaùng sau thaùng caàn laøm trôn i thaùng. Nhö vaäy muoán laøm trôn soá veát ñen cho moät thaùng thì phaûi bieát soá veát ñen cuûa 13 thaùng, taäp trung ôû thaùng caàn laøm trôn. Laáy ví duï chuùng ta muoán laøm trôn soá veát ñen cuûa thaùng 7 naêm 2002. Theá thì chuùng ta phaûi bieát soá veát ñen cuûa thaùng 7 naêm 2002 (taát nhieân), caùc soá veát ñen cuûa caùc 6 thaùng tröôùc ñoù (töø thaùng 1 naêm 2002 ñeán thaùng 6 naêm 2002) vaø 6 thaùng sau ñoù (töø thaùng 8 naêm 2002 ñeán thaùng 1 naêm 2003). Thaùng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Số vết đen 114.1 107.4 98.4 120.7 120.8 88.3 99.6 116.4 109.6 97.5 95.5 80.8 31 Soá veát ñen cuûa thaùng 7/2002 ñaõ ñöôïc laøm trôn: Rsm = 12 2/318,805,955,976,1094,1166,993,888,1207,1204,984,1072/1,114 ++++++++++++ =102,7 Soá lieäu laáy töø www.sidc.oma.be coù caáu truùc nhö sau: Soá lieäu haøng ngaøy: cho bieát soá veát ñen treân ñóa Maët trôøi vaøo ngaøy ñöôïc coâng boá. Caáu truùc cuûa soá lieäu coâng boá: Coät thöù nhaát: naêm, thaùng vaø ngaøy. Coät thöù hai: naêm vaø phaàn traêm cuûa naêm (theo naêm Julian: 365,25 ngaøy) Coät thöù ba: soá veát ñen. Coät thöù tö vaø thöù naêm (coù töø naêm 1992) : soá veát ñen ôû nöûa caàu Baéc vaø nöûa caàu Nam cuûa maët trôøi. Ví duï: soá lieäu veát ñen haøng ngaøy töø ngaøy 1.1.2005 ñeán ngaøy 5.1.2005 20050101 2005.002 32 24 8 20050102 2005.005 32 32 0 20050103 2005.008 24 16 8 20050104 2005.010 14 14 0 20050105 2005.013 11 11 0 127 Soá lieäu haøng thaùng: laø trung bình (thoâng thöôøng) soá veát ñen cuûa thaùng ñöôïc coâng boá. Coät thöù nhaát: naêm vaø thaùng. Coät thöù hai: naêm vaø phaàn traêm cuûa naêm (naêm Julian = 365,25 ngaøy), laáy theo ngaøy chính giöõa cuûa thaùng. Coät thöù ba: soá veát ñen haøng thaùng. Coät thöù tö: soá veát ñen haøng thaùng ñaõ ñöôïc laøm trôn. Ví duï: soá veát ñen haøng thaùng töø thaùng 1.2002 ñeán thaùng 5.2002 200201 2002.042 114.1 113.5 200202 2002.122 107.4 114.6 200203 2002.204 98.4 113.3 200204 2002.286 120.7 110.5 200205 2002.371 120.8 108.8 Soá lieäu haøng naêm: laø trung bình soá veát ñen cuûa naêm ñöôïc coâng boá. Coät thöù nhaát: naêm (laáy ngay giöõa, ví duï 1995,5) Coát thöù hai: soá veát ñen trung bình naêm. Ví duï: soá veát ñen töø naêm 2000 ñeán naêm 2004 2000.5 119.6 2001.5 111.0 2002.5 104.0 2003.5 63.7 2004.5 40.4 3. Thoâng löôïng 10,7cm Söû duïng veát ñen ñeå ñaùnh giaù hoaït ñoäng cuûa Maët trôøi laø raát phoå bieán, tuy vaäy soá veát ñen coù theå ñöôïc quan saùt bôûi caùc duïng cuï khaùc nhau vaø ôû nhöõng vò trí khaùc nhau neân ñieàu kieän quan saùt khaùc nhau ñaùng keå, daãn ñeán soá veát ñen thöïc coù khaû naêng bieán thieân theo caùch khaùc vôùi caùch bieán thieân cuûa soá veát ñen coâng boá. Thoâng löôïng 10,7cm (vieát goïn laø F10,7) laø naêng löôïng böùc xaï toaøn phaàn cuûa Maët trôøi trong moät ñôn vò thôøi gian qua dieän tích cho tröôùc, xung quanh böôùc soùng voâ tuyeán 10,7cm töông ñöông taàn soá 2,8GHz. Noù ñöôïc ño bôûi nhöõng duïng cuï thoáng nhaát veà maët kyõ thuaät, ñoàng thôøi soá lieäu naøy ít thay ñoåi thaát thöôøng vì naêng löôïng trong böôùc soùng voâ tuyeán chæ bò caùc taàng cuûa khí quyeån Traùi ñaát haáp thuï ít. Moät baèng chöùng laø maëc duø maùy thu voâ tuyeán ñöôïc dôøi töø Ottawa (phía Ñoâng Canada) tôùi Penticton, Bristish Columbia (phía Taây Canada) thì boä döõ lieäu vaãn thoáng nhaát, laøm chuùng ta tin raèng ñaây laø moät thoâng soá raát toát ñeå ñaùnh giaù hoaït ñoäng cuûa Maët trôøi. Thoâng löôïng naøy ñöôïc ño töø ñaàu naêm 1947, soá lieäu haøng thaùng ñöôïc coâng boá töø thaùng 2 naêm 1947 cho ñeán nay (5 chu kyø), ñôn vò cuûa noù laø sfu (solar flux unit) 1sfu = 10-22 J.m- 2.Hz-1 Soá lieäu veà F10,7 ñöôïc coâng boá treân trang web www.drao-ofr.hia-iha.nrc-cnrc.gc.ca, vaø coù caáu truùc nhö sau: Coät thöù nhaát : ngaøy Julian (ngaøy ñöôïc tính töø tröa ngaøy 1.1.4713 TCN. Noù tieän lôïi cho caùc quan saùt thieân vaên laâu daøi caàn caû caùc döõ lieäu coå, chaúng haïn nghieân cöùu caùc sao bieán ñoåi, vaø ngöôøi söû duïng khoâng caàn phaûi maõ hoùa laïi.) Coät thöù hai : soá quay Carrington (soá laàn maët trôøi ñaõ quay keå töø ngaøy 9.11.1853) 128 Coät thöù ba, thöù tö, thöù naêm, thöù saùu : naêm, thaùng, ngaøy, giôø quoác teá luùc ño F10,7. Coät thöù baûy : thoâng löôïng qua moät ñôn vò dieän tích quan saùt. Coät thöù taùm : thoâng löôïng qua moät ñôn vò dieän tích ñieàu chænh (ñöôïc ñieàu chænh vì trong quaù trình ño khoaûng caùch töø Traùi ñaát ñeán Maët trôøi thay ñoåi. Soá lieäu ñieàu chænh caên cöù vaøo khoaûng caùch trung bình trong quaù trình ño). Coät thöù chín : thoâng löôïng qua moät ñôn vò dieän tích serie D (laø soá lieäu hieäu chænh nhaân vôùi 0,9. Heä soá 0,9 laø heä soá nhaân ñeå thoáng nhaát khi ño thoâng löôïng treân toaøn phoå soùng ñieän töø). Ví duï soá lieäu veà thoâng löôïng 10,7cm ñöôïc coâng boá trong 3 ngaøy ñaàu cuûa thaùng 1.2001: Cột 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 02451911.250 001971.424 2001 01 01 1800 000169.9 000164.2 000147.8 2 0 OK 02451911.333 001971.427 2001 01 01 2000 000171.0 000165.3 000148.8 2 0 OK 02451911.416 001971.430 2001 01 01 2200 000172.7 000167.0 000150.3 2 0 OK 02451912.250 001971.461 2001 01 02 1800 000170.8 000165.2 000148.7 2 0 OK 02451912.333 001971.464 2001 01 02 2000 000176.1 000170.2 000153.2 2 0 OK 02451912.416 001971.467 2001 01 02 2200 000174.0 000168.2 000151.4 2 0 OK 02451913.250 001971.497 2001 01 03 1800 000168.7 000163.1 000146.8 2 0 OK 02451913.333 001971.500 2001 01 03 2000 000169.9 000164.2 000147.8 2 0 OK 02451913.416 001971.503 2001 01 03 2200 000174.1 000168.3 000151.5 2 0 OK Caùc soá lieäu cuûa boä döõ lieäu veà soá veát ñen quoác teá, soá veát ñen nhoùm, dieän tích veát ñen vaø thoâng löôïng 10,7 ñöôïc theo doõi chaët cheõ khoa hoïc töø theá kyû 20 hoaëc tröôùc ñoù cho thaáychæ soá treân coù moái töông quan vôùi nhau raát toát trong vieäc ñaùnh giaù hoaït ñoäng cuûa Maët trôøi. Heä soá töông quan giöõa soá Zurich vaø dieän tích veát ñen laø 0,994, cao hôn moät ít so vôùi heä soá töông quan giöõa soá nhoùm veát ñen vaø dieän tích veát ñen – 0,988. Heä soá töông quan giöõa soá Zurich vaø soá nhoùm veát ñen vôùi thoâng löôïng 10,7 laø 0,997 vaø 0,994. Hình treân cho thaáy caùc chæ soá soá Zurich, soá nhoùm veát ñen, dieän tích veát ñen vaø thoâng löôïng 10,7 töông quan vôùi nhau raát toát 129 4. Buøng noå Maët trôøi Khi coâng boá soá lieäu veà bu âng nổ Maët trôøi ngöôøi ta chæ quan taâm ñeán 3 loaïi C, M, X vì loaïi B coù naêng löôïng böùc xaï khoâng ñaùng keå. Soá lieäu veà buøng noå Maët trôøi coù theå laáy mieãn phí treân trang web: Soá lieäu naøy ñöôïc cho cuøng vôùi caùc soá lieäu cuûa caùc chæ soá khaùc nhö : thoâng löôïng böùc xaï 10,7cm, soá veát ñen (SEC), dieän tích veát ñen, …trong ñoù loaïi böùc xaï trong buøng noå Maët trôøi ñöôïc cho ôû coät thöù 10, 11, 12 (loaïi C, loaïi M vaø loaïi X). Moät maûng soá lieäu nhö theá cho nhöõng ngaøy ñaàu cuûa thaùng 5.2003: Cột1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 2003 05 01 149 171 1710 1 -999 B5.2 14 0 0 7 0 0 0 2003 05 02 144 175 1750 0 -999 B3.6 3 1 0 6 0 0 0 2003 05 03 148 134 1440 0 -999 B5.4 2 0 0 2 0 0 0 2003 05 04 142 172 1850 2 -999 B5.8 4 0 0 6 0 0 0 2003 05 05 129 144 1400 1 -999 B5.1 4 0 0 3 0 0 0 2003 05 06 129 117 1480 0 -999 B5.4 7 0 0 1 0 0 0 2003 05 07 110 109 1160 0 -999 B6.0 9 0 0 2 0 0 0 2003 05 08 101 33 300 0 -999 B5.3 3 0 0 0 0 0 0 2003 05 09 97 23 320 1 -999 B2.7 1 0 0 0 0 0 0 II. CHU KÌ HOAÏT ÑOÄNG MAËT TRÔØI THỨ 23 1. Söï dự báo về hoạt động mặt trời Cuoái theá kyû 20, caùc nhaø khoa hoïc veà mặt trời xaây döïng ñöôïc cô cheá cuûa hoa ‘t động mặt trời, naém trong tay nhieàu phöông phaùp tieân ñoaùn ñöôïc hoa ‘t động mặt trời. Trong chu kì hoa ‘t động mặt trời thứ 23 ra hoï coã dịp để kieåm tra caùc moâ hình xaây döïng cuûa mình. Töø ngaøy 9 ñeán 23 thaùng 9.1996, 12 nhaø khoa hoïc töø caùc nöôùc UÙc, Myõ, Anh, Ñöùc ñöôïc NOAA döôùi söï hoã trôï cuûa cô quan khoa hoïc vuõ truï NASA môøi ñeán Boulder, Colorado tham döï hoäi nghò ñeå ñöa ra nhöõng tieân ñoaùn sôùm veà hoaït ñoäng cuûa MT vaø bieán thieân ñòa töø trong chu kì HĐMT thứ 23 cuûa. 12 nhaø khoa hoïc söû duïng caùc phöông phaùp tieân ñoaùn khaùc nhau coù theå chia thaønh 6 lôùp, vôùi moãi lôùp thì laïi ñöôïc xem xeùt chi tieát ñeå ñöa ra ñaïi dieän. Vaø keát quaû tieân ñoaùn veà soá veát ñen vaø thoâng löôïng 10,7cm thoáng nhaát cuoái cuøng: Tham soá Cöïc ñaïi Soá veát ñen (trôn) haøng thaùng 160 ± 30 Thoâng löôïng 10,7cm haøng thaùng 205 ± 30 130 Chu ky â HĐMT thứ 23 theo dự báo dựa va âo thông lượng F10,7 Chu kì HĐMT thứ 23 ñöôïc tieân ñoaùn baét ñaàu vaøo thaùng 5 naêm 1996, cöïc ñaïi ñöôïc tieân ñoaùn xaûy ra laø vaøo khoaûng thaùng 3 naêm 2000. Döï ñoaùn chu kì HĐMT thứ 23 seõ xaáp xæ 2 chu kì tröôùc nhöng khoâng baèng chu kì 19. 2. Thöïc teá Treân thöïc teá: vuøng hoaït ñoäng ñaàu tieân xuaát hieän vaøo thaùng 5.1996 Cöïc ñaïi vaøo khoaûng thaùng 4 naêm 2000 vôùi soá veát ñen trôn ñænh laø 120,8. Các vấn đề khác về chu kỳ thứ 23 được trình bày trong luận án. 131 PHU LỤC 8. MỘT SỐ CHÚ THÍCH 1. Về thuật ngữ Luận án nghiên cứu về lĩnh vực còn chưa được phổ biến nhiều ở Việt Nam (về Mặt trời), do đó cách sử dụng thuật ngữ đã được dịch sang tiếng Việt có thể gây tranh cãi, bởi cách dịch chưa thống nhất, ví dụ : - Từ Solar cycle: Được dịch là chu kỳ (hoặc chu kì) Mặt trời [16], [17], [21], [24]. Nhưng cũng có sách dịch là chu trình [23], hoặc chu kỷ [1]. Vì vậy, trong luận án tác giả đưa ra cách dịch của mình, dựa theo số đông, đồng thời có đưa thêm tiếng Anh. Trong luận án, tác giả sử dụng là chu kỳ HĐMT cho thuật ngữ trên - Từ Sunspot: phần lớn các sách dịch là vết đen Mặt trời, nhưng cũng có sách dịch là Nhật ban. Trong luận án tác giả dùng là vết đen Mặt trời (VĐMT) Các thuật ngữ khác cũng được dịch và chú thích theo nguyên tắc đó. 2. Đơn vị Tác giả thường giữ nguyên các đơn vị theo sách trích dẫn, không qui đổi để tiện theo dõi. Thực ra, các đại lượng đo có trong luận án không nhiều và không quá phức tạp, việc này có thể chấp nhận được. Tuy nhiên, các tiếp đầu ngữ hoặc cách ký hiệu có thể còn bị tranh cãi, ví dụ: Đơn vị đo độ dài (Kilomet) : Tiếp đầu ngữ kilo quốc tế qui định là k, nhưng Việt Nam qui định là K (Theo sách Tra cứu tóm tắt về vật lý, tác giả Kiriakin N. I., dịch giả Đặng Quang Khang, 1978, NXBKH&KT, Hà Nội). Vì vậy, theo qui định Việt Nam có các ký hiệu đơn vị Km. Cũng tương tự với đơn vị đo năng lượng là eV, với bội số kilo viết theo tiếng Việt phải là KeV Tuy nhiên, do thói quen, nhiều sách tiếng Việt dùng km, keV. Vì vậy, tác giả sử dụng là km, keV. Đơn vị đo nhiệt độ Kelvin: Cũng tương tự, quốc tế là K, Việt Nam (vẫn theo sách trên) là 0K. Tác giả sử dụng là K. Các chữ số trong luận án được viết theo qui định tiếng Việt, có dấu phẩy trước phần thập phân. Nhưng các bảng Excel để theo qui định tiếng Anh, là dấu chấm. 3. Các vấn đề khác Trong hướng dẫn thực hiện qui chế đào tạoTiến sĩ của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP. HCM không qui định phải đặt dấu chấm sau các tiêu đề, vì vậy luận án không thực hiện việc đặt dấu chấm sau các tiêu đề, mặc dù một số người vẫn quen làm việc này. Ký hiệu vector trong các công thức của luận án thường không dùng dấu mũi tên, mà chỉ in đậm, cho thống nhất với cách ký hiệu của phần lớn các tài liệu tham khảo. Các hình ảnh để minh họa được giữ nguyên cho thật chính xác, không chỉnh sửa và dịch sang tiếng Việt, có đề nguồn trích dẫn. ._.