khảo sát chu kỳ hoạt động thứ 24 của mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ PHẠM THỊ MỸ HẠNH KHẢO SÁT CHU KỲ HOẠT ĐỘNG THỨ 24 CỦA MẶT TRỜI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TP. HỒ CHÍ MINH_Năm 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM KHOA VẬT LÝ PHẠM THỊ MỸ HẠNH KHẢO SÁT CHU KỲ HOẠT ĐỘNG THỨ 24 CỦA MẶT TRỜI Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ Mã số: 102 GVHD: TS. TRẦN QUỐC HÀ TP. HỒ CHÍ MINH_Năm 2011 LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp: “KHẢO SÁT CHU KỲ HOẠT ĐỘNG THỨ 24 CỦA MẶT TRỜI” đã được hoàn thành, em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Mạnh Hùng - Trưởng khoa Vật lý, cùng các thầy cô bộ môn trong khoa Vật lý trường ĐHSP – TP. HCM đã tận tình dạy bảo và truyền đạt kiến thức làm cơ sở nền tảng điều kiện cho em thực hiện tốt luận văn này. Đặc biệt em xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc đến Cô Trần Quốc Hà, người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm luận văn này. Em xin gửi đến Cô mọi lời chúc tốt đẹp nhất. Em cũng xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình em, nguồn động viên tinh thần cho em trong suốt quá trình học tập, cổ vũ em vượt qua những khó khăn, đồng thời em cũng xin bày tỏ lòng cảm kích đến tất cả các bạn của em đã khuyến khích giúp đỡ em trong suốt quá trình làm luận văn này. Vì đây là lần đầu tiên em làm quen với việc nghiên cứu khoa học, em chưa có nhiều kinh nghiệm và do thời gian có hạn nên luận văn của em không tránh những sai sót kính mong quý thầy cô và các bạn thông cảm. Đồng thời em cũng mong muốn nhận được sự đóng góp chân thành của quý thầy cô và các bạn để sửa chữa những sai sót. TP.HCM, tháng 5 năm 201 Sinh viên thực hiện Phạm Thị Mỹ Hạnh MỤC LỤC 5TLỜI CẢM ƠN5T 3 5TMỤC LỤC5T 4 5TDANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT5T 6 5TMỞ ĐẦU5T 7 5TCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẶT TRỜI5T 9 5T1.1. Các thông số cơ bản về Mặt trời5T 9 5T1.2. Cấu trúc Mặt trời5T 9 5T1.2.1. Tâm (Core):5T 10 5T1.2.2. Vùng trực xạ ( Radiation Zone):5T 10 5T1.2.3. Vùng đối lưu Mặt trời (Convective Zone):5T 10 5T1.2.4. Quang cầu (Photosphere):5T 11 5T1.2.5. Sắc cầu (Chromosphere):5T 11 5T1.2.6. Vùng trung chuyển (Transition Region):5T 12 5T1.2.7. Nhật hoa (Corona):5T 12 5T1.3. Nguồn gốc của năng lượng và bức xạ Mặt trời5T 14 5T1.4. Sự tự quay của Mặt trời (Internal rotation)5T 15 5T1.5. Hoạt động Mặt trời (Solar Activities)5T 17 5T1.6. Các dạng hoạt động Mặt trời chính5T 18 5T1.6.1. Vết đen Mặt trời (Sunspots)5T 18 5T1.6.2. Bùng nổ Mặt trời ( Solar Flares)5T 21 5T 1.6.3. Sự phóng vật chất trong Nhật hoa (CME)5T 22 5T1.6.4. Gió Mặt trời ( Solar wind)5T 23 5T1.7. Chu kỳ Mặt trời ( Solar Cycle)5T 24 5T1.8. Từ trường Mặt trời5T 29 5T1.9. Mô hình giải thích hoạt động Mặt trời5T 31 5TCHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CHU KỲ HOẠT ĐỘNG MẶT TRỜI THỨ 245T 35 5T2.1. Những thông số đánh giá hoạt động Mặt trời:5T 35 5T2.1.1. Số vết đen Mặt trời.5T 35 5T2.1.2. Các chỉ số địa từ5T 38 5T2.1.3. Thông lượng 10,7 cm:5T 39 5T2.1.4. Bùng nổ Mặt trời.5T 40 5T2.2. Dự báo về chu kỳ hoạt động Mặt trời thứ 24.5T 40 5T2.3. Khảo sát chu kỳ hoạt động thứ 24 của Mặt trời.5T 44 5T2.3.1. Sơ lược chu kỳ hoạt động thứ 23 của Mặt trời.5T 44 5T2.3.2. Khảo sát chu kỳ hoạt động Mặt trời thứ 24 (giai đoạn đầu chu kỳ).5T 45 5TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ5T 61 5TKẾT LUẬN5T 61 5TKIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO5T 61 5TTÀI LIỆU THAM KHẢO5T 63 5TPHỤ LỤC5T 65 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT MT: Mặt trời HĐMT: Hoạt động Mặt trời BNMT: Bùng nổ Mặt trời CME: Sự phóng vật chất trong Nhật hoa SSN: Số vết đen làm trơn SN: Số vết đen chưa được làm trơn VĐMT: Vết đen Mặt trời UV, EUV: Bức xạ tử ngoại (với bước sóng khác nhau) P –P: C hu trình Proton- Proton CNO: Chu trình Carbon- Nitrogen-Oxygen Dst, Kp, Ap: Chỉ số địa từ IMF : Từ trường liên hành tinh MHD: Từ thuỷ động học Ω : Hiệu ứng tạo trường xoắn α : Hiệu ứng tái tạo trường cực F10,7 cm: Thông lượng bức xạ vô tuyến MỞ ĐẦU Chúng ta đều biết rằng sự sống trên Trái đất tồn tại được nhờ Mặt trời. Mặt trời là nguồn cung cấp ánh sáng và nhiệt năng cho Trái đất. Mối quan hệ giữa Mặt trời và Trái đất đã được chú ý và nghiên cứu từ lâu, với mục đích nhằm nắm vững những quy luật tự nhiên, tìm hiểu rõ bản chất, ích lợi cũng như tác hại của các dạng hoạt động Mặt trời đối với hành tinh của chúng ta, từ đó có hướng phát huy tích cực những mặt có lợi, đồng thời có hướng phòng tránh và giảm thiểu tối đa những tác hại mà bản thân Mặt trời gây ra cho cuộc sống của con người. Đây là một việc làm hết sức cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn to lớn cho nền văn minh hiện nay. Thêm vào đó, hiện nay trên nhiều mạng thông tin xã hội đã và đang đề cập đến vấn đề “Ngày tận thế”, sự diệt vong của Trái đất sẽ diễn ra vào ngày Đông chí, tức ngày 21/12/2012, mà nguyên nhân họ nêu ra đó là do hoạt động Mặt trời gây ra. Chính vì lý do mang tính thời sự này, nên tôi quyết định chọn đề tài “ KHẢO SÁT CHU KỲ HOẠT ĐỘNG THỨ 24 CỦA MẶT TRỜI” để nghiên cứu. Ngày nay, chúng ta đều biết hoạt động Mặt trời mang tính chu kỳ 11 năm, trong quá khứ Mặt trời đã trải qua 23 chu kỳ, hiện tại nó đang bắt đầu chu kỳ thứ 24 (bắt đầu vào cuối năm 2008), để khảo sát trọn vẹn một chu kỳ phải mất nhiều thời gian trung bình khoảng 11 năm nhưng cũng có thể là ít hơn hoặc lâu hơn 11 năm, vì thực tế trong số liệu thống kê được đã có những chu kỳ có thời gian tồn tại rất ngắn, bên cạnh những chu kỳ có thời gian tồn tại kéo dài. Trong thời gian hạn hẹp, tôi chỉ khảo sát hoạt động của chu kỳ thứ 24 ở giai đoạn đầu của chu kỳ, dựa trên nền tảng tính chất từ trường còn sót lại của những chu kỳ trước đó. Vì mỗi chu kỳ, Mặt trời hoạt động không giống nhau, chu kỳ trước không hoàn toàn giống với chu kỳ sau, và sau nữa. Để khảo sát hoạt động thực tế của một chu kỳ nào đó, thông thường người ta sẽ đưa ra những tiên đoán cho chu kỳ cần khảo sát ,việc tiên đoán được đưa ra vào giai đoạn cực tiểu của chu kỳ trước. Sau đó, khi chu kỳ thực sự bắt đầu mới bắt tay vào việc nghiên cứu cụ thể, đồng thời có sự so sánh giữa dự đoán và thực tiễn để có hướng phòng tránh và hạn chế những ảnh hưởng từ Mặt trời đến Trái đất. Một trong những biểu hiện được biết đến đầu tiên của hoạt động Mặt trời (Solar Activities) là vết đen Mặt trời (Sunspot), ngày nay, người ta nhận thấy bên cạnh vết đen ở Mặt trời còn có những dạng hoạt động khác như bùng nổ Mặt trời (Solar Flare) ở Sắc cầu, sự phóng vật chất ở Nhật hoa (Coronal Mass Ejection –CME) hay gió Mặt trời (Solar wind), Những dạng hoạt động này ảnh hưởng trực tiếp đến những thông lượng bức xạ được đo đạc trên Trái đất như chỉ số F10,7 cm – thông lượng bức xạ năng lượng Mặt trời, các chỉ số địa từ Dst, Kp, Ap,…. Trong quá trình khảo sát chu kỳ thứ 24 tôi sẽ tập trung vào khảo sát những đối tượng này. Các số liệu về Mặt trời ta có thể tìm thấy ở những trang wed uy tín. Để khảo sát hoạt động của chu kỳ thứ 24 này tôi sử dụng phương pháp chủ yếu là thống kê, trước hết là tập hợp những dự đoán cho chu kỳ thứ 24. Sau đó, thống kê những số liệu về Mặt trời đang hoạt động thực tiễn, tiếp đến là so sánh giữa tiên đoán và những gì diễn ra thực tiễn có phù hợp với nhau không hay có sự sai lệch và nguyên nhân (nếu có). Vì thời gian khảo sát tương đối ngắn nên việc đánh giá tổng quan về toàn chu kỳ thứ 24 là rất khó khăn nên tôi mong rằng đề tài nghiên cứu này sẽ vẫn được tiếp tục nghiên cứu trong thời gian sắp tới, nhất là thời gian được giới khoa học dự đoán là chu kỳ thứ 24 sẽ đạt cực đại (năm 2013). CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẶT TRỜI 1.1. Các thông số cơ bản về Mặt trời - Khối lượng: 1,99.10P 30 P kg - Bán kính (khoảng cách từ tâm quang cầu): 6,95.10 P 5 P km - Cấp sao nhìn thấy: m= - 26,7 - Cấp sao tuyệt đối: M= 4,8 - Độ trưng: L= 3,8.10 P 26 P W - Loại quang phổ: G2V - Mật độ trung bình: 1,41 g/cm P 3 - Nhiệt độ: + Bề mặt: 6000 K + Tại tâm: 15.10 P 6 P K - Chu kỳ quay trung bình: 27 ngày - Khoảng cách đến Trái đất (trung bình): 149,6.10 P 6 P km - Độ nghiêng giữa mặt xích đạo Mặt Trời với Hoàng đạo: 7 P o P15’ - Thành phần: Mặt Trời cấu tạo hoàn toàn từ chất khí 75% là Hydro, 23% là Heli, 2% là các chất khí khác. 1.2. Cấu trúc Mặt trời Theo mô hình Mặt trời hiện nay, Mặt trời được chia làm hai phần: phần bên trong (Solar Interior) và phần khí quyển (Solar Atmosphere). Phần bên trong Mặt trời được chia làm 3 lớp gồm: tâm, vùng trực xạ và vùng đối lưu. 1.2.1. Tâm (Core): Phần tâm có bán kính vào khoảng 0,2 bán kính Mặt trời, nhiệt độ ở tâm lên đến 15 triệu độ và giảm dần từ tâm ra ngoài, ở rìa ngoài cùng nhiệt độ giảm xuống còn khoảng 10 triệu độ. Dưới sức ép của các lớp bên ngoài, vật chất bên trong Mặt trời bị ép lại do đó càng đi sâu vào trong lòng Mặt trời mật độ vật chất càng tăng, vào khoảng 160.10 P 3 P kg/mP 3 P. 1.2.2. Vùng trực xạ ( Radiation Zone): Vùng trực xạ nằm trong vùng bán kính từ 0,2 đến 0,713 bán kính Mặt trời. Nhiệt độ và mật độ vật chất trong vùng trực xạ giảm dần theo độ tăng bán kính từ 7.10 P 6 PK đến 2.10P 6 PK và 20 g/cm³ xuống chỉ còn 0,2 g/cm³. Ở vùng này, năng lượng bức xạ theo con đường thẳng góc, xuyên tâm. 1.2.3. Vùng đối lưu Mặt trời (Convective Zone): Vùng đối lưu nằm trong vùng bán kính từ 0,713 đến 1,0 bán kính Mặt trời. Nhiệt độ trong vùng đối lưu khoảng 5700 K và mật độ chỉ còn 0,2 g/m³. Ở vùng này, năng lượng bức xạ bằng sự đối lưu. Giữa vùng bức xạ và vùng đối lưu là một lớp chuyển tiếp được gọi là lớp quay chuyển tiếp (Tachocline) có độ dày vào khoảng 2% bán kính Mặt trời. [...]... Effect) Các chu kỳ hoạt động của Mặt trời diễn ra không giống nhau về cường độ, thời gian kéo dài của một chu kỳ, cũng như thời điểm chu kỳ đạt cực đại, (tức là thời điểm trong chu kỳ mà Mặt trời có nhiều vết đen nhất), cực tiểu (tức là thời điểm trong chu kỳ mà Mặt trời có ít vết đen nhất) Những chu kỳ mà Mặt trời hoạt động mạnh thì thời gian đạt đến cực đại của chu kỳ nhanh hơn những chu kỳ hoạt động yếu,... HĐMT Như vậy, chu kỳ hoạt động thực sự của Mặt trời là 22 năm và chu kỳ vết đen 11 năm mà tôi sẽ khảo sát sau đây được xem là một phần riêng của chu kỳ hoạt động năng lượng từ trường của Mặt trời T 2 Từ trường của vết đen là mạnh nhất của Mặt trời, Mặt trời được xem là một nam châm khổng lồ với các đường sức từ xuyên qua nó và ló ra ở gần các cực từ Bắc và Nam Do Mặt trời chuyển động vi sai làm kéo, dãn,... thái của Mặt trời, và công thức tính vận tốc của các dòng plasma nói trên đóng vai trò quan trọng trong việc giải thích các mô hình hoạt động của Mặt trời 1.5 Hoạt động Mặt trời (Solar Activities)  Hoạt động Mặt trời là gì ? Mặc dù, Mặt trời là một ngôi sao ổn định về cấp sao, độ trưng hay độ sáng nhưng bản thân bên trong Mặt trời luôn diễn ra những hoạt động nội tại làm thay đổi tính chất bức xạ của. .. những chu kỳ hoạt động Mặt trời sẽ rất có ích trong việc tiên đoán cũng như khảo sát chu kỳ hoạt động thực tiễn sẽ diễn ra CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CHU KỲ HOẠT ĐỘNG MẶT TRỜI THỨ 24 Chúng ta đều biết rằng sự sống trên Trái đất tồn tại được là nhờ Mặt trời Mặt trời là nguồn cung cấp ánh sáng và nhiệt năng cho Trái đất Nhưng có rất ít người biết tường tận về cấu trúc Mặt trời cũng như ảnh hưởng của nó đối... tính từ cực đại của chu kỳ thứ n đến cực tiểu của chu kỳ thứ n+1 K (n,n+1) : là khoảng thời gian giữa cực đại của chu kỳ thứ n và n+1 M (n) : là biên độ cực đại của chu kỳ thứ n Hoạt động Mặt trời bao gồm hai nhóm: HRV (high rising velocity): tức là có A(n) tăng nhanh, và LRV (low rising velocity) : tức là có A(n) tăng chậm HRV bao gồm các chu kỳ 1, 5, 7, 9,19 và 21 LRV bao gồm các chu kỳ 2, 3, 4, 6,... (CME) 1.9 Mô hình giải thích hoạt động Mặt trời Như chúng ta đã biết hoạt động Mặt trời chính là sự biến đổi điện từ trường của nó Nguyên nhân chính gây nên từ trường của Mặt trời là các dòng chuyển động plasma Từ trường của Mặt trời rất lớn và phức tạp, do đó để có thể giải thích cặn kẽ cơ chế hoạt động của Mặt trời là điều không dễ dàng Các nhà khoa học với sự trợ giúp của kĩ thuật hiện đại và những... tường tận tính chất, hoạt động của từ trường Mặt trời không phải là một việc dễ dàng, do đó, việc nghiên cứu chu kỳ hoạt động Mặt trời rất khó khăn và phức tạp Nhưng Mặt trời có một đặc điểm là nó có sự nhớ từ, vì vậy người ta dựa vào những từ trường còn sót lại của chu kỳ trước để đưa ra những tiên đoán cho chu kỳ tiếp theo về hình dạng, cường độ, và chiều dài của chu kỳ mới; khi chu kỳ mới bắt đầu thì... cuối chu kỳ Khi khảo sát hình dạng chu kỳ VĐMT, người ta nhận thấy nó có dạng hoạt động của một chiếc nôi, nâng lên rồi giảm xuống; riêng chu kỳ 22 năm liên quan đến sự đảo cực từ của Mặt trời, tôi sẽ đề cập ở phần sau Về tài liệu VĐMT thì có khá nhiều, người ta chọn năm 1755 làm mốc để bắt đầu tính chu kỳ thứ nhất, từ 02/1755 đến 04/1766 là chu kỳ thứ nhất, tính cho đến nay đã trải qua 23 chu kỳ, hiện... giữa hoạt động thực tiễn với những gì đã dự đoán, vì những mô hình giải thích hoạt động của Mặt trời cũng chỉ cho ta những dự đoán tương đối, không mô hình nào có khả năng dự đoán chính xác hoạt động Mặt trời, nên có rất nhiều dự đoán khác nhau Trong bài này, tôi cũng sẽ trình bày theo trình tự như trên, tôi sẽ đi từ những dự đoán cho chu kỳ hoạt động thứ 24 và sau đó là khảo sát hoạt động thực tiễn của. .. tính cho đến nay đã trải qua 23 chu kỳ, hiện tại, Mặt trời đang bước vào chu kỳ thứ 24 (bắt đầu vào năm 2008) Tuy nhiên cũng cần lưu ý là không phải chu kỳ nào cũng là 11 năm, trong quá khứ có những chu kỳ kết thúc rất sớm 9 năm (chu kỳ 2 từ 1766 - 1775 ) có chu kỳ kéo dài đến gần 14 năm (chu kỳ 4 từ 1784 - 1798) Bản chất và nguyên nhân của các chu kỳ Mặt trời vẫn còn đang là điều bí ẩn đối với các nhà . 5T2.1.4. Bùng nổ Mặt trời. 5T 40 5T2.2. Dự báo về chu kỳ hoạt động Mặt trời thứ 24. 5T 40 5T2.3. Khảo sát chu kỳ hoạt động thứ 24 của Mặt trời. 5T 44 5T2.3.1 5T2.3.1. Sơ lược chu kỳ hoạt động thứ 23 của Mặt trời. 5T 44 5T2.3.2. Khảo sát chu kỳ hoạt động Mặt trời thứ 24 (giai đoạn đầu chu kỳ) .5T 45 5TKẾT LUẬN