Nghiên cứu bão từ năm 2003

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ Cao Thị Vĩnh Phương LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ CAO THỊ VĨNH PHƯƠNG Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ Mã số: 102 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Trần Quốc Hà Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2011 Mục lục Mục lục . Danh mục hình: . Danh mục bảng số liệu: . Lời cảm ơn Mở đầu Chương : Tổng quan bão từ. . 10 1.1. Bão từ tác hại bão từ: . 10 1.1.1. Bão từ gì? 10 1.1.2.Tác hại bão từ: . 10 1.2. Từ trường Trái Đất: 11 1.2.1.Sự biến động từ trường Trái Đất. 12 1.2.2.Từ Trái Đất. . 13 * Vành đai xạ Van Allen (Van Allen radiation belts): 15 Chương 2: Lý thuyết bão từ. 16 2.1. Mặt Trời – nguồn gốc bão từ: 16 2.1.1Vết đen MT: 16 2.1.2. Bùng nổ MT: . 17 * Sự kiện proton (proton event): . 18 2.1.3. Sự phóng vật chất Nhật hoa (Coronal Mass Ejection – CME ): . 18 2.1.4.Gió MT: 19 2.2.Một số giải thích chế gây bão từ: 20 2.2.1.Một số giải thích bão từ: . 20 2.2.1.1.Lý thuyết Chapman – Ferraro: . 20 2.2.1.2. Lý thuyết – thời tiết vũ trụ: 22 2.2.2.Cơ chế hình thành bão từ hạ bão từ: . 23 2.3.Một vài số liên quan đến bão từ: . 26 2.3.1.Chỉ số hành tinh Kp: 26 2.3.2.Chỉ số Ap: 27 2.3.3.Chỉ số S – solar radiation storm: 28 2.3.4.Chỉ số R – radio blackout: . 28 Chương 3: Nghiên cứu bão từ năm 2003 29 3.1. Mục đích: . 29 3.2. Phương pháp nghiên cứu: 29 3.3. Nghiên cứu chu kỳ hoạt động 23 MT: 29 3.4. Khảo sát hoạt động MT từ ngày 19/10 – 05/11/ 2003 . 31 3.4.1. Khảo sát vết đen MT từ ngày 19/10 – 05/11/ 2003: . 31 3.4.1.1.Vùng 484: 32 3.4.1.2.Vùng 486: 33 3.4.1.3.Vùng 488: 34 3.4.2. Sự kiện proton (proton event): 35 3.4.3.Khảo sát phóng vật chất Nhật hoa – CME từ 19/10 – 4/11/2003: . 37 3.4.4. Khảo sát biến động số Dst từ 1/10 – 31/11/2003: . 40 3.5. So sánh cường độ bão từ năm 2003 năm 2002 – 2004, 2005: . 44 3.6.Tình hình bão từ xảy nước Việt Nam 46 Chương 4: Kết luận kiến nghị 50 Phụ lục 1:Ảnh hưởng bão từ lên hệ thống ống dẫn dầu . 51 Phụ lục 2:Ảnh hưởng bão từ lên hệ thống tải điện . 53 Phụ lục 3: Các thiết bị dự báo bão Mặt Trời bão từ . 55 Phụ lục 4: Dự đoán bão từ vào năm 2013 . 58 Phụ lục 5: Chỉ số Dst tháng 10 – 11/2003. . 61 Phụ lục 6: Các kí hiệu viết tắt. 63 Tài liệu tham khảo . 64 Danh mục hình: Hình 1.1. Hệ thống đường dây điện hệ thống ống dẫn dầu. 11 Hình 1.2: Từ trường Trái Đất 12 Hình 1.3: Hình dạng từ Trái Đất. 13 Hình 1.4: Các vành đai xạ: màu đỏ - vành đai ; màu xám - vành đai ngoài. . 15 Hình 2.1. Số vết đen MT quan sát trung bình hàng năm từ năm 1900 – 2000 . 16 Hình 2.2: ảnh chụp CME 19 Hình 2.3: CME phóng từ MT. . 19 Hình 2.4: Vòng điện bao quanh T Đ. 20 Hình 2.5: Các lớp điện tích dòng điện từ T Đ 22 Hình 2.6: Các đường sức từ IMF . 23 Hình 2.8: IMF kết nối với từ trường Trái Đất 24 Hình 2.9: Quá trình đóng mở đường sức T Đ tác động gió MT IMF. . 25 Hình 2.10 : Các pha hạ bão từ: 25 Hình 2.11: Cực quang phía núi lửa Eyjafjallajökull Iceland . 26 Hình 3.1: Nhóm vết đen 484 32 Hình 3.2: Sự thay đổi kích thước vùng 484 32 Hình 3.3: Nhóm vết đen 486 33 Hình 3.4: Sự thay đổi kích thước vùng 486 33 Hình 3.5: Nhóm vết đen 488 34 Hình 3.6: Sự thay đổi kích thước vùng 488. . 34 Hình 3.7: Biểu đồ mô tả mật độ hạt mức lượng tương ứng ngày 28/10 – 6/11/2003 . 36 Hình 3.8: Tốc độ CME từ 21/10 – 4/11/2003. . 39 Hình 3.9: Sự thay đổi vận tốc gió MT từ 19/10 – 4/11/2003 39 Hình 3.10 : Chỉ số Kp từ ngày 29/10 – 1/11/2003 39 Hình 3.11: Chỉ số Dst ngày suốt tháng 10 11/2003 . 41 Hình 3.12: Chỉ số GIC 42 Hình 3.13: Chỉ số Dst tháng xuất bão từ có cường độ mạnh năm 2002, 2004, 2005. 46 Hình 3.14: Sơ đồ vị trí trạm dự báo bão từ Sapa, Phú Thụy, Đà Lạt, Bạc Liêu. 48 Hình 3.15 : Đồ thị mô tả biến thiên thành phần H hai trạm Bạc Liêu Phú Thụy năm 2005 . 48 Hình 1: Mô hình dòng điện GIC chạy ống dẫn. 51 Hình : Mô hình thiết bị bảo vệ ống dẫn chống bị bào mòn dòng GIC. 52 Hình : Trường địa từ thay đổi điện ống dẫn đất quan sát Canada vào tháng 6-7 năm 2000. 52 Hình : Mô hình điện bề mặt T Đ – ESP tạo dòng GIC chạy qua hệ thống tải điện. . 53 Hình 5: SOHO spacecraft. . 55 Hình 6: Vị trí điểm lagrangian . 55 Hình 7: ACE satelite . 56 Hình : Wind spacecraft. . 56 Hình 9: GOES satelite . 57 Hình 10 : IMAGE spacecraft. . 57 Hình 11: Chu kỳ 24 tương tự chu kỳ đạt cực đại năm 1928. 58 Hình 12: số vết đen MT từ năm 2001 – 2016 . 58 Hình 13: Số vết đen MT từ năm 2001 – 2019. Đường màu đỏ số vết đen dự đoán. 59 Danh mục bảng số liệu: Bảng 1: Các loại bùng nổ MT. 17 Bảng 2: Mối liên hệ số K G . 27 Bảng 3: Chỉ số S 28 Bảng 4: Chỉ số R – radio blackout 28 Bảng 5: Số vết đen làm trơn (SSN) trung bình thực tế chu kỳ 23 : 30 Bảng 6: Số vụ CME xảy chu kỳ thứ 23 . 30 Bảng 7: Những vụ bùng nổ MT tiêu biểu chu kỳ 23 . 30 Bảng 8: Những nhóm vết đen có liên quan đến vụ bùng nổ MT từ ngày 19/10 – 05/11/ 2003 . 31 Bảng 9: Sự kiện Proton ( lượng, mật độ) 35 Bảng 10: Gió MT (vận tốc, mật độ) cường độ IMF, vận tốc CME 38 Bảng 11 So sánh hoạt động MT năm 2002, 2003, 2004, 2005: . 45 Bảng 12: So sánh cường độ bão từ năm 2003, 2004, 2005: 45 Bảng 13: Tọa độ địa lý trạm dự báo, tên thiết bị nghiên cứu bão từ . 47 Bảng 14: Số trận bão từ xảy Việt Nam từ năm 1986 – 2008: 48 Bảng 15: Cường độ bão từ qua năm: 48 Bảng 16: Mối liên hệ cường độ dòng GIC dòng AC 54 Lời cảm ơn Vật lý, môn học theo suốt 10 năm từ học lớp vào đại học. Đến học kỳ I năm ba, học môn thiên văn học. Nhiều điều lạ đến với tôi. Vật lý không mảng cơ, nhiệt, điện, quang nằm cách riêng rẻ mà tất nằm thể thống tác động qua lại, nguyên nhân đồng thời hệ kia. Và tất nằm vũ trụ kỳ bí mà thân thật chạm tay vào bắt đầu bước đường khoa học. Lúc nhớ lại câu nói sách thiên văn học gây cho nhiều suy ngẫm: “Ai tí thiên văn học đại, người coi học hành đầy đủ”. Vâng, thế! Con người khám phá điều bí ẩn Trái Đất, làm cho sống nhân loại văn minh, tiện nghi hơn. Từ lại dẫn dắt ta đến chiến với thiên nhiên để bảo vệ phát triển văn minh ấy. Thiên văn học đại phương thức, vũ khí để người chống chọi chiến đó. Chính thiên văn học cho nhiều hứng khởi thích thú. Tôi nhận thấy làm luận văn tốt nghiệp có hai điều may mắn. Thứ nhất, tình cờ làm mảng thiên văn học. Thứ hai, đề tài “nghiên cứu bão từ năm 2003” có chút ẩn chút hiện, làm không khỏi tò mò, suy nghĩ. Một chút – điều biết qua báo chí tầm ảnh hưởng bão từ. Một chút ẩn – chế nguyên nhân hình thành nên bão từ. Bắt tay vào làm đề tài mục đích muốn hiểu rõ chế nguyên nhân gây nên bão từ cụ thể bão từ năm 2003. So sánh cường độ bão từ với năm khác sau cực đại. Bên cạnh rút nhận xét chung tình hình bão từ sau cực đại thời gian tới. Đồng thời tìm hiểu việc nghiên cứu bão từ nước Việt Nam nhiều năm qua. Em xin cảm ơn dẫn tận tình cô Trần Quốc Hà thầy cô khoa lý dạy dỗ em suốt bốn năm qua. Cảm ơn bạn lớp hỗ trợ việc tìm kiếm tài liệu để hoàn thành luận kịp thời gian. Với khả hạn chế chắn luận gặp nhiều sai sót, hy vọng nhận thêm góp ý thầy cô bạn. Sinh viên thực Cao Thị Vĩnh Phương Mở đầu Mặt Trời (MT) gần nhất. Bên cạnh MT hoạt động mạnh cung cấp không ánh sáng cho Trái Đất (TĐ) mà đồng thời gây thiên tai cho sống TĐ. Vì khoa học vũ trụ phát triển, việc nghiên cứu MT hoạt động MT việc thiết yếu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn. Bão địa từ hay gọi bão từ thời kỳ kim la bàn dao động đột ngột mãnh liệt. Người ta cho nguyên nhân gây bão địa từ bão Mặt Trời gây nên. Từ năm 1930 Chapman Ferraro đưa lý thuyết bão từ, nhiên chưa cụ thể rõ ràng. Cho đến năm 1960 vận tốc gió MT đo xác lúc hình dạng từ TĐ mô cách đầy đủ có dạng “quả trứng gà đẻ non” tác động gió MT. Tới năm 1970 bão từ định nghĩa theo lý thuyết – thời tiết vũ trụ - nhiễu loạn từ quyển, nhiễu loạn vũ trụ gây nên. Những nhiễu loạn hoạt động MT cụ thể bão MT. Bão MT bao gồm tượng bùng nổ MT CME (Coronal Mass Ejection), dạng hoạt động MT diễn sắc cầu Nhật hoa. Bão MT phóng thích đột ngột xạ điện từ bước sóng xạ hạt với lượng lớn vào không gian. Khi đến Trái Đất tương tác với từ TĐ gây bão từ. Nguyên nhân dẫn đến hoạt động MT thành phần cấu tạo nên MT tự quay MT. MT khối khí với lớp khí nhân tồn dạng plasma nhiệt độ cao hàng chục triệu độ. Những hạt plasma đóng băng vào đường sức từ MT làm cho đường sức từ sợi dây điện. Do MT tự quay với chu kỳ khoảng 27 ngày, gây quay không đồng lớp khí MT làm cho vùng dây điện bị xoắn lại tạo nên vùng hoạt động (active region). Các dây xoắn trồi lên bề mặt MT vết đen MT – nơi từ trường MT trở nên bất thường. Bên cạnh đó, dây điện MT bị chập mạch, phóng vũ trụ đợt lượng lớn kèm theo tia xạ đủ bước sóng gọi bùng nổ MT CME. Hoạt động MT biến thiên tuần hoàn theo chu kỳ khoảng 11 năm. Tính đến 23 chu kỳ (mốc từ năm 1749) bắt đầu sang chu kỳ 24 năm (từ 2009 đến nay) Nghiên cứu bão từ xảy chu kỳ người ta nhận thấy ngày có bão từ mạnh diễn sau đợt bão MT với vụ bùng nổ CME có cường độ tốc độ lớn, tiêu biểu chu kỳ 23 ( từ 5/1996 – 10/2008) vào năm 2003 ( khoảng thời gian từ 10 -11/2003). Vì đề tài “Nghiên cứu bão từ năm 2003” tập trung nghiên cứu bão MT bão từ thời gian từ 1011/2003 để tìm mối liên hệ hai tượng trên. Đề tài gồm hai nội dung chính: Thứ nhất: nghiên cứu nguyên nhân chế hình thành bão từ. Thứ hai: khảo sát tình hình bão từ năm 2003 cụ thể sau: Tìm hiểu đặc điểm hoạt động MT thời gian xảy bão từ (10-11/2003) ( kích thước vết đen ). Khảo sát kiện bùng nổ MT, kiện proton ( mật độ, lượng), CME (tốc độ), gió MT (tốc độ, mật độ ), từ trường liên hành tinh IMF (cường độ, hướng). Khảo sát biến động số Dst; rút nhận xét ảnh hưởng bão MT xuất cường độ bão từ TĐ. Nhận xét cường độ bão từ sau cực đại chu kỳ qua việc so sánh cường độ bão từ năm 2003 với năm 2002, 2004, 2005. Đồng thời, đề tài tìm hiểu tình hình bão từ xảy Việt Nam (số trận bão từ cường độ bão từ mạnh xảy năm) ảnh hưởng mà bão từ gây cho người, sở vật chất TĐ. Qua rút nhận xét chung đưa kiến nghị tình hình nghiên cứu bão từ Việt Nam. 50 Chương 4: Kết luận kiến nghị - Bão từ tượng tự nhiên nằm tầm kiểm soát người, có nguồn gốc từ hoạt động Mặt Trời. Bão từ ảnh hưởng đến hệ thống truyền tải điện, hệ thống ống dẫn dầu, vệ tinh, tàu vũ trụ, thông tin liên lạc sóng vô tuyến… Nhìn chung, đời sống người ngày đại công nghệ hóa, thiết bị điện tử ngày phổ biến rộng khắp ảnh hưởng bão từ đời sống người vấn đề không nhỏ.Việc phát triển khoa học vũ trụ điều thiết yếu, đặc biệt việc nghiên cứu dự báo bão từ. - Để nghiên cứu dự báo bão từ khoa học phải nghiên cứu hoạt động MT. Hiện người ta dự đoán hoạt động MT dựa vào thiết bị dự báo MT. - MT hoạt động theo chu kỳ 11 năm bão từ xuất theo chu kỳ 11 năm. - Cường độ bão từ phụ thuộc vào dạng hoạt động MT đặc biệt bùng nổ MT CME. Nếu khoảng thời gian ngắn dạng hoạt động bùng nổ MT, CME, kiện proton, IMF xuất với cường độ cao gây bão từ lớn. - Sau cực đại chu kỳ thường có đợt bão từ lớn phụ thuộc vào cường độ bão MT - Việt Nam nước phát triển, khoa học vũ trụ chưa phát triển cao. Chính đòi hỏi nước ta cần tăng cường hợp tác với nước tiên tiến giới để nắm bắt thông tin bão từ kịp thông báo rộng rãi đến doanh nghiệp cộng đồng nhân dân nước. Bên cạnh đó, nước ta cần mở rộng việc truyền thông để người dân hiểu biết cách phòng ngừa. Đồng thời mở rộng việc nghiên cứu, giảng dạy cách nghiêm túc trường học để nâng cao nhận thức học sinh sinh viên 51 Phụ lục 1:Ảnh hưởng bão từ lên hệ thống ống dẫn dầu Dòng cảm ứng địa từ (GIC) sinh thay đổi từ trường TĐ có tần số khoảng Hz. Như dòng GIC xem dòng chiều. Hình 1: Mô hình dòng điện GIC chạy ống dẫn.[8] Bề mặt TĐ lớp đồng khả dẫn điện bề mặt TĐ thay đổi theo vị trí, tùy vùng dẫn điện tốt yếu. Do dòng GIC chạy bề mặt TĐ, đồng thời hướng ống dẫn (pipe line) thay đổi làm cho điện ống nhiều chỗ không từ xuất ống dòng điện làm cho tốc độ phản ứng hóa học bào mòn ống dẫn diễn nhanh hơn. H2 O => H+ + OH – (sự tạo thành gỉ sắt) Fe++ + (OH)– = Fe(OH)2 Fe+++ + (OH)– = Fe(OH)3 Để hạn chế hư hại này, người ta lắp vào ống dẫn thiết bị, cực âm (cathode) nối với ống dẫn, cực dương nối với mặt đất. Hai cực nối vào nguồn 52 điện chiều, hiệu điện dất ống dẫn trì khoảng -0.85V đến -1.35V. Tuy nhiên bão từ xảy dòng GIC thay đổi lớn làm cho điện vượt mức quy định ( vùng an toàn – safe region) tuổi thọ ống dẫn bị giảm. Hình : Mô hình thiết bị bảo vệ ống dẫn chống bị bào mòn dòng GIC. Hình : Trường địa từ thay đổi điện ống dẫn đất quan sát Canada vào tháng 6-7 năm 2000. (http//Space Weather Canada/Geomagnetic Effects on Pipelines) 53 Phụ lục 2:Ảnh hưởng bão từ lên hệ thống tải điện Như trình bày phần trên, bề mặt TĐ lớp dẫn điện không đồng nhất. Trong hệ thống điện ba pha, dây trung tính nối với mặt đất. Tại hai điểm nối xuất điện gọi điện bề mặt TĐ (ESP – earth – surface potential). Vì dòng GIC theo dây trung tính chạy vào hệ thống điện 3pha. Hình : Mô hình điện bề mặt T Đ – ESP tạo dòng GIC chạy qua hệ thống tải điện.[10] Điện ESP chủ yếu nằm dọc theo hướng đông –tây, đạt đến cường độ V/km thời gian xảy bão từ mạnh ( vùng gần cực quang) trì trạng thái vài phút. Cường độ dòng GIC biến thiên làm tăng biên độ dòng AC mạng ba pha. Hiện nay, thực tế thường có mạng 340 KV, 500KV, 760KV; mạng 760 KV chịu ảnh hưởng lớn (mạng cao KV bị ảnh hưởng nặng). Ngoài ra, đường dây tải dài bị ảnh hưởng dòng GIC. 54 Bảng 16: Mối liên hệ cường độ dòng GIC dòng AC [10] Cường độ GIC A/ phase Cường độ AC 90A 25A/ phase 300A 100A/ phase 800A Thông thường bão từ nhỏ ( Kp < 4) ảnh hưởng không ảnh hưởng đến hệ thống tải điện. Đối với bão từ có Kp > tạo ESP với cường độ từ 2-3 V/km bắt đầu gây ảnh hưởng đến hệ thống truyền tải. Để hạn chế mức độ ảnh hưởng dòng GIC gây ra, người ta lắp đặt thiết bị cản trở dòng chiều GIC chạy vào hệ thống truyền tải. Tuy nhiên mạng lưới điện phân bố rộng khắp với số lượng lớn, việc lắp đặt thiết bị đòi hỏi lượng tiền lớn. Chính phương án khả thi vào giai đoạn có bão từ mạnh người ta giảm suất truyền tải hệ thống xuống 95% so với suất tối đa. 55 Phụ lục 3: Các thiết bị dự báo bão Mặt Trời bão từ 1. Tàu vũ trụ SOHO (Solar and Heliospheric Observatory): Tàu vũ trụ SOHO phóng vào ngày 2/12/1995, nằm vị trí cách TĐ khoảng 1,6 triệu km (điểm lagrangian L1 – điểm lực hấp dẫn gữa TĐ MT cân nhau) Tàu có nhiệm vụ thăm dò xạ phóng từ MT, tia X, hạt mang lượng, mật độ proton, số địa từ quan sát bề mặt MT. Trên tàu SOHO có chứa thiết bị LACOS EIT để quan sát CME . Hình 5: SOHO spacecraft. [14] Hình 6: Vị trí điểm lagrangian [3] 2. Vệ tinh ACE (the Advanced Composition Explorer) : Vệ tinh ACE phóng vào ngày 25/8/1997. Vệ tinh nằm vị trí L1; có nhiệm vụ thu thập thông tin từ trường liên hành tinh IMF, mật độ plasma, 56 vận tốc nhiệt độ plasma; đồng thời cho biết thông tin lượng hạt proton, electron Hình 7: ACE satelite (http://zseltvay.com/ace_satellite.htm) 3. Tàu vũ trụ Wind Tàu vũ trụ Wind phóng vào ngày 1/11/1994, nằm điểm L1. Nhiệm vụ tàu Wind nghiên cứu hạt mang lượng; plasma; từ trường IMF; vận tốc, áp suất gió MT; vận tốc proton. Hình : Wind spacecraft. (http://www-istp.gsfc.nasa.gov/wind.shtml) 4. Vệ tinh GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite): Vệ tinh GOES có nhiệm vụ nghiên cứu ảnh hưởng hoạt động MT lên hệ thống liên lạc TĐ. Những thiết bị vệ tinh GOES đếm số hạt proton, electron , alpha phóng từ MT, đồng thời cho biết thông tin từ trường tia X 57 Hình 9: GOES satelite (http://www.asc-csa.gc.ca/eng/educators/resources/orbital/geosynchronous.asp) 5. Tàu thăm dò IMAGE (Imager for Magnetopause to Aurora Global Exploration): Tàu thăm dò IMAGE phóng vào ngày 25/3/2000, nằm vị trí cách TĐ khoảng 45 922 km. Tàu IMAGE có nhiệm vụ tìm hiểu chế thâm nhập vào từ hạt plasma; kiểm tra dịch chuyển hạt plasma suốt thời kỳ xảy bão từ hạ bão từ; đồng thời tàu cho biết thông tin biến động từ tác động với gió MT. Hình 10 : IMAGE spacecraft. (http://www.daviddarling.info/encyclopedia/I/IMAGE_satellite.html) 58 Phụ lục 4: Dự đoán bão từ vào năm 2013 Năm 2009, chu kỳ 24 mở ra, nhà khoa học bắt đầu đưa lời dự đoán việc bão từ xảy vào năm 2012-2013. Dựa vào cường độ hoạt động MT lúc nhà khoa học nhận thấy MT thời kỳ hoạt động yên tĩnh nhà khoa học tin chu kỳ thứ 24 có tối đa 90 vết đen chu kỳ tương tự chu kỳ đạt đỉnh vào năm 1928. Từ nhà khoa học dự báo vào năm 2013 cực đại chu kỳ. Hình 11: Chu kỳ 24 tương tự chu kỳ đạt cực đại năm 1928. Hình 12: số vết đen MT từ năm 2001 – 2016. Đường màu đỏ dự báo số vết đen MT chu kỳ 24. Dự đoán chu kỳ 24 có tối đa 90 vết đen. (http://thienvanbachkhoa.org/ - Dự báo chu kì mặt trời: vết đen hơn, chưa hoạt động – 6/6/2009) 59 Dựa vào cường độ hoạt động MT so với năm trước nhà khoa học dự báo xảy đợt bão lớn vào tháng /2013 với cường độ năm 1859 (sự kiện Carrington).( Tuy nhiên năm 1859 không gây nhiều thiệt hại cho giới lúc chưa có nhiều hệ thống điện tử bây giờ) Cho đến khoảng tháng 3/2011 tình hình hoạt động MT diễn theo dự đoán. Tính đến ngày 9/3/2011 xuất 39 vết đen. Trong tháng tháng xuất bùng nổ MT với cường độ X1,5 X1. Chỉ số liên hành tinh từ đầu năm 2011 tháng 3/2011 có chiều hướng tăng (trong tháng số Kp >4). Chính thời gian gần (21/2/2011) nhà khoa học lại tiếp tục đưa lời cảnh báo việc TĐ chuẩn bị hứng chịu trận bão từ lớn mà họ gọi “ Katrina toàn cầu”gây thiệt hại cho giới 2000 tỷ USD. Hình 13: Số vết đen MT từ năm 2001 – 2019. Đường màu đỏ số vết đen dự đoán. (solarcycle 24.com – update 9/3/2011) 60 Nhìn chung hoạt động MT có nhiều biến đổi bất thường. Có năm MT yên tĩnh, không xuất vết đen (hình 11 - Maunder Minimum) có năm MT hoạt động mạnh tuân theo chu kỳ 11 năm. Khoa học dựa vào chu kỳ hoạt động MT, so sánh với chu kỳ trước để đưa lời tiên đoán tương lai. Nhưng tiên đoán xảy không. Hiện chu kỳ 24 bắt đầu gần năm (2009- 3/2011), MT hoạt động dự đoán. Tuy nhiên việc siêu bão từ xảy vào tháng 5/2013 vẩn chuyện tương lai, có nhiều thay đổi, chờ xem.!. 61 Phụ lục 5: Chỉ số Dst tháng 10 – 11/2003. WDC for Geomagnetism, Kyoto Hourly Equatorial Dst Values OCTOBER unit=nT (FINAL) 2003 UT 10 11 12 13 -11 -12 -12 -13 -13 -10 -14 -17 -13 -8 -2 -24 -21 -23 -23 -21 -19 -16 -15 -9 -8 -8 -7 -4 -14 -24 -29 -27 -27 -33 -28 -23 14 15 16 17 18 19 20 -2 -1 10 16 19 -4 -1 21 22 23 24 DAY -2 -7 -8 -8 -7 -9 -12 -1 -4 -4 -4 -3 -1 -1 -15 -15 -20 -17 -12 -2 -24 -26 -24 -18 -13 -15 -15 -14 -12 -15 -16 -14 -38 -36 -3 -12 -12 -7 -5 -9 -5 -4 -5 -1 -8 -5 -6 -6 -5 -5 -4 -2 -1 19 24 31 25 15 -1 11 10 15 16 19 20 16 -4 -4 -2 -1 -8 -5 -8 -11 -7 -9 -7 -5 -5 -9 -10 -8 -7 -5 -3 -6 -9 -7 -5 -5 -2 -3 -3 -1 -2 -6 -12 -10 -6 -5 -3 -2 -1 -2 -3 -1 -1 -4 -4 -1 -1 -3 -5 10 11 -6 -4 12 11 12 12 10 11 10 13 10 18 20 18 17 21 18 -7 -18 -14 -8 -11 -31 -25 -21 13 14 -22 -18 -17 -17 -19 -29 -35 -39 -38 -30 -37 -52 -52 -38 -28 -17 -22 -28 -44 -28 -28 -66 -85 -77 15 -67 -66 -66 -64 -60 -68 -77 -63 -58 -54 -52 -51 -50 -48 -57 -58 -60 -52 -47 -39 -44 -44 -42 -45 16 -40 -44 -51 -46 -38 -38 -38 -41 -42 -42 -42 -36 -34 -37 -39 -41 -39 -37 -29 -33 -30 -26 -24 -33 17 -36 -33 -31 -29 -39 -51 -53 -53 -45 -44 -45 -38 -36 -35 -39 -39 -36 -31 -28 -34 -31 -25 -23 -20 18 -17 -20 -18 -23 -27 -31 -42 -49 -37 -32 -31 -34 -37 -33 -28 -30 -32 -33 -37 -37 -30 -25 -26 -22 19 -21 -26 -28 -26 -27 -37 -39 -42 -37 -32 -35 -38 -40 -39 -45 -40 -40 -49 -54 -48 -53 -46 -41 -46 20 -49 -44 -40 -40 -40 -35 -29 -31 -40 -44 -45 -37 -34 -42 -43 -40 -35 -27 -23 -24 -34 -57 -50 -41 21 -40 -49 -52 -48 -43 -39 -37 -45 -40 -36 -29 -40 -43 -42 -41 -42 -54 -53 -57 -50 -51 -60 -54 -46 22 -46 -47 -49 -56 -51 -51 -61 -50 -51 -48 -36 -22 -24 -24 -15 -20 -33 -33 -34 -32 -30 -28 -24 -24 23 -16 -13 -20 -18 -17 -18 -19 -21 -18 -19 -18 -17 -19 -15 -14 -14 -12 -11 -12 -11 -11 24 -10 -8 -8 -9 -12 -13 -15 -15 -20 -24 -37 -43 -44 -30 -26 25 -29 -19 -3 -11 -10 -13 -19 -20 -18 -21 -20 -26 -27 -41 -49 -43 -30 -33 -38 -41 -39 -33 -32 26 -31 -33 -32 -29 -27 -25 -24 -24 -19 -11 27 -43 -49 -47 -49 -52 -52 -50 -46 -48 -51 -49 -41 -36 -35 -34 -34 28 -24 -24 -14 -18 -14 -32 -32 -24 -20 -16 29 -34 -42 -32 -25 -28 -30 -10-105 -130-151-151-147-111 -79 -99-107 -124-126-169-213-253-268-281-350 -7 -7 -4 -1 -1 -5 -4 -4 -4 -4 -6 -8 -6 -4 -5 -9 -5 -9 -10 -10 -26 -34 -22 -18 -36 -7 -8 -15 -18 -29 -33 -30 -30 -30 -27 -27 -27 -25 -24 -4 -9 -16 -18 -19 -22 -14 -20 30 -353-341-335-303-273-244-220-203 -192-178-164-155-156-148-138-129 -111 -97-111-142-240-316-383-371 31 -307-246-244-241-196-131-106-113 -113-109-113 -55 -77 -80 -88 -80 -76 -68 -70 -66 -63 -52 -55 -66 62 WDC for Geomagnetism, Kyoto Hourly Equatorial Dst Values (FINAL) NOVEMBER 2003 unit=nT UT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 DAY -69 -69 -61 -62 -61 -62 -56 -48 -47 -44 -41 -38 -43 -46 -46 -39 -35 -31 -28 -32 -36 -33 -31 -37 -41 -40 -31 -23 -27 -30 -26 -23 -23 -22 -27 -31 -25 -25 -28 -29 -28 -23 -23 -21 -23 -22 -26 -32 -36 -38 -32 -26 -26 -28 -21 -18 -17 -14 -20 -15 -12 -12 -14 -15 10 -15 -69 -63 -55 -58 -61 -59 -55 -50 -45 -41 -39 -36 -39 -42 -41 -36 -31 -31 -31 -30 -27 -24 -25 -28 -29 -28 -27 -25 -22 -19 -17 -16 -17 -12 -17 -18 -17 -22 -24 -24 -21 -21 -25 -25 -20 -17 -16 -14 -15 -13 -12 -11 -10 -10 -16 -20 -15 -10 -14 -15 -14 -12 -11 -15 -13 -11 14 -5 -3 -1 -3 -7 -7 -5 -11 -14 -13 -5 -7 -9 -6 -4 -2 -3 -2 -4 -5 -6 -6 -11 -7 -5 -9 -1 -8 -8 -7 -7 -6 -4 -3 -4 -4 -3 -9 -21 -18 -1 -3 11 15 21 12 -5 -5 -3 -15 -31 -25 -21 -22 -26 -33 -33 -26 -24 -25 10 -23 -16 -13 -21 -18 -20 -20 -13 -11 -13 -17 -16 -18 -19 -25 -25 -20 -16 -29 -36 -32 -29 -30 -37 11 -48 -40 -28 -30 -42 -46 -43 -39 -37 -47 -50 -38 -55 -62 -59 -54 -52 -51 -51 -52 -49 -48 -54 -46 12 -47 -38 -39 -35 -35 -32 -33 -34 -39 -29 -29 -30 -30 -28 -26 -28 -36 -29 -33 -35 -31 -30 -27 -27 13 -29 -29 -25 -18 -23 -31 -31 -26 -33 -36 -25 -14 -18 -31 -32 -36 -44 -52 -46 -59 -59 -55 -47 -55 14 -51 -38 -37 -35 -44 -52 -55 -42 -35 -39 -38 -28 -35 -39 -32 -27 -25 -25 -30 -41 -37 -35 -28 -28 15 -26 -18 -19 -19 -25 -26 -17 -37 -34 -46 -39 -37 -50 -48 -46 -43 -49 -43 -43 -44 -40 -40 -42 -34 16 -31 -31 -29 -25 -32 -33 -32 -37 -48 -49 -34 -29 -31 -29 -38 -32 -28 -35 -40 -36 -33 -36 -37 -32 17 -27 -33 -31 -35 -42 -44 -48 -43 -41 -39 -34 -25 -25 -26 -36 -42 -41 -40 -32 -25 -29 -29 -36 -36 18 -27 -22 -21 -29 -31 -30 -30 -27 -28 -26 -20 -23 -27 -28 -31 -27 -26 -29 -22 -22 -20 -16 -15 -17 19 -15 -18 -18 -18 -22 -27 -26 -26 -25 -21 -17 -16 -17 -21 -18 -17 -14 -16 -11 20 -4 -6 -5 -7 -15 -26 -32 -34 -6 -6 -3 -2 -4 -17 -38 -68 -58 -49-102-162-171 -229-329-396-413-422-422-405-343 21 -309-256-230-194-191-185-156-162 -162-141-130-122-118-117-110-104 -105-104 -92 -86 -83 -76 -69 -63 22 -60 -71 -79 -74 -68 -70 -74 -69 -65 -59 -50 -44 -42 -40 -43 -54 -63 -64 -72 -85 -86 -83 -87 -86 23 -79 -69 -65 -73 -74 -74 -66 -70 -71 -66 -59 -51 -46 -49 -41 -38 -35 -33 -35 -38 -46 -47 -41 -36 24 -32 -33 -30 -29 -29 -30 -30 -29 -27 -29 -28 -28 -26 -27 -27 -26 -23 -27 -28 -26 -31 -32 -33 -28 25 -27 -27 -27 -25 -28 -35 -33 -28 -26 -31 -26 -23 -22 -21 -20 -23 -24 -25 -23 -17 -14 -12 -14 -19 26 -19 -21 -23 -23 -22 -21 -23 -24 -20 -19 -17 -12 -12 -20 -20 -16 -22 -22 -19 -17 -13 -12 -15 -15 27 -14 -13 -16 -17 -14 -14 -13 -12 -10 -9 -5 -4 -5 -11 -12 -10 -10 -7 -10 -7 -4 -1 -9 -7 -3 -3 -7 -10 -11 -8 -6 -8 -10 -6 -4 -4 -2 -2 -12 -11 -11 -9 -7 -4 -5 -4 -3 -1 28 29 30 -1 -6 -7 -10 -9 -7 -7 -9 -1 -6 -13 -11 -9 -7 -7 -9 -8 -4 12 16 19 22 23 19 15 16 14 -3 -3 -9 -23 -30 -34 -39 -38 -33 -27 -7 -9 -7 -5 63 Phụ lục 6: Các kí hiệu viết tắt. Ap: An index of the disturbance in the geomagnetic field, the planetary A index is calculated from a network of observations worldwide (số liệu http:// www.gfz-potsdam.ge/pb2/pb23/Geomag/niemegk/kp-index). ACE: Advanced Composition Explorer is a research spacecraft built by NASA CME – Coronal Mass Ejection. A transient outflow of plasma through the solar corona into interplanetary space. CME – Coronal Mass Ejection. A transient outflow of plasma through the solar corona into interplanetary space. Dst: Storm-time Disturbance index. A measure of the variation in the geomagnetic field observed at low latitudes. EIT: Extreme Ultraviolet Imaging Telescope. An instrument carried aboard the SOHO spacecraft that produces images of the Sun in several EUV wavelengths. FAA: The Federal Aviation Administration Full-halo CME: A CME that appears to expand completely around the solar disk. If a full-halo CME is associated with activity on the visible solar disk, then there is an increased possibility of interaction with Earth’s magnetic field. GIC: Geomagnetically induced currents Kp: A hourly planetary index of geomagnetic activity calculated from a network of worldwide observations. LASCO: Large Angle and Spectrometric Coronograph. A coronograph imager aboard the SOHO spacecraft. Millionth: A measure used to characterize the size of sunspot groups. millionth of the size of the solar hemisphere visible from Earth. NASA: National Aeronautics and Space Administration nT: nanoTesla. A measure of magnetic field intensity. PFU: Particle flux unit = 10-22 particle cm-2 sr -1 RE : bán kính trái Đất. RE = 6370 km. SFU: Solar flux unit = 1W m-2 Hz -1 SOHO: Solar and Heliospheric Observatory. A spacecraft launched by the European Space Agency (ESA) and NASA to study the Sun. SSN: Smoothed Sunspot Number UT: Coordinated Universal Time. By international agreement, the local time at the prime meridian, which passes through Greenwich, England, and therefore also known as Greenwich mean time. 64 Tài liệu tham khảo. Tiếng Việt: [1]. TS.Trần Quốc Hà (2009), Nghiên cứu ảnh hưởng Mặt Trời lên trạng thái lớp F2 tầng điện ly xích đạo từ. [2]. TS. Hoàng Thái Lan, Bão từ - Bão điện ly mối quan hệ Mặt Trời – Trái Đất., Địa cầu – Hội khoa học kỹ thuật địa vật lý Việt Nam – số – tháng 12 năm 2005. Tiếng Anh : [3]. Amin Aminaei (2007), A Thesis Submitted for the Degree of Doctor of Philosophy, Lancaster University (UK), pp 65-67, 21-29. [4]. A meeting with the universe, The Magnetosphere: Our Shield in Space,chapter3-4. [5]. Beyond the atmosphere: Early years of space science, The magnetosphere, chapter 11. [6]. C. Amory-Mazaudier et al (2006), Sun-Earth System Interaction studies over Vietnam, published in "Annales Geophysicae” (UK) [7]. (2011), Geomagnetic Storms,OECD project “ Future Global Shocks” [8]. Hà Duyên Châu , Lê Trường Thành, Nguyễn Thanh Dung (2008), Use of geomagnetic data in the studies of space weather in Vietnam. [9]. J.K. Hargreaves (1992), The solar – terrestrial environment, Cambridge University press, pp 143, 152 -165; 174-176. [10]. John Kappenman (2010), Geomagnetic Storms and Their Impacts on the U.S Power Grid, pp 33-38. [11]. Michael Weaver, et al (2004), Halloween space weather storms of 2003. [12]. N. Gopalswamy, S. Yashiro, and S. Akiyama (2006), Coronal mass ejections and space weather due to extreme events. 65 [13]. P. R. Barnes, etc, (1991), Electric Utility Industry Experience With Geomagnetic Disturbances, pp 28-63. [14]. S.P. Plunkett, (2005), The Extreme Solar Storms of October to November 2003. Trang web: [1]. nose@kugi.kyoto-u.ac.jp [2]. http://NOAA Space Weather Scales.htm [3]. http://son.nasa.gov/tass/content/earthmagneto.htm [4]. http://Space Weather Canada/Geomagnetic Effects on Pipelines.htm [5]. http://tin247.com [6]. http://www.swpc.noaa.gov [7]. http: //www.solarscience.msfc.nasa.gov [8]. http://www.spaceweather.com [9]. http://space.fmi.fi/cgi-bin/imagecgi/pipegram.cgi [10]. http://spaceweather.com/archive.php [11]. http://www.swpc.noaa.gov/alerts/archive.html [12]. http://www.solarcycle24.com [13]. http://cdaw.gsfc.nasa.gov/CME_list [...]...10 Chương 1 : Tổng quan về bão từ 1.1 Bão từ và những tác hại của bão từ: 1.1.1 Bão từ là gì?: Bão địa từ hay còn gọi là bão từ là thời kỳ kim la bàn dao động đột ngột và rất mạnh Người ta cho rằng nguyên nhân gây ra bão địa từ là do bão Mặt Trời gây nên Từ năm 1930 đến nay nói chung có hai lý thuyết tiêu biểu giải thích về cơ chế hình thành bão từ Một trong những lý thuyết đó được chấp... Chương 3: Nghiên cứu bão từ trong năm 2003 3.1 Mục đích: Trong khuôn khổ luận văn này tôi chủ yếu nghiên cứu bão từ xảy ra vào năm 2003 thuộc chu kỳ 23 Chu kỳ hoạt động MT thứ 23 bắt đầu từ tháng 5 – 1996, kéo dài đến tháng 12 – 2008, tức khoảng 12 năm Cực đại xảy ra vào tháng 4 – 2000 Sau cực đại số vết đen MT giảm dần nhưng các vụ bùng nổ MT và CME lại diễn ra rất quyết liệt Năm 2003 được xem là năm xảy... năm xảy ra bão MT lớn, đặc biệt trong khoảng thời gian từ tháng 10 đến tháng 11 Đồng thời cũng trong thời gian này bão từ với cường độ lớn xuất hiện Chính vì vậy tôi tập trung nghiên cứu bão MT và bão từ xảy ra trong năm 2003 từ ngày 19/10 – 4/11, để tìm mối liên hệ giữa hai hiện tượng này 3.2 Phương pháp nghiên cứu: MT là nguồn gốc gây ra những nhiễu loạn từ trên TĐ nên ở đây tôi sẽ nghiên cứu hoạt... vết đen MT trong thời gian từ tháng 10 – 11 năm 2003 Đồng thời khảo sát cường độ các vụ bùng nổ MT và CME Sau đó khảo sát sự biến động từ trường TĐ qua chỉ số Dst So sánh cường độ bão từ trong năm 2003 với cường độ bão từ trong năm 2002 và 2004, 2005 Cuối cùng rút ra kết luận về ảnh hưởng MT sau cực đại và nêu tình hình nghiên cứu, ảnh hưởng của bão từ tại Việt Nam 3.3 Nghiên cứu chu kỳ hoạt động 23... TĐ ) nó sẽ liên kết với từ trường TĐ gây ra bão từ Một cơn bão từ kinh điển có 3 pha như đã trình bày ở phần 1.1.1 Khi từ trường TĐ bị nhiễu loạn mạnh sẽ ảnh hưởng đến mọi vùng miền trên toàn thế giới Tuy nhiên, TĐ được chia làm hai phần: phần ngày (hướng về MT) và phần đêm Bão từ xảy ra ở phần đêm được gọi là “ hạ bão từ (substorm) 2.2.2.Cơ chế hình thành bão từ và hạ bão từ: Ngoài tác động của gió... tuyến tính, đó là thang A (hay a) Người ta đánh giá bão từ qua chỉ số Ap như sau: 50 > Ap > 30: Bão từ nhỏ 100 > Ap > 50 : Bão từ chính Ap > 100: Bão từ nghiêm trọng Như vậy, dựa vào bảng so sánh trên ta thấy bão địa từ với cường độ > 100 nT là thuộc loại nghiêm trọng ứng với chỉ số G2 Bảng 2: Mối liên hệ giữa chỉ số K và G K - A index Cường độ bão địa từ (nT) G scale 0 0 0–5 G0 1 3 5 – 10 G0 2 7 10 –... có 1 vết đen Hình 2.1 Số vết đen MT quan sát trung bình hàng năm từ năm 1900 – 2000.[12] 17 Dựa vào hoạt động của MT người ta có thể dự đoán sự xuất hiện của bão từ MT có chu kỳ khoảng 11 năm, bão từ cũng có khoảng chu kỳ 11 năm, trong 11 năm ấy nó như một đồ thị hình sin lúc lên lúc xuống phụ thuộc vào mức độ hoạt động của MT Đồng thời, bão từ còn thay đổi theo vị trí của các vết đen trên Mặt Trời Những... tượng bão từ Hình 2.4: Vòng điện bao quanh T Đ.[5] Như vậy, cường độ của một cơn bão từ phụ thuộc vào cường độ của vòng điện Trong thời gian xảy ra bão từ, các hạt mang điện tích dương (H+, O+) chiếm tỉ lệ cao, vòng điện chủ yếu hướng theo chiều kim đồng hồ (nếu nhìn từ cực Bắc) Vì 21 vậy, từ trường do những vòng điện này sinh ra sẽ ngược chiều với từ trường của TĐ làm từ trường của TĐ giảm từ 1-2%... xa TĐ gọi là thùy Nam Đuôi từ là nơi xảy ra sự đóng mở của các đường sức từ, làm cho từ trường nơi đây có nhiều thăng giáng, sinh ra nhiều dòng điện trong đuôi từ Do đó, khi một cơn hạ bão từ xảy ra chủ yếu là do sự thay đổi từ trường tại đuôi từ Trong từ quyển TĐ tồn tại hai vùng khá quan trọng vì nó có liên quan đến hiện tượng cực quang xảy ra tại các vùng cực khi có bão từ đó là hai vành đai bức... ngày 30 tháng 10 năm 2003 một trận bão từ lớn gây ra sự mất điện khoảng 1 tiếng ở Malmö thuộc miền nam Sweden 11 -Thứ hai, bão từ có thể làm tăng quá trình ăn mòn ống dẫn dầu được lắp đặt trong lòng đất (xem phụ lục 1) -Thứ ba, bão từ cũng có tác động lớn đối với sức khoẻ con người, đặc biệt là đối với tim mạch và hệ thần kinh Trong những ngày xuất hiện bão từ, đặc biệt là những cơn bão mạnh, đột ngột, . tình hình nghiên cứu bão từ tại Việt Nam. 10 10 Chương 1 : Tổng quan về bão từ. 1.1. Bão từ và những tác hại của bão từ: 1.1.1. Bão từ là gì?: Bão địa từ hay còn gọi là bão từ là thời. 2003 ( khoảng thời gian từ 10 -11 /2003) . Vì vậy trong đề tài Nghiên cứu bão từ trong năm 2003 tôi tập trung nghiên cứu bão MT và bão từ trong thời gian từ 10- 11 /2003 để tìm mối liên hệ giữa hai. CME từ 19/10 – 4/11 /2003: 37 3.4.4. Khảo sát sự biến động của chỉ số Dst từ 1/10 – 31/11 /2003: 40 3.5. So sánh cường độ bão từ trong năm 2003 và năm 2002 – 2004, 2005: 44 3.6.Tình hình bão từ