Chương này trình bày các kết quả nghiên cứu của luận án. Mục đích, phạm vi, đối tượng, phương pháp nghiên cứu đã được trình bày trong phần mở đầu luận án. Trong mục này phần số liệu, nội dung nghiên cứu sẽ được giới thiệu kỹ hơn.
•Số liệu
- Số liệu về MT được lấy từ các trang web:
. http://www.swpc.noaa.gov . http://sidc.oma.be . http://www.ips.gov.au . http://www.spaceweather.com . http://www.solen.info . http://solarscience.msfc.nasa.gov
- Số liệu địa từ được lấy từ các trang web:
. http://swdcwww.kugi.kyoto-u.ac.jp . http://www-app3.gfz-potsdam.de
Hoặc vào google với các từ khĩa cần thiết như: “Sunspot”, “Solar Activity”, “Solar flare”, “CME”, “Magnetic storm”, “Ionospheric storm” , vv…
- Số liệu điện ly:
Được cung cấp bởi Đài quan trắc khí quyển Hĩc Mơn TP. HCM (106.340E, 10.510N, 2.90 N dip. Lat.), sẽ được giới thiệu kỹ trong phụ lục 4 của luận án. Trong luận án này sử dụng các số liệu về foF2 và h’F2, được Đài cung cấp theo thời gian tương ứng.
•Nội dung nghiên cứu
Phần nghiên cứu gồm các nội dung sau đây: - Khảo sát chu kỳ HĐMT thứ 23.
- Khảo sát sự phụ thuộc của f0F2 ( tần số tới hạn giữa trưa trung bình năm của lớp F2), quan trắc tại TP.HCM vào số VĐMT trung bình năm ( R ), từ năm 2002 đến năm 2006.
- Khảo sát phản ứng của lớp F2 tầng điện ly quan trắc tại TP. HCM trước bão MT từ ngày 7 đến 15 tháng 9 năm 2005.
Bố cục phần trình bày các nội dung nghiên cứu trên sẽ gồm cĩ: đặt vấn đề, nội dung khảo sát và kết quả, nhận xét.
4.2.Khảo sát chu kỳ hoạt động Mặt trời thứ 23 4.2.1. Đặt vấn đề nghiên cứu
MT là nguyên nhân tạo nên tầng điện ly và làm biến đổi trạng thái của nĩ cho nên trong nghiên cứu ảnh hưởng của MT lên trạng thái của tầng điện ly việc khảo sát MT phải được đặt lên hàng đầu. Khảo sát về MT chính là khảo sát sự thay đổi trong bức xạ MT theo chu kỳ hoạt động của nĩ, trong luận án này là chu kỳ thứ 23. Khi bắt đầu nghiên cứu (năm 2003) chu kỳ thứ 23 cịn chưa kết thúc, việc khảo sát gắn liền với việc theo dõi diễn tiến của chu kỳ, so sánh với các dự báo, tìm hiểu các qui luật của chu kỳ. Mục tiêu chính của phần nghiên cứu nay là:
- Tìm hiểu cách lấy số liệu về MT trên các trang web (trình bày trong phụ lục 7), sử dụng các số liệu đĩ vào phần nghiên cứu về tầng điện ly.
- Nghiên cứu tính chất của chu kỳ HĐMT thứ 23.
- Đối chiếu các số liệu về bão MT trong các năm 2004,2005, 2006 với số liệu về bão từ và điện ly để tìm thời điểm thích hợp khảo sát ảnh hưởng của bão MT lên tầng điện ly.
- Quan sát và chụp ảnh VĐMT trong thời gian cĩ bão MT (ngày 15/9/2005) Nội dung các nghiên cứu này được thể hiện qua các cơng trình đã cơng bố của tác giả số [4], [5], [6], [7].
Phần nghiên cứu này tham khảo các tài liệu số: [51], [56], [57], [66], [99]. Ngồi ra, khi thực hiện phần nghiên cứu này tác giả đã soạn các bài giảng về MT, phục vụ cho việc giảng dạyvà cĩ thể sử dụng cho các nghiên cứu về MT.
4.2.2. Nội dung khảo sát và kết quả
4.2.2.1. Tính chất của chu kỳ HĐMT thứ 23
Chu kỳ HĐMT thứ 23 được dự báo bắt đầu từ tháng 5 năm 1996, kéo dài đến năm 2007, cực đại vào tháng 3 năm 2000 với SSN là 160 ± 30. Trong thực tế, chu kỳ HĐMT thứ 23 bắt đầu đúng vào tháng 5 năm 1996, nhưng kéo dài hơn dự báo (đến tận tháng 11 năm 2008), tức cĩ độ dài khoảng 12 năm. Cực đại xảy ra vào tháng 4 năm 2000 với SSN là 120,8. Như vậy, cực đại này gần đúng với dự báo và khơng quá lớn, chứng tỏ trong chu kỳ này MT khơng hoạt động quá mạnh (hình 4.1). Chu kỳ này thể hiện các tính chất được biết đến của chu kỳ HĐMT như: định luật Sporer (giản đồ bướm), định luật Waldmeier… (được minh họa bằng các hình 2.6; 2.8) Tuy nhiên, điều khĩ hiểu là chu kỳ này chẳng những kéo dài mà sự đảo cực theo định luật Hale – Nicholson cũng xảy ra tương đối chậm chạp. Đồng thời trong giai đoạn sau cực đại lại diễn ra các vụ BNMT và CME rất mạnh.
Dựa vào số liệu trên các trang web tác giả đã khảo sát số SSN hàng năm và đưa ra bảng 4.1.
Bảng 4.1. Số SSN hàng năm trong thực tế của chu kỳ thứ 23.
(Theo số liệu từ http:// www.solarscience.msfc.nasa.gov)
Năm 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 SSN 8,6 21,5 64,3 93,3 120,8 111 104 63,7 40,4 27,8 15,1 7,5 2,8
Như vậy, trong chu kỳ thứ 23, cực đại xảy ra vào năm 2000. Những năm sau cực đại HĐMT giảm dần, thể hiện qua sự giảm của số VĐMT. Tuy nhiên, giai đoạn sau cực đại được biết là hay xảy ra các trận bão MT (BNMT, CME) rất mạnh. Tác giả khảo sát vấn đề này và trình bày trong bảng 4.2 và 4.3.
Nhận xét:
Dựa vào các bảng 4.2 và 4.3 ta nhận thấy giai đoạn sau cực đại thường cĩ nhiều vụ BNMT và CME, đặc biệt là những năm 2004, 2005, 2006. Đây là một điểm thuận lợi cho việc nghiên cứu tác động của MT lên trạng thái của tầng điện ly trong giai đoạn này.
Hình 4.1. Chu kỳ HĐMT thứ 23 (theo NASA)
Bảng 4.2. Những vụ BNMT tiêu biểu trong chu kỳ thứ 23.
(Theo http://www.spaceweather.com) Thứ hạng Thời gian Loại 1 2 3 4 5 6 7 8 04/11/2003 02/04/2001 28/10/2003 07/09/2005 15/04/2001 29/10/2003 06/11/1997 05/12/2006 X 28+ X 20 X 17.2 X 17 X 14.4 X 10 X 9.4 X 9
Bảng 4.3. Số vụ CME xảy ra trong chu kỳ thứ 23. (Theo http://www.swpc.noaa.gov) Năm CME 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Khơng cĩ 2 vụ 3 vụ 4 vụ 10 vụ 21 vụ 16 vụ 8 vụ 6 vụ 7 vụ 2 vụ 4.2.2.2. Khảo sát HĐMT trong năm 2004, 2005, 2006
Để đánh giá HĐMT trong trọn vẹn một chu kỳ địi hỏi rất nhiều thời gian (từ 11 đến 12 năm). Vì vậy, trong luận án này, với thời gian cĩ hạn, tác giả chọn khảo sát 3 năm là 2004, 2005, 2006 để tìm thời điểm thích hợp cho việc khảo sát tác động của bão MT lên tầng điện ly. Đây là các năm ở vào giai đoạn sau cực đại, như đã nĩi ở trên, HĐMT cĩ nhiều bất thường, thuận lợi cho việc nghiên cứu. Hơn nữa, giai đoạn này chẳng những phù hợp với thời điểm làm nghiên cứu của tác giả mà cịn là giai đoạn chưa được nghiên cứu nhiều (vì trong lĩnh vực này các nghiên cứu thường đi sau sự kiện nhiều năm).
Mục đích của phần nghiên cứu này là khảo sát bão MT trong các năm 2004, 2005, 2006. Đây là nguyên nhân gây bão từ và biến động trong tầng điện ly. Sau đĩ, tác giả tìm thời điểm thích hợp, vừa cĩ bão MT (với các vụ BNMT, CME và sự kiện proton (proton - event), vừa cĩ bão từ, vừa cĩ đầy đủ số liệu điện ly, lại chưa
được nghiên cứu để khảo sát phản ứng của tầng điện ly trong phần tiếp theo. Muốn vậy, tác giả lập bảng 4.4. để đối chiếu và rút ra các nhận xét. Việc lập bảng được tiến hành bằng cách khảo sát số liệu về MT và địa từ trên mạng, tham khảo các tài liệu, các bài báo khoa học, so sánh, đối chiếu với số liệu điện ly của TP. HCM trong thời điểm tương ứng.
Phần nội dung đối chiếu được trình bày trong bảng 4.4, với các chú thích và nhận xét sau:
Chú thích: Dấu ngoặc ở mục CME trong tháng 9/2005 chỉ số liệu chưa thống nhất giữa các trang web.
Nhận xét :
- Trong bảng thống kê từ năm 2004 đến 2006 này thì số VĐMT hàng ngày giảm dần, cao nhất là bằng 165 ngày 17/7/2004, thấp nhất là bằng 19 ngày 15/12/2006.
- Cĩ nhiều vụ BNMT, loại nguy hiểm (X cao) như: Ngày 7/9/2005 (X17) ; Ngày 6/12/2006 (X9) Hoặc tổng năng lượng cao như: Ngày 20/ 1/2005: 341.554.464 keV Ngày 19/ 1/2005: 179.644.576 keV Ngày 13/12/2006: 179.550.224 keV Ngày 10/ 9/2005: 131.446.144 keV Ngày 15/ 1/2005: 114.286.192 keV
- Sự kiện proton và CME thường đi kèm với nhau, nhưng khơng nhất thiết phải đi theo BNMT lớn, ví dụ: Ngày 11/ 4/2004 Ngày 14/5/2005 Ngày 25/ 7/2004 Ngày 16/6/2005 Ngày 13/ 9/2004 Ngày 14/7/2005 Ngày 19/ 9/2004 Ngày 27/7/2005 Ngày 01/11/2004 Ngày 22/8/2005
(Trong các năm 2004, 2005, 2006) Tháng Ngày (R) BNMT Sự kiện proton CME Bão từ vĩ độ trung bình Bão từ vĩ độ cao Số liệu điện ly f0F2 Loại Tổng năng lượng (keV) (1) (2) (3) (4) (4’) (5) (6) (7) (8) (9) Năm 2004 1 22 76 < 106 80 Bình thường 2 26 105 X1 17.130.380 Mất số liệu 4 11 16 C9 < 106 35 SW/11 Bình thường 7 17 165 X1 2333.699 Khơng cĩ số liệu từ 18 – 19/7 25 130 M4 1422.433 2086 Halo/25 64 138 Khơng cĩ số liệu tháng 8, tháng 9/2004 27 66 1799.504 119 212 8 13 160 X1 35.186.680 18 53 X1 35.777.712 9 13 65 M4 < 106 273 Halo/12 19 42 M1 < 106 57 W/19 10 30 153 X1 < 106 Bình thường 11 1 144 < 106 63 W/1 Mất tín hiệu: 8,14,15,22h 7 94 X2 1.415.645 495 Halo/7 Mất tín hiệu: 4,5,6,7,15,22h 8 93 11.467.256 116 114 Mất tín hiệu: 5,21,22h 9 90 < 106 47 188 Mất tín hiệu: 3,4,5,6,7,20,21,22h 10 50 X1 61.458.888 101 122 Tăng vọt 14 MHz lúc 5h Năm 2005 1 15 100 X2 114.286.192 Bình thường 16 99 X2 < 106 5040 Halo/15 Bình thường 17 107 X1 < 106 114 Tăng vọt (10,93 MHz) lúc 4 h 18 109 < 106 136 Mất tín hiệu: 21, 22h 19 66 X1 179.644.567 106 Mất tín hiệu: 1, 4h 20 61 X1 341.554.464 Bình thường 5 8 101 < 106 80 Mất tín hiệu: 14 – 21h 14 91 M8 < 106 3140 Halo/13 Tăng vọt (11,68MHz) lúc 10h 15 69 < 106 77 Mất tín hiệu: 18 – 21h, đều 16 70 < 106 78 Mất tín hiệu: 9,10h, giảm 30 76 < 106 80 Mất tín hiệu: 14 – 21h 6 16 67 M4 3.007.368 44 W16 Mất tín hiệu: 3-6h,13,15-21h 7 10 78 < 106 67 Khơng cĩ số liệu 12 52 2.247.916 71 Chỉ scĩ số liệu 6h 14 61 M5 5.825.370 134 Halo/13 Khơng cĩ số liệu 27 19 M3 9.277.775 41 Halo/27 Mất tín hiệu: 4-9h,17-23h 30 62 X1 48.153.564 Bình thường 8 22 85 M5 37.867.384 330 Halo/22 Tương đối đủ số liệu 24 87 < 106 72 122 Tương đối đủ số liệu 9 7 11 X17 30.475.986 E/07 Mất tín hiệu: 15-17h, 21h 8 36 X5.4 7.888.570 1880 Mất tín hiệu: 18-21h 9 59 X6.2 131.446.144 (Cĩ CME) Mất tín hiệu: 4,6,18,21h 10 59 X2 64.483.432 (Cĩ CME) Mất tín hiệu: 5,21,22h 11 101 226.272 (Cĩ CME) 53 131 Mất tín hiệu: 18,21h 12 62 X1.7 460.914 Halo 136 Mất tín hiệu: 6,22h 13 95 X1.5 29.345.572 (cĩ CME) 96 Mất tín hiệu: 20,21h 15 77 X1.1 1.247.651 76 Tăng vọt (11,68 MHz) lúc 9h Năm 2006 4 14 62 < 106 64 Bình thường 12 5 59 X1 82.938.752 Mất tín hiệu: 12h 6 44 X9 52.371.728 1980 Halo 52 Mất tín hiệu: 11,12,13h 13 21 X3 179.550.224 698 Halo/13 Mất tín hiệu: 20,21,22h Tăng (10,5 MHz) lúc 3h 14 23 31.519.062 68 Mất 20,21h 15 19 < 106 48 120 Mất tín hiệu 16 – 23 h
Ngược lại, các vụ BNMT lớn chưa chắc đã cĩ sự kiện proton và CME, ví dụ: Ngày 09/ 9/2005 (X3)
Ngày 10/ 9/2005 (X2) v.v…
Các vụ bão từ cĩ thể khơng liên quan trực tiếp đến sự kiện MT, ví dụ: Ngày 22/ 1/2004 Ngày 10/7/2005
Ngày 08/ 5/2005 Ngày 12/7/2005 Ngày 30/ 5/2005 Ngày 14/4/2006
Nhưng phần lớn đều xảy ra sau khi cĩ các sự kiện bão MT.
- Vùng vĩ độ cao chịu ảnh hưởng của bão MT nhiều hơn, đặc biệt sau sự kiện proton và CME. Ví dụ bão từđộ cao:
Ngày 25/ 7/2004 Ngày 15- 16/5/2005 Ngày 27/ 7/2004 Ngày 24/8/2005 Ngày 8-9-10/11/2004 Ngày 11- 15/9/2005 Ngày 16-17-18/ 1/2005 Ngày 14- 15/12/2006
- Bão từ vĩđộ trung bình chỉ xảy ra sau các trận bão MT dữ dội, ví dụ: Ngày 25,27/ 7/2004 Ngày 24/8/2005
Ngày 8,9,10/11/2004 Ngày 11 /9/2005 Ngày 17,18,19/ 1/2005 Ngày 15/12/2006
- Những khi cĩ bão MT vào bão từ, điện ly thường cĩ xáo trộn, hay bị mất tín hiệu hoặc tăng giảm đột biến. Điều này phần nào chứng tỏ ảnh hưởng của bão MT và bão từđối với điện ly.
- Tháng 9/2005 là tháng cĩ bão MT liên tục rất mạnh, gây bão từ nhiều ngày ở vĩ độ cao và cĩ ngày ở cả vĩ độ trung bình, số liệu điện ly đầy đủ. Hơn nữa, đối với khu vực TP.HCM, chưa cĩ khảo sát về phản ứng của tầng điện ly trước các cơn bão MT và bão từ trong thời gian này. Vì vậy, tác giả sẽ chọn thời gian cĩ bão MT từ ngày 7 đến 15 tháng 9 năm 2005 để nghiên cứu phản ứng của điện ly trước bão MT.
Trong giai đoạn nghiên cứu của mình, qua theo các tài liệu thiên văn tác giả được biết tháng 9 năm 2005 là giai đoạn MT hoạt động mạnh. Tác giảđã tiến hành chụp ảnh VĐMT trong ngày 15/9/2005, nhằm phục vụ cho việc khảo sát tác động của bão MT lên tầng điện ly sau này.
Cơng cụ tiến hành: - Kính thiên văn Takahashi, loại khúc xạ. . Khẩu độ hiệu dụng: φ 128 mm . Tiêu cự hiệu dụng: 1040 mm . Năng suất phân giải: 0,9” . Khả năng thu gom ánh sáng (LGP): 334 . Cấp sao nhìn thấy giới hạn: 12,4
- Máy ảnh: Hiệu Nikon Coolpix 995, độ phân giải 3,34 Mega Pixels, để ở chế độ tựđộng.
- Kết quả đã chụp được hình ảnh nhĩm VĐMT mang tên AR 10808 như trong hình 4.2 dưới đây. Hình 4.2. Hình ảnh VĐMT AR 10808 chụp ngày 15/9/2005 tại Việt Nam
những cơn bão MT và bão từ được khảo sát trong phần tiếp theo. Trong ảnh, mặc dù vị trí VĐMT chưa được đưa về hệ tọa độ MT (hệ tọa độ Carrington) theo đúng qui định, nhưng so sánh với các ảnh chụp trên internet cùng cách (cũng chưa đưa về chuẩn) bức ảnh này cho thấy chất lượng gần tương đương. Việc chụp được ảnh các VĐMT cho phép theo dõi vị trí của VĐMT, đánh giá tác động của vị trí xuất phát bão MT đến trạng thái tầng ly, rất hữu ích vì tính thuyết phục, trực quan, sinh động.
4.3.Khảo sát biến thiên ngày đêm của foF2 tại TP. HCM trong năm 2003.
4.3.1. Đặt vấn đề nghiên cứu
Biến thiên ngày đêm của tần số foF2 tầng điện ly XĐT được biết đến và giải thích trong nhiều tài liệu về điện ly (xem mục 3.4.1). Đối với lớp F2 tầng điện ly tại TP. HCM trong các năm MT hoạt động mạnh (với R = 111 trong năm 2001 và R = 104 trong năm 2002) đã cĩ nghiên cứu về biến thiên ngày đêm của foF2 khá đầy đủ của PGS.TS. Hồng Thái Lan, trong đĩ khảo sát sự biến thiên của giá trị foF2 trung bình tháng theo thời gian trong ngày (LT) cho thấy: cực tiểu foF2 thường vào trước bình minh (05LT); giá trị khoảng 5 MHz. Sau đĩ cĩ cực đại thứ nhất vào lúc 08 – 09 LT, giá trị cỡ 12-14 MHz. Giữa trưa cĩ vết lõm trên đồ thị. Cực đại thứ hai vào lúc 15 – 16 LT, giá trị thấp hơn cực đại thứ nhất, cỡ 10 – 12,5