2.2. Kết quả và thảo luận
2.2.2.2. Tính chất của cấu trúc dạng sóng quy mơ lớn
a. Dịch chuyển ngang
Tính chất nổi bật nhất của LSWS là việc cấu trúc hầu như không dịch chuyển theo phương ngang trong suốt giai đoạn đầu của sự phát triển. Ngày càng nhiều bằng chứng quan trắc liên quan đến tính chất này được ghi nhận và từ đó càng khẳng định tại sao hầu hết thiết bị quan trắc hiện nay không thể phát hiện ra LSWS trong khoảng thời gian này [124]. Trong đó, phải kể đến phát hiện đầu tiên nhờ đo đạc bằng ALTAIR tại Kwajalein cho thấy LSWS không di chuyển đáng kể theo kinh tuyến trong giai đoạn phát triển ban đầu, báo cáo bởi Tsunoda và White cho một đêm quan trắc 24/07/1979 với năm lần quét (20 phút một lần) gần như liên tục [120]. Dù là kết quả thăm dò trực tiếp cho LSWS, tính chất này vẫn không được công nhận rộng rãi như là tính chất chung của hiện tượng, có lẽ là do thí nghiệm được tiến hành chỉ trong một đêm. Tuy nhiên, từ kết quả đo đạc nhờ C/NOFS tại Bạc Liêu cho 3 đêm riêng lẻ, kết luận tương tự cũng được báo cáo về tính chất của dịch chuyển ngang LSWS [116]. Ngay trong nghiên cứu này, thể hiện trong hình 2.5 (b) – (d), vận tốc dịch chuyển hướng kinh tuyến không chỉ gần bằng không ngay tại Kwajalein; thực tế, các cấu trúc có dịch chuyển tương ứng, đồng bộ ra xa nhau về hai phía của vị trí quan trắc. Đến thời điểm này, với chỉ ba trường hợp nghiên
cứu riêng lẻ, chúng tơi vẫn có thể tổng quát thành những gợi ý nhất định về tính chất vật lý của hiện tượng từ biểu hiện qua tính chất về dịch chuyển ngang.
Hình 2.7. Mơ hình xốy điện ly buổi chiều tối và dịch chuyển ngang của cấu trúc dạng sóng quy mơ lớn [39]
Thật vậy, từ các đo đạc nhờ ALTAIR [120] và sự xuất hiện MRE giới hạn trong khoảng tần số plasma điện ly thấp, LSWS được “gắn” vào đáy của lớp F điện ly,
gần phần đáy của toàn bộ tầng điện ly (do LSWS đôi khi xuất hiện ngay trước thời điểm hồng hơn lớp E [116, 129]). Trong thực tế, các dòng plasma dịch chuyển ở
đáy lớp F gần giống như hình ảnh của cuộn xốy khơng khí hay chất lỏng [119,
121]. Điều này gợi ý rằng dịch chuyển ngang buộc phải tiến tới giá trị nhỏ nhất trong q trình nâng lên của lớp F. Có thể vạch lại đường dịch chuyển của LSWS từ kết quả mơ hình trong [39], trong đó các tác giả sử dụng số liệu điện trường thu được nhờ vệ tinh San Marco D cho khu vực Kwajalein để tìm ra véc tơ vận tốc dịch chuyển của dòng plasma theo hàm của thời gian địa phương và độ cao. Kết quả trình bày lại trong hình 2.7 cùng với một vài chú thích bổ sung của chúng tơi.
Trong mơ hình, mặt phẳng biểu diễn là mặt phẳng xích đạo từ cho duy nhất kinh tuyến qua khu vực Kwajalein (~50N, 1650E tọa độ địa lý), tính cho duy nhất ngày 31/08/1988. Thang nền màu xám có liên quan đến mật độ plasma lấy tích phân theo đường sức từ - màu đậm hơn chỉ thị mật độ plasma lớn hơn. Đường thẳng đứng
đậm nét màu đỏ cho biết thời điểm xảy ra hồng hơn lớp E (χ = 1000). Các thời điểm phát hiện hoạt động của LSWS và MRE trong các báo cáo trước đây được đánh dấu và chỉ ra bằng mũi tên màu đen và khung chữ nhật màu đỏ tương ứng. Các véc tơ vận tốc được biểu diễn bằng mũi tên màu đen; độ lớn của mũi tên chỉ độ lớn của vận tốc. Mũi tên dài nhất ứng với giá trị vận tốc khoảng 150 m/s. Hướng xoay theo chiều kim đồng hồ của các véc tơ vận tốc vạch ra các dịng tương tự như một cuộn xốy với tâm (chỉ ra bởi các đường đẳng trị màu trắng bên trong) nằm tại đáy của lớp F điện ly vào khoảng thời gian gần với thời điểm xảy ra hồng hơn lớp F.
Vì thế, chúng tơi có lý do hợp lý để chờ đợi sự xuất hiện của LSWS ở vị trí đã được vẽ lại bằng các mũi tên màu vàng đậm như trong hình. Từ đây, sự dịch chuyển của LSWS, theo như dự đốn, có thể được suy ra từ chính các mũi tên màu vàng này. Chúng tơi có thể thấy, trước 18h00 LT, LSWS dịch chuyển từ từ (vận tốc nhỏ) theo hướng Tây và hướng lên trên, như trong kết quả đã được ghi nhận bởi Tsunoda và White [120]. Vào khoảng thời gian bắt đầu của quá trình nâng lên sau hồng hơn của lớp F, véc tơ vận tốc chuyển sang hướng thẳng đứng lên trên và trở thành dòng hồn tồn theo hướng lên phía trên vào khoảng thời gian xung quanh hồng hơn lớp
E. Tại vị trí khi mũi tên màu vàng gần như thẳng đứng, góc thiên đỉnh Mặt Trời
khoảng 850, sớm hơn hồng hơn lớp E khoảng 45 phút. Do LSWS phát triển trong
khoảng thời gian xảy ra PSSR [128, 134, 139], LSWS không thể hiện qua đo đạc bởi các thiết bị thăm dị hiện có với dịch chuyển ngang của LSWS bằng khơng. Sau
SSE, đáy lớp F bắt đầu dịch chuyển hướng Đông. Vào khoảng thời gian này, LSWS
có thể bắt đầu được phát hiện dưới dạng các biến đổi trong không gian theo thời gian bằng đo đạc tiến hành bởi một đầu dò đơn lẻ. Sau khi PSSR kết thúc (mũi tên chú thích màu đỏ), dịng plasma hoàn toàn theo hướng Đơng. Đây cũng chính là thời điểm bắt đầu có sự xuất hiện của bong bóng plasma xích đạo [139]. Từ mơ hình trình bày ở đây, khi chuyển thời gian địa phương thành kinh độ địa lý chúng tơi có thể nhận được mơ phỏng vận tốc dịch chuyển mô tả theo không gian tương tự như mơ tả theo thời gian địa phương trong mơ hình của Eccles et al., [39] (24 giờ địa phương tương ứng với 3600 kinh tuyến theo khơng gian).
b. Sự hình thành và phát triển của cấu trúc sóng quy mơ lớn
Trong phần này, luận án bước đầu đề nghị ý tưởng xây dựng giả thiết cơ sở, trên cơ sở trích lọc thơng tin và bằng chứng quan trắc từ tất cả các nghiên cứu hiện có, về sự phát triển của LSWS. Kết quả quan trắc bao gồm trong ba ví dụ cho thấy sự xuất hiện của LSWS vào khoảng thời gian chiều muộn giờ địa phương với góc thiên đỉnh mặt trời tương ứng khoảng 850 đến 870 (trước thời điểm hồng hơn trên mặt đất). Gợi ý ban đầu rằng LSWS có khả năng khơng gây ra bởi sự khác biệt về vận tốc theo phương thẳng đứng của dịch chuyển plasma hướng kinh tuyến liên quan đến dòng theo phương thẳng đứng vào sau thời điểm hồng hơn lớp E như được chỉ rõ trong hình 2.7. Thêm vào đó, LSWS ban đầu ln ln xuất hiện trong khu vực có dịch chuyển chậm hướng Tây (ví dụ trong hình 2.5 và trong [120]). Cả hai lý do, về dịch chuyển hướng Tây và giá trị tương đối nhỏ của góc thiên đỉnh mặt trời, đều đưa ra gợi ý về tác dụng của điện động lực của lớp E, trong đó lớp E đóng vai trị
vật tải điện - hoặc ở trạng thái chủ động [125, 126] hoặc không chủ động [39]. Đã có các bằng chứng trực tiếp [120, 134] và gián tiếp [128] về việc LSWS phát triển thêm trong q trình diễn ra PSSR xung quanh hồng hơn lớp E (sự phát triển là không đáng kể vào trước hoặc sau thời điểm này). Trong khi đó, bong bóng plasma xích đạo ln ln xuất hiện sau thời điểm xảy ra hồng hơn lớp F. Thời
điểm xảy ra EPB, tuy vậy, vẫn là câu hỏi đáng quan tâm mặc dù mơ hình giải thích sự xuất hiện EPB với đơn vị là cấu trúc vòm nâng ở đáy lớp F [139] cho giai đoạn độ hoạt động mặt trời cao đã có những thành cơng nhất định. Ở đây, luận án đề nghị một khả năng để giải thích câu hỏi này: sự phát triển của EPB có khi địi hỏi sự xuất hiện của LSWS với biên độ khá lớn nhất định nào đó. Sự phụ thuộc này có thể giải thích tại sao vết phản xạ nhiều lần và vết phụ ln ln xuất hiện theo một trình tự nối tiếp nhau với vai trò là dấu hiệu báo trước ESF/EPB xuất hiện [127, 128].
Chúng tôi lưu ý rằng khả năng phát hiện ra MRE phụ thuộc vào cấu trúc hình học và trạng thái tự nhiên của mặt phản xạ; bao gồm hình dạng lõm hay lồi, trạng thái tự nhiên bao gồm đáy lớp F nhẵn hay gồ ghề. Sự kết hợp của các yếu tố này quyết
vòm nâng - trong thực tế nhạy cảm đối với bất ổn định Rayleigh - Taylor điều khiển bởi gió trung hịa [122] hơn so với rìa phía Đơng – cũng có thể là một yếu tố. Vì thế, có thể dễ dàng hình dung về sự bất đối xứng liên quan đến sự phát triển của MRE. Đó là khi các phần nhẵn rìa phía Đơng có thể có lợi hơn trong việc giúp tia tín hiệu phản xạ nhiều lần so với phần rìa phía Tây gồ ghề.
c. So sánh với nhiễu loạn điện ly di chuyển
Để hiểu thêm về tính chất của MRE, chúng tơi đưa ra một vài ý kiến bàn luận về sự khác nhau cơ bản giữa cấu trúc dạng sóng quy mơ lớn và nhiễu loạn điện ly di chuyển trong bối cảnh ngày càng nhiều báo cáo và lưu ý về vai trò của TID như là nguồn nhiễu loạn quan trọng gây ra ESF [67]. Chúng tôi lưu ý ba điểm sau đây:
- Thứ nhất, mặc dù cả LSWS và TID đều có khả năng gây ra bởi sóng trọng lực khí quyển nhưng cách thức các nhiễu loạn trong gió trung hịa được chuyển thành nhiễu loạn plasma hoàn tồn khác nhau. Đối với TID, q trình là kết quả của dịch chuyển plasma song song với đường sức từ (thông qua sự kéo theo ion); đối với LSWS, kết quả tạo thành do sự liên kết hạt trung hòa – ion với sự vận chuyển plasma vng góc với đường sức từ (thông qua điện trường phân cực). Nghiên cứu trong [136] cho thấy nhiễu loạn trong độ dẫn Pedersen tích phân theo đường sức được gây ra bởi dịch chuyển song song nhỏ hơn rất nhiều so với giá trị tương ứng gây ra bởi dịch chuyển vng góc. Điều này có nghĩa là nhiễu loạn plasma liên quan đến TID khơng có khả năng là nguồn quan trọng cho sự hình thành EPB.
- Thứ hai, hầu hết các TID lan truyền theo hướng dọc theo kinh tuyến trong lớp F điện ly xích đạo (mặt đầu sóng của định hướng theo phương Đơng – Tây). Mặt đầu sóng của LSWS định hướng theo phương Bắc – Nam. Khi đó, sự thẳng hàng của mặt đầu sóng LSWS phù hợp hơn với mặt đầu sóng của cấu trúc hình học gây nên bất ổn định Rayleigh – Taylor [131, 135]. Điều này một lần nữa ngụ ý rằng mầm mống nhiễu loạn gây ra bởi TID khơng có khả năng dẫn đến sự phát triển EPB.
- Thứ ba, dịch chuyển theo hướng song song với đường sức từ trường Trái Đất chỉ có hiệu quả ở các vùng vĩ độ cách xa xích đạo từ. Vì thế, vùng nhiễu loạn gây ra bởi dịch chuyển bị ngăn cách với các khu vực bên dưới, vùng ở độ cao đáy lớp F
điện ly. Ví dụ minh họa có thể được tìm thấy trong hình 2.2 với các đoạn thẳng đứt nét nối các phần có biến điệu dạng sóng ở các tần số 5, 6 và 7 MHz cho biết độ nghiêng của các mặt đầu sóng. Đặc điểm dễ nhận thấy nhất ở kết quả này là việc mặt đầu sóng TID khơng xuất hiện dưới khu vực tần số 5 MHz. Bong bóng plasma khơng thể có khả năng phát triển mạnh thêm từ mầm mống nhiễu loạn dạng này.