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

Chuyên ngành: Địa Vật Lý
Mã số: 1.02.24






TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ




Tp. H
ồ Chí Minh - Năm 2009

1

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của ñề tài luận án
Đề tài nghiên cứu của luận án nằm trong lĩnh vực khoa học về mối
quan hệ Mặt trời (MT) - Trái ñất (TĐ), là một ngành vật lý ñang ñược
chú ý hiện nay. Đó là vì ñời sống con người ngày càng phụ thuộc vào
công nghệ vũ trụ, do ñó bị chi phối nhiều bởi sự thay ñổi “thời tiết vũ
trụ”. MT với các hoạt ñộng mang tính chu kỳ là nguyên nhân của các
biến ñổi ñó. Tầng ñiện ly TĐ ñược hình thành và duy trì bởi các bức xạ
tử ngoại và tia X của MT, vốn bị thay ñổi theo chu kỳ hoạt ñộng Mặt trời
(HĐMT) do ñó sẽ chịu ảnh hưởng của HĐMT. Trong các lớp ñiện ly,
lớp F2 ñược chú ý nhiều bởi các tính năng quí báu của nó trong kỹ thuật
truyền sóng vô tuyến, nhưng cũng là lớp có những ñặc tính khó nắm bắt
nhất. Trạng thái tầng ñiện ly còn phụ thuộc vào các quá trình vật lý khác,
như quá trình chuyển dịch dưới tác ñộng của ñiện, từ trường, làm cho
tầng ñiện ly có tính ñặc thù khu vực. Tầng ñiện ly vùng xích ñạo từ
(XĐT) có nhiều ñặc ñiểm lý thú do tính ñặc biệt của ñiện, từ trường ở
khu vực này (ñường sức từ song song với mặt ñất, tồn tại dòng ñiện xích
ñạo gây chuyển dịch E×B nâng lớp F2 lên về ban ngày, hạ xuống về
ban ñêm). Nghiên cứu về lớp F2 tầng ñiện ly xích ñạo từ rất cần thiết,
nhưng ở TP. Hồ Chí Minh (TP. HCM), nằm trong khu vực xích ñạo từ,
Đài quan trắc khí quyển Hóc Môn mới ñược thành lập và thu thập số liệu
từ năm 2000, do ñó việc nghiên cứu dựa trên số liệu của tầng ñiện ly ở
ñịa phương này là việc làm cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn rõ
rệt.
Mục ñích, ñối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án
Đó là tiến hành khảo sát trạng thái của lớp F2 tầng ñiện ly tại TP.
HCM, trong những năm cuối chu kỳ HĐMT thứ 23 (chủ yếu là những
2

năm từ 2002 ñến 2006 ), nhằm làm rõ tác ñộng của MT lên tầng ñiện ly,
bổ sung hiểu biết về tầng ñiện ly ở khu vực này.
Phương pháp nghiên cứu
Trong luận án tác giả sử dụng phương pháp thống kê, so sánh, ñối
chiếu số liệu. Đây là các phương pháp thường ñược sử dụng trong
nghiên cứu tầng ñiện ly.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Luận án ñã ñưa ra những kết luận mang tính khoa học, khẳng ñịnh
sự phụ thuộc của trạng thái tầng ñiện ly vào HĐMT. Việc nghiên cứu
trên số liệu ñiện ly của một vùng cụ thể (TP. HCM) góp phần bổ sung
vào khối kiến thức vốn còn rất ít ỏi về tầng ñiện ly ở ñịa phương này, có
ý nghĩa thực tiễn thuyết phục, vì nó phục vụ cho yêu cầu phát triển của
ñất 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 ñược tiến hành. Gắn kết việc nghiên cứu tầng ñiện ly với giảng
dạy, quan sát MT trong luận án cũng là một việc làm cần thiết, mang
tính khoa học, ñáng ñược khích lệ.
Điểm mới của luận án
Việc tiến hành khảo sát tầng ñiện ly với các số liệu ở giai ñoạn
chưa ai nghiên cứu, nhằm tìm ra qui luật là ñiểm mới của luận án. Tìm ra
hệ số b nhằm biến biểu thức Allen thành biểu thức ñặc trưng cho tầng
ñiện ly TP. HCM là ñiểm mới của luận án. Hơn nữa, việc khảo sát nhiễu
loạn ñiện ly ñứng từ góc ñộ quan sát các biến ñộng trên MT (sự thay ñổi
vị trí các vị trí xuất phát bão theo sự quay của MT, thời ñiểm xảy ra các
trận bão), ñồng thời kèm theo các hình ảnh quan trắc vị trí vùng hoạt
ñộng bằng kính thiên văn nhằm mục ñích minh họa, làm nổi bật vai trò
của vị trí bão MT trong sự tác ñộng của bão MT ñến trạng thái tầng ñiện
ly cũng là ñiểm mới của luận án
.

3


Cơ sở tài liệu
Các tài liệu ñược sử dụng trong luận án ngoài các sách giáo khoa
chuyên ngành là các bài báo, các công trình nghiên cứu ñã ñược công bố
trong các ấn phẩm có uy tín, hoặc ñược ñưa lên mạng trong các trang
web chuyên môn. Vì vậy, ñây là nguồn tài liệu ñáng 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 ñược trình bày trong 4 chương, gồm 108
trang, 39 hình ảnh, ñồ thị, 19 bảng biểu, không kể phần mở ñầu, phần
kết luận và kiến nghị, phần phụ lục. Luận án sử dụng 101 tài liệu tham
khảo. Nội dung của luận án ñược thể hiện qua 8 công trình ñã công bố

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG MẶT
TRỜI VÀ LỚP F2 TẦNG ĐIỆN LY XÍCH ĐẠO TỪ

Nghiên cứu về MT
Năm 1848, Wolf ñã ñưa ra khái niệm số VĐMT (Sunspot
Number). Khi khảo sát số VĐMT nhiều năm Schwabe ñã phát hiện qui
luật tuần hoàn của nó và gọi ñó 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, ñến năm 2008 ñã có ñược 23 chu kỳ. Bản chất của các
dạng HĐMT và nguồn gốc, tính chất, của chu kỳ HĐMT là sự thay ñổi
của từ trường MT.
Nghiên cứu về lớp F2 tầng ñiện ly
Đặc tính của lớp F2 tầng ñiện ly ñã ñược nghiên cứu từ lâu.
Nghiên cứu của Allen từ những năm 50 của thế kỷ XX, ñưa ra công thức
thực nghiệm về sự phụ thuộc của lớp F2 vào ñộ HĐMT, Tuy nhiên,

4

trạng thái tầng ñiện ly, thể hiện qua sự thay ñổi nồng ñộ ñiện ly trong
phương trình liên tục còn phụ thuộc vào quá trình tái hợp và quá trình
chuyển dịch ñiện ly dưới các tác ñộng của ñiện, từ trường, gió trung hòa,
sự khuếch tán, làm cho trạng thái tầng ñiện ly mang tính ñặc thù khu vực
rõ rệt. Tại vùng XĐT, ñường sức từ song song với mặt ñất và tồn tại
dòng ñiện xích ñạo, ñiện trường ở ñây hướng về phía ñông vào ban
ngày, hướng về phía tây vào ban ñêm, tạo nên chuyển dịch E×B nâng
ñiện ly lên cao vào ban ngày và hạ xuống vào ban ñêm. Đồng thời còn
có các tác ñộng khác như hiệu ứng vòi phun và dị thường xích ñạo tạo
nên các ñặc trưng của lớp F2 tầng ñiện ly XĐT. Tuy nhiên, tính chất của
lớp F2 tầng ñiện ly XĐT vẫn còn nhiều bí ẩn, nhất là phản ứng của nó
trước bão MT và bão từ. Các nghiên cứu nhiễu loạn ñiện ly thường gắn
liền với bão từ, nhưng cũng có những nghiên cứu chỉ ra nguyên nhân
trực tiếp từ sự quay của MT.
Tại TP. HCM, từ năm 2000 ñã có các nghiên cứu ñiện ly khu vực
này như khảo sát biến thiên ngày ñêm của các lớp ñiện ly, như biến thiên
của foF2 trong 2 năm, 2000 – 2002, là những năm MT hoạt ñộng mạnh,
ñã chỉ ra những nét ñặc trưng của ñiện ly tại ñây 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 ñại, tồn tại với giá trị cao về ñêm, không lặp lại
hàng ngày. Sau ñó, ñã có các khảo sát phản ứng của lớp F2 tại ñây trước
các trận bão từ, gây ra bởi bão MT trong các tháng 8, 10, 11/2003, tháng
11/2004, tháng 8/2005 và tháng 4/2006.
Những vấn ñề luận án cần giải quyết
Trong luận án của mình, tác giả nghiên cứu về lớp F2 tầng ñiện ly
quan trắc tại TP
. HCM trong giai ñoạn tiếp với các nghiên cứu trước, là
thời gian cuối chu kỳ HĐMT thứ 23 như:

5

- Khảo sát biến thiên ngày ñêm của foF2 trong nửa ñầu năm 2003
ñể tìm ñặc trưng của ñiện ly trong ñiều kiện bình thường, nhằm khẳng
ñịnh ñặc tính của lớp F2 tầng ñiện ly XĐT.
- Thông qua việc áp dụng công thức Allen cho số liệu lớp F2 tầng
ñiện ly TP. HCM trong vài năm, qua ñó khẳng ñịnh biến thiên của trạng
thái lớp F2 theo chu kỳ HĐMT.
- Khảo sát phản ứng của ñiện ly F2 trước các trận bão MT ñiển
hình ñể tìm hiểu về nhiễu loạn trong lớp F2 tầng ñiện ly khu vực này,
chú ý nhiều ñến sự thay ñổi vị trí của vùng HĐMT trên ñĩa MT, nhằm
khẳng ñịnh vị trí xuất phát của các trận bão MT có vai trò nhất ñịnh
trong việc gây tác ñộng lên trạng thái tầng ñiện ly. Đồng thời, tác giả còn
sử dụng kính thiên văn theo dõi sát MT trong những ngày có bão, khác
với việc khảo sát biến ñộng của tầng ñiện ly ở Việt Nam trước ñó,
thường không gắn bó với việc quan trắc trực tiếp MT.

Chương 2 - MẶT TRỜI: NGUỒN PHÁT NĂNG LƯỢNG
VÀ BỨC XẠ - HOẠT ĐỘNG MẶT TRỜI
2.1. Hoạt ñộng Mặt trời (Solar Activity)
HĐMT chính là sự thay ñổi trong bức xạ MT do các quá trình vật
lý ñiện, từ xảy ra trong MT. MT cấu tạo từ chất khí, với phản ứng hạt
nhân tại tâm tạo ra năng lượng và các bức xạ. Vật chất ở ñây là plasma –
khí mang ñiện. Do MT quay không ñều, các dây khí – từ bị vặn xoắn,
tạo ra các dạng HĐMT như : vết ñen MT (VĐMT), bùng nổ MT
(BNMT), sự phóng khí Nhật hoa (CME)…
2.2.
Các dạng HĐMT chính
Vết ñen Mặt trời (Sunspots)
6

Là các vết xuất hiện trên bề mặt MT (Quang quyển ), ñược coi là
chỉ thị về ñộ HĐMT, với số VĐMT (R) :
R = k(10g + f) (2.1)

Bùng nổ Mặt trời (Solar Flare)
Là sự giải phóng ñột ngột năng lượng (tương ñương hàng tỷ quả
bom nguyên tử) và bức xạ MT (bức xạ ñiện từ, bức xạ hạt), làm tăng
cường bức xạ tới TĐ, gây biến thiên ñột ngột trong tầng ñiện ly. Người
ta phân loại BNMT và ký hiệu là B, C, M, X, trong ñó loại X là nguy
hiểm nhất.
Sự phóng vật chất Nhật hoa (Coronal Mass Ejection – CME)
Là hiện tượng hàng tỷ tấn plasma ñột ngột phóng ra từ MT, mang
theo các ñường sức từ trong Nhật hoa, ñến TĐ sau từ 1 ñến 3 - 4 ngày.
BNMT có thể gây tác ñộng ñến TĐ trong vòng 8 phút, còn CME
gây tác ñộng chậm hơn, có thể từ một ñến vài ngày. CME và BNMT gọi
chung là bão MT. Vị trí xuất phát của các các trận bão có ảnh hưởng ñến
TĐ.
2.3. Chu kỳ Mặt trời, hay chu kỳ HĐMT (Solar Cycle)
Ngay từ năm 1849, Schwabe nghiên cứu số VĐMT qua nhiều
năm ñã nhận thấy nó thay ñổi theo chu kỳ, gọi là chu kỳ MT, hay rõ hơn
là chu kỳ HĐMT. Nó thường kéo dài 11 năm. Tính từ năm 1755 ñến
2008 ñã có 23 chu kỳ.

Chương 3 – LỚP F2 TẦNG ĐIỆN LY TRÁI ĐẤT DƯỚI TÁC
ĐỘNG CỦA MẶT TRỜI

3.1. S
ơ lược về tầng ñiện ly
Tầng ñiện ly ñược hình thành từ bức xạ MT, mật ñộ ñiện tử trong

lớp ñiện ly khác nhau, tùy theo ñộ ñâm xuyên của bức xạ. Lớp F2 là lớp
7

có mật ñộ ñiện tử cao nhất, ñồng thời là lớp nằm trên cùng của tầng ñiện
ly và có thể tồn tại ngày ñêm.
Trạng thái của tầng ñiện ly ñược bị tác ñộng bởi các quá trình
như: sự sinh plasma dưới tác ñộng của bức xạ mặt trời, sự mất plasma do
tái hợp, sự chuyển dịch dưới tác ñộng của ñiện, từ trường, gió trung hòa,
khuếch tán…Trong ñó, ñối với tầng ñiện ly xích ñạo từ ñáng chú ý là
ñường sức từ nằm song song với mặt ñất và ñiện trường do dòng ñiện
xích ñạo ñổi hướng, tạo nên dịch chuyển E×B , nâng ñiện ly lên cao vào
ban ngày, hạ xuống vào ban ñêm. Sự khuếch tán và gió trung hòa tạo
nên hiệu ứng vòi phun, làm plasma ñiện ly bị ñổ về các vĩ ñộ cao hơn, từ
± 10
0
ñến ± 20
0
quanh xích ñạo từ, tạo nên dị thường xích ñạo.
3.2. Tính chất của lớp F2 tầng ñiện ly
Đối với lớp F2 ñiện ly vĩ ñộ trung bình và thấp ñược nghiên cứu
nhiều, người ta có thể thống kê một số ñặc tính như sau:
- Biến thiên ngày ñêm: Biến thiên bất ñối xứng vào giữa trưa.
Đường cong biến thiên thường thay ñổi nhanh vào lúc MT mọc và hầu
như ít thay ñổi vào lúc MT lặn. Đỉnh cực ñại trong ngày có thể xuất hiện
trước hay sau giữa trưa vào mùa hè và gần ngay giữa trưa vào mùa ñông.
Một vài ngày còn có cực tiểu thứ 2, xuất hiện gần giữa trưa, nằm giữa
các cực ñại sáng và chiều.
Tuy nhiên, sự biến thiên không lặp lại từ ngày này sang ngày
khác, nên khó có thể dự ñoán ñược.
- Về ñêm: Lớp F2 thường không biến mất vào ban ñêm mà vẫn

tồn tại một lượng ñáng kể sau khi MT lặn.
3.3. Tính chất của lớp F2 tầng ñiện ly xích ñạo từ (LF2 TĐL XĐT)
Hình thái biến thiên ngày ñêm của LF2 TĐL XĐT từ là có một
cực tiểu lúc gần sáng, biến thiên nhanh lúc bình minh, tồn tại về ñêm và
8

thường có 2 cực ñại về ban ngày, có vết lõm (Bite - out) vào lúc giữa
trưa.
Sự giải thích dựa trên chuyển dịch do gió trung hòa, tạo thành
dưới tác ñộng nhiệt. Mặt khác, ñộ sâu của vết lõm phụ thuộc vào vĩ ñộ,
chứng tỏ vai trò của ñiện - từ trường. Người ta cho rằng chính hiệu ứng
vòi phun ñã làm LF2 TĐL XĐT vùng xích ñạo từ bị giảm vào giữa trưa,
tạo ra hai cực ñại, trong khi tại vùng ñỉnh dị thường XĐT có thể không
có vết lõm như vậy.
Sự tồn tại về ñêm của LF2 TĐL XĐT ñược giải thích bằng cơ chế
“vòi phun ngược”, giúp chuyển plasma từ vùng vĩ ñộ cao về vùng vĩ ñộ
thấp gần XĐT, làm cho nó tồn tại về ñêm. Điều này khác với sự giải
thích sự tồn tại về ñêm của F2 vĩ ñộ trung bình là do sự khuếch tán
plasma từ quyển proton. Sự thay ñổi hướng của dòng ñiện xích ñạo xảy
ra vào lúc hoàng hôn và bình minh là lời giải thích cho sự biến thiên
nhanh chóng của tầng ñiện ly vào những thời ñiểm này.
3.4. Sự biến thiên của lớp F2 tầng ñiện ly theo chu kỳ hoạt ñộng
Mặt trời
Allen sau khi khảo sát số liệu thu ñược trong những năm 50 của
thế kỷ XX tại một số trạm ñiện ly ñã ñưa ra công thức liên hệ giữa lớp
F2 tầng ñiện ly và HĐMT như sau:
2Ff
0
~ (1+0,02
R

)
1/2
(MHz) (3.1)
Trong ñó 2Ff
0
là giá trị trung bình của f
0
F2 lúc giữa trưa trong
năm,

R
là giá trị trung bình của số VĐMT trong năm.
Công thức trên biểu diễn sự tăng ñồng biến giữa nồng ñộ ñiện ly
(qua liên hệ giữa foF2 và nồng ñộ ñiện ly) và ñộ HĐMT
3.5. Nhi
ễu loạn ñiện ly
Nhiễu loạn ñiện ly ñược hiểu là sự lệch khỏi trạng thái bình
thường của nó. Có thể phân loại như sau:
9

1. Nhiễu loạn ñiện ly ñột ngột
2. Bão ñiện ly
3. Các hiện tượng hấp thụ mũ cực
Ngoài ra, còn có những dạng nhiễu loạn khác như:
- Sporadic E (E
S
), làm chắn sóng phản xạ từ các lớp ñiện ly bên
trên, ảnh hưởng ñến việc thăm dò ñiện ly F2.
- Spread F (F
S

), gây tán xạ sóng vô tuyến.
- Sự mất tín hiệu.
3.6. Nghiên cứu về lớp F2 tầng ñiện ly tại TP. HCM
TP. HCM trong các năm MT hoạt ñộng mạnh (với R = 111
trong năm 2001 và R = 104 trong năm 2002) ñã có những nghiên cứu về
biến thiên ngày ñêm của foF2 khá ñầy ñủ, trong ñó 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 ñó có cực ñại thứ nhất vào lúc 08 – 09 LT, giá trị cỡ
12-14 MHz. Giữa trưa có vết lõm trên ñồ thị. Cực ñại thứ hai vào lúc 15
– 16 LT, giá trị thấp hơn cực ñại thứ nhất, cỡ 10 – 12,5 MHz. Vào ban
ñêm F2 không biến mất mà vẫn ñạt giá trị khá cao (8 – 12 MHz).
Tại TP. HCM, các nghiên cứu nhiễu loạn ñiện ly ñược tiến hành
từ năm 2000, chỉ ra các qui luật nhiễu loạn trong các lớp ñiện ly khá rõ
ràng. Đặc biệt, trong các tháng 8, 10, 11 năm 2003 ñã xảy ra các trận bão
MT rất mạnh, gây bão từ lớn trên TĐ, các nghiên cứu phản ứng của tầng
ñiện ly trước trận bão từ trong thời ñiểm này ñã ñược tiến hành kịp thời
ở Việt Nam. Qua ñó cho thấy lớp F2 phản ứng mau lẹ trước tác ñộng của
bão từ, tạo thành các trận bão ñiện ly với ñầy ñủ các pha, song hành với
bão từ
. Nhiễu loạn ñiện ly trong các trận bão từ tháng 11/2004 và tháng
8/2005, tháng 4/2006 cũng ñã ñược khảo sát.

10

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

4.1. Khảo sát chu kỳ hoạt ñộng Mặt trời thứ 23

Chu kỳ HĐMT thứ 23 ñược dự báo bắt ñầu từ tháng 5 năm 1996,
kéo dài ñến năm 2007, cực ñại vào tháng 3 năm 2000 với số vết ñen MT
làm trơn (SSN) là 160 ± 30. Trong thực tế, chu kỳ HĐMT thứ 23 bắt ñầu
ñúng vào tháng 5 năm 1996, nhưng kéo dài hơn dự báo (ñến tận tháng
11 năm 2008), tức có ñộ dài khoảng 12 năm. Cực ñại xảy ra vào tháng 4
năm 2000 với SSN là 120,8. Như vậy, cực ñại này gần ñúng với dự báo
và không quá lớn, chứng tỏ trong chu kỳ này MT không hoạt ñộng quá
mạnh (hình 4.1). Chu kỳ này thể hiện các tính chất ñược biết ñến của
chu kỳ HĐMT như: ñịnh luật Sporer (giản ñồ bướm), ñịnh luật
Waldmeier… Tuy nhiên, ñiều khó hiểu là chu kỳ này chẳng những kéo
dài mà sự ñảo cực theo ñịnh luật Hale – Nicholson cũng xảy ra tương
ñối chậm chạp. Đồng thời trong giai ñoạn sau cực ñại lại diễn ra các vụ
BNMT và CME rất mạnh.









Hình 4.1. Chu kỳ hoạt ñộng mặt trời thứ 23

11

Bảng 4.1. số SSN trong một số năm của chu kỳ thứ 23

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
21,5 64,3 93,3 120,8

111 104 63,7 40,4 27,8

Khảo sát HĐMT trong năm 2004, 2005, 2006
Các khảo sát cho thấy trong giai ñoạn này có nhiều trận bão MT.
Tác giả chọn thời gian từ 7 ñến 15/9/2205 ñể khảo sát tác ñộng của bão
MT gây nhiễu loạn trong tầng ñiện ly.
Chụp ảnh VĐMT trong ngày 15/9/2005
Tác giả ñã theo dõi và chụp hình ảnh VĐMT trong ngày
15/9/2005, là thời ñiểm sẽ khảo sát nhiễu loạn ñiện ly (hình 4.2)


Hình 4.2. Hình ảnh VĐMT AR 10808 chụp ngày 15/9/2005 tại
Việt Nam
4.2. Khảo sát biến thiên ngày ñêm của foF2 tại TP. HCM trong
năm 2003.
Trong phần này tác giả khảo sát biến thiên của foF2 trong 6 tháng
ñầu năm 2003, từng ngày và trung bình tháng, ñối chiếu với số VĐMT.
Vì số lượng hình nhiều sau ñây chỉ ñưa một
vài hình minh họa :

12




Hình 4.3. Khảo sát biến thiên ngày ñêm của foF2 trong tháng 1
năm 2003 với R = 79,7
Nhận xét :
Biến trình ngày ñêm của foF2 trung bình tháng vẫn giữ dáng ñiệu

như các năm trước, tuy từng ngày diễn biến không lặp lại giống nhau.
Nghĩa là: có cực tiểu trước bình mình (06LT), hai cực ñại trong ngày, có
vết lõm giữa trưa và duy trì về ñêm ở mức cao. Tuy nhiên giá trị của
foF2 thấp hơn, chứng tỏ có sự phụ thuộc vào ñộ HĐMT (R giảm). Giá
tr
ị cực tiểu ñạt cỡ 3,5- 4,8 MHz (thấp hơn các năm trước khoảng 0,5-1,5
MHz). Cực ñại thứ nhất ñạt giá trị cỡ 11 MHz (thấp hơn các năm trước
từ 1-3 MHz). Đặc biệt, trong các tháng 4, 5, 6 cực ñại thứ hai có giá trị
13

cao hơn cực ñại thứ nhất. Cực ñại hai thường cũng vào lúc 15-17 LT, với
giá trị cao nhất gần 12 MHz. Về ñêm F2 vẫn duy trì và có giá trị khá cao
(thấp nhất cỡ 8 MHz). Sự phụ thuộc vào số VĐMT hàng tháng không
thể hiện rõ nét.
Như vậy, có thể khẳng ñịnh biến thiên ngày ñêm của lớp F2 quan
trắc tại TP. HCM trong thời gian này thể hiện rõ ñặc ñiểm của LF2 TĐL
XĐT và cho thấy có sự phụ thuộc vào ñộ HĐMT hàng năm. Đây là ñầu
mối cho việc khảo sát ở phần tiếp theo.
4.3. Khảo sát sự phụ thuộc của thông số foF2 vào ñộ hoạt ñộng
Mặt trời hàng năm


Xuất phát từ kết quả khảo sát ở phần 4.2. tác giả nhận thấy có sự
tăng giảm của foF2 theo ñộ HĐMT hàng năm: các cực trị của foF2 trong
năm 2003 thấp hơn các năm trước ñó. Từ ñó tác giả thử áp dụng số liệu
của tầng ñiện ly quan trắc tại TP. HCM vào công thức Allen và cảm
nhận thấy sự thay ñổi có qui luật, cho thấy có thể ñưa biểu thức (3.1) về
ñẳng thức sau :
2Ff
0

= b (1+0,02
R
)
1/2
(MHz) (4.1)
Với b là hệ số tỷ lệ :
b = 2Ff
0
: (1+0,02
R
)
1/2
(4.2)


Từ các số liệu về thông số ñiện ly f
0
F2 của tầng ñiện ly quan trắc
tại TP. HCM thu nhận ñược trong các năm 2002, 2003, 2004, 2005,
2006, tác giả ñã tính toán và ñưa ra công thức cho thấy sự phụ thuộc của
lớp F2 tại ñây vào HĐMT trong giai ñoạn cuối chu kỳ thứ 23 như sau:

2Ff
0
= 6,19 (1+0,02
R
)
1/2
(4.3)
Dựa vào công thức trên ta có thể biểu diễn biến thiên của 2Ff

0

theo chu kỳ HĐMT thứ 23, giai ñoạn các năm 2002-2006 dưới dạng biểu
ñồ như trong hình 4.4.

14










Hình 4.4. Sự phụ thuộc của
2Ff
0
vào
R

Nhận xét:
Như vậy, từ suy ñoán ban ñầu, qua tính toán cụ thể trên số liệu
của tầng ñiện ly TP. HCM tác giả ñã ñưa ra ñược công thức thể hiện sự
phụ thuộc của trạng thái lớp F2 của vùng này vào ñộ HĐMT. Qua ñó ta
có thể biểu diễn sự biến thiên của thông số foF2 theo chu kỳ HĐMT.
4.4. Khảo sát phản ứng của lớp F2 tầng ñiện ly tại TP.HCM trước
bão MT trong tháng 9/2005
Biến ñộng MT trong tháng 9 năm 2005

Nhóm VĐMT trong vùng hoạt ñộng AR 10798 ñã gây ra một loạt
bùng nổ trong tháng 8 năm 2005. Sau ñó, do MT quay, nó khuất về phía
không nhìn thấy của MT. Sang ñầu tháng 9/2005 nó xuất hiện ở rìa ñông
của MT và ñược ñặt tên lại là nhóm AR 10808. Từ ñó, nó bắt ñầu tạo ra
một loạt vụ BNMT và CME. Trong khoảng từ mùng 4 ñến 17/9/2005 nó
ñã gây ra tổng cộng 115 vụ bùng nổ loại C trở lên, trong ñó có 26 vụ loại
M, 10 vụ loại X. Đặc biệt là vụ bùng nổ ngày mùng 7 với loại X17, là vụ
n
ổ lớn thứ 5 về lượng tia X kể từ năm 1975 và là một trong những vụ nổ
lớn nhất chu kỳ HĐMT thứ 23, kèm theo ñó là ñám CME khổng lồ E07.
Khi ñó nhóm vết ñen ñang ở rìa MT nên các luồng bức xạ không ñập
0
2
4
6
8
10
12
101 65.8 42 29 16.1
R
Mhz
2002
2003
2004
2005
2006

R
15

trực diện vào bề mặt TĐ. Những ngày tiếp theo sau vẫn còn những vụ
bùng nổ với lượng tia X ít hơn (X1, X2,…), nhưng nhóm vết ñen ñi dần
vào trung tâm MT hơn, mức ñộ gây hại cho TĐ tăng lên. Tác giả ñã sử
dụng kính thiên văn ghi nhận hình ảnh của nhóm vết ñen này.
Biến ñộng trong môi trường liên hành tinh
Sau bão MT, các luồng bức xạ ñi ngang môi trường liên hành tinh,
làm tính chất của nó bị thay ñổi như: vận tốc gió MT tăng lên, ñổi
hướng, va chạm vào từ quyển gây sóng xung kích. Môi trường liên hành
tinh bị thay ñổi mạnh từ ngày mùng 9, vận tốc gió MT tăng lên, từ
trường có hướng nam và có shock. Ngày 11 môi trường liên hành tinh
biến ñộng mạnh nhất, vận tốc gió MT ñột ngột tăng mạnh, từ trường liên
hành tinh tăng mạnh và ñổi hướng nam. Ngày 12 tình trạng ñó vẫn tiếp
diễn. Ngày 15 lại có shock liên tục hai lần.
Biến ñộng trong trường ñịa từ trong thời gian từ ngày 7 ñến
15/9/2005
Các luồng bức xạ từ MT sau khi ñi qua môi trường liên hành tinh
ñến TĐ gây nhiều biến ñổi trong từ trường TĐ, ñược thể hiện qua chỉ số
Dst, Kp, Ap. Qua ñó ta thấy thời ñiểm SC ñược ghi nhận trong các ngày
9, 11, 12, 15, nhưng ngày 9 chưa có bão từ mạnh. Trong ngày 11 trường
ñịa từ biến ñộng mạnh nhất, chỉ số |Dst| ñạt cực ñại lúc khoảng 12UT,
bão từ rất mạnh xảy ra ở vĩ ñộ cao, ở vĩ ñộ trung bình cũng xảy ra bão từ
mạnh. Bão từ ở vĩ ñộ cao còn tiếp tục diễn ra trong các ngày liên tiếp sau
ñó, nhưng ở vĩ ñộ thấp không còn bão từ. Nhìn chung, các trận bão MT
ảnh hưởng mạnh ñến vùng vĩ ñộ cao hơn vùng vĩ ñộ thấp.



16

Khảo sát biến ñộng của lớp F2 tầng ñiện ly tại TP.HCM trong

những thời gian từ ngày 7 ñến 15/9/2005
Các ñồ thị ñược trình bày dưới ñây biểu diễn biến thiên của các
thông số ñiện ly là f
0
F2 và h’F2 theo UT (ñể tiện so sánh với quốc tế)
trong những ngày biến ñộng, từ 7 ñến 15 so với ngày yên tĩnh ñược chọn
là ngày 22/9/2005. Phần bị trống trên ñồ thị kiểm tra ñiện ly ñồ cho biết
những lúc ñó thường xảy ra Es và Fs.
Sau ñây là khảo sát biến ñộng ñiện ly từ ngày 7 ñến 15/9/2005




















17

18



























Hình 4.5. Khảo sát biến ñộng ñiện ly từ ngày 7 ñến 15/9/2005

19

Nhận xét
Trước các cơn bão MT dữ dội, dai dẳng, ñan xen với bão từ, lớp
ñiện ly F2 có biến ñộng liên tục, lệch khỏi giá trị bình thường và có các
hiện tượng Es, Fs, không có vệt phản xạ về ñêm, chứng tỏ có nhiễu loạn
ñiện ly. Tuy nhiên, diễn biến từng ngày không hoàn toàn giống nhau. Có
thể ñề xuất một số nhận xét và kiến giải như sau:
- Ngày 7 khi chưa có BNMT trạng thái của lớp F2 hoàn toàn bình
thường, ñồ thị foF2 ngày 7 và ngày 22 vào ban ngày gần như trùng nhau.
Về ñêm, khi xảy ra bão, ñồ thị lệch hẳn so với ngày 22 hoặc gián ñoạn.
Điều ñó chứng tỏ tác ñộng của bão MT lên tầng ñiện ly. Tuy nhiên, h’F2
có biến ñộng sớm hơn, nó ñã tăng cao vào ban ngày.
- Ngày 8 có thể ñã xảy ra hiệu ứng bão ñiện ly âm (Negative
storm), vì foF2 giảm xuống thấp hơn giá trị bình thường. Có thể giải
thích ñó là do tác ñộng của vụ BNMT và sự kiện proton tối hôm trước.
Vụ bùng nổ rất mạnh này ñã gây ra hiện tượng cực quang, ñược nhiều tài
liệu ghi nhận. Sự tỏa nhiệt do cực quang gây tác ñộng, làm thay ñổi nồng
ñộ các hạt trung hòa sinh plasma (N
2
, O), làm tốc ñộ tái hợp thay ñổi,
dẫn tới giảm nồng ñộ ñiện ly. Gió trong nhiệt quyển ñã chuyển các biến
ñổi ñó xuống vùng vĩ ñộ thấp. Như vậy, ở ñây có sự liên hệ giữa tầng
ñiện ly các vùng trên toàn cầu.
- Ngày 9, có dấu hiệu SC về ñêm, nhưng tầng ñiện ly phản ứng
với hiện tượng Fs, không cho thấy foF2 biến thiên theo bão từ. Tuy
nhiên, trên thế giới có nơi ñã ghi nhận ñược hiệu ứng bão ñiện ly dương
trong ngày này, ngay sau khi có SC.
- Ngày 10, không có SC bão từ, nhưng tại Millstone Hill và

Arecibo
ñã ghi nhận pha dương bão ñiện ly lúc sau 13UT, tức 8 LT (múi
giờ 19), kéo dài 9 tiếng và ghi nhận tác ñộng của gió trung hòa mạnh
hơn tác ñộng của sự thâm nhập tức thời ñiện trường từ quyển (PPEF).
20

Đồng thời cũng không ghi nhận ñược sự giảm nồng ñộ ñiện ly những
ngày sau ñó, ñể tạo thành một trận bão ñiện ly hoàn chỉnh, với các pha
dương, pha âm, pha phục hồi ñầy ñủ. Ở Việt nam foF2 tăng vọt lúc 3UT
(10 LT), nhưng nhanh chóng giảm xuống, cũng không tạo thành trận bão
ñiện ly.
- Ngày 11, mặc dù có bão từ rất mạnh ở vĩ ñộ cao và |Dst| ñạt cực
ñại, có hai lần SC nhưng ñồ thị về các thông số lớp F2 chỉ thăng giáng
mau lẹ hoặc gián ñoạn, không tạo thành bão ñiện ly song hành bão từ,
không giống các phản ứng của tầng ñiện ly với bão từ trong năm 2003
ñã ñược nghiên cứu.
- Ngày 12 cũng vậy, chứng tỏ bão ñiện ly có cơ chế rất phức tạp,
không phải luôn song hành với bão từ. Tuy nhiên, cũng có thể do bão từ
chỉ mạnh ở vĩ ñộ cao, vùng XĐT ít bị ảnh hưởng.
- Ngày 13 vào ban ngày foF2 tăng vọt, có thể là hiệu ứng bão ñiện
ly dương, do hậu quả của các cơn bão trong ngày12. Tuy nhiên, cần chú
ý là lúc này BMNT và CME ñã ñi vào trung tâm MT, các trận bão MT
nhỏ cũng có thể gây biến ñộng cho tầng ñiện ly. Kiểm tra số liệu MT
cho thấy vào thời ñiểm từ 02:50 ñến 03:50 UT có những vụ bùng nổ
ngắn liên tiếp, tuy không thuộc loại cao. Lúc này, vùng hoạt ñộng ñã ở
tại kinh tuyến trung tâm MT. Các vụ BNMT xảy ra vào ban ngày ở Việt
Nam (tương ñương khoảng từ 9:50 ñến 10:50 LT), với bức xạ tử ngoại
và tia X tăng ñột ngột, ñến TĐ trong vòng 8 ph. Do ñó, có thể ban ngày
tốc ñộ ion hóa tăng lên làm nồng ñộ ñiện ly (suy ra foF2) tăng vọt trong
thời gian ngắn. Như vậy, ñây cũng có thể là biểu hiện của nhiễu loạn

ñiện ly ñột ngột.
- Ngày 14
ñiện ly trở lại bình thường, trong ngày này không có
BNMT và SC bão từ.
21

- Ngày 15 có SC lúc 09:04 UT, ñồng thời cũng có BNMT mạnh
xảy ra ngay thời ñiểm ñó. foF2 tăng vọt, có thể là do bức xạ bất thường
tăng cao vào thời ñiểm ñó, làm xảy ra nhiễu loạn ñiện ly ñột ngột như
ngày 13. Tiếp theo sau ñồ thị biểu hiện sự thăng giáng của tầng ñiện ly,
nhưng không có dáng vẻ của một trận bão ñiện ly trước bão từ, có lẽ vì
bão từ không xảy ra ở vùng vĩ ñộ thấp trong ngày này.
- Sự tăng cao kéo dài của h’F2 về ban ngày trong tất cả các ngày
khảo sát biểu thị sự tăng cường của chuyển dịch E×B nâng ñiện ly lên
cao, gây ra bởi dòng ñiện xích ñạo chạy về hướng ñông vào ban ngày và
từ trường nằm ngang tại xích ñạo. Tuy nhiên, trong các ñêm 7, 9,10,12,
15 nhiều lúc h’F2 tăng vọt, giống như các trận bão trong năm 2003. Điều
này hơi bất thường, vì dòng ñiện xích ñạo lúc này chạy về hướng tây,
gây chuyển dịch xuống dưới. Sự chuyển dịch lên ñược ghi nhận ở ñây
tuy không cao bằng các lần khảo sát trước, nhưng nguyên nhân có thể do
ñiện trường bất thường, hướng về ñông, có liên quan tới bão MT gây ra.
- Trong các ngày có bão MT, về ñêm ñã xảy các hiện tượng Es,
Fs, mất vệt phản xạ, khiến không có số liệu ñể vẽ nên ñồ thị khảo sát bị
ngắt quãng, gián ñoạn. Tuy nhiên, các dạng nhiễu loạn này không thuộc
phạm vi nghiên cứu của luận án. Mặc dù vậy ñiều ñó cũng chỉ ra rằng
bão MT ñã gây ảnh hưởng ñến trạng thái của tầng ñiện ly.

KẾT LUẬN VỀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

1. Biến thiên ngày ñêm của foF2 ñược khảo sát trong luận án phù

hợp với các nghiên cứu trước ñó, cho thấy sự thể hiện rõ nét của ñặc tính
ñiện ly F2 nói chung và của ñiện ly vùng XĐT nói riêng: biến thiên
nhanh vào lúc bình minh, có một cực tiểu lúc bình minh, hai cực ñại vào
ban ngày, có vết lõm giữa trưa
, tồn tại với giá trị cao về ñêm, không lặp
22

lại giống nhau trong từng ngày. Đồng thời, ngay từ khảo sát này ñã cho
thấy sự phụ thuộc của trạng thái tầng ñiện ly vào ñộ HĐMT: so với các
nghiên cứu ở giai ñoạn HĐMT mạnh hơn trước kia, ở giai ñoạn này
nồng ñộ ñiện ly của lớp F2 giảm ñáng kể (suy ra từ sự giảm của foF2).
2. Qua khảo sát sự phụ thuộc của thông số foF2 giữa trưa trung
bình hàng năm vào ñộ HĐMT ( trong 5 năm, từ 2002 ñến 2006) tác giả
ñã ñưa ra ñược công thức khẳng ñịnh sự phụ thuộc ñó. Mặc dù ñây là
công thức ñược xây dựng dựa trên kết quả nghiên cứu có trước, nhưng
nó hoàn toàn mới với những ñặc trưng của lớp F2 tầng ñiện ly quan trắc
ñược tại TP. HCM:
2Ff
0
= 6,19 (1+0,02
R
)
1/2

Công thức này thể hiện rõ sự biến thiên của trạng thái ñiện lớp F2
tầng ñiện ly quan trắc ñược tại TP. HCM theo chu kỳ HĐMT. Tuy
nhiên, kết quả thu ñược dựa trên số liệu thống kê chưa ñủ lớn, cần phải
ñược kiểm nghiệm qua nhiều năm nữa. Nếu ñây là một công thức ñúng
ñắn thì dựa vào ñó ta có thể sơ bộ dự báo trạng thái của lớp F2 tầng ñiện
ly tại ñịa phương này, dựa trên dự báo về HĐMT (vì với tiến bộ hiện nay

dự báo HĐMT rất gần với thực tế).
3. Qua các khảo sát chung về MT cho thấy chu kỳ HĐMT thứ 23
diễn ra gần ñúng với dự báo, nhưng kéo dài hơn và có nhiều trận bão
MT khốc liệt vào giai ñoạn cuối chu kỳ. Các trận bão này làm ảnh hưởng
rõ rệt ñến trạng thái của ñiện ly, làm cho ñiện ly trở nên bất ổn.
4. Đặc biệt, với việc khảo sát phản ứng của tầng ñiện ly trước bão
MT và bão từ trong các ngày từ 7 ñến 15/9/2005 tác giả ñã khẳng ñịnh
diễn biến bão MT tác ñộng ñến trạng thái của tầng ñiện ly. Năm 2005
n
ằm trong giai ñoạn cuối của chu kỳ HĐMT, nhưng lại xảy ra những
trận bão MT rất mạnh mẽ. Các khảo sát cho thấy phản ứng của tầng ñiện
ly rất phức tạp, không hoàn toàn giống các nghiên cứu trước. Trong lần
23

này tầng ñiện ly phản ứng trước bão MT rõ nét hơn trước bão từ. Khi có
BNMT, CME vào ban ñêm trạng thái tầng ñiện ly bị xáo trộn, xảy ra các
dạng nhiễu loạn như Es, Fs. Khi BNMT xảy ra vào ban ngày nồng ñộ
ñiện ly tăng cao, chứng tỏ có nhiễu loạn ñiện ly ñột ngột. Đặc biệt, khi
vùng hoạt ñộng ñi vào kinh tuyến trung tâm nồng ñộ ñiện ly tăng vọt
ñáng kể. Điều này cho thấy việc khảo sát phản ứng của tầng ñiện ly cần
theo sát diễn tiến của bão MT. Tác ñộng của sự dịch chuyển E×B vùng
XĐT thể hiện về ban ngày. Những phản ứng của tầng ñiện ly về ñêm cần
ñược xem xét kỹ hơn. Đồng thời, việc khảo sát phản ứng tầng ñiện ly
phải gắn liền với việc khảo sát ñiện, từ trường khu vực trong thời gian
này.
5. Trong luận án này ở phần lý thuyết tác giả ñã giới thiệu về MT
có cập nhật kiến thức mới nhất. Trong phần nghiên cứu tác giả ñã tiến
hành chụp ảnh MT trong ngày bão (15/9/2005), góp phần khẳng ñịnh vai
trò của vị trí bão MT trong việc gây tác ñộng ñến trạng thái tầng ñiện ly.

24


DANH MỤC CÔNG TRÌNH TÁC GIẢ
1. Trần Quốc Hà (2004), “Nghiên cứu tầng ñiện ly Trái
ñất trong mối quan hệ Mặt trời – Trái ñất”, Tuyển tập nội dung
báo cáo hội nghị khoa học lần thứ 4, ĐHKHTN-ĐHQG TP
HCM, 21/10/2004.
2. Trần Quốc Hà (2004), “Nghiên cứu về lớp F2 tầng
ñiện ly tại miền nam Việt Nam trong 6 tháng ñầu năm 2003”,
Tuyển tập báo cáo hội thảo khoa học-Hội ñồng các nghành
Khoa học về Trái ñất, ĐHQG TP HCM, 20/12/2004.
3. Trần Quốc Hà (2005), “Sự phụ thuộc của tần số foF2
vào chu kỳ vết ñen Mặt trời”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa
học - Kỹ thuật Địa vật lý Việt Nam, lần thứ 4, 9/2005, NXB
KH&KT, Hà Nội.
4. Trần Quốc Hà (2006), “Khảo sát ñộ hoạt ñộng của
Mặt trời giai ñoạn 2000-2003”, ñề tài NCKH cấp trường, mã số
CS.2005.23.81, ñã nghiệm thu tháng 3/2006, ĐHSP TP HCM.
5. Trần Quốc Hà (2007), “Chu kỳ thứ 23 của hoạt ñộng
Mặt Trời”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học - Kỹ thuật Địa
vật lý Việt Nam, lần thứ 5, 8/2007, NXB KH&KT, Hà Nội.
6. Trần Quốc Hà (2009), “Đối chiếu số liệu hoạt ñộng
Mặt trời và số liệu ñiện ly tại miền nam Việt Nam trong các năm
cuối chu kỳ hoạt ñộng Mặt trời thứ 23”, Tạp chí khoa học, ĐHSP
TP HCM, số 18 (52), 11/2009, tr 129.
7. Tr
ần Quốc Hà (2009), “Ghi nhận hoạt ñộng Mặt trời
trong tháng 9 năm 2005 bằng kính thiên văn tại trường Đại học