Hiện tượng 'bóng ma' hiếm gặp trong khí quyển Trái Đất

[sunshine1104]

Các nhà nghiên cứu phát hiện những chi tiết mới về một hiện tượng hiếm gặp tạo ra "bóng ma" màu xanh lá cây ở tầng thượng quyển của Trái Đất.

Phát hiện công bố hôm 12/12 trên tạp chí Nature lý giải quá trình vật lý hình thành bóng ma và lý do nó phát sáng màu xanh lá cây. Hiện tượng này có tên bóng ma tầng trung lưu, là những quầng sáng màu xanh lá cây nhạt xuất hiện không thường xuyên, kéo dài vài trăm mili giây khi một dạng sét đặc biệt gọi là sét dị hình xảy ra.

Sét dị hình là những luồng phóng điện lớn ngoạn mục dưới dạng chớp sáng màu đỏ cam. Chúng là một dạng sét tồn tại trong thời gian ngắn, diễn ra phía trên độ cao của sét thường, được biết tới với tên sự kiện phát sáng thoáng qua (TLE). Những TLE phổ biến nhất bao gồm sét dị hình và nhiều hiện tượng khí quyển khác như hào quang, sét elve, sét xanh và sét khổng lồ. Một số sét dị hình như sét hình sứa có hình dáng giống động vật.

TLE được quan sát lần đầu tiên vào năm 1989. Từ sau đó, nhiếp ảnh gia trên toàn cầu dành nhiều đêm săn và chia sẻ ảnh chụp những loại chớp sáng đẹp mắt trên. Bóng ma tầng trung lưu khá hiếm gặp, xảy ra bên trên sét dị hình và cũng thuộc nhóm TLE. "Giống như mọi thành viên trong danh mục, bóng ma xanh phát triển qua tương tác phức tạp giữa cơn giông bão và khí quyển Trái Đất", María Passas Varo, đồng tác giả nghiên cứu ở khoa hệ Mặt Trời tại Viện vật lý thiên văn Andalusia của Tây Ban Nha, cho biết. "Chúng cực kỳ hiếm thấy, chỉ có 1 trong 100 sét dị hình đi kèm bóng ma xanh".

Bóng ma xanh được phát hiện lần đầu năm 2019 bởi nhà khoa học Hank Schyma. Tháng 5 năm đó, Schyma ghi hình cơn bão có sét dị hình ở Oklahoma và quan sát một quầng sáng xanh lá cây hiện ra ở bên trên, kéo dài vài mili giây. Sau quan sát của Schyma, giả thuyết chính nhằm lý giải hiện tượng bóng ma xanh cho rằng đây là kết quả khi nguyên tử oxy bị kích thích và phát ra ánh sáng ở quang phổ màu xanh lá cây.

Sau khi xem thước phim của Schyma, Varo và cộng sự bắt đầu dự án nghiên cứu nhằm tìm hiểu bản chất của bóng ma xanh. Họ sử dụng quang phổ kế, thiết bị phát hiện ánh sáng và ghi chép màu sắc thành phần, cung cấp cho các nhà khoa học dữ liệu về những gì tạo ra nó. Dù nguyên tử oxy bị kích thích được cho là nguyên nhân tạo ra màu xanh lá cây, vật chất liên quan tới quá trình chưa được xác định do thiếu quan sát quang phổ.

Tháng 6/2019, Varo và cộng sự bắt đầu một đợt quan sát quang phổ ở Castellgalí, nằm gần vùng ven biển phía đông bắc của Tây Ban Nha ở tỉnh Barcelona. Họ tiến hành đo quang phổ ở bước sóng mà con người có thể nhìn thấy, chủ yếu ở dải ánh sáng xanh lá cây. Các nhà khoa học thu thập hơn 2.000 ảnh chụp và thước phim về TLE. Nhưng quan sát bóng ma xanh vẫn cực kỳ khó khăn với thiết bị mà nhóm nghiên cứu sử dụng.

Để ghi hình bóng ma hiếm gặp, quang phổ kế phải hướng tới độ cao mà chúng nhiều khả năng xuất hiện. Trong gần 4 năm quay phim, thành viên nhóm nghiên cứu mới chỉ ghi hình thành công 42 hình ảnh từ phía trên sét dị hình. Họ quan sát bóng ma xanh vào một dịp duy nhất trong số đó. Quan sát thành công diễn ra vào ngày 21/9/2019 khi họ phát hiện sét dị hình hình sứa trong cơn giông bão phía trên Địa Trung Hải. Dữ liệu quang phổ họ thu thập từ sét dị hình chỉ ra sự tồn tại của bóng ma xanh ở mặt bên trên của nó.

Dù không chụp bất kỳ bức ảnh màu nào về bóng ma, nhóm nghiên cứu biết họ đã quay một trường hợp bởi ánh sáng phát ra từ hiện tượng chủ yếu được quan sát ở quang phổ màu xanh lá cây. Ngoài ra, hiện tượng kéo dài hơn 500 mili giây. Theo Varo, sét dị hình chỉ kéo dài khoảng 20 mili giây.

Khi phân tích dữ liệu, các nhà khoa học phát hiện dấu vết yếu nhưng chắc chắn của nguyên tử oxy bị kích thích, giúp xác nhận giả thuyết trước đây. Nhưng họ cũng tìm thấy các nguyên tố khác trong khí quyển, bao gồm sắt, niken và nguyên tử nitơ góp phần vào màu xanh lá cây. Nhóm nghiên cứu hy vọng có thể phát hiện nhiều hiện tượng này hơn trong tương lai.