Thời tiết vũ trụ là một lĩnh vực nghiên cứu đầy thách thức, đặc biệt khi những hiện tượng như bão mặt trời có thể gây ra những tác động nghiêm trọng đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Những cơn bão này không chỉ ảnh hưởng đến vệ tinh mà còn có thể làm gián đoạn lưới điện và gây ra các vấn đề trong ngành hàng không. Tuy nhiên, việc dự đoán chính xác những hiện tượng này vẫn là một bài toán khó đối với các nhà khoa học.
Hình ảnh cận cảnh của lóa mặt trời, một hiện tượng bùng nổ bức xạ điện từ từ bầu khí quyển của Mặt Trời.
Khó khăn lớn nhất trong việc dự đoán bão mặt trời là khả năng xác định sức mạnh của gió và khả năng gây ra mất điện cho đến khi chỉ còn vài phút trước khi hiện tượng xảy ra. Mặc dù con người có thể phát hiện các vụ phun trào từ Mặt Trời và theo dõi tốc độ của chúng, nhưng một thông tin quan trọng vẫn nằm ngoài tầm với cho đến phút chót: hướng của từ trường bão, hay còn gọi là thành phần Bz.
Khi một cơn phun trào vành nhật hoa (CME) xảy ra, nó mang theo plasma và từ trường từ Mặt Trời. Hướng của từ trường này có thể là Bz hướng bắc hoặc nam, và điều này quyết định mức độ tương tác của bão mặt trời với từ trường của Trái Đất. Một Bz hướng nam có khả năng kết nối với từ trường của Trái Đất, cho phép năng lượng tràn vào và gây ra các hiện tượng như cực quang, gián đoạn tín hiệu vô tuyến và ảnh hưởng đến lưới điện. Ngược lại, một Bz hướng bắc có thể đi qua mà không gây ra tác động đáng kể.
Các nhà khoa học cho rằng việc hiểu rõ thành phần Bz của CME đang đến có thể tạo ra sự khác biệt lớn trong việc chuẩn bị cho các tác động của bão mặt trời. Hiện tại, phần lớn công tác theo dõi chỉ dựa vào một điểm quan sát duy nhất là tàu vũ trụ ở điểm Lagrange 1 (L1), cách Trái Đất khoảng 1,5 triệu km. Những tàu vũ trụ như ACE và DSCOVR có thể phát hiện các đặc điểm của gió mặt trời và đo Bz, nhưng chỉ khi cơn bão đã đến rất gần Trái Đất.
Để có thể dự đoán chính xác sức mạnh của bão mặt trời trước khi nó xảy ra, các nhà khoa học cần thực hiện các phép đo sớm hơn. Lý tưởng nhất là đặt các vệ tinh ở nhiều điểm Lagrange khác ngoài L1, cho phép quan sát cấu trúc từ khi chúng rời khỏi Mặt Trời. Theo ý kiến của một số chuyên gia, việc đặt vệ tinh quan sát Mặt Trời tại các điểm L5, L4 và L3 có thể tốn kém nhưng hoàn toàn khả thi.
Dự báo thời tiết vũ trụ hiện vẫn chưa được đầu tư nhiều như dự báo thời tiết trên Trái Đất, mặc dù tầm quan trọng của nó ngày càng gia tăng. Khi mà thế giới ngày càng phụ thuộc vào vệ tinh và cơ sở hạ tầng điện toàn cầu, con người trở nên dễ bị tổn thương hơn trước những hiện tượng thời tiết vũ trụ cực đoan. Những cải tiến cần thiết có thể mất nhiều thập kỷ để thực hiện, ngay cả khi có sự đầu tư liên tục và ưu tiên rõ ràng cho cơ sở hạ tầng thời tiết vũ trụ.
Các cơn bão mặt trời cực đoan như sự kiện Carrington nổi tiếng năm 1859 rất hiếm khi xảy ra, nhưng vẫn có khả năng xuất hiện. Ngày nay, một sự kiện như vậy có thể gây thiệt hại hàng nghìn tỷ USD trên toàn cầu, làm tê liệt vệ tinh và gây mất điện trong nhiều tuần hoặc thậm chí nhiều tháng, gây ra sự gián đoạn nghiêm trọng trong liên lạc và hàng không. Sự phụ thuộc ngày càng tăng vào công nghệ khiến con người dễ bị ảnh hưởng bởi bão mặt trời hơn bao giờ hết.
Các nhà nghiên cứu đang tích cực sử dụng nhiều công cụ đáng tin cậy để theo dõi hoạt động của Mặt Trời, trong đó có Mạng lưới Dao động Toàn cầu (GONG). Mạng lưới này bao gồm 6 kính viễn vọng giống hệt nhau, theo dõi Mặt Trời gần như liên tục. GONG đã hoạt động từ thập niên 1990 và là một phần quan trọng trong bộ công cụ dự báo thời tiết vũ trụ.
GONG cung cấp dòng hình ảnh liên tục về toàn bộ bề mặt Mặt Trời, cập nhật mỗi phút. Những hình ảnh này chứa thông tin về chuyển động và từ trường của Mặt Trời, giúp dự đoán thời điểm và địa điểm xảy ra các vụ phun trào mặt trời. Mạng lưới này còn giúp các nhà khoa học theo dõi phía xa của Mặt Trời, sử dụng rung động để phát hiện các vùng hoạt động không thể thấy trực tiếp. Tất cả những điều này giúp các nhà dự báo phát hiện cơn bão mặt trời tiềm năng trước khi chúng bùng phát và điều chỉnh mô hình ước tính về tác động của cơn bão đến Trái Đất.
Một công cụ quan trọng khác trong hệ thống cảnh báo thời tiết vũ trụ hiện nay là Đài quan sát Khí hậu Không gian sâu (DSCOVR), nằm tại điểm Lagrange 1 (L1). Tương tự như các phao cảm biến trên biển cảnh báo về cơn sóng thần, DSCOVR cung cấp dữ liệu thời gian thực về gió mặt trời, giúp các nhà dự báo phát hành cảnh báo về cơn bão địa từ đang đến. Tùy thuộc vào tốc độ gió mặt trời, DSCOVR có thể cung cấp cảnh báo từ 15 đến 60 phút trước khi cơn bão mặt trời ập đến Trái Đất. Khoảng thời gian ngắn này rất quan trọng đối với các nhà điều hành vệ tinh, lưới điện và hệ thống thông tin liên lạc.
Ngành nghiên cứu thời tiết vũ trụ đang ngày càng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết, và việc đầu tư vào công nghệ và cơ sở hạ tầng sẽ là chìa khóa để bảo vệ con người trước những tác động của bão mặt trời trong tương lai.
