Ô nhiễm không khí làm GPS, viễn thông dễ ‘tê liệt’ trong bão Mặt trời

Một nghiên cứu mới cho thấy biến đổi khí hậu đang làm thay đổi cấu trúc khí quyển Trái đất, khiến các vệ tinh bao gồm cả GPS và viễn thông đối mặt nguy cơ lớn hơn trong các cơn bão Mặt trời.

Theo công bố trên tạp chí Geophysical Research Letters, các nhà khoa học phát hiện rằng việc gia tăng khí CO₂ ở tầng khí quyển trên cùng khiến không khí trở nên loãng hơn. Trong khi đó, bão mặt trời (bão từ), hiện tượng các hạt tích điện từ Mặt trời va chạm với khí quyển, lại làm không khí đặc hơn. Sự thay đổi mật độ nhanh chóng và mạnh mẽ này có thể gây rắc rối nghiêm trọng cho hoạt động của vệ tinh.

Bão từ là sự nhiễu loạn trong từ trường Trái đất do hoạt động của Mặt trời gây ra. Những cơn bão mạnh có thể làm tăng mật độ khí quyển ở tầng cao, khiến vệ tinh gặp khó khăn trong việc duy trì quỹ đạo và tốc độ. Nếu mất cân bằng, chúng có thể hạ thấp dần độ cao, rút ngắn vòng đời hoạt động.

Mô phỏng trên siêu máy tính của Trung tâm Nghiên cứu Khí quyển Quốc gia Mỹ (NCAR) cho thấy: đến cuối thế kỷ 21, mật độ tầng khí quyển trên có thể giảm 20-50%. Khi một cơn bão từ mạnh xảy ra, mức gia tăng mật độ sẽ lớn hơn nhiều so với hiện nay, từ mức tăng gấp đôi có thể chuyển thành gấp ba.

"Với ngành công nghiệp vệ tinh, đây là vấn đề đặc biệt quan trọng. Các thiết kế vệ tinh cần tính đến điều kiện khí quyển trong tương lai, thay vì chỉ dựa vào số liệu lịch sử", nhà nghiên cứu Nicholas Pedatella chia sẻ.

Một bầu khí quyển loãng hơn đồng nghĩa với việc các vệ tinh ít chịu lực cản hơn, quỹ đạo ổn định lâu hơn và tuổi thọ có thể được kéo dài. 

Tuy nhiên, nghịch lý nảy sinh: chính sự "kéo dài tuổi thọ" này khiến rác vũ trụ, bao gồm vệ tinh đã ngừng hoạt động và các mảnh vỡ nhỏ, tồn tại lâu hơn trong quỹ đạo thấp quanh Trái đất.

Khi xảy ra bão từ, mật độ khí quyển tăng vọt trong thời gian ngắn có thể khiến các vệ tinh cũng như các mảnh rác tụt xuống nhanh hơn, làm gia tăng nguy cơ va chạm dây chuyền. 

Một mảnh vỡ nhỏ va vào vệ tinh đang hoạt động có thể tạo ra hàng nghìn mảnh vỡ mới, từ đó gây ra "hiệu ứng domino" cho cả một khu vực quỹ đạo.

Nghiên cứu đã lấy trận bão từ tháng 5-2024 làm ví dụ điển hình. Khi đó, liên tiếp nhiều vụ phun trào nhật hoa (CME) từ Mặt trời đã tạo nên cảnh tượng cực quang xuất hiện bất thường ở nhiều khu vực vĩ độ thấp, vốn hiếm khi nhìn thấy. 

Song song với vẻ đẹp ngoạn mục ấy, một số vệ tinh đã bị gián đoạn hoạt động, thậm chí có nguy cơ hỏng hóc. Khi mô phỏng cùng kịch bản ở các mốc năm 2040, 2061 và 2084, nhóm khoa học phát hiện rằng biến đổi khí hậu sẽ khuếch đại tác động của bão từ lên khí quyển, khiến mật độ thay đổi đột ngột mạnh hơn nhiều so với hiện nay.

Nhà nghiên cứu Pedatella nhấn mạnh: "Trong 30 năm tới, một cơn bão từ có cường độ giống hệt hôm nay có thể tạo ra phản ứng khí quyển hoàn toàn khác". Điều này đồng nghĩa ngành công nghiệp vệ tinh không thể dựa vào những dữ liệu lịch sử để thiết kế, mà buộc phải tính toán lại, thích ứng với một Trái đất đang biến đổi dưới tác động kép của khí hậu và không gian vũ trụ.