Cực quang không chỉ có trên Trái Đất: sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương, sao Hải Vương và cả sao Hoả đều có. Chỉ cần ba thứ: một bầu khí quyển, các hạt mang điện năng lượng cao, và một cơ chế dẫn hạt vào khí quyển — thường là từ trường. Cực quang sao Mộc mạnh nhất hệ Mặt Trời và phần lớn được "nuôi" bởi vật chất phun từ núi lửa trên mặt trăng Io; cực quang sao Hoả thì xuất hiện dù hành tinh này không có từ trường toàn cầu.
Cực quang hình thành thế nào: phiên bản dành cho mọi hành tinh
Khi một hạt mang điện tốc độ cao (electron, proton, ion) lao vào khí quyển, nó va chạm với nguyên tử, phân tử khí và truyền năng lượng cho chúng. Nguyên tử bị "kích thích" sau đó nhả năng lượng ra dưới dạng ánh sáng. Màu và bước sóng của ánh sáng phụ thuộc vào khí đó là gì.
- Trên Trái Đất, oxy và nitơ cho ánh sáng xanh lục, đỏ, tím — nhìn được bằng mắt thường.
- Trên các hành tinh khí, khí quyển chủ yếu là hydro, nên cực quang phát mạnh ở vùng tử ngoại (từ hydro) và hồng ngoại (từ ion H₃⁺). Mắt người không thấy được, phải dùng kính Hubble, kính hồng ngoại hoặc tàu vũ trụ.
- Trên sao Hoả, khí quyển CO₂ có oxy nguyên tử ở tầng cao, nên có thể phát ánh sáng xanh lục tương tự Trái Đất.
Bảng so sánh cực quang các hành tinh
| Hành tinh | Từ trường | Nguồn hạt chính | Quan sát chủ yếu bằng |
|---|---|---|---|
| Sao Mộc | Rất mạnh, mạnh nhất trong các hành tinh | Plasma từ núi lửa Io, cộng gió Mặt Trời | Hubble (tử ngoại), Juno, kính hồng ngoại, tia X |
| Sao Thổ | Mạnh, trục từ gần trùng trục quay | Chủ yếu gió Mặt Trời; mặt trăng Enceladus góp plasma | Hubble, Cassini |
| Sao Thiên Vương | Lệch khoảng 59° so với trục quay | Gió Mặt Trời | Voyager 2 (1986), Hubble |
| Sao Hải Vương | Lệch khoảng 47° so với trục quay | Gió Mặt Trời | Voyager 2 (gợi ý), kính James Webb |
| Sao Hoả | Không có từ trường toàn cầu, chỉ có từ trường vỏ cục bộ | Gió Mặt Trời, bão Mặt Trời | Mars Express, MAVEN, Hope, Perseverance |
Sao Mộc: cực quang mạnh nhất hệ Mặt Trời
Từ trường sao Mộc rất mạnh và từ quyển của nó là cấu trúc lớn nhất quanh một hành tinh trong hệ Mặt Trời. Điểm đặc biệt: nguồn hạt chủ yếu không phải Mặt Trời mà là Io, mặt trăng có núi lửa hoạt động mạnh nhất hệ Mặt Trời. Núi lửa Io phun lưu huỳnh và oxy; một phần bị ion hoá, tạo thành một vành plasma hình bánh rán dọc quỹ đạo Io. Các ước tính phổ biến cho rằng Io đưa vào từ quyển khoảng một tấn vật chất mỗi giây.
Từ trường sao Mộc quay theo hành tinh (khoảng 10 giờ một vòng), kéo theo plasma. Khi plasma bị văng ra xa, các dòng điện khổng lồ chạy dọc đường sức từ xuống hai cực, sinh ra vòng cực quang chính — một vành sáng thường trực quanh mỗi cực, không tắt như cực quang Trái Đất.
Dấu chân của các mặt trăng
Ảnh tử ngoại của Hubble cho thấy những chấm sáng nhỏ nằm ngoài vòng chính: đó là "dấu chân" cực quang của Io, Europa và Ganymede. Mỗi mặt trăng khi đi qua từ trường sao Mộc tạo ra một dòng điện nối với khí quyển hành tinh, để lại một điểm sáng di chuyển theo mặt trăng đó, đôi khi kèm vệt đuôi.
Juno nhìn từ trên cực
Tàu Juno, vào quỹ đạo sao Mộc năm 2016, là tàu đầu tiên bay qua ngay trên hai cực. Nó phát hiện các electron được gia tốc với năng lượng cao hơn nhiều so với những gì gây ra cực quang mạnh nhất trên Trái Đất, và thấy những cơ chế gia tốc hạt không giống Trái Đất. Sao Mộc còn phát cực quang tia X, được các đài quan sát tia X như Chandra và XMM-Newton ghi lại, theo những nhịp đập vài phút một lần.
Sao Thổ: cực quang theo nhịp gió Mặt Trời
Sao Thổ có từ trường mạnh, nhưng không có "Io" nào cung cấp nhiều plasma như vậy, nên cực quang của nó phụ thuộc gió Mặt Trời nhiều hơn, giống Trái Đất hơn. Kính Hubble và tàu Cassini quan sát vòng cực quang tử ngoại thay đổi độ sáng và hình dạng theo các đợt gió Mặt Trời mạnh. Trong hồng ngoại, cực quang sao Thổ phát sáng nhờ ion H₃⁺. Mặt trăng Enceladus phun hơi nước từ cực nam, cũng góp một phần vật chất vào từ quyển và để lại dấu chân cực quang mờ.
Sao Thiên Vương và sao Hải Vương: cực quang lệch chỗ
Từ trường của hai hành tinh này rất lạ: trục từ lệch mạnh so với trục quay và không đi qua tâm hành tinh. Vì vậy cực quang không nằm gọn ở hai cực địa lý như sao Mộc, sao Thổ, mà xuất hiện ở các vĩ độ thấp hơn và đổi chỗ khi hành tinh quay.
- Sao Thiên Vương: Voyager 2 ghi được phát xạ cực quang tử ngoại khi bay qua năm 1986. Năm 2011, kính Hubble lần đầu chụp được ảnh cực quang sao Thiên Vương từ quỹ đạo Trái Đất, sau khi canh đúng lúc một đợt gió Mặt Trời mạnh tới nơi.
- Sao Hải Vương: Voyager 2 năm 1989 có những tín hiệu gợi ý, nhưng chưa chắc chắn. Phải tới khi kính James Webb quan sát trong hồng ngoại năm 2023 (kết quả công bố năm 2025), các nhà khoa học mới ghi nhận rõ phát xạ của ion H₃⁺ từ cực quang sao Hải Vương, ở đúng những vĩ độ trung bình mà từ trường lệch dự báo.
Sao Hoả: cực quang không cần từ trường toàn cầu
Sao Hoả mất từ trường toàn cầu từ hơn 4 tỷ năm trước, chỉ còn những mảng từ trường lưu trong đá vỏ, nhiều nhất ở bán cầu nam. Thế mà sao Hoả vẫn có nhiều kiểu cực quang:
- Cực quang rời rạc (discrete): tàu Mars Express phát hiện năm 2004, tập trung quanh các vùng từ trường vỏ. Tàu Hope của UAE sau này chụp được chúng trên diện rộng.
- Cực quang lan toả (diffuse): MAVEN thấy cuối năm 2014, khi các hạt năng lượng cao từ bão Mặt Trời trùm lên gần cả hành tinh, sáng ở tầng khí thấp hơn.
- Cực quang proton: MAVEN phát hiện, sinh ra khi proton gió Mặt Trời "mượn" electron của hydro trên cao, xuyên qua lớp chắn rồi phát sáng trong khí quyển ban ngày.
Tháng 3/2024, sau một đợt bão Mặt Trời, camera của xe Perseverance chụp được ánh sáng xanh lục của oxy trên bầu trời đêm — lần đầu tiên cực quang nhìn thấy bằng ánh sáng khả kiến được ghi lại từ bề mặt một hành tinh khác. Kết quả công bố năm 2025. Theo nhóm nghiên cứu, cực quang này rất mờ, người đứng đó khó lòng nhìn rõ bằng mắt thường.
Góc nhìn hôm nay: cực quang là "đèn báo" cho từ trường và nước ngầm
Cực quang không chỉ đẹp. Nó cho các nhà khoa học biết hành tinh có từ trường ra sao, khí quyển trên cao gồm gì, và gió Mặt Trời đang tác động thế nào. Một ví dụ nổi bật: năm 2015, các nhà khoa học dùng Hubble theo dõi cực quang của Ganymede (mặt trăng có từ trường riêng). Hai vành cực quang lắc qua lại ít hơn dự đoán, và cách giải thích hợp lý nhất là có một đại dương nước mặn dẫn điện dưới lớp băng làm "giảm chấn" — một trong những bằng chứng mạnh cho đại dương ngầm trên Ganymede.
Với người muốn tìm hiểu thêm:
- Xem ảnh: NASA và ESA có kho ảnh Hubble về cực quang sao Mộc, sao Thổ ở vùng tử ngoại, thường được ghép lên ảnh màu khả kiến để dễ nhìn.
- Đọc thêm: các trang sứ mệnh Juno, MAVEN, Hope; trang Webb của NASA có bài về cực quang sao Hải Vương.
- Ghi nhớ khi xem ảnh: phần lớn ảnh cực quang hành tinh khí là ảnh tử ngoại hoặc hồng ngoại đã gán màu giả; "màu" trong ảnh không phải màu mắt người sẽ thấy.
Câu hỏi thường gặp
Hành tinh nào có cực quang?
Ngoài Trái Đất, cực quang đã được ghi nhận trên sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương, sao Hải Vương và sao Hoả, cùng một số mặt trăng như Ganymede. Cực quang sao Mộc mạnh nhất hệ Mặt Trời.
Vì sao cực quang sao Mộc mạnh như vậy?
Vì sao Mộc có từ trường rất mạnh, quay nhanh, và được mặt trăng Io cung cấp liên tục vật chất từ núi lửa. Plasma từ Io bị từ trường kéo theo, sinh ra dòng điện khổng lồ đổ xuống hai cực, tạo vòng cực quang sáng thường trực.
Sao Hoả không có từ trường thì sao có cực quang?
Sao Hoả vẫn có những mảng từ trường lưu trong đá vỏ, nơi tập trung cực quang rời rạc. Ngoài ra, hạt năng lượng cao từ bão Mặt Trời có thể lao thẳng vào khí quyển và gây cực quang lan toả trên diện rộng. Năm 2024 xe Perseverance đã chụp được cực quang xanh lục từ bề mặt.
Có thể nhìn thấy cực quang sao Mộc bằng mắt không?
Không. Cực quang sao Mộc phát chủ yếu ở tử ngoại, hồng ngoại và tia X, phải dùng kính như Hubble, Webb hoặc tàu Juno mới ghi được. Ảnh phổ biến trên mạng là ảnh màu giả ghép lên ảnh thường.
Cực quang sao Hải Vương được xác nhận khi nào?
Voyager 2 năm 1989 chỉ có tín hiệu gợi ý. Cực quang sao Hải Vương được ghi nhận rõ nhờ kính James Webb quan sát năm 2023, kết quả công bố năm 2025.
