Ảnh hưởng của các hành tinh lên hoạt động của Mặt trời

Nhân sự kiện này chúng ta hãy tìm hiểu sự liên kết động lực của các hành tinh với Mặt trời, cụ thể là với hoạt động của Mặt trời, một vấn đề đã được nghiên cứu từ thế kỷ XIX, nhưng cho đến nay vẫn chưa có sự thống nhất về quan điểm trong giới các nhà vật lý và thiên văn. Nhiều nhà thiên văn, đặc biệt là nhà thiên văn Thuỵ Sĩ R.Wolf (1816 - 1893) đã lưu ý sự trùng hợp lý thú giữa chu kỳ quay quanh Mặt trời của sao Mộc (11.86 năm) và chu kỳ trung bình của hoạt động Mặt trời (11.13 năm). Từ sự trùng hợp này ta suy ra rằng giữa hoạt động của Mặt trời thể hiện qua số vết đen mặt trời và sự thay đổi khoảng cách của sao Mộc đến Mặt trời có thể tồn tại một sự liên hệ nhất định. Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu tỉ mỉ mối quan hệ này và đi đến kết luận rằng sự xắp xếp vị trí khác nhau của các hành tinh là có sự liện hệ với các biến đổi của các quá trình trên Mặt trời, trong đó có sự xuất hiện theo chu trình của vết đen Mặt trời. Tuy nhiên nhiều nhà khoa học lại có quan điểm khác, cho rằng sự biến đổi của hoạt động mặt trời có thể gây ra do các quá trình xảy ra bên trong lòng Mặt trời. Và do đó, cho đến nay vẫn chưa thể ủng hộ hoặc phủ nhận quan điểm nào. Có lẽ các quá trình bên trong Mặt trời và tác động hấp dẫn gây ra do sự sắp xếp khác nhau của các hành tinh đều có ảnh hưởng đến hoạt động của Mặt trời.

Chúng ta hãy xem xét quá trình gì xảy ra bên trong Mặt trời dưới tác động của hành tinh. Ngay từ đầu thế kỷ XX, nhà toán học và cơ học thiên thể người Anh E.M.Brown (1866 - 1938) đã tính toán khá tỉ mỉ và cho rằng sự thay đổi theo chu trình của hoạt động Mặt trời có liên hệ với lực gây triều tạo ra do các hành tinh, đồng thời chuyển động triều đã gây ra các chuyển động xoáy trong khí quyển của Mặt trời. Như chúng ta đều biết khối lượng của toàn bộ Hệ mặt trời hầu như tập trung vào Mặt trời (lên tới 99.78%) nhưng mômen động lượng chỉ có 2% mômen động lượng của toàn hệ, 98% động lượng thuộc về các hành tinh. Tuy nhiên tỷ lệ này không phải là bất biến. Khi tất cả hay vài hành tinh sắp hàng trên một đường thẳng qua tâm Mặt trời, thì trọng tâm của Hệ mặt trời sẽ dịch chuyển đối với tâm của Mặt trời (hình vẽ). Theo các định luật cơ học, Mặt trời phải quay quanh trọng tâm mới này, đồng thời tự quay quanh trục của mình. Sự thay đổi mômen động lượng của Mặt trời chắc chắn ảnh hưởng đến các quá trình diễn ra bên trong Mặt trời. Thực tế, quỹ đạo của các hành tinh quay quanh mặt trời đều là những đường elip theo cùng hướng ngược chiều kim đồng hồ và các quĩ đạo đều nằm sát mặt phẳng xích đạo của Mặt trời, nên các hành tinh nằm trên đường gần như thẳng và đi qua tâm Mặt trời có thể xảy ra. Ngoài ra, chúng ta đều biết các hành tinh khổng lồ nhóm sao Mộc có khối lượng lớn hơn rất nhiều so với các hành tinh nhóm Trái đất.

Để minh hoạ, chúng ta có thể hình dung hai hành tinh khổng lồ có khối lượng gần bằng nhau cùng nằm trên một phía như trên hình vẽ. Khi đó trọng tâm của Hệ mặt trời sẽ dịch chuyển về phía các hành tinh, đồng thời mômen động lượng (mômen quay) sẽ có giá trị lớn nhất (vị trí I). Vì mômen động lượng của toàn Hệ mặt trời được bảo toàn, nên mômen quay của các hành tinh sẽ giảm xuống. Sau một khoảng thời gian nhất định, hai hành tinh khổng lồ nêu trên sẽ lại cùng nằm trên một đường thẳng, nhưng ở hai phía khác nhau đối với Mặt trời. Khi đó trọng tâm của Hệ mặt trời không dịch chuyển đối với tâm Mặt trời và mômen quay của các hành tinh sẽ có giá trị cực đại (vị trí II). Như vậy, lực gây nhiễu đối với Mặt trời liên quan đến sự thay đổi trị số mômen theo thời gian của bản thân Mặt trời. Nếu thừa nhận hoạt động của Mặt trời liên hệ trực tiếp với lực gây nhiễu này, thì chúng ta phải ủng hộ quan điểm về sự phụ thuộc của hoạt động Mặt trời vào sự sắp xếp vị trí của các hành tinh.

Trên đây chúng ta chỉ phân tích ảnh hưởng đối với Mặt trời của hai hành tinh. Trong thực tế cần phải phân tích ảnh hưởng của tất cả các hành tinh bao gồm cả các “hành tinh lùn” quay quanh Mặt trời. Nhiều nhà cơ học thiên thể đã tính toán thời gian kéo dài giữa các thời điểm giao hội của các hành tinh (khi chúng nằm trên một đường thẳng với Mặt trời). Kết quả tính toán cho biết: đối với sao Mộc và sao Thổ, khoảng thời gian giữa hai lần giao hội là 19,858 năm, đối với sao Thổ và sao Thiên vương là 43,365 năm, đối với sao Hải vương và sao Diêm vương là 418,233 năm.

Sự thay đổi mômen quay của Mặt trời do ảnh hưởng của sự sắp xếp vị trí của các hành tinh chắc chắn không phải là nguyên nhân trực tiếp duy nhất dẫn đến sự thay đổi hoạt động của Mặt trời. Lực hút của các hành tinh ảnh hưởng lên Mặt trời qua tác động gây hiện tượng triều cũng cần phải tính đến. Mọi người biết thuỷ triều trên biển và đại dương trên Trái đất xảy ra do tác động hấp dẫn của Mặt trời và Mặt trăng. Theo nguyên lý vật lý, hiện tượng triều phải xảy ra trên Mặt trời dưới tác động gây triều của các hành tinh. Nhiều tính toán cho lực gây triều tổng hợp của các hành tinh chỉ làm cho quang cầu của Mặt trời dịch chuyển cỡ 1 milimet và biên độ lớn hơn nhiều ở các lớp bên trên của khí quyển mặt trời. Thường thường, các biến đổi nhỏ như vậy được bỏ qua trong các phép tính. Nhưng trong trường hợp đang xét vai trò của các biến đổi “nhỏ nhất” sẽ khác. Tác động tuần hoàn của hiện tượng triều trong khí quyển của mặt trời giống như việc bóp cò súng và các nhà thiên văn gọi là “cơ cấu cò súng” (trigger mechanism). Tác động của cơ cấu cò súng có vai trò không được bỏ qua trong nhiều quá trình trên Trái đất, cũng như trong Vũ trụ. Đối với Mặt trời cơ cấu cò súng của lực gây triều có thể tác động trong miền đối lưu của Mặt trời, nơi hình thành các vết đen.

Mặc dù ngày nay vẫn chưa có một lý thuyết khoa học thực sự giải thích được ảnh hưởng của sự sắp đặt các hành tinh lên hoạt động theo chu trình của Mặt trời, nhưng chúng ta tin rằng sự biến đổi mômen quay theo thời gian của Mặt trời và lực gây ra bởi các hành tinh có ảnh hưởng đến hoạt động của Mặt trời. Tất nhiên đây là vấn đề khoa học phức tạp, bởi các chu kỳ quay quanh Mặt trời của các hành tinh có mối liên hệ tương hỗ do tác động hút lẫn nhau trong chế độ đồng bộ của toàn Hệ mặt trời, trong đó Mặt trời có vai trò “bình đẳng” với các hành tinh.