Mặt Trời không phải lúc nào cũng hoạt động với cường độ như nhau. Cứ khoảng 11 năm, ngôi sao trung tâm của Hệ Mặt Trời lại trải qua một chu kỳ biến đổi, thể hiện rõ qua số lượng vết đen, các vụ bùng phát và những đợt phóng vật chất vào không gian. Hiện tượng này được gọi là chu kỳ hoạt động Mặt Trời (Solar Cycle), bắt nguồn từ sự vận động phức tạp của từ trường bên trong ngôi sao.

Trong giai đoạn cực tiểu, số lượng vết đen Mặt Trời thường giảm xuống rất thấp, bề mặt nhìn qua kính lọc chuyên dụng có thể gần như không có những vùng tối đặc trưng. Sau đó, hoạt động từ trường dần mạnh lên, các vết đen xuất hiện ngày càng nhiều và phân bố ở những vĩ độ khác nhau. Khi đạt cực đại, Mặt Trời có thể xuất hiện hàng loạt vùng hoạt động mạnh, kéo theo các vụ bùng phát bức xạ và phóng khối lượng vành nhật hoa (CME). Tiếp đó, hoạt động suy giảm và chu kỳ mới bắt đầu.

Ảnh: NASA

Điều thú vị là chu kỳ 11 năm thực chất chỉ là khoảng thời gian trung bình giữa hai lần cực tiểu liên tiếp, chứ không phải một con số cố định. Các chu kỳ đã được ghi nhận có độ dài dao động đáng kể, thường khoảng 9–14 năm. Các nhà khoa học theo dõi số lượng vết đen Mặt Trời để xác định mức độ hoạt động và dự đoán thời điểm chuyển đổi giữa các giai đoạn. Những quan sát này đã được tiến hành có hệ thống từ thế kỷ XVIII, giúp con người xây dựng hồ sơ dài hạn về sự biến đổi của ngôi sao.

Chu kỳ này được giải thích bằng cơ chế dynamo từ tính bên trong Mặt Trời. Ngôi sao của chúng ta chủ yếu cấu tạo từ plasma – trạng thái vật chất gồm các hạt mang điện. Những dòng plasma chuyển động liên tục, kết hợp với sự tự quay không đồng đều giữa các vùng bên trong Mặt Trời, tạo ra và làm biến đổi từ trường. Khi từ trường trở nên rối loạn, các đường sức từ có thể trồi lên bề mặt, hình thành những vùng có từ trường mạnh và tạo ra vết đen. Quá trình này vẫn còn nhiều khía cạnh chưa được khoa học giải thích hoàn toàn.

Một trong những hiện tượng đáng chú ý nhất xảy ra gần thời điểm cực đại là sự đảo cực từ trường. Cực Bắc và cực Nam từ tính của Mặt Trời đổi chỗ cho nhau, tương tự việc hai cực của một thanh nam châm hoán đổi vị trí. Tuy nhiên, quá trình này không diễn ra đột ngột mà kéo dài trong một khoảng thời gian, khi từ trường ở hai cực suy yếu rồi hình thành lại theo hướng ngược lại. Vì phải trải qua hai chu kỳ vết đen, tương đương khoảng 22 năm, để từ trường trở về cấu hình ban đầu, các nhà khoa học còn gọi đây là chu kỳ từ tính Hale.

Ảnh: NASA/ESA

Hoạt động Mặt Trời không chỉ là câu chuyện thiên văn học mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến Trái Đất. Những vụ bùng phát bức xạ Mặt Trời (solar flare) có thể gây nhiễu sóng vô tuyến, trong khi các vụ phóng khối lượng vành nhật hoa (CME) hướng về Trái Đất có khả năng tạo ra bão địa từ. Hệ quả có thể bao gồm gián đoạn liên lạc vệ tinh, ảnh hưởng hệ thống định vị GPS, lưới điện và hoạt động của tàu vũ trụ. Mặt khác, những cơn bão Mặt Trời mạnh cũng có thể khiến cực quang xuất hiện ở những khu vực vốn hiếm khi quan sát được hiện tượng này.

Chu kỳ hoạt động thứ 25 bắt đầu vào tháng 12/2019. NASA và NOAA xác nhận Mặt Trời đã bước vào giai đoạn cực đại của chu kỳ này vào tháng 10/2024, với giai đoạn hoạt động mạnh có thể kéo dài thêm một thời gian trước khi suy giảm. Các nhà khoa học tiếp tục theo dõi số lượng vết đen, từ trường và những vụ phun trào để dự báo thời tiết không gian.

Một điều đáng chú ý là dù hoạt động Mặt Trời biến đổi mạnh theo chu kỳ, tổng năng lượng bức xạ mà nó phát ra chỉ thay đổi khoảng 0,1% giữa thời kỳ cực đại và cực tiểu. Vì vậy, chu kỳ này không thể được xem là nguyên nhân chính gây ra tình trạng nóng lên toàn cầu hiện nay. Những biến động của Mặt Trời chủ yếu giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về môi trường không gian quanh Trái Đất và khả năng bảo vệ công nghệ hiện đại trước các hiện tượng thời tiết vũ trụ.