Bầu khí quyển của Trái Đất thay vì 5 lớp thì vẫn còn một lớp nữa mà bạn chưa hề biết tới

Vào tháng 5 năm 2017, Trạm Vũ trụ Quốc tế đã phóng ra 35 vi tinh thể. Mặc dù chúng chỉ là những khối kim loại mỏng manh với chiều dài cạnh 10 cm và trọng lượng chỉ 1300 gram, nhưng chúng có lại là thiết bị có khả năng phát hiện tốt nhất hiện nay.

Những phương tiện nhỏ bé này được trang bị các thiết bị đo lường và mục đích là đưa con thoi qua một khu vực cụ thể của bầu khí quyển trái đất để phục vụ các hoạt động phát hiện. Đó là một nơi mà trước đây không một thiết bị nào có thể tới được hoặc có thể đã có một số thiết bị quân sự bí mật đã từng tiếp cận. Do đó, một số nhà khoa học gọi khu vực này là "vùng vô định" (ignorosphere).

"vùng vô định" là một từ khá thú vị diễn đạt ngắn gọn sự thiếu hiểu biết của mọi người về một lớp vô minh bí ẩn mà ngay cả ranh giới của nó trong bầu khí quyển vẫn chưa được xác định chính thức: một số người cho rằng nó nằm ở độ cao từ 40 km đến 300 km so với mực nước biển. Một số người lại giảm đáng kể phạm vi này xuống còn 40 km đến 100 km trên mực nước biển, gần như tương đương với "lớp giữa".

Nhìn chung, "vùng vô định" này là một trong những khu vực bí ẩn nhất trên hành tinh của chúng ta, là "nơi chưa được biết đến" cuối cùng trong bầu khí quyển mà con người đã nghiên cứu từ nhiều góc độ khác nhau trong nhiều thập kỷ, thậm chí nhiều thế kỷ. Có thể nói đây là một thách thức lớn đối với các nhà khoa học và nhà khí tượng học.

Thierry Dudok de Wit thuộc Phòng thí nghiệm Hóa lý Không gian Môi trường (LPC2E) thuộc Đại học Orleans ở Pháp cho biết: "Chúng tôi hoàn toàn không có thông tin nào liên quan gì đến bầu không khí này". "Đối với thiết bị mà chúng tôi đang có thì việc xác định khu vực của tầng khí quyển này là không thể".

Có nhiều ý kiến cho rằng tầng khí quyển này quá cao vì không khí ở đó rất loãng, máy bay không thể bay được. Ngay cả khí cầu của các nhà khí tượng học cũng không thể vượt qua ngưỡng 40 km so với mực nước biển. Còn đối vói vệ tinh thì mức độ không khí ở đó quá dày đặc để có thể tiếp cận, sự kiềm chế ma sát sẽ khiến vệ tinh rơi xuống tầng khí quyển thấp hơn và bị phá hủy, điều này không khác gì ném tiền qua cửa sổ.

Đây cũng là lý do tại sao một số lượng lớn các vệ tinh vi mô rẻ tiền được đưa vào sử dụng cùng một lúc cho việc nghiên cứu tầng khí quyển bí ẩn này, vì việc thiệt hại sẽ không quá to lớn. Và ngay cả đối với thiết bị được đưa vào sử dụng gần đây nhất, độ cao bay chỉ ở mức từ 200 đến 300 km.

Tên lửa tất nhiên có thể đi qua "vùng vô đinh", nhưng hành động này chẳng khác gì việc cưỡi ngựa xem hoa bởi tên lửa chỉ lướt qua mà thôi. Còn tia laser phát ra từ mặt đất chỉ có thể phát hiện nhiệt độ, hàm lượng hơi nước hoặc ozon cục bộ của một nơi nhất định.

"Trong những năm gần đây, dữ liệu quan sát từ xa của vệ tinh đã giúp chúng ta hiểu sơ bộ về cấu trúc tổng thể của tầng khí quyển này, nhưng để hiểu động lực học của nó, vẫn còn quá nhiều thông tin cơ bản chưa được biết đến", chuyên gia Diego Janches nhận định. Anasuya Aruliah từ Phòng thí nghiệm Vật lý Khí quyển, Đại học London, Vương quốc Anh cho biết thêm: "Chúng tôi chỉ có kiến ​​thức vật lý và hóa học rất cơ bản về bầu khí quyển này, nhưng những điều này không đủ để khiến bạn nhận ra bản chất thực sự của tầng khí quyển này".

Tuy nhiên, có một điều chắc chắn rằng "vùng vô định" là một khu vực có rất nhiều biến động. Ví dụ, một số hiện tượng quang học cường độ cao và tồn tại trong thời gian ngắn là "phóng điện từ trung và thượng khí quyển" ở lớp giữa, cao hơn nhiều so với nơi xảy ra giông và sét trong tầng đối lưu.

Phóng điện từ trung và thượng khí quyển cực kỳ mạnh, trong đó tiêu biểu nhất là "Sprites" (Sprites) màu đỏ được thể hiện trong hình. Với sự xuất hiện của giông bão trên mặt đất, nó dường như đã xé toạc lớp không xác định.

Một hiện tượng kỳ lạ khác có thể được quan sát trực tiếp từ mặt đất: Những đám mây dạ quang, xuất hiện ở độ cao khoảng 80 km so với vùng cực, có thể bắt nguồn từ sự hiện diện của bụi micrometeorite trong "vùng vô định".

Trên thực tế, do thiếu dữ liệu nghiên cứu nên các nhà khoa học chỉ có thể dừng lại ở việc quan sát từ xa, tính toán lý thuyết và mô phỏng tái tạo. Tuy nhiên, "vùng vô định" dường như luôn bị xáo trộn bởi một số hiện tượng thời tiết khắc nghiệt.

Diego Jeansius giải thích: "Bầu khí quyển tương đối mỏng này kết nối môi trường Trái Đất và môi trường không gian vũ trụ. Nó bị ảnh hưởng đồng thời bởi hai môi trường này với những đặc điểm hoàn toàn khác nhau và gây ra các hiện tượng như nhiễu loạn nghiêm trọng tại đây". Một nhóm nghiên cứu của NASA gần đây đã xác nhận rằng sự lạnh đi ở bán cầu bắc có thể liên quan đến sự xuất hiện của những đám mây phát sáng trên Nam Cực hai tuần sau đó. Và mọi thứ xảy ra trên bầu trời cũng có thể có hàng loạt tác động trên bề mặt.

Các dao động lan truyền dọc theo toàn bộ lớp giữa dường như đóng một vai trò cố định trong sự phân rã theo mùa của xoáy cực bao quanh Bắc Cực vào mùa đông. Điều rắc rối hơn là một số nhà khoa học tin rằng các hạt năng lượng cao trong phạm vi độ cao này sẽ tạo ra các hợp chất nito và oxy làm suy giảm tầng ozon, khi có cực quang và bão mặt trời, có thể gây ra một loạt các hiệu ứng khí hậu cục bộ.

Trong quá trình này, sự phóng điện xuyên qua lớp giữa sẽ tạo ra các chất hóa học mới ở cùng độ cao, có thể có nhiều tác động lên thời tiết bề mặt. Ngoài ra còn có một điều thú vị là chùm tia khổng lồ kết nối đỉnh của đám mây và tầng điện ly gần 100 km phía trên nó, tạo thành một khớp nối điện tuyệt vời giữa tầng dưới và tầng trên của bầu khí quyển.

Lớp giữa này dường như đóng một vai trò quan trọng trong động lực học của toàn bộ bầu khí quyển. Trên thực tế, các nhà khoa học đang dần hiểu được mức độ tương tác giữa các lớp của khí quyển không bị cô lập và "vùng vô định" có thể là nền tảng của sự truyền năng lượng và vật chất theo phương thẳng đứng. Aaron Ridley, nhà nghiên cứu tại Đại học Michigan, Hoa Kỳ đã chỉ ra rằng: "Sự ghép theo chiều dọc ngày càng được tích hợp vào các mô hình dự đoán và kết quả tính toán sẽ chính xác hơn".

Jean-Louis Pinzon cho biết: "Sự thiếu hiểu biết của chúng tôi về tầng giữa không phải là vấn đề!" bởi hiện tại giới khoa học đã huy động các phòng thí nghiệm của NASA và hơn năm mươi trường đại học phát triển 35 vệ tinh vi mô để tìm hiểu khu vực bí ẩn này... và trong tương lai "vùng vô định" sẽ có thể xác định.