Chuyển động của các hành tinh và Mặt Trăng trên thiên cầu

Sao Thuỷ Mercury, Sao Kim Venus, Sao Hoả Mars, Sao Mộc Jupiter và Sao Thổ Saturn là các hành tinh bạn có thể nhìn thấy được bằng mắt thường. Tuy nhiên ánh sáng của chúng mà bạn nhìn thấy không phải là ánh sáng mà chúng có thể tự phát ra. Ánh sáng đó là ánh sáng do chúng phản xạ lại ánh sáng chiếu đến từ Mặt Trời.

1. Chuyển động của các hành tinh

Sao Thuỷ Mercury, Sao Kim Venus, Sao Hoả Mars, Sao Mộc Jupiter và Sao Thổ Saturn là các hành tinh bạn có thể nhìn thấy được bằng mắt thường. Tuy nhiên ánh sáng của chúng mà bạn nhìn thấy không phải là ánh sáng mà chúng có thể tự phát ra. Ánh sáng đó là ánh sáng do chúng phản xạ lại ánh sáng chiếu đến từ Mặt Trời. Thiên Vương Tinh Uranus là một hành tinh ởkhá xa chúng ta, thực chất đôi khi người ta có thể nhìn thấy nó bằng mắt thường nhưng sẽ rất khó để bạn phân biệt nó với những ngôi sao mờ khác do cấp sao biểu kiến của nó là +5,6. Vàcuối cùng, 2 hành tinh xa nhất của hệ Mặt Trời chúng ta đã biết là Hải Vương Tinh Neptune và Diêm Vương Tinh Pluto thì chỉ có thể thấy được qua những chiếc kính thiên văn (telescope). (Diêm Vương Tinh đã bị loại khỏi danh sách các hành tinh trong Hệ Mặt Trời)

Tất cả các hành tinh đều chuyển động quanh Mặt Trời trên một quĩ đạo gần tròn. Hành tinh nào càng ở xa thì có chu kì chuyển động càng lớn – tức lanò mất nhiều thời gian hơn để hoàn thành một vòng quay của mình. Ngoài ra, tất cả các hành tinh khi chuyển động như vậy đều có chung một điểm, đó là chúng chuyển động qunh Mặt Trời theo cùng một hướng.

Khi quan sát chuyển động của các hành tinh trên Thiên Cầu, bạn sẽ thấy chúng cũng xuất hiện và di chuyển trên đường Hoàng Đạo. Điều này có thể hiểu được dễ dàng khi bạn tự lập ra cho mình một mô hình tưởng tượng trong đó các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời trên cùng một mặt phẳng quĩ đạo của Trái Đất. Và điều đó có nghĩa là khi quan sát từ Trái Đất, cả Mặt Trời và các hành tinh bạn nhìn thấy đều thuộc cùng một mặt phẳng. Và điều này cũng có nghĩa là bạn luôn thấy các hành tinh cũng nhưMặt Trời đều có chuyển động biểu kiến quanh Trái Đất trên cùng một đường đi.

Sao Thuỷ và sao Kim là hai hành tinh gần Mặt Trời hơn Trái Đất, thế nên khi quan sát bầu trời từ Trái Đất, chúng ta thấy rằng đường đi của chúng trở nên khá phức tạp. Khoảng cách của sao Thuỷ đến Mặt Trời mà bạn có thể quan sát thấy có thể dao động với biên độ là 28 độ.

Còn sao Kim, nó là một ngôi sao mà cấp sao biểu kiến có thể lên đến -4, nó chính là thiên thể sáng nhất bạn có thể quan sát thấy trên bầu trời, mỗi năm có đến 6 tháng bạn có thể quan sát nó vào lúc hoàng hôn, khi đó người ta gọi nó là sao Hôm, còn nửa năm còn lại thì nó lại được gọi là sao Mai do nó luôn xuất hiện trước khi Mặt Trời mọc. sao Thuỷ cũng có tính chất này nhưng do biên độ của nó gần Mặt Trời hơn rất nhiều nên thật sự khó quan sát hay định vị được nó khi mà mỗi khi nó xuất hiện thì có nghĩa là Mặt Trời cũng ở rất gần đấy đủ để che mờ ánh sáng yếu ớt của nó.

Cũng như Mặt Trời, các hành tinh chuyển động trên một vùng rộng 18 độ về mỗi bên của Hoàng Đạo, chúng cũng lần lượt lướt qua 12 cung Hoàng Đạo được đại diện bởi 12 chòm sao.

Tử vi (horoscope), hay còn gọi là chiêm tinh học (astrology) phương Tây chính là dựa trên cơ sở này để đưa ra các lập luận và suy đoán về tương lai và số mệnh của con người.

Trên thực tế, Chiêm tinh học không hề mang cơ sở của khoa học. Nó chỉ đơn thuần là một sự mê tín đã được khoa học chứng minh và loại bỏ khỏi nền khoa học hiện đại từ vài thế kỉ trước. Ngày này bộ môn này vẫn còn lại như một trò chơi của nhiều người, tuy nhiên các nhà khoa học vẫn luôn khuyên mọi người rằng nếu tin vào trò chơi đó thì sẽ là một sự sai lầm

2 – Chuyển động của Mặt Trăng

Trước hết, bạn đã nắm được rằng Mặt Trăng có sự biến đổi các pha trong một chu kì chuyẻn đông của nó (tròn/khuyết…), mỗi chu kì của trăng dài hơn 29 ngày và ta gọi đó là tuần trăng.

Khi bạn quan sát chuyển động của Mặt Trăng trên thiên cầu, bạn có thể để ý thấy 2 điều đặc biệt cơ bản của nó:

• Mỗi ngày Mặt Trăng lại lệch nhiều hơn về hướng Đông so với nền trời sao (background stars)

• Trong bất cứ pha nào của chu kì, Mặt Trăng luôn hướng cùng một mặt của nó về Trái Đất.

Một số đặc điểm khác:

• Mặt Trăng chuyển động rất nhanh mỗi đêm trên Thiên cầu, mỗi giờ nó lệch về hướng Đông (hướng chuyển động của nó quanh Trái đất) hơn 0,5 độ, có nghĩ là cứ đúng 24 giờ sau, khi quan sát bạn sẽ thấy Trăng gần chân trời Đông hơn 13 độ.

• Việc thay đổi vị trí sau mỗi đêm này cho thấy tốc độ quay khá nhanh của Mặt Trăng quanh Trái đất.
  Khoảng cách từ Trái Đất đén Mặt Trăng lớn hơn 30 lần bán kính Trái Đất

• Mặt Trăng quay quanh Trái đất theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Quĩ đạo của nó có hình elip gần tròn với độ lệch khoảng cách của điểm xa nhất vàđiểm gần nhất chỉ có 6%. Chu kì quĩ đạo của nó là 27,3 ngày.

• Quĩ đạo của Mặt Trăng hơi lệch so với quĩ đạo chuyển động của Trái đất quanh Mặt Trời. Vì thế nên khi quan sát đường đi của nó trên Thiên Cầu, bạn thấy đường đi của nó lệch so với Hoàng Đạo một góc 5 độ 9 phút.

3 – Các pha của Mặt Trăng

Cũng như các hành tinh, Mặt Trăng không thể có ánh sáng riêng của nó, ánh sáng nó có được là do sự phản xạ lại ánh sáng của Mặt Trời.

Vì Mặt Trăng chuyển động quanh Trái đất nên sẽ có những thời điểm, một phần ánh sáng Mặt Trời chiếu đến nó bị Trái đất cản mất. Và vì thế, khi quan sát nó từ Trái đất, bạn sẽ thấy sự biến đổi về hình dáng vùng được chiếu sáng của nó.

Các pha của Mặt Trăng thường có 8 pha : New (trăng đầu tháng), Waxing Crescent (lưỡi liềm), First quarter (bán nguyệt), waxing gibbous (trăng khuyết), full (trăng tròn), waning gibbous (khuyết cuối tháng), 3rd quarter (bán nguyệt), waning crescent (lưỡi liềm già)

Chu kì pha của Mặt Trăng là 29,5 ngày.

Tại sao mà chu kì này lại dài hơn chu kì quay quanh Trái Đất của Mặt Trăng? Đó là vì khi Mặt Trăng chuyển động quanh Trái đất thì bản thân Trái Đất cũng luôn có chuyển động quanh Mặt Trời. Do đó khi Mặt Trăng hoàn thành được một chu kì quĩ đạo thì Trái Đất đã di chuyển được thêm một đoạn trên quĩ đạo của nó, vì thế Trăng cần mất thêm 2 ngày để duổi kịp sự chuyển động quanh Mặt Trời đó để lại có một hình dạng như cũ.

Những điểm đặc biệt nhất

• Mặt Trăng có chu kì tự quay trùng khíp với chu kì quay quanh Trái Đất của nó. Do đó mà như bạn đã biết, nó luôn luôn hướng cùng một mặt về Trái Đất

• Tỷ lệ bán kính của Mặt Trăng và Mặt Trời vừa bằng tỷ lên khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng và đến mặt Trời. Điều này gây ra một viẹc, đó là khi Nhật thực xảy ra, Mặt Trăng che chồng khít lên Mặt Trời.

Bạn hãy nên tin rằng không thể tìm thấy ở đâu một hành tinh đẹp với 1 vệ tinh tuyệt vời là Mặt Trăng như Trái Đất của chúng ta.

Tác giả: Nguyễn Hoài Nam

Nguồn: Thienvanvietnam.org

Mặt Trăng là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất.^{[3]:14[↓ 1]} Vệ tinh này đã được con người biết đến từ thời tiền sử^[24] do nó sáng thứ nhì và chỉ đứng sau Mặt Trời.^[6]tr.120 Mặt Trăng là thiên thể gần hình cầu^[25]tr.223 với kích thước bằng khoảng 27% kích thước Trái Đất và khối lượng bằng khoảng 1,23% khối lượng Trái Đất.^[6]tr.304 Mặt Trăng chứa nhiều khoáng silicat và không có bầu khí quyển, thủy quyển, hay từ quyển đáng kể.^{[6][26]tr.304,309}

Giả thuyết về sự hình thành của Mặt Trăng được chấp nhận rộng rãi nhất cho rằng: cách đây hơn 4,5 tỷ năm,^[27] không lâu sau khi Trái Đất hình thành,^[28] Mặt Trăng được hình thành từ các vụn văng ra sau một vụ va chạm giữa Trái Đất và một thiên thể khác mang tên Theia^{[↓ 5]} cỡ Sao Hỏa.^[30][31]

Mặt Trăng ở trong quỹ đạo đồng bộ với Trái Đất, tức là chu kỳ tự quay của Mặt Trăng bằng với chu kỳ quay quanh Trái Đất, khoảng 27,3 ngày, do đó nó luôn quay một mặt về phía Trái Đất, là mặt gần.^[6]tr.123 Do hiện tượng bình động nên quan sát từ Trái Đất qua nhiều thời điểm, với mỗi thời điểm ở góc nhìn hơi khác, sẽ thấy tổng cộng nhiều hơn một nửa diện tích Mặt Trăng (59%).^[3]:18 Các pha Mặt Trăng, từ trăng tròn đến trăng tối, tuần hoàn theo chu kỳ giao hội 29,5 ngày,^[6]tr.123 tạo thành cơ sở cho lịch Mặt Trăng (âm lịch).^{[25]tr.208-209} Đường kính góc của Mặt Trăng trên bầu trời tương đương với Mặt Trời, khoảng hơn nửa độ, do đó Mặt Trăng che kín Mặt Trời trong nhật thực toàn phần.^[25]tr.253 Lực hấp dẫn của Mặt Trăng gây ra thủy triều trên đại dương ở Trái Đất, đồng thời gây ra hiệu ứng tương tự cho phần vỏ và lõi đất đá của Trái Đất, và làm cho một ngày ở Trái Đất dài hơn một chút.^{[6]tr.125-128} Khoảng cách trung bình từ Mặt Trăng đến Trái Đất là khoảng 384000 km,^[6]tr.19 tương đương 1,28 giây ánh sáng, hay khoảng 30 lần đường kính Trái Đất.^[25]tr.223 Trong tương lai xa, khoảng cách từ Mặt Trăng đến Trái Đất sẽ tăng dần, do hiệu ứng thủy triều, và Mặt Trăng sẽ xuất hiện nhỏ dần.^[6]tr.128

Trong Hệ Mặt Trời, Mặt Trăng là vệ tinh tự nhiên lớn thứ năm.^[6]tr.410 Nếu xét về tỷ lệ kích thước so với hành tinh mà nó quay quanh thì Mặt Trăng đạt tỷ lệ này cao nhất trong Hệ Mặt Trời.^{[6]tr.388,410,412[↓ 6]} Bề mặt Mặt Trăng có các biển Mặt Trăng là các vùng vật chất tối màu có nguồn gốc từ hoạt động núi lửa cũ, nằm chủ yếu ở mặt gần, giữa các vùng vỏ cũ cao sáng màu có rất nhiều hố va chạm.^{[6]tr.310-312} Các hố va chạm trên Mặt Trăng được bảo quản tốt và cung cấp nhiều thông tin về quá khứ của Hệ Mặt Trời.^[6]tr.303 Trọng trường ở bề mặt Mặt Trăng bằng khoảng 1/6 so với Trái Đất.^[25]tr.226 Nhiệt độ thay đổi mạnh theo điều kiện nhận ánh sáng Mặt Trời, trung bình từ khoảng -180°C vào ban đêm đến trên 100 °C vào ban ngày tại xích đạo.^[21] Tồn tại hàng trăm tỷ tấn nước đá ở đáy những hố va chạm gần cực, nơi vĩnh viễn không nhận được ánh nắng.^[6]tr.309

Chương trình Luna của Liên Xô đã đưa được vật thể nhân tạo đầu tiên lên Mặt Trăng là tàu không người lái Luna 2, một tàu vũ trụ được chủ đích cho đâm xuống bề mặt Mặt Trăng vào tháng 9 năm 1959.^[32]tr.12-13 Sau đó vào năm 1966, tàu Luna 9 đã đổ bộ an toàn lên Mặt Trăng.^[6]tr.305 Chương trình Apollo của Hoa Kỳ những năm tiếp theo đã giúp con người lên Mặt Trăng, với Apollo 8 năm 1968 lần đầu đưa người bay quanh Mặt Trăng, rồi Apollo 11 vào tháng 7 năm 1969 cùng 5 chuyến bay khác sau đó đã hạ cánh với con người và thiết bị lên thiên thể này.^{[6]tr.305-306} Các chuyến thám hiểm này đã mang về Trái Đất đá Mặt Trăng được dùng để nghiên cứu và bổ sung kiến thức về Mặt Trăng cũng như nguồn gốc hình thành của nó.^[6]tr.306 Từ sau chuyến bay Apollo 17 năm 1972 đến hiện tại, chỉ có các tàu không người lái đến thám hiểm Mặt Trăng.^[6]tr.307

Sự hiện diện của Mặt Trăng trên bầu trời, theo chu kỳ pha Mặt Trăng, đã để lại dấu ấn trong xã hội và văn hóa của loài người.^[6]tr.120 Ảnh hưởng trong văn hóa xã hội thể hiện ở ngôn ngữ,^[6]tr.123 hệ thống âm lịch,^{[25]tr.208-209} nghệ thuật,^[33] và thần thoại.^[29]

rước hội nghị năm 1984, có các bên ủng hộ ba giả thuyết "truyền thống", một vài người bắt đầu nghiêm túc xem xét lý thuyết va chạm lớn, cùng rất nhiều người khác không có quan điểm rõ ràng và cho rằng cuộc tranh luận sẽ không bao giờ kết thúc. Sau hội nghị, cơ bản chỉ còn có hai phe: phe va chạm lớn và phe bất khả tri.^[31]

Mặt Trăng hình thành khoảng hơn 4,5 tỷ năm trước.^[27] Nghiên cứu về hafni và wolfram ở vỏ Mặt Trăng gợi ý thiên thể này ra đời sau Hệ Mặt Trời khoảng 50 triệu năm.^[35]

Đa số các giả thuyết từ sớm về nguồn gốc hình thành Mặt Trăng theo một trong ba ý tưởng chính.^[6]tr.320 Ý tưởng thứ nhất cho rằng vật chất văng ra từ Trái Đất trong thời kỳ đang hình thành bởi lực ly tâm, sau đó tập hợp lại thành Mặt Trăng.^[36][37] Tuy nhiên điều này đòi hỏi Trái Đất phải quay nhanh đến mức phi thực tế.^[37] Ý tưởng thứ hai giả định trường hấp dẫn của Trái Đất đã thu hút thiên thể Mặt Trăng đến từ nơi khác,^[38] nhưng việc này đòi hỏi khí quyển Trái Đất hấp thụ động năng của Mặt Trăng khi nó bay tới - một khả năng rất khó xảy ra.^[37] Ý tưởng thứ ba đề xuất sự hình thành cùng lúc của Trái Đất và Mặt Trăng từ đĩa bồi tụ khi Hệ Mặt Trời đang hình thành.^{[6][37]tr.320} Phương án này không giải thích được tại sao Mặt Trăng lại có các tính chất khác với Trái Đất,^[37] ví dụ như ít kim loại hơn hẳn so với Trái Đất.^[6]tr.309 Ý tưởng thứ nhất và thứ ba cũng không tiên đoán được mômen động lượng của hệ Trái Đất - Mặt Trăng.^[39]

Để giải thích thỏa đáng nhiều bằng chứng thực nghiệm, một giả thuyết khác đã được xây dựng, gọi là giả thuyết va chạm lớn.^{[6]tr.321[34]} Giả thuyết này cho rằng hệ Trái Đất - Mặt Trăng hình thành sau một vụ va chạm lớn, lệch tâm, giữa một thiên thể có kích thước cỡ Sao Hỏa, tên là Theia, với thiên thể tiền Trái Đất.^[30][40] Vụ va chạm đã làm văng nhiều vật chất vào không gian, một phần rời xa Trái Đất, một phần dần tích tụ thành một đĩa bồi tụ quanh Trái Đất rồi từ đó hình thành nên Mặt Trăng.^[41] Vào một hội nghị bàn về nguồn gốc Mặt Trăng năm 1984 ở Kona, Hawaii, giả thuyết va chạm lớn bắt đầu được đa số tán thành là hợp lý.^[31]

Các vụ va chạm lớn được cho là có khả năng xảy ra trong giai đoạn hình thành của Hệ Mặt Trời.^{[6]tr.510[34]} Những mô phỏng vụ va chạm lớn trên máy tính đã cho ra các kết quả phù hợp với khối lượng thực tế của lõi Mặt Trăng và mômen động lượng của hệ Trái Đất – Mặt Trăng.^[34][40] Vụ va chạm đã giải phóng rất nhiều năng lượng, đủ để làm nóng chảy lớp vỏ Trái Đất và tạo nên đại dương magma.^[42] Tương tự, Mặt Trăng mới hình thành cũng có đại dương magma của nó.^[43] Theo giả thuyết va chạm lớn, phần lớn Mặt Trăng được hình thành từ lớp vỏ của Trái Đất và Theia, phù hợp với thành phần ít kim loại và nhiều silicat của nó.^{[6]tr.321[34]} Các nguyên tố dễ bay hơi được giải phóng bởi nhiệt độ cao ở giai đoạn đầu của vụ va chạm, giải thích cho việc không còn vật chất dễ bốc hơi ở trên Mặt Trăng.^[6]tr.321 Nếu Mặt Trăng chứa nhiều thành phần của vỏ Trái Đất thì có thể giải thích được sự tương đồng về mặt hóa học của Mặt Trăng với vỏ Trái Đất, ví dụ như về nồng độ đồng vị oxy.^[6]tr.321

Giản đồ một số mô hình của giả thuyết va chạm lớn.^[44]

Tuy giả thuyết va chạm lớn có thể giải thích được nhiều kết quả quan sát song vẫn còn những câu hỏi chưa được giải đáp, đa số liên quan đến thành phần của Mặt Trăng.^[34][45] Năm 2001, một nhóm nghiên cứu ở Viện Carnegie tại Washington báo cáo kết quả đo đạc đặc trưng đồng vị oxy trong đá Mặt Trăng có độ chính xác cao, cho thấy tính chất giống với đá ở Trái Đất.^[46] Các nghiên cứu khác sau đó cũng chỉ ra tỷ lệ đồng vị wolfram và titani ở vỏ Mặt Trăng giống hệt với Trái Đất.^[30][47] Đá Mặt Trăng thu được trong chương trình Apollo có đặc trưng đồng vị giống với đá trên Trái Đất và khác hầu hết các thiên thể khác trong Hệ Mặt Trời.^[34][48] Trong khi đó các mô phỏng về vụ va chạm lớn khẳng định trên 40% cho đến phần lớn Mặt Trăng được hình thành từ vật liệu của Theia, chứ không phải từ thiên thể tiền Trái Đất.^[30][48] Để giải thích cho sự tương đồng hóa học giữa Mặt Trăng và vỏ Trái Đất, đã có các giả thuyết khác nhau được đưa ra,^[47][48] bao gồm cả đề xuất xem xét lại toàn diện giả thuyết va chạm lớn.^[34][45] Một số nghiên cứu cho rằng có khả năng Theia tương đồng hóa học với thiên thể tiền Trái Đất,^[49] với xác suất tới 20%,^[48] dù có ước lượng trước đó chỉ là chưa đến 2%.^[50] Một số giả thuyết khác giải thích vỏ Trái Đất và Mặt Trăng đều được tạo ra từ cùng vật liệu được hòa trộn sau sự kiện va chạm lớn,^[50][51] dù có nhà nghiên cứu nghi ngờ về khả năng này.^[52] Trong mọi trường hợp, sự tương đồng hóa học chứng tỏ Mặt Trăng không hình thành ở xa và độc lập với Trái Đất.^[6]tr.321

Giả thuyết va chạm lớn vẫn đang được phát triển để giải thích các quan sát ngày càng chính xác về Mặt Trăng.^[34][53][54] Một ý tưởng cho rằng vật liệu văng ra từ vụ va chạm lớn ban đầu hình thành nên hai thiên thể vệ tinh của Trái Đất.^[55] Sau đó, chúng nhập lại thành Mặt Trăng trong một va chạm ở tốc độ thấp.^[55] Ý tưởng này giải thích được việc vỏ Mặt Trăng ở mặt xa dày hơn so với mặt gần.^[55]

Các pha Mặt Trăng: trăng tròn (rằm) ở giữa, khi Mặt Trăng ở đối diện Mặt Trời qua Trái Đất; trăng tối (không trăng), ở ngoài cùng hai bên, khi Mặt Trăng ở cùng phía Mặt Trời; trạng thái trung gian là trăng khuyết, bán nguyệt, lưỡi liềm.^{[25]tr.268[6]tr.121} Do hệ Trái Đất-Mặt Trăng chuyển động quanh Mặt Trời, từ trái qua phải trên hình, để Mặt Trăng quay trở lại cùng một pha, cần khoảng thời gian là chu kỳ giao hội quỹ đạo, lâu hơn so với chu kỳ quỹ đạo;^[6]tr.123 với chênh lệch thể hiện bằng cung màu xanh nõn chuối ở ngoài cùng bên phải trên hình.^[134]