TRÁI ĐẤT VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA MẶT TRỜI TRÊN THIÊN CẦU
Tác giả: Nguyễn Hoài Nam
Bạn hãy thử quan sát chuyển động và vị trí một ngày của ngôi sao duy nhất của chúng ta, ngôi
sao đã đưa lại cho tất cả chúng ta sự sống, Mặt Trời. Hàng ngày Mặt Trời mọc lên ở phía Đông và
sau đó nó lặn ở phía Tây. Trung bình, mất 24h để từ giữa trưa quay trở lại giữa trưa của ngày hôm
sau. Giữa trưa là gì? Đó là thời điểm trong ngày mà tại đó Mặt Trời có vị trí cao nhất so với đường
chân trời của mỗi ngày. Và đồng hồ chỉ 24 giờ mỗi ngày của chúng ta chính là căn cứ vào chu kì
này, gọi là ngày Mặt Trời (solar day). Mỗi ngày, bạn sẽ thấy Mặt Trời mọc và lặn lệch đi so với
hôm trước một chút, nhưng dù thế nào thì chu kì và vị trí chính xác của nó lúc mọc, lặn so với
chân trời cũng tuần hoàn trong đúng một năm.
Mặt khác, Mặt Trời mọc và lặn trên nền của các vì sao theo chu kì 1 năm. Chính xác chu kì là
365,24 ngày, và trong khoảng thời gian đó, Mặt Trời chuyển động trên Thiền Cầu hoàn thành một
vòng 360 độ để bạn lại thấy nó có vị trí tương ứng với một số ngôi sao (một chòm sao) như thời
điểm đó 1 năm trước. Trước đây, nhân loại từng coi Trái đất là trung tâm vũ trụ, và do đó cả Mặt
Trời và bầu trời sao đêm đều chuyển động tròn quanh Trái Đất với những chu kì khác nhau tạo
nên sự biến đổi về vị trí tương đối của Mặt Trời trên nền trời sao. Giờ đây thì chúng ta đều đã biết
rằng những gì chúng ta nhìn thấy là do chuyển động của Trái đất trên quĩ đạo quanh Mặt Trời.
Đường đi biểu kiến trên nền trời sao của Mặt Trời được gọi là Hoàng Đạo. Vòng tròn Hoàng Đạo
này lệch góc so với xích đạo trời 1 góc 23,5 độ do trục chính của Trái Đất nghiêng 1 góc 23,5 độ
so với mặt phẳng quĩ đạo của nó quanh Mặt Trời. Hoàng đạo gồm có 12 chòm sao, và trong 1
năm, Mặt Trời sẽ lần lượt lướt qua 12 chòm sao đó. Trong thời gian Mặt Trời lướt qua chòm sao
nào thì về đêm, bạn sẽ dễ dàng nhìn thấy chòm sao đối xứng của nó trên Hoàng Đạo. Hoàng đạo
và xích đạo trời cắt nhau tại 2 điểm là điểm xuân phân - vernal (spring) equinox và điểm thu phân
- autumnal equinox . Mặt Trời chuyển động trên Thiên Cầu và cắt xích đạo trời tại điểm xuân
phân vào ngày 21 tháng 3 và cắt xích đạo trời tại điểm thu phần vào ngày 22 tháng 9 hàng năm.
Điều đặc biệt nhất là khi Mặt Trời cắt xích đạo trời tại 2 điểm này thì tại mọi nơi trên thế giới đều
có ngày (được chiếu sáng) và đêm dài bằng nhau trong 1 chu kì, mỗi nửa dài đúng 12h.
Bạn có thể dễ dàng hình dung: khi bạn quan sát bầu trời, luôn luôn có đúng 1/2 thiên cầu là có
thể quan sát được. Mọi điểm nằm trên xích đạo trời đều mất đúng 12 giờ để đi từ điểm Đông đến
điểm Tây. Toàn bộ thiên cầu luôn chuyển động song song với xích đạo trời. Vì chúng ta đang
đứng trên bán cầu Bắc của hành tinh này, nên bạn sẽ thấy 1 điều. Đó là các điểm nằm ở bán
thiên cầu Nam, tức là toàn bộ vùng trời nằm ở phía Nam của xích đạo trời, sẽ chuyển động từ khi
mọc lên ở chân trời Đông đến khi lặn xuống chân trời Tây trong 1 khoảng thời gian ít hơn 12 giờ.
Lí do của việc này là vì một phần khổng nhỏ của các chuyển động của chúng bị che khuất bởi
chính phần cong của Trái đất của chúng ta. Ngược lại, bạn lại sẽ thấy các điểm thuộc bán thiên
cầu Bắc - nằm phía Bắc của xích đạo trời- sẽ có chu kì mọc/lặn nhiều hơn 12 giờ do các chuyển
động của chúng lại được chính sự cong của Trái Đất làm cho lớn hơn 180 độ. Và tất nhiên, nếu
bạn quan sát khi đứng ở bán cầu Nam thì tình hình sẽ ngược lại hoàn toàn, tức là bạn sẽ thấy các
điểm của bán thiên cầu Nam sẽ có chu kì lớn hơn 12 giờ mỗi ngày còn các điểm thuộc bán thiên
cầu Bắc thì sẽ có chu kì nhỏ hơn 12 giờ. Tuy nhiên, riêng với đường xích đạo trời thì dù bạn dứng
tại bất cứ điểm nào trên Trái Đất thì mọi điểm của nó sẽ đều có chu kì là 12 giờ và cũng tại mọi
điểm trên Trái đất, bạn cũng luôn thấy đúng 1 nửa đường xích đạo trời này, độ dài đó đúng bằng
độ dài giữa 2 điểm xuân phân và thu phân. Đến đây, nếu để ý bạn sẽ hiểu tại sao khi Mặt Trời đi
đến điểm xuân phân hoặc thu phân, khi vị trí của nó là trên xích đạo trời thì tại bất cứ nơi đâu trên
hành tinh của chúng ta, bạn đều thấy một ngày có 12 giờ đýợc Mặt Trời chiếu sáng và đúng 12
giờ còn lại chìm trong đêm tối.
Giữa các cực và xích đạo Địa lí của Trái đất cũng có một điểm đặc biệt. Khi bạn đứng tại 2 địa
cực, bạn sẽ thấy xích đạo trời hoàn toàn song song với đường chân trời của bạn và tại vị trí quan
sát rất đặc biệt đó, bạn có thể thấy toàn bộ xích đạo trời như một vòng tròn khép kín song song
với đýờng xích đạo địa lí. Và bởi vì mọi điểm trên thiên cầu đều luôn chuyển động song song với
xích đạo trời nên các vì sao sẽ không bao giờ mọc hay lặn tại cac địa cực, bạn sẽ thấy các sao
trên thiên đỉnh gần như đứng yên, còn các ngôi sao khác thì như đang quay quanh trục nối giữa
bạn và thiên đỉnh, tất cả chúng đều luôn hiện diện trên bầu trời như thế. Riêng đối với Mặt Trời,
mỗi năm tại địa cực bạn sẽ có một nửa thời gian đýợc chiếu sáng liên tục và một nửa còn lại của
mỗi năm sẽ là đêm tối. Hay nói cách khác ở các địa cực mỗi năm chỉ có một ngày. Khi đứng tại 2
điểm đó, bạn sẽ thấy Mặt Trời luôn tiến về một trong 2 điểm xuân phân và thu phân. Ở Bắc Cực,
bạn sẽ thấy Mặt Trời mọc vào ngày 21/3 (xuân phân) và lặn vào ngày 22 tháng 9 (thu phân )
hàng năm còn khi bạn đứng ở Nam Cực thì ngược lại. Ngày 22 tháng 9, khi Bắc Cực bắt đầu bước
vào đêm, thì khi đó Nam Cực sẽ bắt đầu một ngày mới sáng liên tục trong nửa năm. Tất cả những
điều đặc biệt này có được khi bạn đứng tại 2 địa cực của Trái Đất, còn khi bạn đứng tại xích đạo
Trái đất thì lại khác. Bất cứ ngày nào trong năm, bạn sẽ luôn luôn thấy Mặt Trời cũng như tất cả
các vì sao bạn quan sát được đều mọc và lặn với cùng một chu kì là 12 giờ.
Do đường Hoàng Đạo (đường đi của Mặt Trời) lệch góc so với xích đạo trời 23,5 độ và chúng cắt
nhau tại 2 điểm như đã nói ở trên, nên điểm xa nhất mà Mặt Trời có thể đạt được so với xích đạo
trời chính là góc 23.5 độ. Có 2 điểm như thế và được gọi là các điểm "chí", đó là Hạ chí (summer
solstice) và Đông chí (winter solstice). Giờ đây, khi bạn quan sát thiên cầu tại Bắc bán cầu, bạn
thấy rằng điểm xa nhất về phía Bắc của xích đạo trời là Hạ chí và điểm xa nhất về phía Nam của
xích đạo trời là Đông chí, còn với những người quan sát ở Nam bán cầu thì điều này là ngược lại,
ngày Hạ chí của bạn sẽ là ngày Đông chí của những người ở Nam bán cầu. Như vậy, tại bán cầu
Bắc, bạn sẽ thấy rằng Mặt Trời đi tới điểm Đông chí vào ngày 21 tháng 12 và đi đến điểm Hạ chí
vào ngày 21 tháng 6 hàng năm. Vào ngày Đông chí, Mặt Trời ở xa nhất so với xích đạo trời về
phía Nam, và vì lí do đó nên đó là ngày mà các chuyển động của nó bị che khuất nhiều nhất,
ngày đó sẽ là ngày mà đêm dài nhất và ngày ngắn nhất của 1 năm. Còn vào ngày Hạ chí, Mặt
Trời hướng về phía Bắc xa nhất, ngày hôm đó ngày rất dài vì góc chuyển động của Mặt Trời là lớn
nhất trong năm.