Bạn hãy thử quan sát chuyển động và vị trí một ngày của ngôi sao đặc biệt nhất của chúng ta, 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 Thiên Cầu hoàn thành một vòng 360 độ để bạn lại thấy nó có vị trí tương ứng với một số ngôi sao (hoặc có thể là một chòm sao) như thời điểm đó 1 năm trước. Xa xưa, 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 (ecliptic). 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. Các nhà thiên văn cổ chia Hoàng đạo thành 12 phần (12 cung), ứng với 12 chòm sao gọi là các chòm sao hoàng đạo (zodiac constellations), và trong 1 năm, Mặt Trời sẽ lần lượt lướt qua 12 chòm sao đó. Trên thực tế, độ lớn các chòm sao này không bằng nhau nên việc chia cung ngày nay chỉ còn áp dụng trong chiêm tinh học. Các nhà thiên văn đã qui ước lại và theo qui ước mới này thì Hoàng đạo có 13 chòm sao. 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 (đôi khi có thể lệch một ngày). Điều đặc biệt 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.
Vị trí biểu kiến của Mặt Trời trên Hoàng Đạo tùy theo từng thời điểm trong năm
Chuyển động của bầu trời
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. 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 đứng 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 được Mặt Trời chiếu sáng và đúng 12 giờ còn lại chìm trong đêm tối.
Khi đứng ở Bắc bán cầu bạn thấy đường đi của Mặt Trời vào mùa hè luôn dài hơn vào mùa đông. Đối với các sao trên bầu trời đêm cũng vậy. Các sao ở bán thiên cầu Nam cũng giống như Mặt Trời mùa đông, chúng có thời gian xuất hiện ngắn hơn các sao trên bán thiên cầu Bắc.
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 đường 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 các 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 được 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 chu kì ngày - đêm. 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.
Mùa hè đường đi của Mặt Trời bạn có thể nhìn thấy là dài nhất và do đó ngày dài hơn đêm còn mùa đông thì ngược lại. Chỉ khi bạn đứng tại xích đạo của Trái Đất, các đường này sẽ bằng nhau và không có sự khác biệt về độ dài của ngày giữa mùa hè và mùa đông.
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.
Tháng 8 năm 2005
Nguyễn Hoài Nam
Vui lòng ghi rõ tên tác giả và nguồn trích dẫn Thienvanvietnam.org khi bạn sử dụng bài viết này
