Thiên Văn Học

Thiên văn học nhập môn và những kiến thức căn bản

Trong loạt bài viết về thiên văn học cơ bản này, Lightway sẽ cung cấp những kiến thức giúp bạn bắt đầu tìm hiểu về bầu trời, khám phá các vì sao và vũ trụ

thien-van-hoc-co-ban-1
Đăng ngày:

Thiên văn học là môn khoa học nghiên cứu bầu trời và vũ trụ, rất hay bị nhầm lẫn với chiêm tinh học, là một bộ môn bói toán bằng cách xem các vì sao. Nhưng khoa học thiên văn phát xuất từ thuật chiêm tinh. Để bắt đầu tìm hiểu về thiên văn học, bạn cần nắm một số khái niệm căn bản mà bài viết này sẽ cung cấp.

Nhà thiên văn

Bạn nghĩ gì về một nhà thiên văn học, một chiêm tinh gia? Có lẽ hình ảnh đầu tiên là một ông cụ râu tóc bạc phơ, cô độc trên đài quan sát, hết đêm này qua đêm khác dõi mắt lên bầu trời, quan sát các vì sao. Nhưng thật ra, hình ảnh đó chưa bao giờ là đúng, và ngày nay lại càng không chuẩn xác. Những nhà thiên văn đúng hơn giống với một người có sức trẻ sung mãn, đầy năng lượng, và chẳng mấy khi cắm mặt vào một cái kính viễn vọng. Nhưng công việc của anh ta là sử dụng các thiết bị điện tử. Anh ta có thể ngồi trong một căn phòng ấm cúng nào đó, trong khi những đài thiên văn đang quan sát bầu trời. Ngày nay, các nhà thiên văn học cũng không cần phải có mặt tại đài thiên văn, mà có thể điều khiển chúng từ xa. Chẳng hạn như đài thiên văn Mauna Kea trên đỉnh một ngọn núi lửa tại Hawai được điều khiển tại trung tâm ở London hoặc Boston. Trong bài viết thuộc series Tìm hiểu thiên văn học này, hãy cùng Lightway tìm hiểu về những vấn đề đầu tiên của thiên văn học cơ bản. Các bạn có thể tìm hiểu thêm về lịch sử thiên văn học cổ đại tại đây.

Không những thế, các nhà thiên văn học làm việc với các lý thuyết nhiều hơn, và họ thường phải dành hàng giờ liền ngồi tính toán trên sách vở. Nghe có vẻ khó tin, nhưng có nhiều “chuyên gia” nổi tiếng thậm chí còn không thể xác định được những nhóm sao trên bầu trời.

Một nhà thiên văn học cổ đại với đài quan sát của ông ta
Một nhà thiên văn học cổ đại với đài quan sát của ông ta

Nhưng thiên văn học còn có một câu chuyện khác. Những nhà thiên văn nghiệp dư, không qua trường lớp đào tạo, cũng có thể có những đóng góp lớn, đơn giản vì họ có thể nhìn lên bầu trời và biết mình đang nhìn gì. Một số nhà thiên văn nghiệp dư có thói quen săn sao chổi, săn các vụ nổ siêu tân tinh, trong khi nhiều người khác mua cả kính viễn vọng về nhà để quan sát Mặt Trăng và các hành tinh. Tuy ngày nay công nghệ phát triển, tạo ra nhiều thiết bị hiện đại, giúp con người thực hiện những chuyến du hành ngoài không gian, nhưng kỳ thực hiểu biết của con người về vũ trụ vẫn còn rất giới hạn. Vũ trụ là cả một bí ẩn lớn chưa được khám phá.

Ta cũng nhớ rằng, các nhà thiên văn, dù là nghiệp dư hay chuyên nghiệp, thường trở thành nhà thiên văn là vì họ say mê bầu trời, chứ không phải mục đích của họ là nhắm trở thành những chuyên gia. Có những đứa trẻ lên sáu, bước ra ngoài sân, trên tay cầm một tấm bản đồ các vì sao, chờ đợi cho trời tối, rồi mê mẩn nhìn ngắm các vì tinh tú trên ấy. Về khí cạnh nào đó, cậu bé cũng là một nhà thiên văn, tuy rằng để trở thành một khoa học gia thực thụ thì đoạn đường phía trước của cậu còn rất dài.

Ta hãy giả sử bạn không biết chút gì về thiên văn học, cũng không muốn tốn tiền mua kính viễn vọng hay ống nhòm. May mắn là, chỉ cần mắt thường là đủ. Vậy chúng ta hãy bắt đầu từ điểm xuất phát này, và từ những vấn đề cơ bản nhất của thiên văn học.

Thiên văn học và chiêm tinh học

Trước tiên, ta cần làm rõ một điểm hay bị nhầm lẫn. Một số người không phân biệt được thiên văn học (astronomy) và chiêm tinh học (astrolotry). Hai môn này hoàn toàn khác nhau, như cục phấn khác với trái bơ vậy. Chiêm tinh học là bộ môn bói toán. Các nhà chiêm tinh luôn khẳng định rằng vị trí của Mặt Trời, Mặt Trăng, và các hành tinh có mối liên hệ mật thiết với tính cách và số phận của mỗi người, sinh ra tùy từng thời điểm khác nhau trong năm, ở những nơi khác nhau, và vì thế sẽ mang những ‘lá số tử vi’ khác nhau. Giả sử, một đứa bé sinh ngày 1 tháng Ba tại London sẽ có lá số khác với một đứa sinh ở Hà Nội vào ngày 10 tháng Tư. Nói về thuật chiêm tinh thì ở mức độ lịch sự nhất đi chăng nữa ta cũng phải gọi chúng là rác rưởi. Môn này hoàn toàn không có cơ sở, và chỉ có những người mê tin hoặc không có kiến thức gì mới tin vào đó. Tốt nhất, và để không bị nó hại, thì ta chỉ nên xem nó như một thú tiêu khiển, một trò chơi vậy thôi.

Trái Đất và hệ Mặt Trời

Trái Đất, ngôi nhà của chúng ta, là một hành tinh, hình cầu, có đường kính ~ 12,755km, xoay quanh Mặt Trời ở khoảng cách ~ 150 triệu km. Bản thân Mặt Trời là một vì sao, như bao vì sao khác trong vũ trụ bao la mà ta có thể nhìn thấy trong một đêm trời quang mây tỏ. Lý do duy nhất ta thấy Mặt Trời chói lọi như vậy là vì nó ở gần chúng ta, và vì nó ở gần như vậy nên khiến chúng ta rất khó hình dung về những khoảng không gian khổng lồ, và những khoảng thời gian bao la của vũ trụ. Kỳ lạ là không ai thực sự hiểu được một triệu km là bao xa, chứ chưa nói tới 150 triệu. Nhưng ta biết rằng những con số ấy là chính xác, và đơn giản là cần chấp nhận chúng. Các nhà thiên văn cũng giống như người thường, khó hiểu đúng những khoảng cách không gian và biến thiên thời gian, nhưng họ khác chúng ta ở chỗ họ không cố gắng hiểu.

Ta nói thế này cho dễ hiểu, giả sử chúng ta sửa soạn bay lên Mặt Trời, với vận tốc khoảng 160 km một giờ và đi liên tục không dừng. Một ngày sẽ đi được khoảng 3,900km. Với tốc độ đó, chúng ta mất chừng 100 năm mới có thể tới Mặt Trời.

Trái Đất không phải là hành tinh duy nhất, còn có tám hành tinh khác xoay quanh Mặt Trời, trong đó có sao Thủy, sao Kim, sao Hỏa, sao Thổ và sao Mộc là chúng ta thường nghe nói đến. Các hành tinh không phát sáng, chúng ta thấy chúng là vì chúng phản chiếu ánh sáng của Mặt Trời. Tương tự khi bạn soi đuốc vào một căn phòng tối và nhìn thấy những thứ trong đó. Tuy các hành tinh trông giống các vì sao, và một số có vẻ rất sáng, nhưng chúng là hàng xóm của Trái Đất, và xét ở tầm vũ trụ thì chúng chỉ là những hạt bụi nhỏ bé mà thôi. Một số hành tinh có các vệ tinh xoay quanh. Vệ tinh của Trái Đất là Mặt Trăng, sao Thổ có tới mười tám mặt trăng như thế. Tất cả những hành tinh xoay quanh Mặt Trời tạo thành Hệ Mặt Trời, trong đó còn có nhiều vật thể khác ta ít để tâm hơn là các sao chổi và sao băng.

Các hành tinh trong hệ Mặt Trời
Các hành tinh trong hệ Mặt Trời

Bản thân hệ mặt trời cũng chỉ là một khu vực nhỏ mọn trong vũ trụ. Các vì sao nằm ở rất rất xa chúng ta, khoảng cách tới chúng phải đo bằng năm ánh sáng. Giả sử khoảng cách giữa Mặt Trời và Trái Đất là 2,5cm, thì ngôi sao gần chúng ta nhất cách 1,6km. Đó là lý do tại sao trông chúng chỉ là những đốm sáng trên bầu trời. Cũng là lý do tại sao ta nhìn chúng có vẻ như đứng yên không chuyển động. Ta hãy nói kỹ hơn về vấn đề này một chút.

Giả sử ta có hai vật thể chuyển động: một con chim sẻ bay nhảy trên cành cây, và một chiếc máy bay di chuyển trên bầu trời. Trước mặt chúng ta con chim sẻ nhảy qua nhảy lại rất nhanh, còn chiếc máy bay thì lê đi chậm chạp trên nền trời. Nhưng trên thực tế, tốc độ của chiếc máy bay nhanh ít nhất là gấp nhiều lần con chim sẻ. Chiếc máy bay trông có vẻ chậm chạp vì chúng ở cách xa chúng ta. Nguyên tắc là: cái gì ở càng xa thì chuyển động trông càng chậm. Những vì sao ở xa Trái Đất, và xa lẫn nhau, tới nỗi dưới mắt chúng ta chúng dường như đứng yên, cho dù chúng ta có dành cả đời để quan sát. Sơ đồ các chòm sao trên bầu trời ngày nay không có gì thay đổi so với ít nhất 3000 năm trước. Nhưng thật ra, các vì sao đã di chuyển một khoảng rất nhỏ, vì trên thực tế chúng chuyển động trong không gian về mọi huóng, mỗi ngôi sao một tốc độ.

Với Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh thì lại khác, chúng ở gần Trái Đất, nên chúng ta dễ dàng quan sát thấy sự di chuyển của chúng, từ vị trí này qua vị trí khác trên nền trời dường như bất biến. Cũng chính vì lý do này mà các nhà thiên văn cổ đại mới gọi chúng là “planet”, tức là những kẻ lang thang.

Rõ ràng chúng ta không thể sắp đặt các hành tinh lên một bản đồ sao cố định. Với Mặt Trăng cũng thế. Đây là thiên thể ở gần Trái Đất nhất, và là thiên thể duy nhất xoay xung quanh Trái Đất.

Mặt Trăng, vệ tinh của Trái Đất

Mặt Trăng có đường kính 3476 km, khoảng cách tới Trái Đất là 385,000km. Để dễ hình dung, ta lấy trái banh tennis làm Trái Đất, lấy một sợi dây cuốn quanh nó mười vòng, rồi trải ra sàn, độ dài của sợi dây chính là khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt Trăng. Một cách tính đơn giản nữa đó là so với Mặt Trăng, Mặt Trời cách xa Trái Đất hơn 400 lần.

Cũng giống như các hành tinh khác, Mặt Trăng không tỏa sáng, mà chỉ phản chiếu ánh sáng của Mặt Trời. Tương tự Trái Đất, chỉ có một nửa Mặt Trăng là được Mặt Trời chiếu sáng. Vậy nên mới có hiện tượng trăng tròn trăng khuyết, là những chu kỳ thay đổi bề mặt được chiếu sáng của Mặt Trăng. Khoảng thời gian giữa hai kỳ trăng tròn là 29,5 ngày, và khi trăng tròn thì ta trông nó sáng như một vì sao, dù trên thực tế phải 1 triệu mặt trăng như thế thì mới sáng bằng Mặt Trời.

Có bao nhiêu vì sao?

Mắt thường có thể nhìn thấy bao nhiều vì sao trong một đêm tối trời? Nhiều người nói ngay rằng “hàng ngàn” hoặc “hàng triệu”. Nhưng câu trả lời có thể làm chúng ta ngạc nhiên, mắt thường, trong điều kiện môi trường tốt nhất, cũng chỉ có thể nhìn thấy 2500 ngôi sao mà thôi. Tất nhiên, nếu dùng kính thì con số sẽ lớn hơn nhiều. Tổng số ngôi sao trong Ngân Hà là khoảng 100 tỉ ngôi, và đó là mới xét riêng thiên hà của chúng ta mà thôi. Trong vũ trụ còn có rất rất nhiều thiên hà khác.

Thiên hà của chúng ta được gọi là Dải Ngân Hà (Milky way)
Thiên hà của chúng ta được gọi là Dải Ngân Hà (Milky way)

Năm Ánh Sáng – đơn vị khoảng cách trong thiên văn học cơ bản

Trở lại với vấn đề về đo khoảng cách trong vũ trụ. Chúng ta thấy rằng các vì sao ở rất xa Trái Đất và rất xa nhau, ta không thể dùng dặm hay km để đo khoảng cách giữa chúng được. Vậy nên người ta mới sáng kiến ra một loại đơn vị mới tiện lợi hơn, đó là dùng ánh sáng.

Ánh sáng có tốc độ di chuyển của nó, khoảng 300,000 km mỗi giây, một năm ánh sáng sẽ đi được khoảng 9,656,064,000,000 (gần mười ngàn tỉ) km. Con số này người ta gọi là một năm ánh sáng. Đây không phải đơn vị đo thời gian, mà là khoảng cách, các bạn nhớ như vậy. Nếu bạn muốn quy đổi năm ánh sáng ra dặm thì chỉ cần nhân với 10 ngàn tỉ là ra. Với đơn vị năm ánh sáng ấy thì ngôi sao gần chúng ta nhất ngoài Mặt Trời có khoảng cách là 4,2 năm ánh sáng, tương đương 42 ngàn tỉ km. Dải Ngân Hà có đường kính 100,000 năm ánh sáng, từ đầu này qua đầu bên kia. Đường kính của nhiều thiên hà trong vũ trụ có thể lên tới hàng triệu năm ánh sáng.

Một số khoảng cách trong không gian đo bằng năm ánh sáng
Một số khoảng cách trong không gian đo bằng năm ánh sáng

Với những khoảng cách khổng lồ như vậy ta có những sự thật thú vị. Cách Trái Đất 2 triệu năm ánh sáng là dải thiên hà Andromeda, nếu bạn nhìn lên bầu trời thì nó chỉ là một đám bụi mờ nhạt trên nền trời sâu thẳm. Và thứ bạn nhìn thấy Andromeda của 2 triệu năm trước chứ không phải hiện tại, vì ánh sáng của nó phải mất từng ấy thời gian mới tới được mắt của chúng ta. Nếu ở dải thiên hà ấy cũng có một nhà thiên văn đang quan sát bầu trời, thì Trái Đất mà họ nhìn thấy sẽ là của 2 triệu năm trước, tức là kỷ băng hà.

Vũ trụ lớn tới mức nào? Sự thật thì đây là câu hỏi chưa có lời giải đáp chắc chắn. Vật thể xa nhất mà chúng ta thấy được là 12 tỉ năm ánh sáng. Vũ trụ có giới hạn hay không? Hay vũ trụ có kích thước xác định không? Cũng là những câu hỏi chưa có lời giải.

Đúc kết

Hy vọng rằng những thông tin bên trên không quá khó nuốt với các bạn. Cuối bài, mình xin tóm tắt lại những điều cơ bản như sau:

  1. Trái Đất là một hành tinh, xoay quanh Mặt Trời ở khoảng cách 150 triệu km. Thời gian để Trái Đất xoay đủ một vòng quanh Mặt Trời là một năm, hay chính xác hơn là 365 và 1/4 ngày.
  2. Mặt Trời là một ngôi sao bình thường, ta thấy nó sáng rực rỡ như vậy là vì nó ở gần Trái Đất.
  3. Ngoài Trái Đất còn có tám hành tinh khác xoay quanh Mặt Trời, trong đó có 5 hành tinh mắt thường có thể nhìn thấy. Chúng không tỏa sáng, nhưng phản chiếu ánh sáng của Mặt Trời.
  4. Mặt Trăng, cách Trái Đất 385,000 km, là thiên thể gần chúng ta nhất. Nó xoay quanh Trái Đất, và nhỏ hơn Trái Đất nhiều. Như các hành tinh khác, nó tỏa sáng là do phản chiếu ánh sáng của Mặt Trời. Nếu một ngày Mặt Trời biến mất, thì các hành tinh và Mặt Trăng của sẽ biến mất. (Nhưng bạn yên tâm, chuyện đó sẽ không thể xảy ra đâu)
  5. Mặt Trời, các hành tinh, và các vệ tinh, cùng nhiều thiên thể khác tạo thành Hệ Mặt Trời.
  6. Mỗi vì sao trong vũ trụ đều là một Mặt Trời, và cách chúng ta rất xa. Ngay cả ngôi sao gần nhất cũng cách Trái Đất tới 4 năm ánh sáng. Tức là ánh sáng phải mất bốn năm mới từ Trái Đất tới được đó.
  7. Các vì sao ở quá xa nên dưới mắt chúng ta chúng dường như bất động, và vì thế tạo thành một bầu trời với những chòm sao cố định, ít nhất là không thay đổi trong nhiều ngàn năm. Tuy nhiên, các hành tinh thuộc hệ Mặt Trời thì ở đủ gần để ta thấy chúng di chuyển.
  8. Hệ Mặt Trời thuộc về một hệ sao khác lớn hơn gọi là Dải Ngân Hà, với khoảng 100 tỉ các vì sao khác.
  9. Và Dải Ngân Hà của chúng ta chỉ là một trong vô số các thiên hà trong vũ trụ, cách nhau hàng triệu năm ánh sáng.

Bên trên là những dữ kiện cơ bản nhất để chúng ta tiếp cận với thiên văn học, hy vọng sẽ hữu ích với các bạn.

Tìm hiểu thêm với bài viết tiếp theo.

4.6/5 - (15 votes)

BÀI LIÊN QUAN