Thiên cầu và các khái niệm liên quan

Nội dung text: Thiên cầu và các khái niệm liên quan

1. THIÊN CẦU VÀ CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN Tác giả: Nguyễn Hoài Nam Mỗi ngày, thiên cầu hoàn thành đúng 1 vòng quay. Cái vòng quay này người ta gọi là vòng quay biểu kiến vì thực chất thiên cầu cũng chỉ là một khái niệm "biểu kiến", tức là nó là do con người đặt ra chỉ toàn bộ những gì người ta có thể nhìn thấy trên đầu mình ("kiến" là chỉ những cái nhìn thấy). Thực chất, cái quay không phải thiên cầu nào cả mà chính là chúng ta. À không, nói như vậy thì không đúng, không phải chúng ta quay, nhân loại quay mà là chúng ta đang đứng trên một mặt cầu và mặt cầu đó quay quanh trục của nó. Phải, cả Trái Đất chúng ta đang sống đang quay không ngừng. Nó quay khá đều đặn và cứ sau 1 ngày (24h) thì nó lại quay được đúng một vòng, (tức là mỗi điểm trên trục quay của nó đều hoàn thành một góc quay 360 độ). Trong khi đó, mọi thông tin của bầu trời chúng ta có thể cảm nhận thấy một cách dễ dàng nhất và có lẽ là duy nhất bằng các giác quan thông thường, đó là các thông tin về thị giác. Ánh sáng từ các thiên thể xa xôi, hay đơn giản là các đám mây trôi nhẹ trên bầu trời đều bay đi với cùng một tốc độ 300.000 km/s để đến và đập vào mắt chúng ta, và chúng ta nhìn thấy các vật đã được nó ghi lại hình ảnh (các phản ứng này diễn ra trong mắt vật lí gọi là các hiệu ứng quang hình). Khi Trái Đất quay, vị trí của mỗi người cúng ta thay đổi. Ngày thường có lẽ chúng ta không nhận thấy rằng chúng ta bị vòng quay của Trái Đất lôi đi đến trên 40.000 km mỗi ngày (không tính chuyển động quanh Mặt Trời và các chuyển động lớn hơn). Và cái chuyển động quay đó là hướng nhìn của chúng ta thay đổi liên tục khi chúng ta hướng ánh mắt lên vũ trụ. Khi đứng trên Trái Đất, chúng ta không hề biết rằng chúng ta đang quay với tốc độ chóng mặt, trong khi đó hướng nhìn thì luôn thay đổi và chúng ta vô tình thấy rằng tất cả các điểm trên bầu trời xa xôi kia đều đang chuyển động từ Đông sang Tây để rồi đúng 24 h sau lại thấy nó về vị trí cũ, và chúng ta kết luận rằng thiên cầu đang "quay". Mỗi ngày, khi nhìn lên chu kì quay của thiên cầu, chúng ta biết có một nửa thời gian Mặt Trời rọi sáng chúng ta và nửa còn lại, Mặt Trời nhường chỗ cho Mặt trăng và các vì sao. Thiên Cầu Thiên Đỉnh và Thiên Để Thiên Cực Xích Đạo Trời Hoàng Đạo
2. Đường Chân Trời Trung Tuyền Trời Đường Chính Ngọ Các Điểm Bắc, Nam, Tây, Đông 1- Thiên cầu: (celestial sphere): Trên bầu trời nhìn thấy hàng ngày, người ta quan sát thấy rất nhiều các thiên thể như Mặt Trời, Mặt Trăng, các hành tinh, các vì sao và thậm chí là các đám mây nữa. Khoảng cách của chúng đến Trái Đất và khoảng cách của chúng so với nhau rất khác nhau. Để tiện quan sát trực quan, người ta tưởng tượng ra một mặt cầu khổng lồ bao quanh Trái Đất ở một khoảng cách nào đó không xác định, nó giống như một cái nền mà trên đó có đính tất cả các thiên thể nêu trên. Gọi mặt cầu tưởng tượng đó là Thiên Cầu, người ta có thể coi chuyển động chung từ Đông sang Tây của tất cả các thiên thể trên bầu trời hàng ngày là chuyển động của Thiên cầu. 2- Thiên đỉnh (zenith) và Thiên để (nadir): nếu bạn đứng tại một điểm trên Trái Đất và quan sát Thiên cầu thì bạn có thể tưởng tượng rằng có một đường thẳng đi qua bạn và tâm Trái Đất, đường nối bạn với tâm Trái Đất này cắt Thiên cầu tại 2 điểm. Một điểm ngay trên đỉnh đầu bạn, đó là Thiên đỉnh. Còn điểm còn lại thì đối xứng với thiên đỉnh, nó cắt Thiên Cầu tại phía bên kia, bạn không thể thấy nó do bị
3. Trái Đất che khuất, điểm đó được gọi là Thiên để. Mỗi điểm bát kì trên Trái Đất đều có một thiên đỉnh và một thiển để riêng, 2 điểm đối nhau qua tâm Trái Đất thì thiên đỉnh của điểm này sẽ là thiên để của điểm kia và ngược lại. 3- Thiên cực (celestial pole): Ta đã biết Trái Đất có một trục Bắc- Nam nối 2 địa cực Bắc-Nam và đi qua tâm Trái Đất. Nếu kéo dài trục Trái Đất ra vô hạn theo hướng Bắc Nam của Địa Cầu thì đường thẳng cắt Thiên cầu tại 2 điểm gọi là thiên cực Bắc (Nord Celestial Pole) và thiên cực Nam (South Celestial Pole). Như vậy nếu bạn đứng tại cực Bắc của Trái Đất thì thiên cực Bắc sẽ là Thiên đỉnh của bạn và Thiên cực Nam sẽ là Thiên để, còn khi bạn đứng tại cực Nam thì ngược lại. * Toàn bộ những điểm được giới hạn từ xích đạo trời đến Thiên cực Bắc được gọi là Thiên cầu Bắc * Toàn bộ những điểm được giới hạn từ xích đạo trời đến Thiên cực Nam được gọi là Thiên cầu Nam
4. Nếu bạn đứng tại Bắc Cực, bạn sẽ thấy toàn bộ Thiên cầu Bắc nhưng không thây một chút nào về Thiên cầu Nam và khi bạn đứng ở Nam cực thì ngược lại 4- Xích đạo trời (celestial equator): Hãy tưởng tượng kéo dài bán kính của xích đạo Trái Đất ra dài vô hạn thì đường xích đạo của chúng ta sẽ trở thành một đường tròn cắt ngang Trái Đất và cắt cả lên thiên cầu. Đường cắt đó trên thiên cầu chính là xích đạo trời. Hay nói cách khác thì xích đạo trời chính là hình chiếu vuông góc của xích đạo Trái Đất lên Thiên Cầu 5 Hoàng Đạo (zodiac): Hoàng Đạo chính là đường chuyển động của Mặt Trời trên Thiên cầu trong 1 năm. Chúng ta đã biết rằng Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời mỗi vòng hết 365,4 ngày (gọi là 1 năm). Thiên cầu lại là một khái niệm gắn liền với Trái Đất và do đó khi Trái Đất chuyển động như thế, ta có thể tưởng tuởng ra một mặt cầu Thiên Cầu chuyển động cùng Trái Đất, với biên của Thiên cầu ở rất xa, cũng do việc hướng nhìn thay đổi, chúng ta sẽ thấy vị trí của Mặt Trời thường xuyên thay đổi so với các sao trên Thiên Cầu. Mỗi thời gian khác nhau, Mặt Trời sẽ "lướt" qua
5. một vị trí khác nhau trên Thiên Cầu. Trong 1 năm, đường đi đó tạo thành một vòng tròn khép kín và người ta từ thời xa xưa đã gọi vòng tròn đó là Hoàng Đạo, chia nó ra thành 12 phần, 12 cung ứng với 12 chòm sao gồm: 1. Aries 2. Taurus 3. Gemini 4. Cancer 5. Leo 6. Virgo 7. Libra 8. Scorpius 9. Sagittarius 10. Capriconus 11. Aquarius 12. Pisces Bạn có thể dễ dàng hình dung hiện tượng thay đổi vị trí của Mặt Trời trên Hoàng Đạo nhờ hình sau:
6. Ví dụ: Tháng 1, bạn thấy theo hình trên, Trái đất nằm tại vị trí gần chòm Gemini, tại sao lại nói tháng 1 tương ứng với chòm sao Sagittarius? Nhìn kĩ hình rên sẽ thấy rằng trong tháng 1, khi bạn hướng về phía Mặt Trời thì chòm sao Sagittarius sẽ nằm phía sau Mặt Trời, do đó mà có sự tương ứng đó, còn ban đêm thì bạn sẽ quan sát thấy Gemini toả sáng vào lúc nửa đêm. Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời theo một mặt phẳng quĩ đạo hình elip. Trục Bắc-Nam của Trái Đất không vuông góc với mặt phẳng quĩ đạo này mà nghiêng so với mặt phẳng này một góc 23độ 27 phút. Vì lí do này mà 2 mặt phảng Hoàng Đạo và Xích đạo trời nghiêng so với nhau một góc tương ứng cũng là 23 độ 27 phút. Do 2 mặt phẳng này nghiêng so với nhau nên đường tròn biểu diễn chúng cắt nhau tại 2 điểm là điểm xuân phân và điểm thu phân. 6- Đường chân trời (horizon): Khi bạn đứng tại bất cứ điểm nào trên Trái Đất, bạn cũng có thể xác định được thiên đỉnh ngay trên đỉnh đầu mình. Ngoài ra tầm nhìn
7. của bạn bị giới hạn bởi một đường bao nằm trên mặt Trái Đất mà mắt bạn không thể nhìn xuống thấp hơn được, đường đó chính là đường chân trời của bạn 7- Trung tuyến trời (Celestial Meridian): Vòng tròn lớn tạo thành do sự cắt của Mặt phẳng đi qua trục vũ trụ vàđường thằng đứng với thiên cầu. Trung tuyến trời cắt đường chân trời tại các điểm Bắc, Nam và đi qua thiên đỉnh, thiên để. Nửa vòng phía trên được chân trời gọ là Trung thiên trên còn nửa vòng dưới đường chân trời gọi là Trung thiên dưới. 8- Đường chính ngọ: đường thẳng đi qua tâm thiên cầuvà nối 2 điểm Nam, Bắc 9- Các điểm Bắc (N), Nam(S), Tây(W), Đông(E): các điểm tính theo các hướng tương ứng theo vị trí của người quan sát (cũng như thiên đỉnh cũng chỉ tương đối, luôn nằm trên đỉnh đầu người quan sát)