nhung hien tuong vat ly tren bau troi

64
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tiểu luận môn: Thiên Văn Học Tên đề tài: Giáo viên hướng dẫn: Ths. Trần Quốc Hà Nhóm thực hiện: Nguyễn Hải Âu Võ Thị Hoa Nguyễn Thị Thúy Liễu Phương Nghĩa Nguyễn Thị Yến Nhi Lê Thanh Nhẫn Đàng Thị Kim Sắc Đỗ Thị Thanh Đỗ Thị Hồng Thấm Nguyễn Thị Phương Thảo (8-4) Hoàng Thị Thanh Thảo Nguyễn Thị Phương Thảo (29-1) Nguyễn Thị Kiều Thu Nguyễn Thanh Ngọc Thuỷ Đoàn Thị Minh Thư Phan Minh Tiến Nguyễn Kiến Trạch Lưu Đình Trác Nguyễn Thành Trung Lâm Hoàng Minh Tuấn Bùi Thị Cẩm Tú Trần Bùi Cẩm Vân Đặng Ngọc Thanh Vân Lớp Lý 3 Chính Qui TPHCM, Tháng 11 Năm 2008

Upload: trinh-thanh-tung

Post on 23-Feb-2017

54 views

Category:

Science


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Tiểu luận môn: Thiên Văn Học

Tên đề tài:

Giáo viên hướng dẫn: Ths. Trần Quốc Hà

Nhóm thực hiện:

Nguyễn Hải Âu

Võ Thị Hoa

Nguyễn Thị Thúy Liễu

Phương Nghĩa

Nguyễn Thị Yến Nhi

Lê Thanh Nhẫn

Đàng Thị Kim Sắc

Đỗ Thị Thanh

Đỗ Thị Hồng Thấm

Nguyễn Thị Phương Thảo (8-4)

Hoàng Thị Thanh Thảo

Nguyễn Thị Phương Thảo (29-1)

Nguyễn Thị Kiều Thu

Nguyễn Thanh Ngọc Thuỷ

Đoàn Thị Minh Thư

Phan Minh Tiến

Nguyễn Kiến Trạch

Lưu Đình Trác

Nguyễn Thành Trung

Lâm Hoàng Minh Tuấn

Bùi Thị Cẩm Tú

Trần Bùi Cẩm Vân

Đặng Ngọc Thanh Vân

Lớp Lý 3 Chính Qui TPHCM, Tháng 11 Năm 2008

Page 2: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 1

Mục lục Mục lục .............................................................................................................. 1 I. HIỆN TƯỢNG MÂY DẠ QUANG:............................................................... 4

I.1. Giới thiệu hiện tượng: ......................................................................................4 I.2. Giải thích hiện tượng: ......................................................................................6

II. HIỆN TƯỢNG CỰC QUANG: ..................................................................... 8 II.1. Giới thiệu hiện tượng:.....................................................................................8 II.2. Giải thích hiện tượng:...................................................................................11 II.3. Ứng dụng: .....................................................................................................16

III. HIỆN TƯỢNG NHẬT THỰC NGUYỆT THỰC:...................................... 17 III.1. Nhật thực .....................................................................................................17

III.1.1. Nhật thực là gì?.......................................................................................17

III.1.2. Các loại nhật thực: ..................................................................................17

III.1.3. Quan sát nhật thực: .................................................................................20

III.2. Nguyệt thực: ................................................................................................23 III.2.1. Nguyệt thực là gì?...................................................................................23

III.2.2. Các loại nguyệt thực: ..............................................................................23

III.2.3. Quan sát nguyệt thực : ............................................................................24

III.3. Nguyên nhân xảy ra hiện tượng nhật thực nguyệt thực và chu trình nhật thực nguyệt thực: ..................................................................................................24

III.3.1. Nguyên nhân xảy ra nhật thực - nguyệt thực: .........................................25

III.3.2. Chu kì nhật nguyệt thực: .........................................................................27

IV. HIỆN TƯỢNG BIẾN ĐỔI MÀU SẮC TRÊN BẦU TRỜI:....................... 28 IV.1. Cơ sở lý thuyết:.............................................................................................28

IV.1.1. Định luật Rayleigh:.................................................................................28

IV.1.2. Thuyết điện từ về sự tán xạ bởi các hạt nhỏ (xét định tính): ....................29

IV.2. Giải thích hiện tượng:..................................................................................31 IV.2.1. Màu xanh của bầu trời : ..........................................................................31

IV.2.2. Màu của Mặt trời : ..................................................................................33

IV.2.3. Màu của mây, sương mù :.......................................................................35

IV.2.4. Tại sao bầu trời đêm lại đen? ..................................................................37

V. HIỆN TƯỢNG CẦU VÒNG:...................................................................... 40 V.1. Giới thiệu hiện tượng: ...................................................................................40

V.1.1. Cầu vồng là gì? ........................................................................................40

V.1.2. Làm thế nào để quan sát cầu vòng? ..........................................................40

V.2. Giải thích hiện tượng: ...................................................................................41 V.2.1. Giải thích hiện tượng: ..............................................................................41

V.2.2. Vài tính toán về cầu vồng:........................................................................42

Page 3: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 2

V.2.3. Tại sao bảy sắc cầu vồng lại được sắp sếp theo thứ tự như vậy?...............43

V.2.4. 4/ Tại sao cầu vồng có dạng một vòng cung? ...........................................43

V.2.5. Vùng Alexandre là gì? .............................................................................44

V.2.6. Tại sao không đến được chân cầu vồng? ..................................................45

V.3. Một số cầu vồng đặc biệt: ..............................................................................45 VI. HIỆN TƯỢNG MẶT TRỜI GIẢ: .............................................................. 49

VI.1. Giới thiệu hiện tượng:..................................................................................49 VI.1.1. Hiện tượng mặt trời giả là gì? .................................................................49

VI.1.2. Các nơi xuất hiện mặt trời giả: ................................................................49

VI.2. Giải thích hiện tượng:..................................................................................51 VI.2.1. Halo:.......................................................................................................51

VI.2.2. Quầng sáng halo được hình thành như thế nào? ......................................53

VI.2.3. Mặt trời giả hình thành như thế nào?.......................................................60

Tài liệu tham khảo............................................................................................ 62

Page 4: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 3

Lời ngỏ

Thiên văn luôn là một khoa học lí thú và mới lạ mặc dù đã tồn tại từ rất

lâu. Những ham muốn khám phá về lĩnh vực này khởi đầu từ việc quan sát

các hiện tượng vật lí xảy ra trên bầu trời.

Các hiện tượng thiên văn vật lí xảy ra trên bầu trời rất phong phú và đa

dạng. Việc lí giải chúng đòi hỏi phải có một kiến thức sâu rộng. Mặc dù khoa

học ngày càng phát triển cao và đạt được nhiều thành tựu kì vĩ đặc biệt là

ngành thiên văn vũ trụ, song tầm nhìn của loài người hạn chế và dĩ nhiên

không tránh khỏi vẫn còn những bước mò mẫm trong hành trình chinh phục

kho tàng kiến thức sâu rộng ấy.

Trên tinh thần đam mê học hỏi, nhóm thực hiện nỗ lực hoàn thành bài tiểu

luận “ Những hiện tượng vật lí trên bầu trời” đề cập đến các hiện tượng

quang tiêu biểu trong thiên văn.

Tài liệu này cung cấp những kiến thức rất cơ bản và tổng quát từ nhiều

nguồn tài liệu. Do hạn chế về hiểu biết cũng như trình độ ngoại ngữ nên

trong quá trình thực hiện không tránh khỏi sai sót, nhóm 3 rất mong người

đọc thông cảm và nhiệt tình đóng góp ý kiến để lần thực hiện sau dược tốt

hơn.

Chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện

Page 5: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 4

I. HIỆN TƯỢNG MÂY DẠ QUANG:

I.1. Giới thiệu hiện tượng:

� Những đám mây dạ quang (Noctilucent

Cloud hay Night-shining Cloud) là những đám

mây cao trong bầu khí quyển (85km) khúc xạ

ánh sáng vào lúc trời mờ tối (hoàng hôn hay

bình minh) khi mặt trời đã lặn. Lúc đó mây dạ

quang toả sáng bầu trời mà không thấy một

nguồn sáng rõ rệt nào cả. Những hình ảnh

hoàng hôn kỳ thú trên bầu trời về đêm đã trở

thành một trong những thú vui thư giãn phổ biến trên toàn thế giới.

� Dù mây dạ quang trông giống như ở ngoài không gian, nhưng thực ra chúng

vẫn ở trong tầng giữa khí quyển trái đất (độ cao từ 50 đến 85 km). Tầng này không

những rất lạnh (-1250C) mà còn rất khô - khô gấp 100 triệu lần không khí ở hoang

mạc Sahara.

� Mây dạ quang là hiện tượng tương đối mới lần

đầu tiên được mô tả vào năm 1885, hai năm sau sự

kiện phun trào của đảo núi lửa Krakatoa (Indonesia).

Núi lửa đã phun một trùm tro bụi và mảnh vụn lên bầu

khí quyển Trái Đất đạt tới độ cao 80 km. Sự kiện này

đã ảnh hưởng tới khí hậu và thời tiết toàn cầu trong nhiều năm và có lẽ đã tạo ra những

đám mây dạ quang đầu tiên.

� Ảnh hưởng của vụ phun trào núi lửa Krakatoa dần dần cũng mất đi, nhưng

những đám mây tích điện màu xanh lục bất thường thì vẫn còn lại. Chúng náu mình

trong tầng giữa mỏng manh của Trái Đất – đây là vùng khí quyển bên trên với áp lực

nhỏ hơn 10.000 lần áp lực trong nước biển. Chúng xuất hiện thường xuyên nhất vào

các tháng mùa hè từ 50 đến 70 độ Bắc và Nam. Một thế kỷ trước đây, chúng bị hạn

chế ở những vĩ độ trên 50, phải đến những nơi như Anh, Scandinavi và Nga, khu vực

bắc Âu và Canada mới nhìn thấy được chúng. Trong những năm gần đây, chúng đã

xuất hiện ở miền Nam bang Utah và Colorado của Mỹ.

Page 6: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 5

� Ngày 18/2/2003, những phi hành gia trên trạm không

gian quốc tế ISS đã mục kích

một cảnh tượng đẹp mắt: Đó là

những đám mây dạ quang, hay

còn gọi là mây chiếu sáng về

đêm có hình dáng dài mỏng

mảnh màu xanh tuyệt đẹp bay lơ lửng quanh quỹ đạo trái

đất.

� Tháng 1/2003, phi hành gia Don Pettit cũng là một nhà khoa học tại Phòng thí

nghiệm quốc gia Los Alamos cho biết: “Trong nhiều tuần qua, chúng tôi đã được

thưởng thức quang cảnh đẹp mắt của những đám mây này ở vùng nam bán cầu. Chúng

tôi cũng thường thấy chúng khi bay trên bầu trời của đất nước Australia và Nam Mỹ”.

Những người ở trái đất cũng có thể nhìn thấy chúng tỏa sáng lấp lánh sau khi mặt trời

lặn, dẫu rằng nhìn từ không gian vẫn đẹp hơn. Pettit ước tính chiều cao của chúng có

thể lên đến 80-100 km.

� Những đám mây không ngừng rực sáng và trôi dần về phía vùng cực, lần đầu

tiên được vệ tinh ( vệ tinh Aeronomy of Ice in the Mesosphere của NASA) chụp từ vũ

trụ. Loại mây bí ẩn này được gọi là "đèn đêm". Các đám mây hình thành ở độ cao 80

km trên bề mặt đất, trong tầng trên của khí quyển gọi là mesosphere, xuất hiện trong

những tháng hè ở cực Nam cũng như trong mùa hè ở cực Bắc.

Mây dạ quang phía trên hồ

Saimaa

Một trong những lần đầu tiên các đám mây sáng rực này

được quan sát từ mặt đất, trên bầu trời Budapest, Hungary hôm 15/06/2007.

(Ảnh:LiveScience)

Vào ngày 11/06/2007, chiếc cameracủa vệ tinh nhân tạo AIM

(Aeronomy of Ice in the Mesosphere ) đã cung cấp dữ liệu đầu tiên về những đám mây dạ quang ở Bắc cực thuộc khu vực châu Âu và Bắc Mỹ. Màu trắng và xanh

sáng hiển thị cấu trúc đám mây dạ quang, màu đen là những nơi không có dữ liệu.

(Ảnh: LiveScience)

Page 7: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 6

I.2. Giải thích hiện tượng:

Tro núi lửa Krakatoa có thể là nguyên nhân của năm 1885, nhưng không thể giải

thích được cho hiện tượng của ngày nay. Những đám mây gần trái đất có thể lấy bụi từ

bão gió sa mạc, nhưng thật khó mà bốc bụi lên đến tận tầng giữa của khí quyển. Điều

này có thể là do bụi vũ trụ. Mỗi ngày trái đất tiếp xúc với hàng tấn thiên thạch - những

mẩu vụn chất thải từ các sao chổi và hành tinh nhỏ. Đa số chúng có kích thước phù

hợp với các đám mây dạ quang.

Một nhà vật lý học plasma Paul M. Bellan – giáo sư vật lý ứng dụng tại Viện công

nghệ California (Caltech) cuối cùng đã tìm ra lời giải đáp cho đặc điểm kỳ lạ của

những đám mây dạ quang, chấm dứt bí ẩn kéo dài nhiều thập kỷ. Ông cho biết : “Phạm

vi có mây dạ quang dường như đang tăng lên, có lẽ vì khí hậu toàn cầu đang ấm dần

lên”.

Mây dạ quang là một hiện tượng xảy ra vào mùa hè bởi bầu khí quyển ở độ cao 85

km lạnh nhất khi mùa hè đến, thúc đẩy quá trình hình thành hạt băng tạo nên đám mây.

Các tinh thể nước đá trong mây cần hai điều kiện để phát triển: các phân tử nước và

một cái gì đó để chúng bám vào, chẳng hạn như bụi. Nước tụ tập trên bụi để tạo thành

những giọt nước hay các tinh thể nước đá là một tiến trình được gọi với cái tên “sự cấu

thành hạt nhân” và chúng xảy ra trong tất cả các đám mây bình thường.

Theo các nhà nghiên cứu tại Poker Flat (Alaska), hai mươi lăm năm về trước họ đã

phát hiện đặc tính khác thường rằng đám mây phản chiếu mạnh với ra-đa. Giải thích:

các hạt băng trong mây dạ quang được bao phủ bởi một lớp kim loại mỏng có thành

phần bao gồm natri và sắt. Lớp màng kim loại đã khiến sóng ra-đa phản xạ gợn sóng

trong đám mây giống như hiện tượng tia X phản xạ từ lưới tinh thể (Theo số ra tháng 8

tờ Journal of Geophysical Research-Atmospheres).

Nguyên tử Natri và sắt thu thập được trong tầng khí quyển bên trên sau khi sao băng

siêu nhỏ nổ tung trên bầu trời. Các nguyên tử kim loại này định cư trong lớp hơi nước

mỏng ở ngay trên độ cao nơi xảy ra mây dạ quang. Các nhà thiên văn học mới đây đã

sử dụng lớp Natri để tạo ra ngôi sao chỉ dẫn nhân tạo chiếu sáng nhờ tia laze cho chiếc

kính viễn vọng quang học thích nghi nhằm loại bỏ hiệu ứng gây nhiễu loạn của bầu

khí quyển để có được những bức hình về bầu trời rõ nét hơn.

Các biện pháp xác định độ đậm đặc của các lớp hơi nước có nguyên tử natri và

sắt cho thấy hơi nước kim loại giảm đi tới 80% khi có mây dạ quang hiện diện. Giáo

Page 8: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 7

sư Bellan cho biết: “Mây dạ quang giống như một cái bẫy ruồi đối với nguyên tử natri

và sắt”. Qua các thí nghiệm thực hiện trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu

khác cũng phát hiện ra rằng ở nhiệt độ lạnh lẽo (-123 độ C) bên trong đám mây dạ

quang, nguyên tử trong hơi nước có natri sẽ nhanh chóng đọng lại trên bề mặt băng để

hình thành màn kim loại.

Giáo sư Bellan nói: “Nếu có các hạt băng phủ kim loại trong mây dạ quang thì

rađa sẽ phản ứng rất mạnh. Hiện tượng này không phải là tổng hợp của các phản ứng

đối với từng hạt băng. Trên thực tế các hạt băng không gây ra phản ứng mạnh đến thế.

Điều mấu chốt chính là các đường gợn sóng của đám mây có chứa hạt băng phủ kim

loại đã phản xạ cùng nhau và củng cố cho nhau, hiện tượng này giống như một đoàn

diễu hành đều bước qua cầu và khiến cây cầu rung chuyển”.

Kết luận:

Mây dạ quang được cấu tạo từ những tinh thể nước đá nhỏ xíu, tương đương với

kích thước của các phân tử khói thuốc lá. Ánh mặt trời phản chiếu từ những tinh thể

này khiến cho chúng có màu xanh đặc trưng. Các hạt băng trong mây dạ quang được

bao phủ bởi một lớp kim loại mỏng có thành phần bao gồm Natri và sắt. Natri và sắt ở

đâu ra ?

� Do tro bụi và mảnh vụn phun trào từ núi lửa lên bầu khí quyển Trái Đất đạt tới

độ cao vào cỡ 80 km.

� Nguyên tử Natri và sắt thu thập được trong tầng khí quyển bên trên sau khi sao

băng siêu nhỏ nổ tung trên bầu trời. Các nguyên tử kim loại này định cư trong lớp hơi

nước mỏng ở ngay trên độ cao nơi xảy ra mây dạ quang.

**************

Page 9: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 8

II. HIỆN TƯỢNG CỰC QUANG:

II.1. Giới thiệu hiện tượng:

� Cực quang là một hiện tượng hiếm thấy ở trên Trái Đất, thường xuất hiện vào

buổi đêm, trên vùng trời ở hai cực Trái Đất. Cực quang diễn ra ở Bắc bán cầu Trái Đất

được gọi là bắc cực quang, hay ánh sáng bắc cực; và ở nam bán cầu thì là nam cực

quang hay ánh sáng nam cực..

� Nơi đã xảy ra hiện tượng cực quang: Ở Alaska (Mỹ), phần lớn lãnh thổ Canada,

hay vùng nằm từ vĩ độ 60 trở lên.

Bắc cực quang Nam cực quang

Cực quang ở vùng nam Australia

Bắc cực quang trên South Dakota

Một ảnh chụp cực quang ở Canada.

Cực quang ở Na Uy, thường xảy ra

từ tháng 9 đến tháng 10 và từ tháng 3 đến tháng 4. Sau đây là một số hình ảnh Bắc cực quang được

nhìn thấy trên bầu trời Longyearbyen, Na Uy sáng sớm 10-3-2008.

Page 10: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 9

� Trong thiên văn học, cực quang là một hiện tượng quang học được đặc trưng

bởi sự thể hiện đầy màu sắc của ánh sáng trên bầu trời về đêm. Các dải sáng này liên

tục động và thay đổi làm cho chúng trông giống như những dải lụa màu trên bầu trời.

Đây có thể coi là một trong những hình ảnh đẹp của tự nhiên.

� Biểu hiện:

� Màu sắc cực quang:

Những dải ánh sáng màu hồng, lam,

vàng, tím… rực rỡ và biến ảo khôn

lường. Tia này vừa tắt đi, tia khác lại

xuất hiện, nhảy múa, lung linh đủ màu

sắc...

Phần lớn các cực quang có màu

vàng ánh lục nhưng đôi khi các tia cao

sẽ có màu đỏ ở đỉnh và dọc theo gờ

Tại Juneau, Alaska, Mỹ

Bắc cực quang ở Alaska

Nam cực

quang trên

Swifts Creek,

Victoria, Úc

Page 11: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 10

thấp của chúng. Trong một ít trường hợp, ánh sáng Mặt Trời sẽ va phải phần đỉnh của

các tia cực quang tạo ra màu lam nhạt. Trong một số rất ít trường hợp ( khoảng 1 lần

trong 10 năm) cực quang có thể có màu đỏ sẫm như máu từ đỉnh đến đáy.

� Hình ảnh cực quang:

Các điểm đặc trưng của cực quang là chúng có nhiều hình dạng và kích thước. Có

lúc chúng chỉ là một tia sáng mong manh, có khi mang hình dẻ quạt, hình ngọn lửa, rồi

lại hóa thành những vòng cung màu lá cây vắt trên nền trời.

Các cung và tia cực quang cao bắt đầu sáng rõ ở cao độ 100 km trên bề mặt Trái

Đất và kéo dài lên phía trên dọc theo từ trường trong hàng trăm kilômét. Các cung hay

màn này có thể mỏng chỉ khoảng 100 mét khi mở rộng ra đường chân trời. Các cung

cực quang có thể gần như đứng im và sau đó tựa như bàn tay, chúng tạo ra một cái

màn cao, bắt đầu nhảy múa và đổi hướng. Sau nửa đêm quyến rũ, cực quang có thể có

hình dáng loang lổ và các đốm thông thường nhấp nháy sau khoảng mỗi 10 giây cho

đến tận rạng đông.

� Âm thanh cực quang:

Người ta thường cho rằng việc nhìn thấy cực quang bao giờ cũng kèm theo các

tiếng nổ tanh tách hay tiếng kêu rền.

Đối với người Inuit và các nền văn hóa bắc Canada, người ta đã biết một thực tế là

sự diễn ra của các tiếng kêu hay các tiếng hát là điều có thật. Các âm thanh này nghe

thấy chủ yếu khi người quan sát đã rời xa các các chỗ ồn ào hay có chiếu sáng - thông

thường trong các chỗ lạnh giá và không có gió của đêm đông. Việc nghe thấy các âm

thanh lạ được ví với các sự kiện tâm linh và nó được khắc sâu trong trí nhớ của mỗi cá

nhân trong cuộc đời họ.

Các âm thanh cực quang này được so sánh với âm thanh của hợp xướng rạng đông.

Trường đại học công nghệ Helsinki đã thực hiện việc kiểm tra và ghi âm các âm

thanh này. Theo báo Kaleva, người ta đã ghi nhận có các tiếng kêu rền, tiếng ầm và

tiếng nổ khi có các cực quang vùng cực với mức độ sáng cao.

� Cực quang trong văn hoá nhân gian:

Trong thần thoại Bullfinch năm 1855 của Thomas Bulfinch đã có khẳng định rằng

trong thần thoại Na Uy có kể :

Các Valkyrie là các cô gái đồng trinh tựa chiến binh cưỡi ngựa được trang bị áo

giáp và giáo. Khi họ đi về phía mục tiêu của mình, áo giáp của họ tỏa ra ánh sáng lập

Page 12: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 11

lòe kỳ lạ, nó chiếu sáng toàn bộ bầu trời phương bắc, tạo ra cái mà con người gọi là

"bắc cực quang" hay "ánh sáng phương bắc".

Trong khi nó là một khái niệm gây ấn tượng thì lại không có gì trong văn học của

Na Uy cổ hỗ trợ việc xác nhận nó. Mặc dù cực quang là phổ biến ở Scandinavia và

Iceland ngày nay, nhưng khả năng là cực bắc của địa từ trường đã ở xa một cách

đáng kể với khu vực này trong các thế kỷ trước khi có các tư liệu về thần thoại Na Uy,

điều này giải thích sự thiếu vắng các mối liên quan.

Thay vì thế, tư liệu cổ nhất của người Na Uy về norðrljós được tìm thấy trong biên

niên sử của người Na Uy Konungs Skuggsjá có vào khoảng năm 1250. Người ghi chép

sử đã nghe về hiện tượng này từ những đồng bào trở về từ Greenland, và ông ta đã

đưa ra ba giải thích có khả năng nhất: Đại dương được bao quanh bằng các ngọn lửa

bao la hay ánh sáng mặt trời có thể đến được tới phần đêm của thế giới hoặc các sông

băng có thể tích trữ năng lượng để cuối cùng chúng trở thành huỳnh quang.

Tên gọi cổ trong ngôn ngữ của người Scandinavia cho ánh sáng phương bắc được

dịch ra như là ánh sáng cá trích. Người ta tin rằng ánh sáng phương Bắc là sự phản

chiếu màu sắc của các đàn cá trích lớn lên bầu trời.

Trong tiếng Phần Lan, tên gọi của ánh sáng phương Bắc là revontulet, lửa của cáo.

Theo truyền thuyết, những con cáo tạo ra lửa sống ở Lapland, và revontulet là các tia

lửa tạo ra khi chúng phất đuôi của chúng lên trên trời.

Người Sami tin rằng người ta cần phải đặc biệt cẩn thận và im lặng khi bị quan sát

bởi guovssahasat.

Trong văn hóa dân gian của người Inuit, ánh sáng phương Bắc là các thánh thần

của sự chết chóc đang chơi bóng bằng đầu lâu hải mã trên trời.

II.2. Giải thích hiện tượng:

Vào những năm 80 của thế kỷ 19, người ta khám phá ra rằng từ trường của trái đất

có liên quan đến hiện tượng kỳ ảo này. Khi electron va vào một vật thể nào đó, nó có

thể tạo ra ánh sáng (điều này cũng tương tự như nguyên lý hoạt động của màn hình tivi

và máy tính). Kết quả nghiên cứu khoa học vào các năm 1957-1958 cho rằng khi trên

mặt trời xuất hiện các vết đen, gió mặt trời tạt vào trái đất, mang theo một dòng hạt

năng lượng cao gây ra hiện tượng cực quang (CQ). Các electron và proton trong dòng

hạt này đi vào bầu khí quyển. Dưới ảnh hưởng của địa từ, chúng bị hút về hai cực trái

Page 13: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 12

đất. Tại đây, chúng va chạm và

kích thích các phân tử khí, làm

các phân tử này phát ra bức xạ

điện từ dưới dạng ánh sáng nhìn

thấy. Bầu khí quyển có rất nhiều

chất như ôxy, nitơ, hêli, hyđrô,

nêon… Dưới tác động của dòng

hạt mang điện, ánh sáng do các

chất khí khác nhau tạo ra cũng

khác nhau, vì thế CQ có muôn

màu ngàn sắc khi các dòng hạt

mang điện tích trong vũ trụ va

chạm với bầu khí quyển.

CQ mạnh nhất có xu hướng

diễn ra sau sự phun trào hàng loạt

của Mặt Trời. CQ khi xuất hiện

mạnh thường đi kèm với những

thay đổi trong địa từ và kéo theo

giao thoa sóng vô tuyến, sóng điện thoại…Thời kỳ mạnh, yếu của CQ có liên quan

chặt chẽ tới chu kỳ hoạt động của mặt trời. Khi mặt trời ở đỉnh chu kỳ, (hoạt động

mạnh nhất), nó bức xạ nhiều hơn mức bình thường. Dòng hạt mang điện va chạm

nhiều hơn với khí quyển, do đó, CQ sẽ xuất hiện rất nhiều và kỳ vĩ.

CQ được sinh ra do sự tương tác của các hạt mang điện tích từ gió mặt trời với lớp

trên của bầu khí quyển và với từ trường của hành tinh. Vì thế chúng là rõ nét nhất ở

các vĩ độ cao gần các cực từ.

� Nguồn gốc:

Nguồn gốc của các CQ là khoảng 149 triệu km tính từ Trái Đất về hướng Mặt Trời.

Các hạt cao năng lượng từ Mặt Trời được đưa vào không gian cùng với gió mặt trời

nóng và luôn luôn tồn tại. Luồng gió này đâm với tốc độ siêu thanh về phía Trái Đất

thông qua khoảng không gian liên hành tinh với vận tốc dao động trong khoảng 300

đến trên 1.000 km/s, mang theo cùng với nó là từ trường mặt trời. Gió mặt trời làm

nhiễu loạn từ trường của Trái Đất để tạo ra quyển từ chứa đầy plasma và có hình dạng

Hình ảnh cực quang trên Trái Đất

Hình ảnh cực quang trên Sao

Thổ

Ảnh chụp của nam cực quang, chụp từ tàu vũ trụ trên quỹ đạo vào tháng 5 năm 1991, với cực đại của địa từ

trường

Page 14: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 13

tựa sao chổi. Từ trường của Trái Đất có tác dụng như một vật cản, bảo vệ Trái Đất

trước các hạt tích năng lượng và bức xạ trong gió mặt trời. Năng lượng và xung lượng

của hạt được truyền từ gió mặt trời sang quyển từ thông qua một quy trình được biết

như là "tái kết nối từ". Trong quá trình này, các đường sức từ liên hành tinh (xuất phát

từ Mặt Trời) được kết hợp với địa từ trường. Các hạt trong gió mặt trời có thể đi vào

các đường sức từ mới tạo thành. Các nhà vật lý nghiên cứu về CQ gọi đó là "đường

sức từ mở" (các đường này mở vào gió mặt trời). Do áp suất động lực của gió mặt trời,

các đường sức từ mới tạo thành sẽ được di chuyển đối lưu trên đỉnh cực và vào trong

đuôi của quyển từ Trái Đất. Ở đây, sự tái kết nối từ trường mới lại có thể diễn ra, tạo ra

đường sức từ đóng mới. Đường từ trường đối lưu sẽ chứa các hạt gió mặt trời. Một số

hạt sẽ có thể đi tới tầng ion trước khi đường sức từ chạm tới đuôi của quyển từ. Các

hạt này tạo ra CQ ban ngày. CQ ban đêm được tạo ra từ các hạt được gia tốc từ đuôi

quyển từ về hướng Trái Đất. Các hạt này bị chặn lại bởi các đường sức từ đóng.

Các hạt đâm xuống địa từ trường, chạm tới tầng trung hòa của khí quyển trong một

hình gần tròn gọi là ôvan CQ. Hình gần tròn này có tâm ở phía trên cực từ và kích

thước khoảng 3.000 km theo đường kính trong những lúc yên tĩnh. Vòng tròn này lớn

nhanh khi quyển từ bị làm nhiễu loạn. Khu vực có ôvan CQ nói chung tìm thấy trong

phạm vi 60 và 70 ° tính theo vĩ độ bắc hay nam. Trong thời gian Mặt Trời hoạt động

tích cực thì ôvan CQ mở rộng và các CQ có thể được nhìn thấy từ các vĩ độ thấp tới

25-30 ° bắc và nam trong một số trường hợp. Ví dụ, ngày 7 tháng 11 năm 2004, sau

khi có hoạt động phun trào của Mặt Trời mãnh liệt, chúng được nhìn thấy ở xa tới tận

Arizona. Ở vĩ độ 45 ° cực quang có thể nhìn thấy vào khoảng 5 lần/năm, trong khi ở

trên 55 ° thì gần như nhìn thấy chúng mọi đêm.

� Bản chất vật lý:

Cực quang có thể sinh ra bằng tương tác của các hạt

cao năng lượng (thông thường là điện tử) với các

nguyên tử trung hòa trong lớp trên của khí quyển Trái

Đất. Các hạt cao năng lượng này có thể kích thích (do

va chạm) các điện tử hóa trị được liên kết với nguyên

tử trung hòa. Các điện tử bị kích thích sau đó có thể trở

về trạng thái thấp năng lượng nguyên thủy của chúng

và trong quá trình đó giải phóng ra các photon (ánh

Kristian Birkeland và thực nghiệm mô hình Trái Đất của ông.

Page 15: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 14

sáng). Quá trình này giống như sự phóng điện plasma trong đèn neon.

Một trong những nhà khoa học đầu tiên tiến hành mô hình hóa CQ là Kristian

Birkeland (người Na Uy). Mô hình từ trường trái đất của ông, chỉ ra rằng các điện tử

cao năng lượng đâm trực tiếp vào mô hình trái đất được dẫn dắt về phía các cực từ và

sinh ra các vòng ánh sáng xung quanh các cực. Ông cũng giả thiết xa hơn nữa "Các

dòng điện như thế được hình dung là có thể tồn tại chủ yếu nhờ các hiệu ứng thứ cấp

của các hạt tích điện từ mặt trời bị lôi kéo vào không gian" (năm 1908). Các dòng điện

như vậy sau này đã được ủng hộ lớn trong bài báo của Hannes Alfvén. Năm 1969,

Milo Schield, Alex Dessler và John Freeman, sử dụng tên gọi "các dòng điện

Birkeland" lần đầu tiên, mà sự tồn tại của chúng cuối cùng đã được xác nhận năm

1973 nhờ vệ tinh Triad của hải quân.

� Màu sắc cực quang:

Màu cụ thể nào đó của CQ phụ thuộc vào loại khí cụ thể của khí quyển và trạng thái

tích điện của chúng cũng như năng lượng của các hạt đâm vào khí của khí quyển. ôxy

nguyên tử chịu trách nhiệm cho hai màu chính là lục( bước sóng 557.7nm) và đỏ ( 630

nm) ở các cao độ cao. Nitơ sinh ra màu lam (427.8 nm) cũng như màu đỏ biến đổi

nhanh từ ranh giới thấp của các cung CQ đang hoạt động.

CQ xuất hiện là do các hạt mang điện trong luồng vật chất từ Mặt Trời phóng tới

hành tinh, khi các hạt này tiếp xúc với từ trường của hành tinh thì chúng bị đổi hướng

do tác dụng của lực Lorentz. Lực này làm cho các hạt chuyển động theo quỹ đạo xoắn

ốc dọc theo đường cảm ứng từ của hành tinh. Tại hai cực các đường cảm ứng từ hội tụ

lại và làm cho các hạt mang điện theo đó đi sâu vào khí quyển của hành tinh.

Khi đi sâu vào khí quyển các hạt mang điện va chạm với các phân tử, nguyên tử

trong khí quyển hành tinh và kích thích các phân tử này phát sáng. Do thành phần khí

quyển hành tinh chứa nhiều khí khác nhau, khi bị kích thích mỗi loại khí phát ra ánh

sáng có bước sóng khác nhau, tức là nhiều màu sắc khác nhau do đó tạo ra nhiều dải

sáng với nhiều màu sắc trên bầu trời ở hai cực.

Ngoài ra để tạo ra ánh sáng thì các hạt chứa năng lượng cũng sinh ra nhiệt. Nhiệt bị

làm tiêu tan bởi bức xạ hồng ngoại hay bị mang đi xa bởi các trận gió mạnh trong lớp

trên của khí quyển.

Page 16: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 15

� Âm thanh cực quang:

Sự lan truyền của các âm thanh này trong khí quyển (giống như khi người ta nói

làm dao động các phân tử trong không khí) là không chắc chắn. Cực quang diễn ra

khoảng 100 km phía trên Trái Đất trong các điều kiện không khí cực kỳ loãng, có

nghĩa là chúng không thể truyền các âm thanh nghe được đủ xa để có thể chạm tới mặt

đất.

Một khả năng là các sóng điện từ được biến đổi thành sóng âm bởi các vật thể gần

với người quan sát, hoặc trực tiếp ảnh hưởng tới cơ quan thính giác của người quan

sát.

� Biến động Mặt Trời:

Mặt Trời là ngôi sao với một số đặc trưng dao động lớn theo thang thời gian từ vài

giờ đến hàng trăm năm. Hướng của từ trường liên hành tinh cũng như vận tốc và mật

độ của gió mặt trời được điều chỉnh bởi hoạt động của Mặt Trời. Chúng có thể thay

đổi rất mạnh và ảnh hưởng tới hoạt động của địa từ trường. Khi hoạt động của địa từ

trường tăng lên thì rìa dưới của ôvan CQ thông thường sẽ dịch chuyển tới các vĩ độ

thấp hơn. Tương tự, sự phun trào của Mặt Trời cũng xảy ra đồng thời với sự mở rộng

của các ôvan cực quang. Nếu từ trường liên hành tinh có hướng ngược với địa từ

trường thì nó làm tăng luồng năng lượng vào trong quyển từ và do đó làm tăng luồng

năng lượng trong vùng cực của Trái Đất. Điều này sẽ tạo ra hệ quả là sự tăng cường

hoạt động của CQ.

Các nhiễu loạn trong quyển từ Trái Đất gọi là bão từ. Các trận bão từ này có thể tạo

ra sự thay đổi đột ngột trong độ sáng và chuyển động của cực quang, gọi là các bão từ

phụ. Các dao động từ trường của các trận bão từ và bão từ phụ này có thể sinh ra các

thay đổi lớn trong các lưới điện và đôi khi làm hỏng các thiết bị điện trong lưới điện,

tạo ra sự mất điện hàng loạt. Chúng cũng ảnh hưởng tới hoạt động của liên lạc viễn

thông bằng sóng vô tuyến theo các hệ thống vệ tinh-mặt đất và các hệ thống hoa tiêu.

Các trận bão trong quyển từ có thể kéo dài vài giờ hay vài ngày, và các bão từ phụ có

thể diễn ra vài lần trong ngày. Mỗi trận bão phụ có thể giải phóng hàng trăm TJ năng

lượng, nhiều ngang với lượng điện năng tiêu thụ ở Mỹ trong 10 giờ.

Page 17: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 16

II.3. Ứng dụng:

� Du lịch cực quang:

Trong những năm gần đây, sự phổ biến của “Du lịch cực quang” đã đem một lượng

lớn du khách tới nhiều điểm về truyền thống là không ở được trong thời gian diễn ra

mùa đông vùng cực. Nhờ có ảnh hưởng làm ấm của các dòng hải lưu ấm và tương đối

dễ tiếp cận của mình nên Iceland và Bắc Scandinavia là các điểm đến phổ biến nhất.

Để có thể quan sát CQ thì ngoài hoạt động của CQ cần có các điều kiện như trời quang

mây và ít ánh sáng không tự nhiên (ánh sáng đèn). Việc chụp ảnh CQ đòi hỏi các máy

ảnh phải được trang bị sao cho của chắn sáng phải mở trên 5 giây. Các pin máy ảnh kỹ

thuật số bị hao rất nhanh trong điều kiện lạnh, vì thế một lời khuyên hữu ích là cần

đem theo các pin dự phòng.

� Đo đạc địa từ trường:

Địa từ trường có thể được đo với các dụng cụ gọi là từ kế. Dữ liệu của nhiều từ kế

cho phép người quan sát lần theo dấu vết của trạng thái hiện tại của địa từ trường. Các

số liệu của từ kế thông thường được đưa ra trong dạng các chỉ số 3 giờ để đưa ra phép

đo định tính của mức độ hoạt động của địa từ trường. Một trong những chỉ số như vậy

gọi là chỉ số K. Giá trị của chỉ số K dao động từ 0 tới 9 và là liên quan trực tiếp với

lượng dao động (tương ứng với ngày yên tĩnh) của địa từ trường trong khoảng thời

gian 3 giờ. Chỉ số K càng cao thì khả năng diễn ra cực quang càng lớn. Chỉ số K như

vậy cần thiết phải gắn liền với một khu vực quan sát cụ thể. Đối với những khu vực

không có trạm quan sát, người ta có thể ước tính giá trị cho chỉ số K này bằng cách

xem dữ liệu của các điểm quan sát gần đó. Trung bình tổng thể của hoạt động cực

quang được chuyển đổi thành chỉ số Kp.

**************

Bức ảnh bên được chụp bởi nhà nhiếp

ảnh chuyên nghiệp Jeff Hapeman khi

ông tới ngắm sao trên hồ Superior tại

Michigan, Hoa Kì.

Page 18: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 17

III. HIỆN TƯỢNG NHẬT THỰC NGUYỆT THỰC:

III.1. Nhật thực

III.1.1. Nhật thực là gì?

"Nhật thực" là hiện tượng khi Mặt Trăng đi qua giữa Trái Đất và Mặt Trời và che

khuất hoàn toàn hay một phần Mặt Trời khi quan sát từ Trái Đất.

Khái niệm "Nhật thực" có thể được mở rộng ra không chỉ cho việc ánh sáng Mặt

Trời chiếu xuống Trái Đất bị che khuất, mà có thể là hiện tượng ánh sáng từ một ngôi

sao tỏa sáng nào đó (định tính) chiếu xuống một hành tinh đang quay trong quỹ đạo bị

chi phối của nó, bị che khuất bởi một thiên thể nào đó.

Điều này chỉ có thể xảy ra tại thời điểm sóc trăng non được quan sát thấy từ Trái

Đất, khi Mặt Trời và Mặt Trăng giao hội.

Do mặt trăng cùng trái đất tự quay từ tây sang đông, bởi vậy nhật thực bao giờ cũng

bắt đầu xuất hiện từ phía tây.

III.1.2. Các loại nhật thực:

� Lý do để có một số kiểu nhật thực là sự phụ

thuộc vào quỹ đạo hình elíp của Mặt Trăng quanh Trái

Đất.

� Một trong những sự trùng hợp đáng lưu tâm

nhất trong tự nhiên là:

� Mặt Trời nằm cách xa khoảng 400 lần so với

khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng.

� Mặt Trời cũng có đường kính lớn gấp khoảng

400 lần so với Mặt Trăng.

Vì thế, khi quan sát từ Trái Đất, Mặt Trời và Mặt

Trăng có vẻ có cùng kích thước trên bầu trời - khoảng

1/2 độ nếu đo góc. Bởi vì quỹ đạo của Mặt Trăng quanh Trái Đất là hình elíp chứ

không phải là hình tròn. Vì vậy, ở một số khoảng thời gian Mặt Trăng ở xa hơn và lúc

khác nó lại ở gần Trái Đất hơn so với khoảng cách trung bình.

Page 19: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 18

Nhật thực hình khuyên

� Có bốn kiểu nhật thực:

� Nhật thực toàn phần: xảy ra khi Mặt Trời bị Mặt Trăng che lấp hoàn toàn do

Mặt Trăng ở gần Trái Đất nhất (gần điểm cận địa) nên nó đủ lớn để che khuất hoàn

toàn cả đĩa sáng của Mặt Trời. Đĩa Mặt Trời phát sáng bị che khuất bởi vành tối của

Mặt Trăng, và có thể quan sát thấy vầng hào quang nhạt bên ngoài là ánh sáng đến từ

vành đai nhật hoa của Mặt Trời .

Nhật thực toàn phần chỉ có thể được quan sát thấy từ một dải hẹp trên bề mặt Trái

Đất. Tại một điểm cố định, nhật thực toàn phần chỉ kéo dài vài phút (tối đa 7 phút).Ví

dụ nhật thực toàn phần ở Việt Nam vào năm 1995 chỉ kéo dài gần 2 phút.

� Nhật thực hình khuyên: xảy ra khi Mặt Trăng ở xa

Trái Đất nhất (gần điểm viễn địa), Mặt Trời và Mặt Trăng

nằm chính xác trên một đường thẳng và kích cỡ biểu kiến

của Mặt Trăng nhỏ hơn kích cỡ biểu kiến của Mặt Trời,

không thể che khuất hoàn toàn Mặt Trời .Vì thế Mặt Trời

vẫn hiện ra như một vòng đai rực rỡ bao quanh Mặt Trăng.

� Nhật thực lai: là một kiểu trung gian giữa nhật thực

toàn phần và nhật thực hình khuyên. Ở một số điểm trên Trái

Đất, nó được quan sát thấy là nhật thực toàn phần; ở những

nơi khác nó lại là nhật thực hình khuyên.

Thuật ngữ chung cho nhật thực toàn

phần, hình khuyên hay nhật thực lai là

nhật thực trung tâm.

nhật thực một phần

Khi nhật thực toàn phần xảy ra, mặt trăng che khuất hẳn mặt trời

Page 20: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 19

� Nhật thực một phần: xảy ra khi Mặt Trời và Mặt Trăng không nằm chính xác

trên cùng một đường thẳng, và Mặt Trăng chỉ che khuất một phần của Mặt Trời. Hiện

tượng này thường được quan sát thấy ở nhiều nơi trên Trái Đất bên ngoài đường đi của

nhật thực trung tâm. Tuy nhiên, một số kiểu nhật thực chỉ có thể được quan sát thấy

như là nhật thực một phần, bởi vì đường trung tâm không bao giờ giao nhau với bề

mặt của Trái Đất.

Trước và sau khi xảy ra nhật thực hình khuyên, ta sẽ nhìn thấy nhật thực một phần.

Nhật thực hình khuyên thường xảy ra hơn so với nhật thực toàn phần bởi vì nói chung

Mặt Trăng nằm xa Trái Đất ở khoảng cách ít khi che khuất hoàn toàn được Mặt Trời.

Tỷ lệ giữa kích thước biểu kiến của Mặt Trăng và của Mặt Trời được gọi là độ lớn

của nhật thực.

Vì người quan sát nhật thực (hoặc nguyệt thực) đứng ở vị trí khác nhau trên trái đất

và khoảng cách giữa trái đất với mặt trời cũng khác nhau nên mọi người nhìn thấy

cảnh này diễn ra không giống nhau: Trong hình bên, nếu chúng ta đứng trong dải tối

(3) trên trái đất, tức là trong phạm vi bóng tối mà mặt trăng che khuất hoàn toàn, khi

đó ta sẽ thấy nhật thực toàn phần. Nhưng nếu chúng ta đứng trong vùng sẫm nhạt (2),

ta sẽ nhìn thấy mặt trời bị che khuất một phần, đó là nhật thực một phần.

1. Vùng tối hoàn toàn sau lưng mặt trăng (moon).

2. Vùng tối một phần.

3. Dải đen thẫm trên trái đất (earth), nơi nhật thực toàn phần quét qua.

Page 21: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 20

III.1.3. Quan sát nhật thực:

Nhật thực chỉ có thể quan sát thấy tại các vùng trên Trái Đất đang là ban ngày.

Ở các điều kiện thông thường, Mặt Trời quá sáng tới mức rất khó nhìn trực tiếp vào

đó. Tuy nhiên, trong khi xảy ra nhật thực, khi đa phần Mặt Trời bị che khuất, mọi

người cảm thấy dễ nhìn hơn nên cũng thường cố sức quan sát hiện tượng.Thật ra, nhìn

vào Mặt Trời khi nhật thực đang diễn ra cũng nguy hiểm như khi nhìn trực tiếp vào nó,

ngoại trừ chỉ trong một khoảng thời gian rất ngắn khi Mặt Trời bị che khuất "toàn bộ",

(toàn bộ chỉ xuất hiện khi đĩa Mặt Trời bị che khuất hoàn toàn— nó không xảy ra

trong nhật thực hình khuyên). Quan sát đĩa Mặt Trời thông qua bất kỳ một hình thức

trợ giúp quang học như ống nhòm, kính thiên văn, hay thậm chí là một kính ngắm

quang học máy ảnh còn nguy hiểm hơn.

� Quan sát nhật thực một phần và nhật thực hình khuyên:

Theo dõi Mặt trời trong khi nhật thực một phần hay hình khuyên(và khi nhật thực

toàn phần xảy ra mà chúng ta đang đứng ở ngoài bóng đen) yêu cầu chúng ta phải có

thiết bị bảo vệ mắt đặc biệt, hoặc các cách theo dõi gián tiếp.

Đĩa mặt trời có thể xem bằng cách sử dụng những thiết bị lọc để ngăn chặn ảnh

hưởng có hại của bức xạ Mặt trời. Kính râm là không đủ an toàn, vì chúng không ngăn

chặn được các bức xạ của tia hồng ngoại nguy hiểm và không nhìn thấy, đủ để gây ra

hỏng mắt. Bạn chỉ được dùng những bộ lọc ánh sáng mặt trời được thiết kế và được

chứng nhận để xem trực tiếp đĩa Mặt trời.

Cách an toàn nhất để xem đĩa Mặt trời là cách quan sát gián tiếp. Điều này có thể

thực hiện được bằng cách đưa hình ảnh của đĩa Mặt trời lên trên một tờ giấy trắng

hoặc tấm bìa trắng bằng cách dùng một cặp kính hiển vi (che thấu kính của một chiếc),

một kính viễn vọng, hoặc một tấm bìa cứng khác có khoan một lỗ nhỏ (đường kính

khoảng 1mm), thường được gọi là lỗ châm kim. Hình ảnh nhận được này của Mặt trời

có thể xem được một cách an toàn. Kỹ thuật này có thể được sử dụng để quan sát các

Chu kỳ 1 nhật thực

Page 22: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 21

vết mặt trời, cũng như là các nhật thực. Tuy vậy, cần phải cẩn thận phòng ngừa không

cho ai được nhìn trực tiếp qua thấu kính. (kính thiên văn, lỗ kim, v.v...)

Quan sát đĩa Mặt trời trên một màn hình video (của một máy quay phim hoặc một

máy quay phim kỹ thuật số) là an toàn, mặc dù chính thiết bị lại có thể bị hư hại do

ánh sáng trực tiếp của Mặt trời. Nhìn qua ô nhìn thấu kính của các máy trên lại không

an toàn.

Các phòng bị an toàn như trên áp dụng cho việc quan sát mặt trời bất kỳ lúc nào trừ

quá trình nhật thực toàn phần .

� Quan sát trong thời gian nhật thực toàn phần:

Trái ngược với những nhận định thông

thường, quan sát giai đoạn toàn phần của một

nhật thực toàn phần bằng mắt thường, kính

hiển vi hay kính thiên văn là an toàn cho mắt,

khi hình Mặt Trời hoàn toàn bị Mặt Trăng che

lấp; thực tế đây là một hình ảnh rất tuyệt mỹ

và đặc sắc, đồng thời nếu xem nó qua bộ lọc

thì rất tối. Nhật hoa sẽ được thấy rõ.

� Những quan sát khác:

Trong khi xảy ra nhật thực, bằng mắt thường ta có thể quan sát thấy một số hiện

tượng đặc biệt. Thông thường, các đốm ánh sáng đi xuyên qua các khe nhỏ giữa tán lá,

có hình tròn. Đó là những hình ảnh của Mặt Trời. Trong nhật thực một phần, các đốm

sáng có hình một phần của Mặt Trời, như trong hình ảnh.

• Nhật thực trước bình minh hay sau hoàng hôn:

Có thể quan sát thấy một vụ nhật thực đạt tới mức toàn bộ (hay nếu là nhật thực một

phần, gần toàn bộ) trước bình minh hay sau hoàng hôn từ một vị trí đặc biệt. Khi hiện

tượng này xảy ra một thời gian ngắn ngay trước bình minh hay hoàng hôn, bầu trời sẽ

trở nên tối hơn bình thường. Lúc ấy, một vật thể — đặc biệt một hành tinh (thường là

Sao Thuỷ) — có thể được quan sát thấy gần điểm mọc hay lặn của mặt trời trên đường

chân trời nơi không thể nhìn thấy được nếu không xảy ra nhật thực.

• Sự xảy ra đồng thời của nhật thực và sự vượt ngang qua của một hành

tinh:

Page 23: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 22

Trên nguyên tắc, việc xảy ra đồng thời của nhật thực và sự lướt qua của một hành

tinh là có thể. Nhưng các hiện tượng đó cực kỳ hiếm bởi thời gian diễn ra của chúng

rất ngắn. Lần xảy ra đồng thời hai hiện tượng nhật thực và sự lướt qua của Sao Thuỷ

được diễn ra diễn ra ngày 5 tháng 7 năm 6757, và nhật thực với sự lướt qua của Sao

Kim sẽ diễn ra ngày 5 tháng 4 năm 15232.

Chỉ 5 giờ sau khi Sao Kim lướt qua bề mặt Mặt Trời ngày 4 tháng 6 năm 1769 đã

xảy ra một vụ nhật thực toàn phần, có thể quan sát thấy từ Bắc Mỹ, Châu Âu và ở Bắc

Á là nhật thực một phần. Đây là khoảng thời gian chênh lệch nhỏ nhất giữa hai hiện

tượng trong quá khứ lịch sử.

Hiện tượng thường xảy ra hơn —nhưng vẫn khá hiếm— là sự giao hội của bất cứ

hành tinh nào (đặc biệt không chỉ riêng Sao Thủy và Sao Kim) tại thời điểm diễn ra

nhật thực toàn phần, khi xảy ra hiện tượng đó hành tinh sẽ được quan sát thấy ở rất gần

Mặt Trời đang bị che khuất, mà nếu không xảy ra nhật thực nó sẽ chìm khuất trong

ánh sáng chói của Mặt Trời.

� Ảnh hưởng gây hại mắt:

Nhìn trực tiếp vào quyển sáng của Mặt Trời (đĩa sáng

của chính Mặt Trời), thậm chí chỉ trong vòng vài giây, có

thể gây tổn thương nghiêm trọng cho võng mạc mắt, bởi

vì số lượng lớn những tia bức xạ nhìn thấy và không nhìn

thấy được ra quyển sáng này phát ra. Tổn thương có thể

dẫn tới giảm thị lực vĩnh viễn, thậm chí gây mù loà. Võng

mạc không nhạy cảm với cảm giác đau, và những hậu quả

khi võng mạc bị tổn thương có thể chưa xuất hiện trong

nhiều giờ đồng hồ, vì thế chúng ta không nhận biết được sự thương tổn đang diễn

raNhìn lướt qua toàn bộ hay một phần đĩa Mặt Trời không gây tổn hại vĩnh viễn, bởi vì

đồng tử sẽ khép lại làm giảm bớt ánh sáng của toàn cảnh. Nếu nhật thực gần đạt tới

toàn phần, số lượng ánh sáng giảm bớt khiến đồng tử giãn ra, vì thế võng mạc phải

nhận nhiều ánh sáng hơn khi nhìn vào toàn bộ Mặt Trời. Bởi vì mắt có hốc mắt nhỏ,

khi quan sát kỹ lưỡng, mắt có khuynh hướng dõi theo hình ảnh cho tới khi nó được

võng mạc thu nhận tốt nhất, gây nên thương tổn.

Người dân đang quan sát hiện

tượng nhật thực

Page 24: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 23

III.2. Nguyệt thực:

III.2.1. Nguyệt thực là gì?

Nguyệt thực là hiện tượng thiên văn khi Mặt Trăng đi vào

hình chóp bóng của Trái Đất, đối diện với Mặt Trời.

Trên tất cả các điểm nằm ở bán cầu quay về Mặt Trăng đều

có thể nhìn thấy nguyệt thực.

Vào các đêm rằm Mặt Trăng hướng toàn bộ bề mặt được

Mặt trời chiếu sáng của nó về phía Trái Đất, do đó Mặt trăng rất sáng và có màu vàng.

Tuy nhiên thi thoảng ta vẫn thấy vào đêm rằm Mặt Trăng không có màu vàng mà là

một đĩa tròn có màu đỏ sẫm. Đó là hiện tượng Nguyệt Thực.

Nguyệt thực bắt đầu xuất hiện ở phía đông.

III.2.2. Các loại nguyệt thực:

Trái Đất được Mặt Trời chiếu sáng đồng thời cũng cản các tia sáng từ Mặt Trời tạo

ra một vùng bóng tối trải dài trong không gian. Mặt Trăng chuyển động tròn quanh

Trái Đất nên có thể sẽ “đi” vào vùng tối này. Lúc này Mặt Trăng không còn được Mặt

Trời chiếu sáng trực tiếp, do đó Trăng không sáng như bình thường. Ánh sáng từ Mặt

Trời chiếu tới Trái Đất sẽ để lại phía sau vùng bóng đen và vùng nửa tối.

� Nguyệt thực bán phần: Khi Mặt Trăng đi vào vùng nửa tối ta có bán Nguyệt

thực (Nguyệt thực bán dạ ). Quan sát hiện tượng này ta chỉ thấy Mặt Trăng tối đi một

chút so với bình thường. thường khó nhìn thấy bằng mắt thường do ánh chói của Mặt

Trời giảm thiểu.

� Nguyệt thực toàn phần : Khi Mặt Trăng đi qua và nằm hoàn toàn trong vùng

bóng đen ta có Nguyệt thực toàn phần. Quan sát Mặt Trăng trong hiện tượng này ta

thấy lần lượt xuất hiện tất cả các pha của các trường hợp trước. Đặc biệt hơn khi Mặt

Trăng nằm hoàn toàn trong vùng bóng đen ta sẽ thấy nó có màu đỏ sẫm(do khi có

hiện tượng nguyệt thực toàn phần xảy ra tia Mặt Trời trước khi đến được Mặt Trăng đã

chiếu vào chóp bóng của Trái Đất và bị khí quyển Trái Đất khúc xạ. Các tia sáng bước

sóng ngắn đã bị cản lại hết, chỉ còn các tia có bước sóng dài (đỏ, cam) xuyên qua, do

đó, Mặt Trăng thường hiện ra dưới màu đỏ nhạt. )

Tùy thuộc vào đường đi của Mặt Trăng trong vùng nửa tối mà thời gian quan sát

được Nguyệt thực nhiều hay ít.

Page 25: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 24

� Nguyệt thực một phần: Khi Mặt Trăng tiếp giáp với vùng bóng đen ta có

Nguyệt thực một phần. Quan sát hiện tượng này ta sẽ thấy cung tròn của bóng Trái Đất

hiện rõ trên Mặt Trăng. Chính nhờ hiện tượng này mà Aristos đã phát hiện ra Trái Đất

có hình cầu.

III.2.3. Quan sát nguyệt thực :

Nguyệt thực thường diễn ra vào các đêm rằm, khi Mặt trăng đi vào vùng tối phía

sau Trái đất. Lúc này Mặt trăng không còn được Mặt trời chiếu sáng trực tiếp nên

không sáng như bình thường. Khi Mặt trăng đi vào vùng bóng nửa tối sẽ diễn ra

nguyệt thực bán dạ, và khi vào vùng tối sẽ có nguyệt thực toàn phần hoặc một phần.

III.3. Nguyên nhân xảy ra hiện tượng nhật thực nguyệt thực và

chu trình nhật thực nguyệt thực:

Nhật thực và nguyệt thực là hiện tượng xảy ra khi Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng

cùng nằm trên một đường thẳng và che khuất lẫn nhau.

Thời xưa, khi chưa có nhiều nhận thức về vũ trụ, con người không hiểu về 2 hiện

tượng này và thường đưa ra các cách giải thích khác nhau:

� Có một câu chuyện thần thoại phương đông kể rằng 2 nữ thần Mặt Trời và Mặt

Trăng là do Ngọc Hoàng sinh ra có nhiệm vụ thay nhau đi giám sát dân cư từng vùng.

Chồng của 2 nữ thần này là một con Gấu. Khi gấu đi với một trong hai người vợ thì

khi đó dưới hạ giới người ta thấy Mặt Trời hoặc Mặt Trăng bại che khuất và người ta

phải đuổi gấu đi bằng cách gõ mạnh vào chiêng ,trống hay cối giã gạo.v.v....

� Cũng có chuyyện cho rằng đó là khi Mặt Trăng hoặc Mặt Trời đã bị gấu ăn mất:

� Ở Thổ Nhĩ Kì, vào năm 1877, người ta đã chĩa súng về phía Mặt Trời bắn

liên tiếp vì cho rằng quỷ Satan đã ăn mất Mặt Trời của họ.

Chu kỳ một nguyệt thực

Page 26: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 25

� Khi có nhật thực toàn phần, trên mặt đất xuất hiện những bóng nhỏ như

những làn sóng lướt đi, còn chân trời thì loé lên những vầng hào quang rực lửa. Sử gia

Herodot đã ghi lại một trận đánh kết thúc bất ngờ giữa quân Lidia và quân Midia vì

các binh sĩ 2 bên đều kinh hoàng khi thấy hiện tượng này. Đến nay nhờ sự phát triển

ngành thiên văn học, người ta dễ dàng xác định trận đánh đó diễn ra vào ngày 28 tháng

5 năm 585 trước công nguyên.

Đến nay chúng ta có thể giải thích hiện tượng này như sau:

III.3.1. Nguyên nhân xảy ra nhật thực - nguyệt thực:

Mặt phẳng Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời gọi là mặt phẳng Hoàng Đạo, còn

mặt phẳng Mặt Trăng chuyển động quanh Trái Đất gọi là mặt phẳng Bạch Đạo.

Nếu Hoàng Đạo và Bạch Đạo trùng nhau thì tháng nào cũng có Nguyệt Thực (và

Nhật Thực) song vì Hoàng Đạo và Bạch Đạo lệch nhau một góc khoảng 5 độ nên hiện

tượng Nguyệt Thực (và cả Nhật Thực) ít diễn ra hơn nhiều.

Vì Bạch đạo nghiêng so với Hoàng đạo nên 2 mặt phẳng này cắt nhau tạo thành một

giao tuyến trong đó có 2 điểm nối tâm gọi là 2 tiết điểm của bạch đạo. Nhật thực hay

nguyệt thực sẽ xảy ra khi Mặt Trăng nằm tại một trong hai tiết điểm.

Dưới ánh sáng Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng tạo ra phía sau mình một nón bóng

tối khổng lồ. Khi 3 thiên thể nằm trên giao tuyến nói trên thì trục của 2 nón bóng tối

này cùng nằm trên mặt phẳng quỹ đạo của Mặt Trăng. Khi Mặt Trăng đi qua tiết điểm

giữa Trái Đất và Mặt Trời (ngày không Trăng) ,cái nón bóng tối của nó quét qua Trái

Đất tạo thành 1 bóng đen .Những khu vực bị bóng đen đó bao phủ khi đó xảy ra nhật

thực.

Ngược lại, khi Mặt trăng đi qua tiết điểm đối xứng bên kia Trái Đất (ngày Trăng

tròn), nó đi qua cái nón bóng tối của Trái Đất và không nhận được ánh sáng đến từ

Mặt Trời, do đó xảy ra nguyệt thực. Cũng vì nón bóng tối của Trái Đất lớn hơn rất

Page 27: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 26

nhiều so với Mặt Trăng nên nguyệt thực xảy ra trong một thời gian dài và thấy được

nhiều nơi trên Trái Đất.

Hình trên biểu diễn chuyển động của Mặt Trăng và của Trái Đất, cho thấy mặt

phẳng quỹ đạo chuyển động của Mặt Trăng giữ nguyên phương trong không gian nên

Nguyệt Thực chỉ xảy ra khi tiết tuyến ( giao tuyến của Hoàng Đạo và Bạch Đạo ) trùng

với đường thẳng nối tâm Mặt Trời – Trái Đất. Trên Bạch Đạo chỉ có hai vị trí thỏa

mãn điều kiện này. Khi xung đối nếu trăng cách tiết điểm dưới 5 độ sẽ có Nguyệt

Thực toàn phần. Nếu trăng cách tiết điểm từ 5 đến 11 độ sẽ có Nguyệt Thực một phần

hoặc Nguyệt Thực bán dạ.

Từ đặc điểm đó nhật nguyệt thực chỉ có thể xảy ra khi hệ Trái Đất và Mặt Trăng ở

vị trí B và D, nghĩa là trong một năm chỉ có khả năng xảy ra 2 kì nhật nguyệt thực.

Thực ra vì 3 thiên thể khảo sát có kích thước khá lớn, nên hiện tượng nhật nguyệt

thực đã có thể xảy ra khi Mặt Trời và Mặt Trăng giao hội hay xung đối ở gần tiết

tuyến.

Từ kích thước góc của các thiên thể và góc nghiêng giữa hoàng đạo và bạch đạo,

người ta đã tính toán và thấy rằng mỗi kì nhật nguyệt thực có thể có một hoặc hai lần

nhật thực và chỉ có một lần nguyệt thực hoặc không có lần nào. Nếu như có kì nhật

thực xảy ra đầu năm, kì thứ hai vào giữa năm thì kì thứ ba có thể xảy ra cuối năm. Như

vậy trong một năm có ít nhất 2 lần nhật thực, nhiều nhất có năm lần. Nguyệt thực ít

xảy ra hơn, trong một năm có thể không có nguyệt thực, năm nhiều nhất có ba lần

nguyệt thực. Sở dĩ người ta nhìn thấy nguyệt thực nhiều hơn vì khi có nguyệt thực, ở

một nữa diện tích trái đất nghĩa là một nửa thế giới nhìn thấy mặt trăng đi vào chùy

Page 28: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 27

bóng tối của trái đất, còn nhật thực nhất là nhật thực toàn phần chỉ được nhìn thấy

bóng trong một dải hẹp mà chùy bóng tối mặt trăng quét lên mặt đất.

Vậy: Nhật thực ít có khả năng quan sát thấy hơn nguyệt thực, mặc dù trên thực tế

tần suất nhật thực nhiều hơn. Lí do: Nhật thực chỉ có thể quan sát thấy từ một bộ phận

nhỏ dân cư sống tại các khu vực bóng Mặt Trăng quét qua, còn nguyệt thực có thể

được quan sát thấy bởi toàn bộ dân cư sống tại bán cầu đêm.

Nhật thực toàn phần ít khi xảy ra vì bóng của Mặt Trăng in xuống Trái Đất chỉ

tạo thành một vết rất nhỏ so với bóng của Trái Đất và cái bóng đó lướt đi với tốc độ

1km/s. Tại 1 điểm nhất định khi muốn thấy 2 lần nhật thực toàn phần kế tiếp nhau cần

đợi 250-300 năm.

III.3.2. Chu kì nhật nguyệt thực:

Theo các cách tính chi tiết , trong một năm dương lịch số nhật nguyệt thực tối đa là

7( 5 nhật thực và 2 nguyệt thực hoặc 4 nhật thực và 3 nguyệt thực), tối thiểu là 2 nhật

thực.

Hiện tượng nhật nguyệt thực là hiện tượng che khuất lẫn nhau do mặt trăng chuyển

đông quanh trái đất và trái đất chuyển động quanh mặt trời. Vì 2 thiên thể này chuyển

động với chu kỳ hoàn toàn xác định, nên hiện tượng nhật nguyệt thực cũng diễn ra

theo một trật tự có chu kỳ xác định. Chu kì này bằng bội số chung nhỏ nhất của 3 chu

kỳ thành phần (chu kì tuần trắng =29.52 ngày, tháng tiết điểm – chu kì mặt trăng trở

lại một tiết điểm xác định = 27,21 ngày và năm tiết điểm bằng 346.62 ngày), là bằng

6585.32 ngày (hay 18 năm 11,32 ngày).

Trong mỗi chu kì có 70 lần nhật và nguyệt thực (41 nhật thực + 29 nguyệt

thực).Tuy số nguyệt thực trong mỗi chu kì diễn ra ít hơn nhật thực, nhưng ở mỗi nơi

trên Trái Đất người ta thấy nguyệt thực được nhiều hơn. Ngày nay người ta đã có các

bảng cho biết các lần nhật nguyệt thực hàng ngàn năm trong quá khứ cũng như trong

tương lai.

**************

Page 29: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 28

IV. HIỆN TƯỢNG BIẾN ĐỔI MÀU SẮC TRÊN BẦU TRỜI:

Tại sao bầu trời mùa thu trong xanh, tại sao có những ngày hè bầu trời trắng hoặc

thậm chí xám xịt, tại sao phía chân trời thường nhuộm màu vàng hoặc đỏ mỗi khi mặt

trời mọc hoặc lặn trong khi phía trên đầu vẫn là bầu trời xanh lam. Tại sao mây có lúc

thì trắng như bông, có lúc thì vàng, còn những lúc sắp có dông thì mây lại đen kịt… ?

Vô số những câu hỏi như thế sẽ được giải đáp nhờ những hiểu biết về hiện tượng

tán xạ (hay khuếch tán) của ánh sáng trong khí quyển.

IV.1. Cơ sở lý thuyết:

Quan sát một chùm tia sáng rọi vào một phòng tối. Nếu không khí trong phòng thật

sạch, ta không thấy được đường đi của chùm tia sáng. Điều đó chứng tỏ ánh sáng chỉ

truyền theo phương quang hình. Nhưng nếu trong phòng có vẩn cát hạt bụi nhỏ thì ta

nhìn thấy được đường đi của chùm tia sáng chiếu vào phòng nhờ những hạt bụi nhỏ,

trở thành những hạt sáng trong chùm tia. Điều này chứng tỏ rằng trong một môi trường

vẩn có lẫn các hạt bụi nhỏ không đồng tính (về quang học) với môi trường, ngoài phần

ánh sáng truyền đi theo phương tới, còn một phần ánh sáng truyền theo các phương

khác. Hiện tượng này gọi là sự tán xạ ánh sáng.

Hiện tượng tán xạ ánh sáng bởi các hạt nhỏ (so với bước sóng) trong một môi

trường không đồng tính về quang học (trong không khí chẳng hạn) được gọi là hiện

tượng Tyndall; Tyndall khảo sát hiện tượng(1868) và Rayleigh khảo sát về lí

thuyết(1871).

IV.1.1. Định luật Rayleigh:

Cường độ ánh sáng I tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc bốn của bước sóng ánh sáng.

I = 4λΚ

K là một hằng số đối với bước sóng λ.

Theo định luật này bước sóng càng nhỏ thì ánh sáng khuếch tán có cường độ càng

lớn.

Định luật này được giải thích như sau: Xét một điểm M của thể tích vi cấp v trong

môi trường tán xạ. Giả sử phương trình dao động của ánh sáng tới tại điểm M là

Acosωt. Theo lý thuyết về nhiễu xạ thì thể tích vi cấp v đóng vai trò của nguồn thứ cấp

Page 30: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 29

đồng pha với dao động tới. Dao động từ nguồn thứ cấp này truyền tới một điểm P cách

M một khoảng r là :

y = k .rΑ

.v.cos(ωt - 2 rπλ

)

Hệ số k tùy thuộc góc mà phương MP làm với phương của tia tới, tính chất của

hạt tán xạ, mật độ các hạt tán xạ, bước sóng λ của ánh sáng.

k .rΑ

.v chính là biên độ dao động tán xạ, vậy phải cùng thứ nguyên với A. Do đó

kvr

không có thứ nguyên (hay [kvr

] = 1), suy ra thứ nguyên của k là nghịch đảo của

chiều dài bình phương [ k ] = L-2. Rayleigh chứng tỏ rằng hệ số k tỉ lệ nghịch với λ2.

k = 02

k

λ

Vậy biên độ của dao động tán xạ có thể viết là:

a = k .(rΑ

).v = 0k .( rΑ

).v.( 21

λ)

Cường độ dao động tán xạ là:

I = a2 =2

0 vkr

Α.( 4

) = 4λ

Κ

IV.1.2. Thuyết điện từ về sự tán xạ bởi các hạt nhỏ (xét định tính):

Xét một điện tích bất kì chuyển động có gia

tốc (dao động chẳng hạn) khi đó nó sẻ bức xạ

sóng điện từ. Sự bức xạ mạnh nếu gia tốc càng

lớn.

Mỗi khi sóng điện từ tràn tới điểm nào của

môi trường thì sóng điện từ tạo nên ở điểm đó

một điện từ trường biến thiên.

Page 31: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 30

Từ các điện tích dao động với cùng tần số, các sóng tạo thành sao cho tại các điểm

này chúng có thể tăng cường lẫn nhau còn ở các điểm khác thì có thể dập tắt lẫn nhau

(hiện tượng giao thoa sóng).

Ánh sáng là sóng điện từ.

Ánh sáng trắng nhìn thấy là một « bộ » sóng điện từ, trong đó bước sóng ngắn nhất

ứng với màu tím và màu lam [λ = (4 – 5). 10-7m] còn bước sóng dài nhất ứng với các

màu vàng và đỏ [λ = (6 – 7). 10-7m].

Khi ánh sáng đi qua một môi trường thuần nhất (đồng tính) thì trường biến thiên

của nó kích thích các electron trong nguyên tử chất của môi trường dao động, và các

electron bắt đầu bức xạ sóng điện từ có cùng tần số ấy. Tuy nhiên, bức xạ của chúng

dập tắt lẫn nhau theo tất cả mọi phương ngoại trừ phương truyền ánh sáng. Trong môi

trường thuần nhất lí tưởng chúng ta tuyệt nhiên không thấy ánh sáng tán xạ nào cả.

Nếu môi trường thiếu đồng tính thì tình hình lại khác. Các tạp chất có mặt đã tạo

nên những điều kiện hoàn toàn khác trong việc cộng các sóng thứ cấp và khiến cho

ánh sáng tán xạ theo các phương khác nhau.

Định luật Rayleigh chỉ áp dụng được nếu các hạt tạp chất có kích thước bé hơn

nhiều lần so với bước sóng của ánh sáng tới (khoảng 0,001µm).

Thực ra, một môi trường hoàn toàn tinh chất, không có các hạt vẩn, vẫn khuếch tán

ánh sáng. Tuy nhiên cường độ ánh sáng khuếch tán bởi các môi trường này rất yếu. Sự

tán xạ này có nguyên nhân là do chuyển động hỗn loạn của các phân tử dẫn đến sự

thay đổi chiết suất từ nơi này đến nơi khác trong môi trường. Nói cách khác, vào mỗi

thời điểm, môi trường mặc dù hoàn toàn tinh chất, vẫn không hoàn toàn đồng tính về

mặt quang học, do đó vẫn tán xạ ánh sáng. Sự chuyển động nhiệt của các phân tử tùy

thuộc vào nhiệt độ, do đó cường độ ánh sáng tán xạ phân tử cũng tùy thuộc nhiệt độ.

Hiện tán xạ ánh sáng đang đề cập được gọi là hiện tượng tán xạ phân tử.

Page 32: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 31

IV.2. Giải thích hiện tượng:

IV.2.1. Màu xanh của bầu trời :

Những phân tử khuếch tán ánh sáng của khí

quyển như oxygène, nitrogène, bụi thì có độ lớn

gần bằng độ dài của sóng ánh sáng nên thỏa mãn

định luật Rayleigh. Do đó cường độ màu được

khuếch tán tỷ lệ nghịch với lũy thừa bốn của độ dài

sóng của nó. Những quang tử (photon) mang màu

xanh thì được khuếch tán nhiều trong lúc màu đỏ

thì không.

Cường độ khuếch tán của màu xanh:

I xanh = 1/(446.10-9)4 = 2,52.1025

Cường độ khuếch tán của màu đỏ:

I đỏ = 1/(750.10-9)4 =3.16.1024

Tỷ lệ giữa màu xanh và màu đỏ: I xanh / Iđỏ =

8.

Vậy màu xanh khuếch tán mạnh hơn màu đỏ 8 lần.

Khi ta nhìn trời, ánh sáng đến mắt ta có hai nguồn gốc khác nhau: một nguồn từ mặt

trời đi thẳng, một nguồn khác theo một quá trình lộn xộn và không thể biết trước (mà

người ta gọi là chuyển động Brownien), khuếch tán khắp nơi trong khí quyển đến ta.

Nguồn thứ nhất màu trắng và gây ra những cái bóng vì nó đi thẳng từ mặt trời đến

trong khi nguồn thứ hai thì bị màu xanh lấn át và không gây ra bóng bởi vì nó đến từ

khắp mọi phía.

Vậy thì ánh sáng khuếch tán bởi khí quyển chứa rất nhiều bức xạ màu xanh hơn bức

xạ màu đỏ (8 lần): mắt ta nhận màu xanh da trời .

Do đó bầu trời có màu xanh.

Sự giải thích này cũng phải được bổ túc. Theo lý giải ở trên, màu xanh lơ của bầu

trời, là do các tia sáng xanh bị tán xạ đi nhiều hơn tia sáng đỏ. Nhưng sự tán xạ này

cũng mạnh không kém ở các tia tím, vậy tại sao bầu trời không phải là màu tím!

Câu trả lời, được giải thích đầy đủ đó là do mắt của người quan sát.

Ánh sáng trắng được tạo thành từ tất cả các màu đơn sắc. Các nhà vật lý cho rằng

khi ánh sáng mặt trời đi vào bầu khí quyển trái đất, gặp phải các phân tử nhỏ nitơ và

Bầu trời xanh tại trang trại Estacado - Nam Mỹ

(Ảnh: cielowind)

Page 33: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 32

ôxy trên bầu trời, nó bị tán xạ, hoặc khúc xạ. Các tia sáng có bước sóng ngắn nhất

(xanh và tím) bị tán xạ mạnh hơn các tia sóng dài (đỏ và vàng). Và chính những tia

tán xạ này đi tới mắt chúng ta. Vì thế, khi chúng ta nhìn theo một hướng trên bầu trời,

chúng ta nhìn thấy những ánh sáng bước sóng bị tán xạ nhiều nhất, thường là cuối dải

màu xanh.

Gần đây, Raymond Lee từ Học viện hải quân Mỹ tiến hành đo ánh sáng trên bầu

trời vào giữa trưa. Cả phương trình và phép đo đạc đều cho thấy cường độ của ánh

sáng tím tới mắt ta cũng nhiều không kém gì ánh sáng xanh dương.

"Cách lý giải truyền thống về bầu trời xanh là ánh sáng mặt trời bị tán xạ - các bước

sóng ngắn hơn thì tán xạ mạnh hơn các tia sóng dài. Song thực tế, một nửa lời giải

thích thường bị bỏ qua: đó là bằng cách nào mắt chúng ta nhận được phổ này", Glenn

Smith, một giáo sư cơ khí tại Viện Công nghệ Georgia nhận xét. Smith đã viết một bài

báo để giải thích trên số mới đây của tạp chí American Journal of Physics, kết hợp vật

lý ánh sáng với hệ thống thị giác của mắt người.

Mắt người nhìn được màu sắc là nhờ vào 3 loại tế bào hình nón, que và hình trụ trên

võng mạc. Mỗi loại cảm nhận tương ứng với một loại ánh sáng có bước sóng khác

nhau: dài, vừa và ngắn. "Bạn sẽ cần cả ba loại tế bào này mới nhìn màu chính xác

được", Smith giải thích.

Khi một bước sóng ánh sáng đi đến mắt, tế bào hình nón sẽ gửi một tín hiệu tới não.

Nếu là ánh sáng xanh dương với các gợn sóng ngắn, tế bào nón sẽ phát tín hiệu để não

nhìn ra màu xanh. Nếu là sóng đỏ với các bước sóng dài, não sẽ nhìn thấy màu "đỏ".

Tuy nhiên cả ba loại tế bào trên đều nhạy cảm trên một khoảng rộng, có chỗ chồng

chập lên nhau, điều đó có nghĩa là hai phổ khác nhau có thể gây ra cùng một phản ứng

ở một nhóm các tế bào nón. Chẳng hạn nếu một sóng đỏ và sóng xanh lục đi vào mắt

cùng lúc, các tế bào nón khác nhau sẽ gửi một tín hiệu mà não dịch ra là màu vàng.

Smith đã chỉ ra rằng, màu cầu vồng đa sắc của bầu trời khi đi vào mắt người sẽ

được cảm nhận tương tự như sự chồng chập của ánh sáng xanh dương "nguyên chất"

với ánh sáng trắng. Và đó là lý do vì sao bầu trời xanh lơ - hoặc gần như vậy.

Tóm lại, bầu trời có màu xanh lam là do ánh sáng mặt trời đi vào bầu khí quyển là

ánh sáng trắng, trong dó các tia màu bị tán xạ mạnh là các tia tím, chàm và lam. Và

mắt ta nhạy cảm nhất với những màu nằm ở giữa của quang phổ, mà tia sáng lam lại

Page 34: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 33

nằm dày đặc ở chính phần giữa đó, cho nên chúng ta cảm nhận được nó nhiều hơn các

tia màu chàm và màu tím.

IV.2.2. Màu của Mặt trời :

Nếu ánh sáng khuếch tán chứa nhiều tia màu

chàm là bởi vì nó tùy thuộc vào ánh sáng được

chuyển đến (mắt ta). Ánh sáng càng thiếu mất

màu chàm khi đường đi của nó trong bầu khí

quyển càng lớn.

Mặt trời có màu trắng dưới mắt các phi hành gia ngoài vũ trụ (vì không qua một

"lăng kính" thiên nhiên nào hết).

Nhìn từ trái đất, nó có màu vàng khi ở đỉnh đầu.

Khi mặt trời di chuyển xuống chân trời, nó càng lúc càng đỏ hơn vì ánh sáng của nó

đi xuyên qua một lớp khí quyển càng lúc càng dày hơn.

� Màu của mặt trời hoàng hôn:

Buổi hoàng hôn, ánh sáng Mặt trời chiếu một khoảng cách dài hơn (đường xéo d2

dài hơn đường d1) trước khi đến mắt ta. Số phân tử mà ánh sáng dội (bondir) lên đó

nhiều hơn rất nhiều nên những màu chàm và tím có nhiều thời gian để bị khuếch tán

hoàn toàn. Do sự vắng mặt của thành phần chàm

và tím mà thành phần còn lại là vàng và đỏ với

một ít xanh lá cây tạo cho bầu trời có màu đỏ tía

(pourpre).

� Màu của Mặt trời bình minh:

Cũng như mặt trời hoàng hôn, Mặt trời bình

minh ở sát chân trời vì trong quá trình xa xôi ánh

Page 35: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 34

sáng của nó đã mất đi phần lớn ánh sáng màu chàm và xanh nên còn lại màu cam và

đỏ. Mặt trời bình minh có màu đỏ cam.

Mây khuếch tán màu đỏ này khắp mọi hướng nên truyền những màu này đến mắt ta

cả một không gian nhuộm đỏ cam thật đẹp.

Lúc Mặt trời mới mọc hoặc sắp lặn không phải toàn bộ ánh sáng Mặt trời đều tán xạ

qua tầng khí quyển dày hơn để đi đến mắt ta, mà một số ánh sáng đã thoát lên phần khí

quyển ở ngay phía trên đầu của chúng ta. Mặc dầu chỉ có một phần nhỏ ánh sáng đi

được tới phần trên này, nhưng đó toàn là các tia sáng màu có bước sóng ngắn trong

ánh sáng trắng d9a4 bị tán xạ. Do đó bầu trời trên đầu chúng ta vẫn có sắc thái xanh

lam trong khi mặt trời bình minh và hoàng hôn có màu vàng, cam và đỏ.

� Mặt trời xanh :

Mặt trời xanh là kết quả của sự tán sắc dị thường

của ánh sáng Mặt trời trong điều kiện các tạp chất có

kích thước so sánh được với bước sóng của phần ánh

sáng nhìn thấy. Như đã nói ở phần lí thuyết, định luật

Rayleigh chỉ áp dụng được nếu các hạt tạp chất có

kích thước bé hơn nhiều lần so với bước sóng của

ánh sáng tới (khoảng 0,001µm). Khi các vi thể tạp

chất có kích thước r = 0,7 µm thì ánh sáng Mặt trời

sẽ tán xạ một cách dị thường: phần màu đỏ của

quang phổ mặt trời bị tán xạ mạnh hơn tất phải thoát

ra ngoài trường nhìn của ta, còn phần màu xanh bị tán xạ yếu hơn lại lọt vào mắt người

quan sát. Lúc này Mặt trời không còn sáng như bình thường hoặc đỏ như lúc mới mọc

mà lại trông thấy có màu xanh.

Trong khí quyển có chứa các hạt nước, nhỏ nhất là các hạt chứa trong mây có kích

thước r = 3 -5 µm. Trong sương mù các giọt có r = 5 - 50 µm, còn trong mưa thì các

giọt nước có r = 0,1- 2,5 µm. Không có giọt nước có kích thước vào cỡ r = 0,7 µm, cho

nên ta dễ hiểu vì sao bình thường không có thấy hiện tượng Mặt trời xanh. Tuy nhiên

vào ngày 26 tháng 9 năm 1951 người dân ở nhiều nước Tây Âu đã sững sờ xúc động

vì một cảnh tượng kì lạ: Mặt trời ban ngày có màu xanh biển thẳm, còn về buổi tối thì

Mặt trăng cũng có màu xanh !

Page 36: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 35

Được trang bị bằng lí thuyết tán xạ ánh sáng, người ta đã mau chóng tìm ra nguyên

nhân gây nên hiện tượng dị thường về màu sắc này. Số là do gió thổi từ Canada ở bên

kia bờ Đại tây dương đã đem theo những đám mây khổng lồ gồm các hạt nhựa cây bốc

bay lên từ những đám cháy rừng rộng lớn tại đỉnh Albert của nước này. Đo đạc kích

thước của các hạt nhựa cây và các tham số ứng với tán xạ dị thường của ánh sáng

trong không khí, người ta thu được kết quả hoàn toàn đúng như lí thuyết dã dự đoán.

Người dân Tây Âu hiểu rõ cơ sở khoa học của hiên tượng mặt trời và mặt trăng màu

xanh nên không còn lo sợ vì những…điềm báo dữ của một tai họa mơ hồ nào đó mà

một số người vì tư lợi thường hay tung tin để lừa bịp dân chúng.

IV.2.3. Màu của mây, sương mù :

� Màu trắng của Mây:

Màu xanh của bầu trời là do sự khuếch tán ánh sáng

bởi các phân tử nhỏ hơn rất nhiều so với các sóng của

tia sáng mà mắt chúng ta nhận được.

Nếu những phần tử làm khuếch tán ánh sáng này to

lớn hơn nhiều so với các sóng của tia sáng thì sẽ có

một hiện tượng truyền ánh sáng có tính chất khác hẳn:

Tất cả các tia sáng đều được khuếch tán đồng đều như nhau. Những phần tử khi

nhận tia sáng sẽ phản chiếu khắp nơi, nhất là vào mắt ta, một ánh sáng y hệt như ánh

sáng nguồn, tức là ánh sáng không bị phân tích, hay còn gọi là ánh sáng trắng.

Mây gồm những giọt nước nhỏ hay những tinh thể nước đá (vì càng lên cao nhiệt

độ càng giảm) có kích thước nhỏ vài micron nhưng cũng khá lớn so với độ dài sóng

của ánh sáng. Chúng sẽ phản chiếu trở lại tất cả những màu của ánh sáng mặt trời, và

sự tổng hợp của tất cả những màu đó lại là màu trắng. Do đó mây có màu trắng.

Nhìn từ máy bay, tất cả mây dưới ta đều màu trắng vì tất cả ánh sáng trắng phát từ

mây ra dọi vào mắt ta.

Ðứng dưới đất chỉ những đám mây có kích thước trung bình mới có màu trắng.

Ngược lại những đám mây rất lớn, rất dày thì có màu xám, có khi màu đen là vì chúng

quá dày nên ánh sáng không xuyên qua để phản chiếu đến mắt ta được.

Page 37: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 36

� Tại sao mây có nhiều màu sắc?

Mây trên trời đa phần đều là màu trắng pha một chút

xám, nhưng đôi khi cũng có những đám mây đủ màu như

đen, hồng, tím, vàng, đỏ,... Màu sắc mây có được đều do

mây phản chiếu lại ánh sáng mặt trời; đồng thời cũng có

mối quan hệ chặt chẽ giữa thời gian hình thành, phạm vi

phân bố, kích thước và thể thích của mây.

Mây tạo thành khi hơi nước bốc lên, gặp lạnh và ngưng

tụ trong không khí như những giọt nhỏ. Các hạt nhỏ này là

tương đối đặc và ánh sáng không thể đi sâu vào trong mây trước khi nó bị phản xạ ra

ngoài, tạo cho mây có màu đặc trưng là màu trắng. Khi mây dày hơn, các giọt có thể

liên kết lại để tạo ra các giọt to hơn, sau đó khi đủ lớn, chúng rơi xuống đất như là

mưa. Trong quá trình tích lũy, không gian giữa các giọt trở nên lớn dần lên, cho phép

ánh sáng đi sâu hơn nữa vào trong mây. Nếu như mây đủ lớn, và các giọt nước đủ xa

nhau, thì sẽ có rất ít ánh sáng mà đã đi vào trong mây là có khả năng phản xạ ngược

trở lại ra ngoài trước khi chúng bị hấp thụ. Quá trình phản xạ/hấp thụ này là cái dẫn

đến một loạt các loại màu khác nhau của mây, từ trắng tới xám và đen.

Các màu khác xuất hiện tự nhiên trong mây. Màu xám ánh lam là kết quả của tán xạ

ánh sáng trong mây. Trong quang phổ, màu lam và lục là có bước sóng tương đối

ngắn, trong khi đỏ và vàng là có bước sóng dài. Các tia sóng ngắn dễ dàng bị tán xạ

bởi các giọt nước, và các tia sóng dài dễ bị hấp thụ. Màu xám ánh lam là chứng cứ cho

thấy sự tán xạ được tạo ra bởi các giọt nước có kích thước đạt tới mức độ tạo mưa có

trong mây.

Những màu xấu được quan sát trước khi có những hiện tượng thời tiết khắc nghiệt.

Màu ánh lục của mây được tạo ra khi ánh sáng bị tán xạ bởi nước đá. Các đám mây

cumulonimbus có màu ánh lục là dấu hiệu của mưa to, mưa đá, gió mạnh và có thể là

vòi rồng.

Màu mây ánh vàng hiếm hơn, nhưng có thể diễn ra

trong các tháng từ cuối mùa xuân đến đầu mùa thu do cháy

rừng. Màu vàng có lẽ tạo ra do sự hiện diện của khói.

Mây đỏ, da cam, hồng xảy ra chủ yếu vào lúc bình minh

hay hoàng hôn, và chúng là kết quả của sự tán xạ ánh sáng

Page 38: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 37

của khí quyển. Sở dĩ những đám mây vào buổi bình minh và hoàng hôn luôn có màu

đỏ là do khi mặt trời sắp mọc hay sắp lặn, ánh nắng mặt trời đều chiếu xiên, nó phải

xuyên qua tầng khí quyển rất dày, nên chỉ có ánh sáng đỏ hay cam mới có bước sóng

đủ mạnh để chiếu lên các đám mây, khiến chúng bị nhuộm thành một màu cam đỏ rất

đẹp. Mây tự bản thân nó không có những màu này, chúng chỉ phản xạ các tia sóng dài

(không tán xạ) của ánh sáng là những bước sóng chính trong khoảng thời gian đó.

Buổi chiều trước khi có vòi rồng ở Edmonton, Alberta năm 1987, người dân

Edmonton đã quan sát thấy màu đỏ về phía mặt trời của các đám mây và màu đen

thẫm về phía tối của chúng. Trong trường hợp này, ngạn ngữ "bầu trời đỏ buổi đêm,

thủy thủ vui sướng" (red sky at night, sailor's delight) là hoàn toàn sai.

� Màu của Sương mù:

Sương mù đục là do cùng một hiện tượng: sự khuếch tán quá hiệu quả đến nỗi

không một tia sáng nào phát ra từ một vật lại có thể trực tiếp truyền đến mắt ta được

(vì ánh sáng từ một vật phát ra đều bị sương mù chiếu trả lại hết). Nhất là khi sương

mù càng dày, những hình ảnh thấy được bị làm mờ

nhạt đi, có khi mất hẳn. Khi một vật phản chiếu hết

ánh sáng nó sẽ có màu trắng, sương mù có màu

trắng.

IV.2.4. Tại sao bầu trời đêm lại đen?

Có thể bạn cho rằng, nêu vấn đề như vậy rất đáng

Mây ngũ sắc trên bầu trời Colorado

Tại sao một đám mây lại mang nhiều màu sắc đến vậy? Một hiện tượng khá hiếm hoi với tên gọi mây ngũ sắc có thể cho thấy các màu sắc kỳ lạ hay cả một dải quang phổ màu cùng một lúc một cách rõ ràng.

Những đám mây này được tạo ra từ các giọt nước nhỏ gần như cùng kích thước. Khi Mặt Trời nằm ở vị trí thích hợp và được che chắn bởi những đám mây dày, những đám mây mỏng hơn thế này làm nhiễu xạ ánh sáng một cách chặt chẽ, với mỗi màu sắc được làm nhiễu đi khác với các màu còn lại. Do đó, nhiều màu sẽ đi đến mắt người quan sát từ các vị trí hơi khác nhau. Rất nhiều đám mây được tạo thành với một số điểm có thể cho thấy hiện tượng ngũ sắc, nhưng chúng nhanh chóng trở nên quá dày, quá hỗn độn, hoặc quá xa Mặt Trời để có thể phô bày nên các màu sắc rực rỡ. Đám mây ngũ sắc này được chụp tại Boulder, Colorado (11/2007).

Page 39: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 38

cười, về đêm khi mặt trời lặn, bầu trời không có ánh sáng Mặt Trời, đương nhiên sẽ

đen, có gì lạ đâu?

Thực ra vấn đề không đơn giản như vậy. Những sự kiện tưởng chừng giản đơn nhất

lại thường giàu thông tin nhất, chỉ miễn là phải nhìn ra chúng. Sự rơi của quả táo hé lộ

cho Newton thấy những bí mật hấp dẫn của vũ trụ. Và bầu trời đêm huyền ảo chứa

đựng những bước khời đầu của vũ trụ. Nó là bức màn làm hé lộ câu trả lời cho câu hỏi

của nhân loại đó là: Rút cuộc vũ trụ của chúng ta là như thế nào? Nó là vô hạn hay hữu

hạn…?

Ngay từ năm 1610, Kepler đã tự vấn mình về bí mật của đêm đen. Nếu vũ trụ là vô

hạn, ông tự nhủ, thì bầu trời đêm, khi Mặt Trời chiếu sáng phía kia của Trái Đất, cũng

sẽ phải sáng như ban ngày. Bởi vì một vũ trụ vô hạn sẽ phải chứa một số vô hạn các

ngôi sao sáng không kém gì Mặt Trời. Cũng như ở giữa một rừng cây dày đặc, nơi mà

tầm nhìn bị chặn lại bởi rất nhiểu thân cây, cái nhìn của ta dù hướng đi dâu cũng luôn

chạm vào một ngôi sao trong “rừng sao” của một vũ trụ vô hạn và bầu trời đêm cần

phải sáng bằng độ sáng của Mặt Trời. Vì vậy, đêm đen có nghĩa là vũ trụ không phải

vô hạn, Kepler kết luận.

Vào năm 1687, khi mà Newton dùng lại luận đề về vũ trụ vô hạn để tránh chuyện

lực hấp dẫn làm cho tất cả co lại thành một khối lượng lớn ở trung tâm, thì vấn đề đêm

đen lại xuất hiện. Nhà thiên văn người Đức Heinrich Olbers khi dùng lại ý tưởng của

Jean – Philippe de Chesaux người Thụy Sĩ, vào năm 1823 đã đưa ra giả thuyết rằng

ánh sáng từ các ngôi sao phải bị hấp thụ trên hành trình của nó trorng không gian. Bầu

trời đêm tối đen chính là do ánh sáng từ các ngôi sao không tới được chúng ta một

cách trọn vẹn. Đây chứa phải là cách giải thích thỏa đáng bởi vì tất cả những gì bị hấp

thụ sẽ được phát xạ trở lại…Ánh sáng không hề mất đi. Và thế là câu đố mà ngày nay

người ta gọi là “nghịch lý Olbers” ấy vẫn còn nguyên đó.

Với vũ trụ Big bang1, câu đố về đêm đen cuối cùng đã được giải quyết. Đêm là đen

vì rằng không có đủ các ngôi sao để lấp đầy bầu trời ánh sáng, số lượng các ngôi sao là

hạn chế không phải bởi vì vũ trụ có giới hạn như Kepler đã nghĩ, mà là do chúng ta

không thể nhìn được toàn bộ vũ trụ. Vì vũ trụ có điểm khởi đầu và sự truyền của ánh

sáng không phải là tức thời, nên chỉ có ánh sáng của các ngôi sao ở bên trong mặt cầu

chân trời là có thể tới được chúng ta. Mặt khác, số ngôi sao còn hạn chế bởi vì rằng 1 Lí thuyết Bing bang được đề ra bởi George Gamov vào năm 1948

Page 40: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 39

chúng tồn tại không phải vĩnh viễn. Cuộc đời của các ngôi sáng cũng thật ngắn ngủi so

với tuổi của vũ trụ. Thời gian vài triệu năm, quá lắm vai tỉ năm, là chúng biến mất.

Cuối cùng sự giãn nở của vũ trụ cũng thêm vào đó sự đóng góp nhỏ bé của nó. Theo

mức độ tăng khoảng cách giữa các thiên hà, ánh sáng cũng ngày càng khó tới được

chỗ của chúng ta hơn. Nó sẽ mất năng lượng và dịch về phía đỏ. Năng lượng sáng

trong mặt cầu chân trời sẽ giảm dần.

Tóm lại nói một cách ngắn gọn bầu trời đêm có màu đen là do vũ trụ có điểm

khởi đầu và cuộc đời của các ngôi sao sáng thật ngắn ngủi.

**************

Page 41: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 40

V. HIỆN TƯỢNG CẦU VÒNG:

V.1. Giới thiệu hiện tượng:

V.1.1. Cầu vồng là gì?

Cầu vồng là hiện tượng tán sắc của các ánh sáng từ Mặt

Trời khi khúc xạ và phản xạ qua các giọt nước mưa.

Các màu sắc cầu vồng nằm theo thứ tự đỏ, da cam,

vàng, lục, lam, chàm, tím. Các bức xạ hồng ngoại và tử

ngoại nằm ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy của mắt người,

nên không hiện diện.

Tùy vào số lần phản xạ mà người ta phân ra làm cầu

vồng bậc 1, bậc 2... Trong đó cầu vồng bậc 1 là rõ nhất

(chỉ có 1 lần phản xạ nên năng lượng sáng mạnh nhất). Thường cầu vồng nhìn thấy là

cầu vồng bậc 1. Tuy nhiên đôi khi ta còn quan sát thêm được cầu vồng bậc 2 mà trật tự

màu sắc lại ngược lại với cầu vồng bậc 1 và cường độ sáng yếu hơn.

V.1.2. Làm thế nào để quan sát cầu vòng?

� Bầu trời phải không được âm u quá hay trong sáng quá, cũng phải có vài đám

mây. Mặt trời phải ở đằng sau ta và mưa phải đằng trước ta. Mặt trời, mắt của ta và

trung điểm của cầu vồng phải nằm trên cùng một đường thẳng.Chính vì những giọt

nước tạo ra sự xuất hiện của cầu vồng nên nó phải ở phía đối diện với mặt trời. Mặt

trời càng thấp, cầu vồng càng cao nên quan sát buổi sáng và buổi chiều là lúc tốt nhất.

Khi mặt trời lên cao cầu vồng càng phẳng và khi cao hơn 42° so với chân trời thì ta

không thể thấy nó nữa. Muốn có cầu vồng phải quan sát khi mặt trời ở chiều cao dưới

42° so với chân trời. Ngoài ra muốn có màu sắc rõ ràng, phải có những giọt nước mưa

lớn nên sau trận mưa lớn ta có cầu vồng đẹp.

� Có lẽ cầu vồng được chú ý tới vì chúng xuất hiện trong thời tiết có bão và tình

cờ khi người ta thấy chúng trên bầu trời. Có ý kiến cho rằng khi ta thấy cầu vồng ở

đằng đông thì thời tiết trong sáng nhưng cầu vồng ở đằng tây thì chờ đón những ngày

mưa bão. Thật đơn giản, khi thấy cầu vồng đằng Tây tức là Mặt trời ở đằng Đông và

cơn giông kéo về phía Tây nhiều khả năng hướng về phía chúng ta. Ngược lại khi cầu

Page 42: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 41

vồng ở đằng Đông là lúc mặt trời sắp lặn và cơn giông đang kéo về Đông, chúng ở

phía Đông chúng ta hoặc cùng lắm ở ngay chỗ ta đứng lúc đó.

3/ Nơi nào thường có cầu vồng?

Có những vùng được nổi tiếng về sự xuất hiện thường xuyên của cầu vồng, thí dụ

Honolulu. Những ngọn núi phía Bắc của thành phố tạo ra thường xuyên sương mù đặc

trong lúc mặt trời chiếu nắng. Người ta thấy xuất hiện những cầu vồng lộng lẫy trên

những ngọn đồi. Nhiều khi khi trời sắp lặn, bầu trời đuợc chế ngự bởi một màu đỏ và

cầu vồng không thể phát ra những màu khác nên chỉ hiện ra màu đỏ.

Nơi có vòi nước phun ta cũng thấy hiện tuợng cầu vồng. Phải đến chơi vào buổi

sáng hay chiều, lúc mặt trời chiếu sáng và phải đứng làm sao để nhìn thấy nước phun

còn mặt trời thì chiếu sau lưng ta đến.

V.2. Giải thích hiện tượng:

V.2.1. Giải thích hiện tượng:

Giải thích hiện tượng dựa trên sự phân tích ánh sáng đi ngang qua lăng kính và ánh

sáng trắng là sự tổng hợp những màu của phổ thấy được của Newton.

Khi ánh sáng mặt trời chiếu qua nước mưa, nó phân ra thành 7 màu đỏ, cam, vàng,

xanh , lam, chàm, tím vì những giọt nước mưa hành động như những lăng kính nhỏ.

Khi qua lăng kính, ánh sáng trắng bị khúc xạ và mỗi màu nghiêng theo một góc khác

nhau để cho ta thấy những màu khác nhau trải dài thành giải dưới dạng một hình cung.

Hình 13-1 là mô hình một giọt nước mưa kích thước nhỏ hình cầu (ko dẹt như các

giọt lớn thông thường).

Tia sáng mặt trời đc biểu diễn bằng một mũi tên chiếu đến từ bên trái. Khi ánh sáng

chiếu vào dưới một góc độ, nó tách ra nhiều màu sắc như trong lăng kính. Ánh sáng

hầu hết xuyên qua màng giọt nước.

Page 43: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 42

Như đối với bất kì bề mặt vật chất trong suốt nào, một số as thì xuyên qua, số khác

thì được phản chiếu lại tuỳ thuộc góc chiếu sáng trên bề mặt.

Màng sau của giọt nước mưa là một mặt cong. Các tia sáng chiếu tới mặt cong này

dưới một giới hạn góc sao cho tia sáng có thể phản xạ lại và ko xuyên qua màng. Tất

cả tia sáng được phản xạ này quay trở lại mặt đối diện mà chúng được chiếu tới, và

các tia sáng cùng màu thì ló ra với cùng một góc độ.

Các tia ló tách ra nhiều màu sắc tuy nhiên sự pha trộn ánh sáng phản chiếu bởi tất

cả các giọt nước khác từ những hướng khác nhau dẫn đến sự tổng hợp ánh sáng trắng.

Vì vậy ở trên bầu trời phía ngoài cầu vồng chính thì sáng hơn phía trong. Khi quan sát,

ta thấy những tia sáng phản chiếu tại góc giới hạn và mỗi giọt nước cùng với góc độ

này góp phần tạo nên cầu vồng.

V.2.2. Vài tính toán về cầu vồng:

(Dựa trên sự giải thích của nhà toán học, vật lý người Pháp – Decactes)

Các chỉ số phần trăm là tỉ lệ năng lượng của tia sáng tương ứng. Ta sẽ thấy cường

độ sáng của các tia khúc xạ phản xạ lần 1, 2,3 .. sẽ thay đổi khi góc tới i thay đổi.

Dùng hình học dễ dàng tính được góc lệch giữa tia khúc xạ số 3 và tia tới sẽ bằng:

D= 4i -2r

Mà: sini/sinr = n

=> D = 4i - 2 arsin (sini/n)

Khảo sát hàm này sẽ cho cực đại ứng với tia đỏ D = 42,394 độ.

Vì sao khi D cực đại thì lại cho cường độ sáng của tia đỏ lớn nhất?

Đây là mô hình giọt nước mưa được chiếu sáng bởi ánh sáng mặt trời

Page 44: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 43

Lí do: Khi D cực đại <=> dD/di = 0

=> Sự biến đổi của i sẽ làm cho D không thay đổi nhiều, có nghĩa là với những tia

sáng quanh giá trị i này thì sẽ cho cường độ tia đỏ lớn hơn các tia khác. Dẫn đến việc

tập trung nhiều tia đỏ. Vì thế cường độ tia sáng khúc xạ đỏ đạt giá trị cực đại.

Do đó mỗi giọt nước mưa sẽ tạo ra một hình nón tia chùm tia đỏ có góc ở đỉnh là

42,394 và trục đối xứng là tia sáng mặt trời. Do có rất nhiều giọt nước cho nên tập hợp

các tia này đến mắt ta sẽ tạo thành hình tròn.

Ở các góc khác có tia đỏ không?

Câu trả lời là có nhưng đồng thời có cả các tia khác nữa và không có tia nào thắng

thế về cường độ sáng cả do đó có sự tổng hợp lại thành ánh sáng trắng.

Tương tự với các màu khác sẽ thấy màu xanh có góc cực đại nhỏ hơn nên nằm bên

trong.

V.2.3. Tại sao bảy sắc cầu vồng lại được sắp sếp theo thứ tự như vậy?

Ánh sáng hằng ngày (do mặt trời) gọi là ánh sáng “trắng”. Ánh sáng trắng này là

tổng hợp của những ánh sáng có màu sắc khác nhau. Nhìn vào một tấm kiếng, nhìn

vào một cái bong bóng xà bông hay một lăng kính, bạn sẽ thấy màu sắc của các ánh

sáng này. Cái khiến cho ánh sáng trắng đi qua lăng kính bị phân tích thành ánh sáng có

màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím chính là do mỗi thứ ánh sáng có độ dài sóng

khác nhau.

Độ dài sóng (ánh sáng) tạo thành các dải màu song song với nhau, màu nọ sát khít

bên màu kia theo một thứ tự nhất định. Dải màu này được gọi là quang phổ. Trong

quang phổ, luôn luôn bao giờ cũng bắt đầu bằng dải màu đỏ và kết thúc là màu tím.

Cầu vồng chính là một quang phổ lớn mà thôi.

Khi ánh sáng mặt trời chiếu qua những phân tử nước kết thành những gọi nước li ti

thì (ánh sáng ấy) bị phân tích cũng như khi chiếu qua kính quang phổ. Khi ánh sáng

mặt trời chiếu qua giọt nước, ta đã thấy ánh sáng bị phân tích thành dải bảy màu. Thế

rồi các ánh sáng này lại xuyên qua giọt nước khác, giọt nước khác … cứ như vậy hình

thành quang phổ cầu vồng. Nhìn vào quang phổ cầu vồng, phía trên cùng bao giờ cũng

là màu đỏ, phía dưới cùng bao giờ cũng là màu tím.

V.2.4. 4/ Tại sao cầu vồng có dạng một vòng cung?

Do cầu vồng được nhìn bởi cùng 1 góc (gần 42 độ với cầu vồng bậc 1 và 53 độ với

cầu vồng bậc 2), là góc mà cường độ sáng của tất cả các tia mặt trời qua các giọt nước

Page 45: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 44

là đạt cực đại, đồng thời ánh sáng trắng bị khúc xạ qua nước mưa thành nhiều màu sắc

và mỗi màu nghiêng theo một góc khác nhau nên cầu vồng có dạng một cung tròn.

Mặt khác, một phần của vòng có tâm nằm dưới chân trời. Phần dưới không thấy

được vì ở dưới trái đất. Ðộ cong của quả đất làm cho quan sát viên chỉ nhìn thấy một

nửa vòng. Thật ra thì nếu nhìn từ máy bay hay đứng trên một núi cao nhìn một trận

mưa lớn và hiếm khi ta có thể thấy cầu vồng dưới dạng một vòng tròn.

V.2.5. Vùng Alexandre là gì?

Giữa vòng cung sơ cấp và vòng cung thứ cấp có một vùng tối hơn, đó là cùng

Alexandre. Tên lấy từ Alexandre d'Aphrodisias (cuối thế kỷ II - đầu IIIe), một triết gia

Hy Lạp, là người đã diễn tả cầu vồng đầu tiên.

Có thể có nhiều cầu vồng cùng một lúc?

� Hiện tượng này gồm có một vòng cung sơ cấp và một vòng cung thứ cấp, một

giải sẫm màu Alexandre và những vòng cung thừa. Vòng cung sơ cấp hướng vào giữa

đường nối giữa mặt trời và người quan sát. Bán kính góc là 41° và chiều rộng là 2°15.

Màu đỏ ở bên ngoài. Màu luôn luôn được xếp đặt từ dưới lên như sau: tím, chàm, lam,

xanh lá cây, vàng, cam, đỏ. Nhưng không rõ nét giữa những màu. Vòng cung thứ cấp,

đồng tâm với vòng sơ cấp, bán kính góc khoảng 52° . Những màu sắp đặt theo thứ tự

ngược lại: Ðỏ ở phía dưới và tím ở phía trên. giữa hai vòng cung, trời thường có màu

sậm hơn bên ngoài

Vòng thứ hai này mờ hơn gấp 10 lần vòng chính.

� Cầu vồng xuất hiện với kiểu dáng chủ yếu ở 2 cấp độ: 1 vòng chính ( cơ bản) và

vòng thứ 2. Ta nói đến kiểu dáng vì vòng chính hoặc vòng thứ 2 có thể chứa 2 hay

nhiều vòng màu được gọi là vòng phụ. Vòng chính thường sáng nhất, vòng thứ 2 thì

mờ nhạt hơn. Vòng thứ 3, thứ 4 theo lí thuyết thì có thể có nhưng thường không nhìn

thấy được. Thứ tự vòng được xác định bởi góc từ điểm đối Mặt Trời (antisolar point).

Một người đứng trên mặt đất quan sát khi trời nắng, cái bóng của đầu người đó đánh

dấu 1 điểm được gọi là điểm đối Mặt Trời sao cho góc hợp bởi điểm này và Mặt Trời

so với đầu người đó là 180°.

Page 46: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 45

Khi cầu vồng xuất hiện, ta quan sát bóng, và tìm điểm đối Mặt Trời. Theo góc

hướng nhìn từ điểm đối Mặt Trời đến cầu chính là khoảng 23o , đến cầu thứ 2 là

khoảng 35o . Góc này ứng với cầu thứ 3 là 120o tính từ bóng đổ hoặc từ phía chiếu

sáng, ứng với cầu thứ 4 là 160o.

V.2.6. Tại sao không đến được chân cầu vồng?

Chẳng bao giờ bạn đến được chân trời, cũng như không thể bay tới chân cầu vồng.

Đó là bởi cả hai trường hợp đều cần khoảng cách xa giữa vật thể và người quan sát

mới tạo nên hiệu ứng.

Cầu vồng thực chất gồm nhiều giọt nước hấp thụ ánh sáng theo cách nào đó. Những

giọt nước tròn, trong vắt khúc xạ và phản xạ một vài tia sáng tới người quan sát. Ánh

sáng có bước sóng khác nhau khúc xạ ở những góc khác nhau, vì thế ánh sáng trắng

của mặt trời được phân tách ra thành một dải ánh sáng nhiều màu.

Vì những cảnh tượng rực rỡ này được tạo thành từ ánh sáng và nước, nên đừng hy vọng

tìm kiếm điểm dừng chân của nó. Hiện tượng quang học này phụ thuộc vào việc bạn phải

đứng cách xa các giọt nước, và mặt trời phải ở sau lưng.

V.3. Một số cầu vồng đặc biệt:

Buổi sớm, khi mặt trời đốt nóng mặt đất và sương mù định tan di, lúc này cầu vồng

có thể hình thành bởi vì sương mù giống như mây nơi mặt đất. Vào một đêm trăng

sáng khi trăng ở thấp gần chân trời, cũng có khi thấy cầu vồng vì ánh sáng của trăng

khúc xạ khi gặp mưa. Màu sắc sẽ lợt, có khi chỉ có một đường cong màu đỏ lợt. Có khi

Page 47: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 46

chúng ta chỉ thấy một phần của cầu vồng khi mưa không đều hay mây bị xé ra. Tuyết

rơi không bao giờ cho cầu vồng (tại vì tuyết phản chiếu trả lại tất cả ánh sáng, mà "tất

cả ánh sáng" tức là trắng) …

Hiện tượng cầu vồng rất đa dạng, sau đây là một số hình ảnh đặc sắc:

� Moon bows - Cầu vồng Mặt Trăng:

Cầu vồng được tạo ra bởi ánh nắng Mặt Trời xuyên

qua các giọt hơi ẩm nhỏ li ti, hay xuất hiện trong khí

quyển sau cơn mưa. Nhưng cầu vồng Mặt Trăng còn

hiếm gặp hơn, chỉ nhìn thấy vào ban đêm khi Mặt Trăng

ở vị trí thấp và trăng tròn hoặc gần tròn. Một địa điểm

thường xuất hiện cầu vồng Mặt Trăng là Thác

Cumberland ở Kentucky.

� Fire Rainbow - Cầu vồng lửa:

Hiện tượng cầu vồng lửa cực kỳ hiếm gặp, chỉ xảy ra

khi mặt trời lên cao cho phép ánh nắng xuyên qua các

đám mây ti trên cao với hàm lượng tinh thể nước đá lớn.

Cầu vồng lửa” ở Idaho, Mỹ là một trong những hiện

tượng thiên nhiên kỳ thú và hiếm thấy nhất trên thế giới.

Nó không giống với cầu vồng thông thường mà

được sinh ra khi ánh sáng đi xuyên qua các đám mây

xoắn ở trên cao và chỉ khi mặt trời ở rất cao, trên 58 độ

so với đường chân trời, chúng ta mới có thể chứng kiến

hiện tượng thú vị này.

Hơn nữa, các tinh thể băng 6 cạnh trong đám mây xoắn phải có hình như chiếc đĩa

dày có các mặt song song với mặt đất mới tạo ra một cầu vồng lửa hoàn hảo. Khi ánh

sáng xuyên thẳng đứng qua mặt phía trên và đi ra ở mặt phía dưới, nó bị khúc xạ,

giống như thể ánh sáng đi qua một lăng kính.

Nếu các tinh thể băng xoắn xếp thành hàng hợp lý, toàn bộ đám mây sẽ toả ra một

quang phổ màu trông giống như một đám lửa tuyệt đẹp.

Page 48: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 47

� Halos - “Cầu vồng tròn”: (xem phần lí giải hiện tượng mặt trời giả)

Hào quang mặt trời ở Đà Nẵng

Vầng hào quang quanh mặt trời vừa xuất hiện ở TP Đà Nẵng là hiện tượng khúc xạ

gần giống như cầu vồng, hiếm khi quan sát được ở Việt Nam.

Hiện tượng hào quang quanh mặt trời có thể coi là một dạng cầu vồng khác.

Đây chỉ là hiện tượng quang học do điều kiện khí quyển ở bầu trái đất và chỉ xảy ra

trong tầng khí quyển chứ không phải là hiện tượng bùng nổ sắc cầu ở mặt trời, bởi nếu

là hiện tượng mặt trời thì mắt thường không thể nhìn thấy được. Hiện tượng bùng nổ

sắc cầu trên mặt trời cũng xuất hiện rất nhiều vầng hào quang đẹp ở khu vực đĩa mặt

Cầu vồng tròn ở Malaysia

Ngày 6/7/2007, một cầu vồng hình tròn bất

ngờ xuất hiện trên bầu trời Malaysia. Trên

thực tế, đó không phải là một cầu vồng thật

mà là hiện tượng “giả mặt trời” hiếm gặp;

xuất hiện khi mặt trời dưới tầng trời thấp,

ánh sáng của nó bắt được những sợi mảnh

được hình thành từ hơi nước thuỷ tinh.

Đứng cách bề mặt trái đất khoảng 1,6093

km của tầng khí quyển, những tia sáng bị hạt

băng trong không khí khúc xạ nên hình thành

một vòng tròn quay quanh mặt trời.

Hình ảnh hào quang quanh mặt

trời chụp tại TP Đà Nẵng trưa

15/09/2008 (Ảnh: VTC News).

Hào quang mặt trời xuất hiện mờ và mỏng,

khá lạ và đẹp mắt trên bầu trời thành phố

Đà nẵng vào ngày 18/09/2008

Page 49: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 48

trời nhưng chỉ quan sát được hiện tượng này bằng kính thiên văn, kính viễn vọng trên

các con tàu vũ trụ. Nếu hiện tượng hào quang xảy ra ở đĩa mặt trời mà quan sát được

bằng mắt thường thì sẽ vô cùng phức tạp, trái đất sẽ có bão từ rất lớn.

Hiện tượng khí quyển kỳ lạ này nhiều nơi trên thế giới cũng đã thấy, nhưng ở Việt

Nam, đây là hiện tượng hiếm khi quan sát được.

� Cầu vồng ngược:

Đó là một hiện tượng quang học độc đáo, thú vị.

Về mặt vật lí thì đây không phải là cầu vồng.

Đây là một hiện tượng quang học có tên chuyên môn

là Cung circumzenithal. Nguyên nhân của hiện tượng này

là do ự tán sắc của ánh sáng từ Mặt Trời khi khúc xạ và

phản xạ qua một loại tinh thể lỏng mà mắt thường không

nhìn thấy được trong một điều kiện khí hậu nhất định. Theo nghiên cứu thì loại tinh

thể gây ra hiện tượng này không lớn hơn một hạt cát, có sáu mặt và chỉ xuất hiện ở độ

cao từ 5 đến 8 km trong điều kiện thời tiết có sương mù và nhiều mây.

Vào buổi chiều muộn của ngày này, khi ánh mặt trời buông xuống, bầu trời vẫn

mang một màu xanh tươi sáng. Khi đó, ánh mặt trời có thể chiếu xéo qua những tinh

thể lỏng. Chính hiện tượng này tạo ra sự tán sắc của các tia nắng và tạo ra những hình

ảnh tương tự như người ta vẫn thấy ở các cầu vồng thông thường.

Tuy nhiên, cung bậc của loại cầu vồng này có thứ tự xuất hiện hoàn toàn ngược lại

với màu sắc của cầu vồng bình thường. Các màu sắc cầu vồng thường nằm theo thứ tự

đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Còn ở hiện tượng quang học này, màu đỏ hiện

ra ở cuối và hai màu chàm và tím xuất hiện đầu tiên. Theo nghiên cứu của nhà vật lí

học Joe Jordan, hiện tượng này sẽ kết thúc khi các tinh thể lỏng không còn tồn tại.

**************

Page 50: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 49

VI. HIỆN TƯỢNG MẶT TRỜI GIẢ:

VI.1. Giới thiệu hiện tượng:

VI.1.1. Hiện tượng mặt trời giả là gì?

Đó là hiện tượng xuất hiện cùng một lúc hai hoặc ba hay nhiều “mặt trời” cùng một

lúc. Khi đồng thời xuất hiện 2 hoặc 3 mặt trời thì chỉ có 1 mặt trời thật còn lại là hư ảo

được gọi l mặt trời giả. Trong đó mặt trời thật sáng hơn các mặt trời giả. Mặt trời ảo

này thường xuất hiện trong lớp mây cuộn tròn. Loại mây cuộn này cách mặt đất

khoảng 6000 mét, nhiệt độ rất thấp.

Mặt trời giả thường xuất hiện theo cặp nhưng đôi khi, chỉ có một mặt trời giả xuất

hiện ở một trong hai phía của mặt trời thật. Chúng thường không có dạng tròn như mặt

trời, mà được kéo dài ra theo hình một giọt nước mắt với đỉnh nhọn hướng ra xa mặt

trời. Thông thường, ta thấy mặt trời giả vào khoảng sau giữa trưa hay sáng sớm, vào

cuối thu, suốt mùa đông và đầu xuân. Ở Alska, những hiện tượng này thường được

thấy vào lúc bình minh hay hồng hơn trong điều kiện trời nhiều sương.

Hiện tượng diễn ra lúc mặt trời ở gần chân trời, Sun dogs (Parhelia) gọi là mặt trời

giả là các vùng sáng ở rìa.

.

VI.1.2. Các nơi xuất hiện mặt trời giả:

Năm 1550, quân đội của Carl V (Charles Quint), tiến công thành Madrid, bao vây

thành này đến mức con chim bay không lọt. Đến tháng 4 năm thứ hai, đúng lúc trăm

họ đang lâm cảnh đói rét, trên trời xuất hiện cùng một lúc ba mặt trời, ba mặt trời trong

cùng ngày xếp thành một hàng, hai “mặt trời” ở hai bên còn mang theo “một thánh giá

thập tự” phát sáng. Hiện tượng thiên văn thần kì đó làm xôn xao cả thành, trăm họ

chạy đi chạy lại bảo nhau đều nói là “thượng đế sẽ đến cứu thành này”; kẻ xâm lược

thì vô cùng hoảng sợ, cho là “sự báo trước của ý trời”, hoàng đế Carl V hốt hoảng ra

lệnh rút quân, và như vậy là, ba “mặt trời” đã đuổi được quân xâm lược.

Page 51: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 50

Tháng 4 năm 1551 quân địch bao vây Magdeburg của nước Đức, bỗng nhiên trên

trời xuất hiện 3 mặt trời, kẻ địch cho rằng đây là điềm dữ bèn rút quân. Ngày 29 tháng

6 năm 1790 trên bầu trời ở ErosyBideburg bỗng nhiên xuất hiện 3 mặt trời và 2 vòng

tròn ánh sáng gồm 7 màu đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím tạo thành. Mùa xuân

năm 1948 trên bầu trời thành Poltava của Ukraine xuất hiện 2 mặt trời và đem theo 2

dải màu sặc sỡ bay trong không trung.

Hiện tượng thiên văn hiếm có này cũng đã xuất hiện ở

Trung Quốc. Tháng 7 năm 1964, ở Nội Mông đã xuất

hiện ba “mặt trời” các cụ giả ở địa phương cho biết tổ

tiên của họ cũng đã nhìn thấy hiện tượng trên. Mấy năm

gần đây, ở một số vùng của Trung Quốc lại liên tiếp xảy

ra hiện tượng trên. Ngày 19 tháng 2 năm 1986, dân

chúng thành Tây An ngạc nhiên thấy trên không xuất

hiện năm “mặt trời”. Theo ghi chép thì tháng 1 năm

1934 ở Tây An – Trung Quốc trong hai ngày liền đã

xuất hiện tới bảy “mặt trời”.

Vào lúc 3 giờ chiều ngày 14 tháng 11 năm 2007 tại thành phố Cáp Nhĩ Tân - Trung

Quốc xuất hiện cùng một lúc hai mặt trời, chúng tồn tai trong 40 phút, mặt trời giả

nằm ở phía nam mặt trời thật, từ từ mờ dần , mờ dần và khuất vào đám mây hồng và

cuối cùng biến mất.

Trung Quốc

Page 52: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 51

VI.2. Giải thích hiện tượng:

Hiện tượng thiên văn này tuy rất là hiếm nhưng

không thần bí, chúng đều là những hiện tượng quang

học bình thường. Hiện tượng này được nghiên cứu và

giải thích là do sự khúc xạ ánh sáng của các tinh thể bụi

đá trong các đám mây ở trên cao.

VI.2.1. Halo:

Xung quanh mặt trời có lúc xuất hiện một vòng, hai vòng và thậm chí rất nhiều

vòng ánh sáng, thông thường là dự báo sắp nổi gió lên hoặc thời tiết thay đổi. Loại

vòng sáng đó có khi ở xung quanh mặt trăng cũng có, đôi khi quanh các ngôi sao và

Long Beach, California ngày 25-02-1994

Wrightwood, California ngày 14-01-1998

Tháng 3, 1990 tại Wrightwood, California

03-11-2007, Arctic Ocean of Canada

Ngày 05-06-2008 ở Tampere, Finland

Churchill, Manitoba ngày 04-02-2007

Lowa - January 27, 2004

Page 53: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 52

hành tinh sáng như sao Kim, gọi là quầng sáng (halo). Quầng mặt trời, quầng mặt

trăng đơn giản thường thấy, nhưng quầng mặt trời, quầng mặt trăng phức tạp thì hiếm

thấy. Khi nhiều quầng tán xuất hiện và đan xen lẫn nhau, thì chỗ đan xen hình thành

một điểm vô cùng sáng, nhìn rất giống mặt trời, đó là mặt trời giả. Vì hiện tượng đan

xen này, mặt trời giả trông giống như mặt trời mang theo giá chữ thập.

Đối với người quan sát trên mặt đất cầu vồng có nhiều màu sắc hơn vầng hào

quang (halo). Nhưng halo xuất hiện với nhiều hình dạng khác nhau, một số trong đó có

một chút màu sắc. Đó là vì chúng được gây ra bởi tác động của ánh sáng mặt trời lên

hai pha khác nhau của nước: nước đá và nước. Ánh sáng mặt trời khi kết hợp với giọt

nước mưa sẽ tạo ra cầu vồng và khi kết hợp với tinh thể nước đá sẽ tạo thành halo. Vì

vậy, khi bạn thấy halo bạn biết rằng nước đá tinh thể đã hình thành nhưng muối đóng

băng không có khả năng này.

Hiện tượng vầng hào quang quanh mặt trời hay quanh mặt trăng được các nhà

thiên văn thu thập khá nhiều. Dưới đây liệt kê 10 cảnh chụp ở những nơi khác nhau

trên thế giới trong những năm gần đây:

Giải thích: Điều này xảy ra rất thường khi lớp mấy mỏng trên cao có chứa hàng triệu những tinh thể nước đá kết tụ che phủ gần kín bầu trời. Mỗi tinh thể nước đá là những mảnh gương nhỏ li ti. Vì phần lớn tinh thể này đều có hình cạnh lục giác dài và gần giống nhau, ánh sáng xuyên qua những mặt tinh thể này và bị bẻ góc 22 độ khi phản chiếu, tương ứng với đường kính của vầng hào quang. Hào quang mặt trời xảy ra ban ngày cũng tương tự như thế.

Moon halo ngày 21-04-2003 t ại Lansdowne, Pennsylvania, Hoa Kỳ.

Giải thích: Bầu trời tuyệt diệu được chụp ảnh gồm có vầng hào quang 22 độ cong, một vòng tròn phản chiếu toàn vẹn, một vòng cung quanh chân trời, và vòng cung chiều ngang.Một mô phỏng dùng computer bắt chước tấm hình rất hiếm có như trên đây. Mây che bới một phần ánh sáng chói lọi từ mặt trời. Ánh sáng phản chiếu qua nhưng mảng tinh thể nước đá hình lục giác đã tạo ra hình ảnh như thế. Những tinh thê đông đá ngoài tầng khí quyển cũng tạo nên sundogs và Moon halos (tạm gọi là "thiên cẩu" và "nguyệt lãng").

Ngày 04-08-2004 tại Germany Trier

Page 54: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 53

VI.2.2. Quầng sáng halo được hình thành như thế nào?

Bất kể quầng sáng đơn giản hay phức tạp, nguyên lí hình thành của chúng đều

giống nhau khi trên cao lạnh trên mặt đất, hơi nước kết tinh thành nhiều hạt băng nhỏ,

chúng trôi nỗi và phân tán trên không. Hình dạng mỗi hạt băng rất theo quy tắc, có hạt

Giải thích: Đôi khi dường như mặt trời được nhìn bằng một tấm kính to lớn. Trong tấm hình bên, thật sự có hàng triệu tâm gương bé nhỏ : những tinh thể nước đá . Khi nước đông lại trên từng khí quyện cao, những mảnh tinh thể dẹp, bé, hình lục giác tựu hình. Khi các tinh thể này rơi xuống đất, mỗi hạt giống như một tấm kính bé nhỏ, phản chiếu ánh sáng mặt trời cho chúng ta thây như thế. Tấm hình trên được chụp gần lúc mặt trời lặn trong tháng qua gần thành Nashville, Tennessee, Hoa kỳ. Phía sau những mái nhà và các ngọn cây, và bên trên đám mây thấp là cảnh hào quang tuyệt vời tạo nên bởi ánh sang mặt trời phản chiếu lên các tinh thể nước trên tầng khí quyển.

Ngày 09-03-2005 ở Nashville, Tennessee

Ngày 16-05-2008 ở Château de Chambord in

France

Nov 2006 ở Mt. Hopkins, Arizona

TPHCM, Việt Nam ngày 13-06-2008

Sun halo ngày 14-01-2002 ở Ames, Iowaa

Moon halo ngày 15-05-2000 ở San Sebastian, Spain

Moon halo ngày 13-03-2003 ở Caledon, Ontario, Canada

Ngày 11-04-2006 ở Gunlock, Utah

Page 55: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 54

là miếng mỏng hình sáu cạnh, có hạt hình trụ thẳng sáu cạnh (lục lăng). Sau khi ánh

sáng mặt trời hay mặt trăng chiếu vào các hạt băng nhỏ này, tia sáng lệch đi. Giống

như ánh sáng trắng sau khi đi vào lăng kính ba cạnh thì góc khúc xạ của tia đỏ nhỏ

nhất, góc khúc xạ của tia tím lớn nhất, phương hướng của mỗi tia đơn sắc đi vào mắt

bạn khác nhau, khiến bạn nhìn thấy màu sắc khác nhau. Khi trên trời có nhiều hạt băng

nhỏ và chúng được sắp xếp chỉnh tề, thì lúc các tia sáng màu với góc độ khác nhau đi

vào mắt bạn, sẽ làm cho bạn nhìn thấy một vòng màu lớn ngoài tím trong đỏ nó xoay

quanh mặt trời ở trung tâm hình thành quầng phổ thông.

Ta biết gặp lạnh ngưng kết thành những giọt nước nhỏ,

còn có khả năng ngưng kết thành vài loại tinh thể khác,

như hình chóp hai đầu nhọn, hoặc hình chóp có một đầu

nhọn. Những tia khúc xạ từ những lăng kính này rất phức

tạp. Có khi một tia tới có thể phân thành mấy tia phản

chiếu không cùng phương hướng, khi những tia phản

chiếu này đi tới mắt bạn sẽ làm cho bạn nhìn thấy nhiều

quầng tán; khi những quầng tán này đan xen với nhau sẽ

tạo thành những hiện tượng thiên văn phức tạp.

Dùng một phương pháp đơn giản có thể giúp bạn nhìn

thấy quầng tán. Ban đêm trước hết hãy tắt hết đèn trong

phòng, hà hơi khẽ vào kính, hơi nước sau khi gặp lạnh trên kính sẽ ngưng đọng lại

thành một lớp giọt nước nhỏ, đều. Từ trời tối đen đó nhìn qua lớp sương mù ấy ra một

ngọn đèn sáng ở nơi xa ở bên ngoài cửa sổ, bạn sẽ thấy xung quanh chiếc đèn giống

như một màu đó là quầng tán, nguyên lí hình thành nó giống như quầng tán trên trời,

chẳng qua là nó được hình thành khi tia sáng qua giọt nước khúc xạ lệch nên không

sáng bằng quầng trên không.

� Tinh thể băng:

Có rất nhiều dạng khác nhau của các tinh thể băng, hầu hết chúng đều có dạng lục

giác. Hình 13-2 biểu diễn đơn giản các dạng tinh thể băng quan sát được.

Platelet tạm dịch là dĩa đá giống như mặt phẳng có sáu cạnh (hình lục giác ). Nhờ

vào dạng đĩa mà platelet rơi với mặt dẹt song song mặt đất, giống như một tờ giấy

mỏng đang rơi.

Page 56: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 55

Hình 13-3 cho thấy chuyển

động rơi thông thường của một

platelet và một tia sáng điển

hình từ mặt trời chiếu qua.

Trên thực tế, nó dao động

quanh một trục nào đó. Những

đường đứt nét cho thấy nó là

một phần của một lăng kính

nước đá. Sáu cạnh thường là

các bề mặt tinh thể rất dẹt, và

những bề mặt tinh thể này có

thể dẹt hơn một mảnh thủy

tinh. Sự tán sắc ánh sáng giống

như lăng kính là nguyên nhân

gây ra quầng sáng, dĩ nhiên,

theo một cách phức tạp hơn.

Với rất nhiều những dĩa đá

này, tia sáng đỏ đến mắt bạn có

thể bị trộn lẫn với tia sáng cam

gần đó hay tia sáng vàng và

thậm chí là màu lục. Sự pha

trộn màu sắc này có thể tạo ra màu trắng giống như một bầu trời sương mù đơn thuần.

� Quầng sáng là kết quả của một số tính chất khác của lăng kính và góc khúc

xạ cực tiểu.

Với góc 600 ở đỉnh của 1

lăng kính được biểu diễn

bằng cách mở rộng các mặt

của tinh thể và hệ số khúc xạ

của tinh thể băng (n=1.31) ta

có thể tính toán được góc

lệch cực tiểu là 21.840.

Chi tiết hơn, người ta áp

Page 57: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 56

dụng chiết suất n= 1.306 đối với màu đỏ, n=1.317 đối với màu xanh dương tính toán

được góc 21.54° và 22.37° lần lượt tương ứng với các màu đó. Càng vào viền trong

quầng sáng sắc nét và đỏ dần với góc lệch cực tiểu cũng nhỏ dần và nó tạo thành từ

các tinh thể ở gần hơn theo hướng của mặt trời hoặc mặt trăng. Viền ngoài của quầng

sáng xuất hiện màu xanh nhưng ít đậm màu vì các bước sóng khác có thể khúc xạ ở

góc đó.

Sự phân chia màu sắc của ánh sáng trắng trong một lăng kính là kết quả của sự tán

sắc, sự biến thiên chỉ số khúc xạ của ánh sáng theo bước sóng. Chính điều này mang

lại màu sắc cho mặt trời giả.

Một lăng kính khúc xạ hình học là 1 minh chứng thích hợp cho sự tán sắc ánh sáng

và việc sử dụng các góc lệch cực tiểu cung cấp tốt nhất cho việc đo lường chỉ số khúc

xạ của một vật liệu. Lăng kính phản xạ thì được sử dụng cho việc xây dựng hoặc thay

đổi sự định hướng của một hình ảnh và tạo ra phản xạ toàn phần thay vì khúc xạ.

Ánh sáng trắng có thể bị chia cắt thành những màu sắc quang phổ của nó bởi sự tán

sắc qua lăng kính. Những lăng kính thì được đặc trưng bởi những góc lệch cực tiểu

Page 58: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 57

δ của nó. Độ lệch cực tiểu đạt được bằng cách điều chỉnh góc tới cho đến khi có tia

sáng xuyên qua lăng kính và song song với đáy của lăng kính.

� Ứng dụng sự khúc xạ áng sáng qua lăng kính đối với tinh thể băng hình lục

lăng nhỏ đặt trong không khí:

Kết quả của sự khúc xạ - quầng sáng 220 thường được quan sát ở vùng thuộc vĩ độ

bắc. Thực ra những tinh thể băng đó sẽ định hướng 1 cách ưu tiên theo chiều ngang

khi phần sáng hơn của quầng sáng 220 đổ ra theo chiều ngang cả hai bên của mặt trời,

những vùng sáng thường được gọi là mặt trời giả.

Nếu bạn có một lăng kính bằng thuỷ tinh hay nước đá và xoay nó quang trục, quang

phổ tốt nhất sẽ được tìm thấy khi bạn giữ lăng kính tại một góc thích hợp giữa tia tới

và bề mặt lăng kính. Xoay nó một chút về một trong hai bên, sự phân ly màu sắc sẽ

yếu đi và góc tăng lên. Người ta chứng minh được góc cực tiểu này có giá trị 22o.

Không có tia khúc xạ nào đi ra với góc lớn hơn 22o . Do vậy khi dĩa đá rơi và xoay

cùng một lúc, góc phân tách màu sắc lớn nhất là 22o từ mặt trời.

Mọi dĩa đá ở giữa quầng sáng và mặt trời đều khúc xạ với những góc lớn hơn 22o,

do vậy, phần bên trong quầng sáng thì tối hơn phần bên ngoài quầng sáng.

� Cấu trúc Halo:

Hình 13-4 cho thấy hai dạng phổ biến nhất của quầng sáng. Quầng sáng 22o được

hình thành ở những tinh thể băng nằm khá gần với người quan sát. Thông thường, tinh

thể băng nằm càng gần, quầng sáng càng rõ và sáng. Vòng tròn bao quanh mặt trời gọi

là Nhật hoa, thường được hình thành bởi giọt nước trong sương mù. Ở giữa quầng

sáng 22o và mặt trời, ta có cảm giác bầu trời trong hơn và xanh hơn bình thường. Đối

với người ở mặt đất, quầng sáng phổ biến nhất là quầng sáng 22o. Vòng tròn bao

quanh mặt trời này thường được nhận thấy rất rõ rệt.

Page 59: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 58

Không nên nhầm lẫn 22o halo với quầng sáng bao quanh mặt trời hay mặt trăng (tạo

ra do hơi nước hay tinh thể băng). 22o là số đo góc giữa halo và mặt trời hay mặt trăng.

Trải rộng bàn tay, duỗi cánh tay của bạn ra sau đó dùng ngón cái che mặt trăng lại,

ngón út của bạn lúc này sẽ cách mặt trăng khoảng 22o.(minh họa trong hình 13-4)

Vì hầu hết mọi người không nhìn lên trời nên chỉ những hiện tượng tương đối sáng

đến được mắt. Những người thường xuyên quan sát bầu trời chắc chắn sẽ nhìn thấy

những hiện tượng này. Hiện tượng này phổ biến nhiều nhất trong những tháng trời

lạnh vì những quầng sáng dễ quan sát nhất là do những tinh thể băng nằm gần người

người quan sát, và tầng đông đặc sẽ thấp hơn vào mùa đông. Trong thực tế, bạn ở càng

gần các tinh thể băng, thì các quầng sáng này càng phân biệt rõ với nhiều màu sắc rực

rỡ. Quầng sáng 22o được tạo ra do sự phản xạ ánh sáng qua những dĩa đá đang rơi và

dao động với một góc lớn khi chúng rơi.

Quầng sáng halo xuất hiện từ những lớp mây tầng chứa các tinh thể băng với nhiều

hình dạng khác nhau (hình 13-2) Vì vậy mà ỡ phía Bắc nước Mỹ, mưa hay tuyết

thường xuất hiện ngay sau hiện tượng này khoảng 85-90% cơ may nhìn từ mặt đất.

Nhưng theo thống kê, khi không có halo trong những tầng mây không có nghĩa là sẽ

không có mưa hay tuyết. Kích thước mặt trời trong trường hợp này được phóng đại lên

đáng kể.

Có rất nhiều những hiện tượng dạng này, thường hiếm khi thấy được từ mặt đất.

Chúng thường được quan sát dễ dàng hơn tại các tầng cao ( tầng máy bay bay)- tầng

nằm bên dưới tầng đông lạnh của khí quyển.Hình 13-5 cho ta thấy một tâp hợp những

Page 60: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 59

dạng khác nhau của halo được miêu tả và đặt tên trong nhiều năm qua. Tuy nhiên, trên

thực tế còn rất nhiều những halo khác, đặc biệt ở vùng trời đối diện với mặt trời. Về

mặt lý thuyết, có rất nhiều khả năng khác, tuy nhiên, chưa có tài liệu ghi chép và hình

ảnh về chúng. Thông thường ta có thể thấy chúng xuất hiện độc lập hay đi kèm vài

hiện tượng. Bên cạnh halo 22o, một halo khác cũng rất dễ nhận thấy là mặt trời giả.

Mặt trời giả xuất hiện do sự phản xạ ánh sáng qua những dĩa đá rộng hơn, thường có ở

tầng mây ti. Những dự đoán về mưa hay tuyết dựa theo hiện tượng mặt trời ảo thường

không chính xác. Khi mặt trời ở gần đường chân trời, mặt trời giả thường xuất hiện ở

góc 22o hai bên mặt trời và cùng độ cao với mặt trời. Khi mặt trời lên cao, góc giữa

mặt trời thực và mặt trời ảo sẽ lớn dần. Phần còn lại của hiện tượng rất khó quan sát

trên mặt đất, chúng thường được thấy khi ta bay trên tầng mây ti.

Halo 46o do ánh sáng khúc xạ đối với các dĩa đá xuyên qua những cột đá được hình

thành ỡ những nhiệt độ khác nhau. Cung tiếp tuyến thấp hơn và cung Parry rất hiếm

thấy được từ mặt đất.

Page 61: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 60

VI.2.3. Mặt trời giả hình thành như thế nào?

Những quầng sáng 220 xung quanh Mặt

Trời hay mặt trăng xuất hiện là do sự khúc xạ

ánh sáng qua tinh thể băng hình lục giác. Tại

các điểm trên vòng sáng này ở đường chân

trời thường mở rộng ra thành 2 vệt sáng. Ánh

sáng khúc xạ từ những điểm này có cường độ

sáng lớn hơn rất nhiều so với các phần còn lại

. Ánh sáng tại đó sáng chói v à kéo dài rất xa

ở đường chân trời giống như những cái đuôi

nên được gọi là sundogs - những chú chó theo

đuôi mặt trời. Sự trải dài này là do sự phản xạ

từ những cạnh thẳng đứng của tinh thể lục

Page 62: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 61

lăng c ủa nước đá. Ánh sáng nổi bật tại điểm giao nhau của đường chân trời và mặt

trời được giải thích là do sự định hướng ảo theo các phương ưu đãi của các tinh thể

nước đá. Sự định hướng này tuân theo hiệu ứng Bernully. Hiện tượng này do sự phản

xạ ánh sáng từ dĩa đá phẳng vốn rung chậm hơn khi chúng rơi. Chuyển động quay của

những bề mặt phẳng nhẵn làm chúng xuất hiện với hình dạng giọt nước mắt toả sáng

trực tiếp bên dưới Mặt Trời

Hiện tượng xảy ra trong điều kiện thật hoàn hảo: vòng halo rất sáng ở phía trong và

nhạt màu ở bên ngoài và vòng sáng mặt trời giả xuất hiện cùng lúc với vòng sáng halo

thường thấy tràn ngập không gian trong khoảng thời gian ¾ giờ. Chỗ giao nhau của 2

vòng sáng này hình thành mặt trời giả chói sáng có màu sắc như cầu vồng. Trái lại,

vòng sáng của mặt trời giả thì sáng trắng chứ không có sắc màu cầu vồng.

Sau khi hiện tượng kết thúc, tinh thể nước đá được kéo dài ra 8-12 mm và rơi thẳng

đứng xuống đất trong thời gian ngắn.

**************

Mặt trời giả ở Nam cực.

Ảnh chụp trên đảo Ross tại

Nam Cực tháng 11-1987

Page 63: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 62

Tài liệu tham khảo � Quang Học - TS. Nguyễn Trần Trác & TS. Diệp Ngọc Anh – NXB Đại Học

Quốc Gia TP. HCM – 2005.

� Vật Lí, Công Nghệ Và Đời Sống – Lê Nguyên Long & Nguyễn Khắc Mão –

NXB Giáo Dục – 2003.

� Giáo trình an toàn điện – Phan Thị Thu Vân – NXB Đại Học Quốc Gia TP.

HCM – 2002.

� Giai điệu bí ẩn & Con người đã tạo ra vũ trụ - Trịnh Xuân Thuận – NXB Khoa

Học và Kĩ Thuật – Năm 2000.

� Tìm hiểu vũ trụ - Trương Minh Xương (chủ biên) – NXB Trẻ - Năm 2000.

� Chinh phục vũ trụ - Lê Huy Hòa (chủ biên) – NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội –

Năm 2001.

� Bộ sách mười vạn câu hỏi vì sao? – Nguyễn Lân Dũng (chủ biên) – NXB Khoa

Học & Kĩ Thuật.

� Bách khoa toàn thư tuổi trẻ: Khoa học & kĩ thuật, phần 1 – NXB Phụ Nữ - Năm

2002.

� Bách khoa tri thức học sinh – Lê Huy Hòa (chủ biên) – NXB Văn Hóa Thông

Tin – Năm 2002.

� Hỏi đáp: Thiên văn học – Nguyễn Kim Dân – NXB Trẻ - Năm 2001.

� Bộ sách bổ trợ kiến thức: Chìa khóa vàng Vật Lí – Dương Quốc Anh (biên

dich) – NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội – Năm 1997.

� Các link từ các trang web:

• Http://www.bacbaphi.com.vn

• Http://thuvienvatly.info/forums

• Http://www.vitinfo.com.vn

• Http://www.vit.com.vn

• Http://www.wnrmag.com

• Http://www.vietnews24.com/news

•Http://www.tin247.com/7_hien_tuong_ky_thu_trong_tu_nhien_%282%29-13-

91783.html

•Http://www.khoahoc.com.vn/doisong/21757_Giai_thich_dac_diem_ky_thu_cua_may

_da_quang.aspx

Page 64: Nhung hien tuong vat ly tren bau troi

Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà

Trang 63

• Http://vatly.hnue.edu.vn

• Http://vietsciences.free.fr/RFI

• www.google.com.vn – Từ khóa “nhậtt thực, nguyệt thực”

• www.tuoitre.com.vn/khoa học

• Http://www5.ttvnol.com/forum/thienvanhoc

• Http://vatly.moohay.com

• Http://www.khoahoc.com.vn

• Http://forum.zing.vn

******************