Quỹ đạo đầy bất ngờ của Mặt trời - Gordon Williamson

Xem bài giảng chi tiết tại: http://ed.ted.com/lessons/the-sun-s-surprising-movement-across-the-sky-gordon-williamson

Giả sử bạn đặt máy chụp hình ở một vị trí cố định, chụp ảnh bầu trời vào cùng một thời điểm mỗi ngày trong vòng một năm, và đặt chồng các bức hình đó lên nhau. Quỹ đạo của Mặt trời sẽ ra sao trong bức hình đó? Một dấu chấm bất biến? Một quỹ đạo hình tròn? Cả hai đều không đúng. Kỳ lạ thay, nó tạo ra quỹ đạo hình số 8, được biết đến là quỹ đạo dịch chuyển của Mặt trời. Gordon Williamson sẽ giải thích tại sao trong bài nói này.

Bài giảng bởi Gordon Williamson, hoạt họa bởi TED-Ed.

Giả sử bạn đặt máy chụp hình
ở một vị trí không đổi,

để chụp hình bầu trời

tại cùng một thời điểm
mỗi ngày trong vòng một năm

và xếp tất cả bức ảnh
chồng lên nhau.

Mặt trời sẽ trông như thế nào
trong bức ảnh ghép đó?

Một dấu chấm tĩnh?

Một đường tròn?

Cả hai đều không phải vậy.

Kì lạ thay vị trí của mặt trời
tạo ra quỹ đạo mang hình số 8,

được biết đến là
quỹ đạo của mặt trời,

nhưng tại sao?

Chuyển động của trái đất
tạo ra các chu kì.

Đầu tiên, nó quay quanh trục
một lần mỗi 24 giờ,

tạo ra bình minh và hoàng hôn.

Cùng lúc đó, nó tạo nên 1 chu kì chậm hơn,

theo quỹ đạo quanh mặt trời
cứ khoảng 365 ngày.

Nhưng có 1 bất ngờ.

So với mặt phẳng quỹ đạo của nó,

trái đất không quay với
Bắc Cực ở hướng thẳng đứng.

Thay vào đó, trục của nó có
độ nghiêng không đổi là 23.4 độ.

Điều này được gọi là độ nghiêng
trục quay Trái đất, hoặc độ xiên.

23 độ nghiêng có vẻ không quan trọng,

nhưng đây là lí do chính mà
chúng ta có nhiều mùa khác nhau.

Khi trục này vẫn nghiêng
ở 1 hướng cố định

trong khi trái đất vẫn
quay theo quỹ đạo hằng năm

đã tạo ra những khoảng
thời gian dài mỗi năm

trong đó bắc bán cầu
nghiêng về mặt trời,

còn nam bán cầu
thì hướng về phía không có mặt trời

và ngược lại,

những gì ta cảm nhận được
là mùa hè và mùa đông.

Trong suốt mùa hè ở 1 bán cầu nhất định,

mặt trời hiện ra cao hơn trên bầu trời,
làm cho ngày dài và ấm hơn.

Mỗi năm 1 lần, độ lệch của mặt trời,

được tính bằng góc
giữa đường xích đạo

và vị trí trên trái đất
nơi mặt trời xuất hiện ngay bên trên

đạt đến giá trị tối đa.

Ngày này được gọi là hạ chí,
ngày dài nhất trong năm,

và cũng là ngày duy nhất mặt trời
xuất hiện ở nơi cao nhất trên bầu trời.

Vì vậy độ nghiêng
trục quay trái đất

phần nào giải thích tại sao mặt trời
thay đổi vị trí trên bầu trời

và độ dài quỹ đạo mặt trời

thể hiện toàn bộ 46.8 độ
trong độ lệch của mặt trời

trong suốt một năm.

Nhưng tại sao quỹ đạo nào này mang hình số
8 mà không là một đường thẳng?

Nguyên nhân là do một đặc điểm khác trong
sự quay vòng của trái đất,

đó là độ lệch tâm.

Quỹ đạo của trái đất xung quanh
mặt trời có hình elíp,

với khoảng cách giữa trái đất và
mặt trời thay đổi ở các điểm khác nhau.

Sự thay đổi tương ứng
trong lực hút trái đất

khiến trái đất di chuyển
nhanh nhất vào tháng 1,

khi trái đất gần với mặt trời nhất,
hay Điểm cận nhật,

và di chuyển chậm nhất
vào tháng 7,

khi trái đất và mặt trời
cách xa nhau nhất,

còn gọi là Điểm viễn nhật.

Độ lệch tâm của trái đất
cho thấy rằng mặt trời giữa trưa,

là khi mặt trời ở vị trí
cao nhất trên bầu trời,

không diễn ra ở một thời điểm
nhất định trong ngày.

Vì vậy, đồng hồ mặt trời
có thể đi sớm 16 phút,

hoặc trễ 14 phút so với
đồng hồ bình thường.

Thực tế, thời gian thực và thời gian mặt
trời chỉ trùng khớp 4 lần mỗi năm.

Độ rộng của quỹ đạo mặt trời
thể hiện độ chênh lệch thời gian này.

Vậy con người thời xưa biết được
thời gian chính xác bằng cách nào?

Trong lịch sự loài người,
xác định thời gian

dựa vào vị trí của mặt trời
là tương đối chính xác.

nhưng ở thời hiện đại,
sự chênh lệch thời gian

giữa đồng hồ nhân tạo
và mặt trời trở nên quan trọng.

Phương trình thời gian,
do Ptolemy giới thiệu,

và sau đó phát triển
bởi Johannes Kepler,

giúp chuyển đổi thời gian mặt trời thực
thành thời gian trung bình mà ta sử dụng.

Quỹ đạo mặt trời từng được
in trên những quả địa cầu

để giúp con người phân biệt
thời gian trung bình

và thời gian thực dựa vào
từng ngày trong năm.

Vị trí của quỹ đạo mặt trời
dựa vào vị trí của chúng ta trên trái đất

Nó có thể nghiêng một độ
nhất định dựa vào vị trí

vĩ độ của ta hoặc bị
đảo ngược khi ta ở nam bán cầu.

Và nếu ta ở một hành tinh khác

quỹ đạo có thể thay đổi hoàn toàn.

Dựa vào độ lệch tâm và
độ nghiêng trục của hành tinh

đường quỹ đạo mặt trời
có thể mang hình giọt nước,

hình oval,
hoặc thậm chí một đường thẳng.