Một nhật thực xảy ra khi Mặt Trăng di chuyển giữa Mặt Trời và Trái Đất, chặn ánh sáng đến từ Mặt Trời và tạo thành bóng của Mặt Trăng trên bề mặt Trái Đất.

Nhật thực chỉ xảy ra trong thời gian trăng mới.

Bóng của Mặt Trăng

Nếu bạn muốn quan sát một nhật thực, bạn phải ở trên đường đi của bóng Mặt Trăng. Bóng của Mặt Trăng có 3 phần riêng biệt:

  • Vùng bóng tối (Umbra): Là vùng trong cùng và là phần tối nhất của bóng Mặt Trăng. Ánh sáng Mặt Trời bị chặn lại ở những nơi có vùng bóng tối đi qua. Khi đứng ở trong vùng này, đĩa Mặt Trời sẽ không còn hiện diện nữa. Những người ở khu vực này sẽ quan sát được Nhật thực toàn phần.
  • Vùng bóng nửa tối (Penumbra): Là vùng ngoài cùng và là phần sáng nhất của bóng Mặt Trăng. Chỉ một phần của Mặt Trời bị che khuất ở những nơi có vùng bóng nửa tối đi qua. Đĩa Mặt Trời lúc này chỉ xuất hiện một phần. Những người ở khu vực này sẽ quan sát được Nhật thực một phần.
  • Vùng đối của vùng bóng tối (Antumbra): Vùng này nằm đằng sau vùng bóng tối. Nó chỉ xuất hiện trên bề mặt Trái Đất khi khoảng cách Mặt Trăng ở xa hơn. (Mặt Trăng di chuyển quanh Trái Đất theo quỹ đạo hình Elip. Tùy vào thời điểm trăng mới mà Mặt Trăng ở xa hay gần Trái Đất). Từ Trái Đất, Mặt Trăng xuất hiện nhỏ hơn và không thể che khuất hoàn toàn Mặt Trời, do đó rìa ngoài của Mặt Trời vẫn có thể nhìn thấy. Những người ở khu vực này sẽ quan sát được Nhật thực hình khuyên.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 1: Vùng bóng tối (umbra) của Mặt Trăng (Moon) ngăn không cho ánh sáng Mặt Trời (Sun) chạm đến bề mặt Trái Đất (Earth), trong khi vùng bóng nửa tối (penumbra) gây ra nhật thực một phần ở một vùng rộng lớn hơn. Ảnh: Timeanddate.

Phân loại nhật thực

Có 4 kiểu nhật thực và chúng được xác định bởi các vùng bóng của Mặt Trăng trên bề mặt Trái Đất.

  • Nhật thực toàn phần: Một nhật thực toàn phần xảy ra khi Mặt Trăng che khuất hoàn toàn Mặt Trời và hình thành các vùng bóng tối và bóng nửa tối trên bề mặt Trái Đất/ Một nhật thực toàn phần chỉ có thể diễn ra khi Mặt Trăng ở quanh cận điểm quỹ đạo. Bạn có thể quan sát được nhật thực toàn phần khi đứng ở trên đường di chuyển của vùng bóng tối của Mặt Trăng. Những người không ở vùng bóng tối nhưng nếu đứng ở vùng bóng nửa tối sẽ quan sát được nhật thực một phần.
  • Nhật thực một phần: Nhật thực một phần xảy ra khi Mặt Trăng không che khuất hoàn toàn đĩa Mặt Trời và chỉ hình thành vùng bóng nửa tối ở trên bề mặt Trái Đất.
  • Nhật thực hình khuyên: Nhật thực hình khuyên xảy ra khi vùng đối của vùng bóng tối xuất hiện trên Trái Đất. đĩa Mặt Trăng sẽ che khuất vùng trung tâm của đĩa Mặt Trời, để lộ vùng rìa ngoài của Mặt Trời có dạng như một chiếc nhẫn. Một nhật thực hình khuyên chỉ có thể xảy ra khi Mặt Trăng ở quanh viễn điểm quỹ đạo.
  • Nhật thực lai: Nhật thực lai rất hiếm khi xảy ra. Chúng xảy ra khi một nhật thực hình khuyên chuyển thành một nhật thực toàn phần.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 2: Tùy vào khoảng cách giữa Mặt Trăng (Moon) và Trái Đất mà trên bề mặt Trái Đất có thể có các vùng bóng tối (umbra), bóng nửa tối (penumbra), và vùng đối của vùng bóng tối (antumbra). Tùy vào vị trí người quan sát đúng ở vùng bóng tối, bóng nửa tối hoặc vùng đối của vùng bóng tối mà người quan sát có thể thấy được nhật thực toàn phần (A), nhật thực hình khuyên (B) hay nhật thực một phần (C). Ảnh: Wikipedia.

Nhật thực chỉ xảy ra ở kỳ trăng mới

Để hiện tượng nhật thực xảy ra, Mặt Trời, Mặt Trăng và Trái Đất phải nằm trên một đường thẳng hoặc gần thẳng - sự thẳng hàng này được các nhà thiên văn học gọi là syzygy. Điều này chỉ có thể xảy ra trong kỳ trăng mới.

Mặc dù một trăng mới là cần thiết cho nhật thực có thể xảy ra, thì nhật thực lại không xảy ra ở mọi kỳ trăng mới. Bởi vì mặt phẳng quỹ đạo của Mặt Trăng di chuyển quanh Trái Đất nghiêng một góc khoảng 5° so với mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất di chuyển quanh Mặt Trời (mặt phẳng hoàng đạo). Những vị trí nơi 2 mặt phẳng quỹ đạo này gặp nhau được gọi là điểm nút Mặt Trăng (lunar nodes). Nhật thực xảy ra chỉ khi một trăng mới diễn ra gần điểm nút này.

Mùa nhật - nguyệt thực

Mặt Trời cũng phải có vị trí gần điểm nút thì cả 3 vật thể này mới có thể đứng trên một đường thẳng hoàn hảo hoặc gần hoàn hảo. Sự sắp xếp này diễn ra 2 lần mỗi năm và thường kết thúc sau khoảng 34.5 ngày. Chu kỳ này được gọi là "mùa nhật - nguyệt thực" (eclipse season). Có khoảng 2 đến 3 lần nhật - nguyệt thực xảy ra trong mỗi mùa nhật - nguyệt thực.

Một tháng Mặt Trăng (tháng âm lịch) là chu kỳ từ lần trăng mới này đến lần trăng mới tiếp theo. Tháng Mặt Trăng dài khoảng 29 ngày và ngắn hơn so với mùa nhật - nguyệt thực. Do đó, sẽ có ít nhất 1 lần trăng mới và 1 nhật thực, ít nhất 1 lần trăng tròn và 1 nguyệt thực xảy ra trong mùa nhật - nguyệt thực. Điều này có nghĩa là nhật thực và nguyệt thực có xu hướng xảy ra theo từng cặp - một nhật thực luôn xảy ra 2 tuần trước hoặc sau 1 nguyệt thực.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 3: Minh họa 3D của một nhật thực, trong đó đường màu xanh lục là quỹ đạo của Mặt Trăng (Moon) xung quanh Trái Đất (Earth), đường màu xanh dương là quỹ đạo của Trái Đất xung quanh Mặt Trời (Sun). Nếu Mặt Trăng ở cận điểm thì sẽ xảy ra nhật thực toàn phần. Chỉ khi Mặt Trăng ở cùng phía với Mặt Trời  (trăng mới) thì mới có thể xảy ra nhật thực. Ảnh: Wikipedia.

Nhật thực xảy ra thường xuyên hơn nguyệt thực

Nếu bỏ qua các lần nguyệt thực nửa tối rất khó để nhận biết, thì số lần xảy ra nhật thực sẽ nhiều hơn nguyệt thực theo tỷ lệ khoảng 3/2. Bình quân một thế kỷ có thể có 240 nhật thực và khoảng 150 nguyệt thực.

Mặc dù rằng, đối với hầu hết mọi người, một nhật thực thì rõ ràng hiếm hoi hơn so với nguyệt thực. Có 2 lý do để giải thích nghịch lý này:

  • Chúng ta sống trên Trái Đất, là vật thể tạo ra bóng tối trong quá trình diễn ra nguyệt thực, do đó tất cả mọi người ở mặt tối của Trái Đất đều có thể quan sát được nguyệt thực. Đối với nhật thực, bạn phải đứng trên một dải hẹp là đường đi của bóng Mặt Trăng thì mới có thể nhìn thấy được hiện tượng này.
  • Nguyệt thực có xu hướng diễn ra với thời gian dài hơn so với nhật thực. Thời gian tối đa về mặt lý thuyết đối với một nhật thực toàn phần là khoảng 7 phút rưỡi, trong khi một nguyệt thực toàn phần có thể kéo dài đến 100 phút.

Thực tế vui: Tính bình quân, một nguyệt thực toàn phần có thể quan sát được từ bất kỳ vị trí nào sau mỗi 2.5 năm, trong khi phải mất đến 375 năm để có thể nhìn thấy một nhật thực toàn phần xảy ra tại cùng một vị trí cụ thể trên Trái Đất.

Có bao nhiêu nhật - nguyệt thực mỗi năm?

Hầu hết mỗi năm có khoảng 4 lần nhật - nguyệt thực, là con số tối thiểu của số lần nhật - nguyệt thực có thể xảy ra trong 1 năm. 2 trong số 4 lần nhật - nguyệt thực này phải là nhật thực. Trong 1 năm cũng có thể xảy ra đến 7 lần nhật - nguyệt thực, nhưng rất hiếm (5 lần nhật thực và 2 lần nguyệt thực, hoặc 2 lần nhật thực và 5 lần nguyệt thực).

Có thể có tối thiểu 2 và tối đa 5 lần nhật thực trong 1 năm. Ngoài số này, không có hơn 2 lần nhật nguyệt thực có thể là nhật thực toàn phần. Rất hiếp khi xảy ra 5 lần nhật thực trong cùng 1 năm.

Theo tính toán của NASA, chỉ có khoảng 25 lần trong số 5000 năm qua thế giới có 5 lần nhật thực trong cùng 1 năm. Lần cuối cùng đã xảy ra vào năm 1935, và lần tiếp theo sẽ là năm 2206, khi có 2 nhật thực toàn phần xảy ra vào tháng Mười Hai.

Nhật - nguyệt thực tương tự sau mỗi 18 năm

Nhật thực có xu hướng xảy ra theo chu kỳ, gọi là chu kỳ nhật - nguyệt thực. Các nhà thiên văn học và các nhà khoa học sử dụng chu kỳ nhật - nguyệt thực để dự đoán và tính toán các lần xảy ra trong tương lai của chúng. Một trong những chu kỳ nhật - nguyệt thực phổ biến nhất là chu kỳ Saros. Những người Babylonian cổ đại đã dùng nó để dự đoán nguyệt thực.

Chu kỳ Saros là một chu kỳ xấp xỷ 6585.3 ngày hay khoảng 18 năm, 11 ngày, và 8 giờ, và xảy ra dựa trên sự kết hợp của 3 chu kỳ mặt trăng:

  • Tháng mặt trăng (synodic month): thời gian giữa 2 lần trăng mới liên tiếp.
  • Tháng cận điểm (anomalistic month): thời gian giữa hai lần Mặt Trăng ở vị trí cận điểm liên tiếp.
  • Tháng rồng (draconic month): thời gian giữa hai lần điểm nút mặt trăng liên tiếp.

Hai nhật thực tách biệt bởi chu kỳ Saros có đặc trưng giống nhau: chúng xảy ra tại cùng một điểm nút Mặt Trăng, với Mặt Trăng ở gần như cùng một khoảng cách với Trái Đất. Nhật - nguyệt thực cũng xảy ra ở cùng thời gian trong năm gần như cùng thời gian trong ngày.

Nguồn: TimeAndDay

Author: Hien PHAN
Nguyên chủ nhiệm CLB Thiên văn Bách khoa - PAC (nay là CLB Thiên văn học Đà Nẵng - DAC); Nghiên cứu sinh ngành Vật lý thiên văn tại APC Laboratory, Paris Diderot University, Cộng hòa Pháp.

Bài viết xem nhiều