Nguyệt thực là gì? Nguyệt thực xảy ra do đâu? Bao lâu thì xảy ra một lần nguyệt thực? Đó là những câu hỏi sẽ được trả lời trong bài viết này.

Trước khi tìm hiểu về nguyệt thực, hãy dành một chút thời gian để tìm hiểu về Mặt Trăng, quỹ đạo, chu kỳ và các pha của nó.

Các pha Mặt Trăng

Mặt Trăng là một vật thể đá lạnh lẽo có đường kính khoảng 3476 km. Bản thân Mặt Trăng không tự phát sáng, chúng ta nhìn thấy Mặt Trăng sáng là do nó phản xạ ánh sáng Mặt Trời từ bề mặt. Mặt Trăng có quỹ đạo quanh Trái Đất khoảng 29,5 ngày. Khi nó di chuyển trên quỹ đạo quanh hành tinh của chúng ta, sự thay đổi vị trí của Mặt Trăng so với Mặt Trời khiến cho vệ tinh tự nhiên này lần lượt trải qua các pha: Trăng mới (sóc), trăng lưỡi liềm đầu tháng (trăng non), trăng bán nguyệt đầu tháng (trăng thượng huyền), trăng khuyết đầu tháng (trăng trương huyền tròn dần), trăng tròn, trăng khuyết cuối tháng (trăng trương huyền khuyết dần), trăng bán nguyệt cuối tháng (trăng hạ huyền), trăng lưỡi liềm cuối tháng (trăng tàn), cuối cùng là pha trăng tối (không trăng).

Hình 1. Các pha của Mặt Trăng.

Pha trăng mới thực tế không nhìn thấy được vì phần được chiếu sáng của Mặt Trăng đang hướng ra ngoài. Các pha còn lại đều quen thuộc với tất cả chúng ta khi mà chu kỳ Mặt Trăng lặp lại đều đặn hàng tháng.

Có nhiều nền văn minh cổ đại sử dụng chu kỳ tháng Mặt Trăng để đong đếm thời gian. Trong thực tế, một vài bộ lịch được xây dựng dựa trên các pha của Mặt Trăng. Lịch của người Do Thái cổ, Hồi giáo, Trung Quốc, và cả Việt Nam đều là lịch Mặt Trăng. Người Việt Nam thường gọi đó là âm lịch.

Pha trăng tròn thường được xem là pha của tình yêu và lãng mạn. Khi Mặt Trăng tròn, nó sẽ mọc khi Mặt Trời lặn, hiện diện suốt đêm dài, và lặn khi Mặt Trời mọc vào ngày hôm sau. Không có một pha Mặt Trăng nào có được đặc trưng này. Điều này xảy ra bởi vì Mặt Trăng ở vị trí đối diện với Mặt Trời trên bầu trời khi nó ở pha trăng tròn. Trăng tròn có ý nghĩa đặc biệt đối với hiện tượng nguyệt thực.

Hình 2. Vị trí của Mặt Trời, Trái Đất, và Mặt Trăng trong một nguyệt thực. Bóng tối của Trái Đất gồm hai thành phần: phần bóng tối và phần bóng nửa tối.

Phân loại nguyệt thực

Nguyệt thực, hay thiên thực của Mặt Trăng, chỉ có thể xảy ra vào dịp trăng tròn, và chỉ nếu Mặt Trăng đi qua một số vùng của bóng Trái Đất. Bóng này thực ra được cấu thành bởi hai thành phần hình nón, trong đó thành phần này nằm bên trong thành phần kia. Bên ngoài là vùng bóng nửa tối, là khu vực mà Trái Đất chỉ chắn được một phần ánh sáng Mặt Trời. Ngược lại, vùng bóng tối bên trong là khu vực Trái Đất chắn tất cả ánh sáng trực tiếp từ Mặt Trời trên đường đến Mặt Trăng.

Nguyệt thực nửa tối xảy ra khi Mặt Trăng đi vào vùng bóng nửa tối (Penumbra) của Trái Đất. Lúc này Mặt Trăng chỉ giảm độ sáng đi một chút.

Nguyệt thực một phần xảy ra khi Mặt Trăng chỉ có một phần ở vùng bóng tối của Trái Đất. Mặt Trăng bị che khuất một phần và dễ dàng quan sát được bằng mắt thường.

Nguyệt thực toàn phần xảy ra khi Mặt Trăng đi vào vùng bóng tối (Umbra) của Trái Đất và bị che khuất hoàn toàn. Khi nguyệt thực toàn phần xảy ra, ánh sáng đỏ từ Mặt Trời đi xuyên qua bầu khí quyển ở vùng rìa Trái Đất đến Mặt Trăng và Mặt Trăng phản xạ lại ánh sáng đỏ này khiến cho từ Trái Đất, chúng ta quan sát được một Mặt Trăng có màu đỏ tối mà người ta thường gọi một cách kỳ bí là trăng máu.

Nếu bạn thắc mắc vì sao Mặt Trăng có quỹ đạo quanh Trái Đất với chu kỳ 29.5 ngày nhưng tại sao nguyệt thực chỉ xảy ra ở pha trăng tròn? Và vì sao nguyêt thực lại không xảy ra mỗi tháng một lần lúc trăng tròn?

Để trả lời các câu hỏi này, chúng ta cần phải hiểu rằng Mặt Trăng có quỹ đạo quanh Trái Đất trên một mặt phẳng nghiêng 5 độ so với mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời. Điều này có nghĩa là Mặt Trăng dành hầu hết thời gian ở bên trên hoặc bên dưới mặt phẳng quỹ đạo Trái Đất. Việc xem xét đến mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất là rất quan trọng bởi vì bóng Trái Đất nằm chính xác trên cùng mặt phẳng quỹ đạo. Trong thời gian trăng tròn, vệ tinh tự nhiên của chúng ta thường đi qua bên trên hoặc bên dưới bóng Trái Đất nên không có hiện tượng nguyệt thực xảy ra. Nhưng có từ hai đến bốn lần mỗi năm, Mặt Trăng đi qua bóng nửa tối và bóng tối của Trái Đất, và do đó có một trong số ba phân loại nguyệt thực kể trên diễn ra.

Khi một nguyệt thực diễn ra, cư dân tại mặt đêm của Trái Đất có thể nhìn thấy được. Khoảng 35% nguyệt thực thuộc dạng nguyệt thực nửa tối, là loại nguyệt thực rất khó để nhận ra, ngay cả với kính thiên văn. 30% tiếp theo là nguyệt thực một phần, có thể nhận ra dễ dàng bằng mắt thường. 35% còn lại là nguyệt thực toàn phần, và đây là một sự kiện phi thường luôn được trông đợi.

Nguyệt thực khác Nhật thực như thế nào?

Nhật thực là một sự kiện thiên thực của Mặt Trời. Nó diễn ra khi Mặt Trăng đi ngang qua giữa Trái Đất và Mặt Trời. Điều này chỉ có khả năng xảy ra khi Mặt Trăng đang ở pha Trăng mới.

Tại sao Mặt Trăng có màu đỏ trong quá trình diễn ra nguyệt thực toàn phần?

Trong quá trình diễn ra nguyệt thực, Trái Đất chặn không cho ánh sáng Mặt Trời chạm đến Mặt Trăng. Các phi hành gia nếu đang đứng trên Mặt Trăng lúc này có thể nhìn thấy Trái Đất che khuất hoàn toàn Mặt Trời. (Họ sẽ nhìn thấy một vòng sáng màu đỏ xung quanh Trái Đất khi khi họ ngắm Mặt trời mọc và lặn diễn ra đồng thời khắp nơi trên thế giới!) Khi Mặt Trăng đang nằm hoàn toàn bên trong vùng bóng tối của Trái Đất, ánh sáng Mặt Trời gián tiếp vẫn có thể đến Mặt Trăng và chiếu sáng nó. Tuy nhiên, những tia sáng này trước hết phải đi xuyên sâu qua bầu khí quyển của Trái Đất và gần như bị lọc hết ánh sáng về phía xanh. Ánh sáng còn lại có màu đỏ thẫm hoặc màu cam và mờ đi nhiều so với ánh sáng Mặt Trời thuần khiết. Bầu khí quyển Trái Đất cùng đồng thời bẻ cong, hay khúc xạ một phần ánh sáng này chạm đến và chiếu sáng Mặt Trăng.

Pha toàn phần của nguyệt thực thực sự rất đẹp và thu hút chính xác bởi vì các hiệu ứng lọc và khúc xạ ánh sáng Mặt Trời của bầu khí quyển Trái Đất. Nếu Trái Đất không có bầu khí quyển, thì Mặt Trăng sẽ có một màu đen hoàn toàn trong quá trình nguyệt thực. Thay vào đó, Mặt Trăng có thể có màu sắc trong khoảng từ màu nâu tối cho đến đỏ và màu cam sáng cho đến vàng. Sự biểu hiện chính xác phụ thuộc vào lượng bụi và mây đang hiện diện ở bầu khí quyển Trái Đất.

Tất cả nguỵệt thực toàn phần đều bắt đầu với một nguyệt thực nửa tối, theo sau đó là một nguyệt thực một phần, và kết thúc bởi một nguyệt thực một phần và theo sau đó là một nguyệt thực nửa tối. Nguyệt thực toàn phần là giai đoạn ở giữa. Pha nửa tối của nguyệt thực rất khó để nhận ra, cho dù là với một chiếc kính thiên văn. Tuy nhiên pha một phần và toàn phần thì rất dễ để nhận biết và quan sát, cho dù là với mắt thường.

Hình 3. Nguyệt thực toàn phần ngày 31/1/2018. Ảnh: Huy Trần @VLTV.

Quan sát nguyệt thực

Không như nhật thực, nguyệt thực là sự kiện thiên văn hoàn toàn an toàn cho việc quan sát. Bạn không cần phải dùng đến bất kỳ loại kính lọc nào. Thậm chí bạn còn không cần phải dùng đến một chiếc kính thiên văn. Bạn có thể quan sát nguyệt thực hoàn toàn bằng đôi mắt trần. Nếu bạn có một cặp ống nhòm, nó sẽ giúp bạn phóng đại tầm nhìn và sẽ khiến cho Mặt Trăng màu đỏ máu trở nên sáng hơn và dễ nhìn hơn. Một cặp ống nhòm tiêu chuẩn 7x35 hoặc 7x50 là quá đủ cho quan sát nguyệt thực. Hãy nhớ mặc ấm và hưởng thụ thiên nhiên tuyệt vời.

Các nhà thiên văn học nghiệp dư có thể thực sự khiến buổi quan sát này trở nên có ý nghĩa. Dù rằng không thể dự đoán chính xác được độ sáng của Mặt Trăng trong quá trình diễn ra nguyệt thực. Màu sắc cũng có thể khác nhau từ màu xám tối cho đến nâu, đỏ, và màu cam sáng. Màu sắc và độ sáng phụ thuộc vào lượng bụi tồn tại bên trong bầu khí quyển Trái Đất trong quá trình nguyệt thực. Sử dụng thang đo độ sáng Danjon dành cho nguyệt thực, những người quan sát nghiệp dư có thể phân loại màu sắc của Mặt Trăng và độ sáng của nó trong pha toàn phần.

Một hoạt động khác cũng rất thú vị với dân nghiệp dư cần đến một chiếc kính thiên văn. Sử dụng một danh sách chuẩn về các miệng hố trên Mặt Trăng, bạn có thể đo đạc cẩn thận thời gian chính xác mà mỗi miệng hố bắt đầu đi vào và đi ra khỏi bóng nguyệt thực. Việc đo đạc thời gian các miệng hố này có thể được sử dụng để ước lượng sự mở rộng của khí quyển Trái Đất do bụi từ các thiết bị bay và tro núi lửa.

Tất nhiên, một nguyệt thực cũng là một đối tượng tuyệt vời dành cho nhiếp ảnh. May mắn thay, nhiếp ảnh nguyệt thực là khá dễ dàng nếu bạn có đủ các công cụ cần thiết.

Tần suất nguyệt thực và các lần nguyệt thực tiếp theo

Nguyệt thực nửa tối thường không được quan tâm bởi vì chúng rất khó để quan sát. Nếu chúng ta chỉ quan tâm đến nguyệt thực một phần và nguyệt thực toàn phần, vậy thì chúng có xảy ra thường xuyên không?

Trong quãng thời gian khoảng 5000 năm từ năm 2000 trước Công nguyên cho đến năm 3000 sau công nguyên, chúng ta có tổng cộng 7718 nguyệt thực. Thực tế thì số lần nguyệt thực trong một năm có thể nằm trong khoảng từ 0 đến 3 lần. Lần cuối cùng có 3 lần nguyệt thực toàn phần xảy ra trong một năm dương lịch là 1982. Các nguyệt thực một phần thì xuất hiện thường xuyên hơn.

Bảng dưới đây hiển thị danh sách các sự kiện thiên thực sẽ diễn ra cho đến năm 2020.

Tham khảo

  1. Espenak, F. (2009). MrEclipse. Lunar Eclipses for Beginners. Retrieved June 23, 2018.
  2. Time And Date AS. Eclipses in Hanoi, Vietnam. Retrieved June 23, 2018.
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.