Mỗi ngành khoa học đều có hệ thống đơn vị đo lường riêng của mình, các đơn vị đo độ dài có những tiện ích khác nhau trong các lĩnh vực khác nhau. Ví dụ, các nhà khoa học vật liệu thường làm việc với độ dài cỡ micromet (10^-6 mét), những nhà vật lý nguyên tử thì lại làm việc với cỡ Angstrom (10^-10 mét), còn những người làm trong lĩnh vực vật lý hạt nhân thì thường tiếp xúc với thang đo cỡ Fermi (10^-15 mét) và tương tự như vậy…
Chắc chắn rằng việc chỉ sử dụng một đơn vị đo độ dài hay khoảng cách là mét chẳng thể áp dụng một cách thuận tiện cho tất cả các lĩnh vực của vật lý. Vậy nên tùy thuộc vào mỗi hệ thống đo lường và lĩnh vực nghiên cứu, chúng ta cần có những đơn vị riêng biệt.
Không như các hệ thống lượng tử, vũ trụ rất lớn, lớn đến mức mà đơn vị kilomet cũng trở nên thật bé nhỏ. Vậy có đơn vị đặc biệt nào trong lĩnh vực này không? Câu trả lời là CÓ! Các nhà thiên văn học đã phát triển một vài đơn vị đo khoảng cách mới và ba đơn vị chính mà bạn sẽ gặp trong hầu hết các quyển sách thiên văn học và đó chính là: Năm ánh sáng, Parsec và Đơn vị thiên văn (AU).
Đơn Vị Thiên Văn - AU (Astronomical Unit )
Đơn vị thiên văn là chính là khoảng cách trung bình từ Mặt Trời đến Trái Đất và giá trị chính xác của nó là 149,597,870,700 m. Chúng ta đều biết rằng quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời không phải là đường tròn mà là elip. Do đó, khoảng cách giữa hai thiên thể này cũng thay đổi quanh năm. Ban đầu, AU được định nghĩa là độ dài bán trục lớn quỹ đạo elip của Trái Đất. Nhưng vào năm 1976, định nghĩa này đã được Liên đoàn Thiên văn Quốc tế (IAU) chỉnh sửa để có độ chính xác cao hơn. Giờ đây, AU là bán kính quỹ đạo tròn không bị nhiễu loạn của một hạt có khối lượng vô cùng nhỏ với tâm là Mặt Trời và chu kỳ quỹ đạo là 365.2568983 ngày. Ngày nay, AU được dùng phổ biến để đo khoảng cách giữa các thiên thể trong một hệ sao như Hệ Mặt Trời, nhưng khi dùng cho khoảng cách liên sao, đơn vị này là quá nhỏ mà thay vào đó, parsec và năm ánh sáng sẽ được sử dụng.
Ảnh 1: Minh họa về đơn vị thiên văn
Năm Ánh Sáng
Năm ánh sáng định nghĩa đơn giản là quãng đường mà ánh sáng đi được trong một năm. Giá trị của nó vào khoảng 9.46 nghìn tỉ km hoặc 63241,077 AU. Từ năm ánh sáng, người ta còn suy ra cả giây ánh sáng, phút ánh sáng, và giờ ánh sáng. Với đơn vị này, việc mô tả khoảng cách giữa các thiên thể thuận tiện hơn nhiều so với các đơn vị như mét hay kilomet. Khi dùng đơn vị này, ta có thể dễ dàng để thấy được ánh sáng phải đi mất bao lâu để tới được chúng ta. Ví dụ như Mặt Trời cách chúng ta 500 giây ánh sáng, tức là ánh sáng từ bề mặt Mặt Trời mất 500 giây để tới Trái Đất, cũng tức là chúng ta thấy Mặt Trời của 500 giây trước. Từ điểm này, có thể thấy rằng thiên văn học là nghiên cứu về lịch sử của vũ trụ và không ai biết được chính xác điều gì đang và sẽ diễn ra trong vũ trụ này.
Ảnh 2: Khoảng cách đến các ngôi sao trong chòm Đại Hùng theo đơn vị năm ánh sáng
Parsec
Parsec là đơn vị đo khoảng cách có giá trị là 3.26 năm ánh sáng. Nhưng tại sao với sự khác biệt nhỏ như vậy lại cần tới đơn vị này trong khi đã có năm ánh sáng rồi? Để giải đáp câu hỏi này, chúng ta phải bắt đầu từ câu hỏi ‘Bản chất của parsec là gì?’. Đơn vị này xuất phát từ phương pháp thị sai, một phương pháp thường được dùng để xác định khoảng cách các sao, được định nghĩa là góc từ ngôi sao lên bán kính trung bình của quỹ đạo Trái Đất quanh Mặt trời. Từ đây, parsec được định nghĩa là khoảng cách từ Mặt Trời đến thiên thể có thị sai là 1 giây cung và giá trị của khoảng cách này, như đã nói ở trên là bằng 3.26 năm ánh sáng.
Ảnh 3: Phương pháp thị sai
Để biết thêm chi tiết, các bạn có thể tìm đọc bài viết của của VLTV về thị sai : Lịch sử và nguyên lý của kỹ thuật thị sai (parallax) đo khoảng cách các ngôi sao
Ngoài ra, cái tên parsec cũng từ định nghĩa này mà sinh ra, nó là viết tắt của parallax arcsecond. Trở lại với câu hỏi ban đầu ”Tại sao có năm ánh sáng rồi còn sinh ra parsec?”, thì đó là bởi vì dùng khi phương pháp thị sai để đo khoảng cách đến các ngôi sao, đơn vị parsec dùng thuận tiện và chính xác hơn nhiều so với năm ánh sáng. Ví dụ như nếu bạn nhìn thấy một ngôi sao có thị sai ½ giây cung thì nó cách xa 2 parsec, ⅓ giây cung thì là 3 parsec. Với những điểm mạnh của mình, parsec là một đơn vị đo lường rất quan trọng trong thiên văn học và giúp cho chúng ta hiểu được vũ trụ một cách rõ ràng hơn.
Tham Khảo
- Nakra, B. R., & Nakra, R. (2020, April 15). The Cosmic Distances: Concept Behind Light Year, Parsec & Astronomical Unit. The Secrets of the Universe.
