Chủ đề IV. Trái Đất và bầu trời

Mặt Trời phát ánh sáng, còn Trái Đất gần như có dạng cầu. Tại một thời điểm, phần bề mặt Trái Đất hướng về Mặt Trời được chiếu sáng và có ban ngày; phần khuất ánh sáng có ban đêm. Mô hình đèn và quả cầu giúp hình dung sự phân chia này. Kích thước và khoảng cách của mô hình thường không theo đúng tỉ lệ thực.

Trái Đất tự quay quanh trục theo chiều từ tây sang đông. Sự tự quay làm phần lớn các địa điểm lần lượt đi vào vùng được chiếu sáng rồi vùng tối, tạo luân phiên ngày đêm. Khoảng thời gian lặp lại một ngày theo Mặt Trời gần 24 giờ. Không nên giải thích ngày đêm hằng ngày chỉ bằng việc Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời.

Đối với người đứng trên mặt đất, Mặt Trời dường như di chuyển trên bầu trời từ phía đông sang phía tây trong ngày. Đây là chuyển động nhìn thấy chủ yếu do Trái Đất tự quay theo chiều ngược lại. “Mặt Trời mọc” và “Mặt Trời lặn” mô tả trải nghiệm quan sát; không có nghĩa Mặt Trời quay một vòng quanh Trái Đất mỗi ngày.

Không phải ngày nào Mặt Trời cũng mọc đúng hướng chính đông hoặc lặn đúng hướng chính tây ở mọi nơi. Thời điểm và vị trí mọc, lặn thay đổi theo địa điểm và thời gian trong năm. Độ dài ban ngày cũng không luôn bằng 12 giờ. Khi dùng mô hình đơn giản, cần biết nó giải thích nguyên nhân chung chứ chưa thể hiện hết những khác biệt này.

Bóng của một vật thẳng đứng có thể thay đổi hướng và độ dài theo vị trí nhìn thấy của Mặt Trời. Khi ánh sáng chiếu gần từ trên cao xuống, bóng thường ngắn hơn; khi ánh sáng thấp, bóng thường dài hơn. So sánh phải dùng cùng vật và vị trí. Thời điểm bóng ngắn nhất tại địa điểm quan sát không nhất thiết trùng đúng 12 giờ trên đồng hồ.

Tuyệt đối không nhìn trực tiếp Mặt Trời bằng mắt, kính lúp, ống nhòm hay kính thiên văn thông thường. Hoạt động phù hợp là quan sát bóng trên mặt đất hoặc dùng mô hình đèn theo hướng dẫn, tránh nguồn sáng nóng. Ghi ngày giờ, thời tiết và độ dài bóng, không suy đoán số liệu khi trời nhiều mây hoặc không nhìn rõ bóng.

Mặt Trăng là vệ tinh tự nhiên của Trái Đất, chuyển động quanh Trái Đất và đồng thời tự quay. Mặt Trăng không tự phát ánh sáng nhìn thấy như một ngôi sao; ta thấy phần bề mặt được Mặt Trời chiếu sáng phản xạ ánh sáng đến mắt. Vì vậy, hình dạng phần sáng ta quan sát có thể thay đổi dù bản thân Mặt Trăng không bị cắt bớt.

Trong điều kiện thông thường, Mặt Trời chiếu sáng khoảng một nửa Mặt Trăng. Khi Mặt Trăng chuyển động quanh Trái Đất, vị trí tương đối của Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng thay đổi. Người trên Trái Đất nhìn thấy những phần khác nhau của nửa được chiếu sáng. Đó là nguyên nhân các pha như lưỡi liềm, bán nguyệt và trăng tròn.

Ở pha không trăng, phần Mặt Trăng hướng về Trái Đất hầu hết không được Mặt Trời chiếu sáng, nên thường rất khó thấy. Khi trăng tròn, người quan sát thấy gần toàn bộ phần đĩa sáng. Giữa hai pha này có các pha trung gian. “Bán nguyệt” mô tả nửa đĩa sáng nhìn thấy, không có nghĩa Mặt Trời chỉ chiếu sáng một phần tư cả Mặt Trăng.

Các pha thông thường không phải do bóng Trái Đất che Mặt Trăng. Bóng Trái Đất chỉ liên quan đến nguyệt thực khi có sự thẳng hàng thích hợp. Không phải trăng tròn nào cũng có nguyệt thực vì quỹ đạo Mặt Trăng nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo Trái Đất quanh Mặt Trời. Trong bài lớp 6, cần phân biệt cơ chế pha với sự che khuất đặc biệt này.

Một chu kì pha, chẳng hạn từ không trăng đến không trăng tiếp theo, kéo dài khoảng 29,5 ngày. Thời gian Mặt Trăng đi một vòng quanh Trái Đất so với các sao khoảng 27,3 ngày; hai con số khác nhau vì Trái Đất cũng chuyển động quanh Mặt Trời. Sự tự quay đồng bộ khiến từ Trái Đất ta nhìn thấy gần như cùng một phía Mặt Trăng.

Có thể lập nhật kí bằng hình vẽ phần sáng, ngày giờ và hướng quan sát dưới sự hướng dẫn của người lớn. Mặt Trăng không chỉ xuất hiện ban đêm; có ngày nhìn thấy vào ban ngày khi điều kiện phù hợp. Không được nhìn gần hướng Mặt Trời bằng dụng cụ quang học để tìm Mặt Trăng. Nếu trời nhiều mây, ghi không quan sát được thay vì tự điền một pha.

Hệ Mặt Trời gồm Mặt Trời và các thiên thể chuyển động quanh nó, cùng các vệ tinh của những thiên thể đó. Mặt Trời là ngôi sao ở trung tâm theo mô hình học tập, cung cấp ánh sáng và năng lượng cho hệ. Lực hấp dẫn giữ vai trò trong chuyển động của các thiên thể. Hệ còn có các hành tinh lùn, tiểu hành tinh, sao chổi và nhiều vật thể nhỏ.

Tám hành tinh theo thứ tự từ gần Mặt Trời đến xa là Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất, Sao Hỏa, Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương. Trái Đất là hành tinh thứ ba. Dù tên tiếng Việt nhiều hành tinh có chữ “Sao”, chúng không phải ngôi sao tự phát sáng như Mặt Trời. Cần dựa vào bản chất thiên thể, không chỉ tên gọi.

Các hành tinh vừa chuyển động quanh Mặt Trời vừa có chuyển động tự quay. Quỹ đạo không phải những vòng tròn hoàn hảo, nhưng thường được vẽ gần tròn trong sơ đồ lớp học. Một vòng Trái Đất quanh Mặt Trời mất khoảng một năm, còn tự quay liên quan chu kì ngày đêm. Không nhầm hai loại chuyển động và khoảng thời gian tương ứng.

Hành tinh không tự phát ánh sáng nhìn thấy như ngôi sao; ta thấy chúng chủ yếu nhờ ánh sáng Mặt Trời được phản xạ. Vệ tinh tự nhiên chuyển động quanh hành tinh, ví dụ Mặt Trăng quanh Trái Đất. Không phải mọi hành tinh đều có cùng số vệ tinh. Sơ đồ quan hệ cần thể hiện Mặt Trăng thuộc hệ Trái Đất, đồng thời cả hệ này chuyển động quanh Mặt Trời.

Bốn hành tinh phía trong có bề mặt rắn nổi bật; bốn hành tinh phía ngoài lớn hơn nhiều và có cấu tạo khác các hành tinh đá. Ở mức bài học, cần nhận biết vị trí và tính đa dạng thay vì suy rằng hành tinh nào cũng giống Trái Đất. Sao Diêm Vương được xếp là hành tinh lùn, không tính vào danh sách tám hành tinh chính hiện nay.

Mô hình trên trang giấy thường không thể đồng thời giữ đúng kích thước và khoảng cách ở một tỉ lệ tiện nhìn. Vì vậy cần ghi “không theo tỉ lệ” nếu chỉ nhằm thể hiện thứ tự. Không đo hình minh họa rồi suy ra khoảng cách thật khi không có tỉ xích. Khi quan sát bầu trời, dùng lịch và hướng dẫn phù hợp, không nhìn Mặt Trời trực tiếp hoặc qua kính thông thường.

Khi quan sát bầu trời đêm ở nơi đủ tối và điều kiện thích hợp, có thể thấy một dải sáng mờ trải trên nền trời gọi là dải Ngân Hà. Dải sáng này không phải một đám mây thời tiết phát sáng. Nó liên quan ánh sáng của rất nhiều sao ở xa trong thiên hà mà hệ Mặt Trời của chúng ta thuộc về.

Ngân Hà là một thiên hà, một hệ rất lớn gồm nhiều sao, khí, bụi và các thành phần khác liên kết với nhau bởi lực hấp dẫn. Hệ Mặt Trời chỉ chiếm một phần nhỏ trong đó. Mặt Trời không nằm ở trung tâm Ngân Hà. Vì vậy không được đồng nhất “Mặt Trời ở trung tâm hệ Mặt Trời” với “Mặt Trời ở trung tâm toàn bộ vũ trụ”.

Mô hình chung của Ngân Hà có dạng đĩa với các nhánh xoắn và vùng trung tâm. Vì ta ở bên trong đĩa, nhìn theo những hướng có nhiều sao có thể thấy dải sáng dày hơn. Một hình vẽ thiên hà nhìn từ bên ngoài giúp hình dung cấu trúc, nhưng không phải ảnh chụp đơn giản từ một nơi gần Trái Đất nhìn toàn bộ Ngân Hà.

Trong vũ trụ còn có nhiều thiên hà khác ngoài Ngân Hà. Có thể sắp xếp quan hệ: Trái Đất thuộc hệ Mặt Trời; hệ Mặt Trời thuộc Ngân Hà; Ngân Hà là một thiên hà trong vũ trụ. Đây là quan hệ thuộc về, không phải các hộp có kích thước ngang nhau. Khoảng cách vũ trụ rất lớn nên mô hình trên giấy cần giản lược.

Số sao nhìn thấy trong một đêm phụ thuộc độ tối, mây, bụi, tầm nhìn và khả năng quan sát. Ánh sáng nhân tạo quá mạnh có thể làm khó thấy các sao mờ. Việc thấy ít sao ở thành phố không chứng minh khu vực vũ trụ phía trên có ít sao hơn theo cùng tỉ lệ. Cần phân biệt khả năng quan sát với số lượng thiên thể thật.

Hoạt động học tập phù hợp là xem bản đồ sao, ảnh khoa học có nguồn rõ hoặc quan sát bầu trời cùng người lớn ở nơi an toàn. Không ra nơi vắng, trèo cao hay tắt ánh sáng an toàn chỉ để nhìn sao. Khi báo cáo, ghi ngày giờ, hướng nhìn, thời tiết và hạn chế. Không tự khẳng định một điểm sáng là hành tinh, ngôi sao hay vệ tinh nếu chưa đối chiếu đáng tin cậy.