Giữa trái đất và mặt trăng tồn tại lực

TPO - Thủy triều là hiện tượng nước biển lên xuống trong một chu kỳ biến chuyển thiên văn. Thuỷ triều xảy ra do lực hút của mặt trăng tác động lên vỏ trái đất. Câu hỏi là tại sao mặt trăng xa trái đất như vậy mà vẫn có hiện tượng thủy triều?

Mặt trăng là thiên thể gần nhất so với Trái đất trong vũ trụ.  Khoảng cách trung bình giữa Mặt trăng và Trái đất là 384.400km.  Nếu như con người đi bộ từ Trái đất đến Mặt trăng thì phải mất khoảng thời gian là 9 năm. Nếu như đi phi thuyền vũ trụ thì mỗi lần đi về từ Trái đất đến mặt trăng phải mất hơn 7 ngày.

Sức hút lẫn nhau giữa Mặt trăng và Trái đất có xu hướng làm cho chúng xích lại gần nhau. Nhưng sức hút này được bù bằng lực quay ly tâm của Trái đất, cũng như của Mặt trăng, xung quanh tâm quán tính của chúng.

Ở tâm Trái đất, lực ly tâm và lực hút từ Mặt trăng bù nhau. Nhưng đây không phải là trường hợp tại một điểm nào đó trên mặt đất vì hai lực thay đổi theo chiều ngược nhau: một điểm càng xa trọng tâm của Trái đất - Mặt trăng, lực ly tâm mà nó phải chịu sẽ càng lớn, trong khi ngược lại, sức hút của Mặt trăng giảm theo khoảng cách.

Do đó, hai lực không bù nhau trên bề mặt của Trái đất và sự chênh lệch của chúng là nguồn gốc của thủy triều: ở điểm A, lực ly tâm không đủ để cân bằng với sức hút, vì vậy A có xu hướng dịch chuyển về phía Mặt trăng. Ngược lại, ở điểm B lực ly tâm lớn hơn so với lực của Mặt trăng, do đó, B có xu hướng rời xa nó. Đó là lý do trên Trái đất có hai lần thủy triều mỗi ngày.

Hiện tượng hút vi phân này tác động đến toàn bộ bề mặt của Trái đất, nhưng chỉ sự biến dạng của đại dương là dễ nhận thấy, còn vỏ Trái đất quá rắn nên hình dạng của nó khó thay đổi. Sự biến dạng này tăng lên khi Mặt trời nằm tháng hàng với Mặt trăng và Trái đất, khi ấy thêm vào hiệu ứng thủy triều riêng của nó. Chính vì vậy vào lúc trăng non và trăng tròn thủy triều là mạnh nhất.

 Clip nguồn youtube

Hàng ngày, có 2 lần thủy triều lên và 2 lần thủy triều xuống. Mỗi ngày thủy triều lại xuất hiện muộn hơn khoảng 1 giờ so với ngày hôm trước. Bởi mỗi ngày, Mặt trăng phải thực hiện một phần vòng quay luân chuyển xung quanh Trái đất nên Mặt trăng bị chênh 1 giờ mới trở lại đúng cùng một điểm cũ.

Biên đồ của thủy triều [độ chênh lệch mực nước biển khi thủy triều lên và xuống] rất khác nhau. Ở các đại dương, biên độ này là 1m, ở các biển kín và nhỏ thì ít hơn: khoảng 30cm, nhưng ở các cửa sông và eo biển có thể lên tới 17m.

Những điều thú vị về thủy triều

Trái đất quay quanh chính mình trong 24h còn mặt trăng cần đến 27,3 ngày để quay quanh Trái Đất. Dù ở bất cứ nơi nào trên trái đất, sau 24h, bạn cũng phải chờ trăng chuyển động thêm 50 phút thì mới lại thấy trăng lần nữa ở vị trí trực tiếp ngay trên đầu mình.

Trong cả 2 pha trăng mới mọc [tối, mặt trăng nằm giữa trái đất, mặt trời và được mặt trời chiếu sáng phía sau] và trăng tròn [sáng nhất, trái đất nằm giữa trăng và mặt trời], lực hấp dẫn lên trái đất là cao nhất, bằng tổng tác động của mặt trời lẫn mặt trăng. Điều này lý giải vì sao hiện tượng thủy triều có 2 thời điểm lên cao nhất là ngày trăng mới xuất hiện và ngày trăng tròn.

Khi trăng ở các pha lưỡi liềm [thấy được ¼] và trăng khuyết [¾], lực hấp dẫn của mặt trời và mặt trăng trên trái đất sẽ tạo thành một góc 45 độ. Khi tổng lực này đạt mức cao nhất, trái đất đang ở một vị trí nào đó giữa mặt trăng và mặt trời.

Thời gian để trái đất di chuyển tới vị trí này có thể nhanh hơn hoặc chậm hơn vài giờ so với khi mặt trăng lên cao nhất trên bầu trời. Vì vậy thủy triều dâng cao nhất sẽ xảy ra trước hoặc sau khi mặt trăng ở vị trí cao nhất trên trời.

 Clip nguồn youtube

Thủy triều cạn là thủy triều yếu nhất, xảy ra khi mặt trăng đang ở pha hay phần tư đầu tiên hoặc cuối cùng [thấy được ½], là lúc lực hấp dẫn của mặt trời và mặt trăng lên trái đất tạo thành góc 90 độ nên có thể loại trừ lẫn nhau gần như hoàn toàn.

Việc dự đoán thủy triều đôi khi sẽ khó khăn hơn vì mặt trăng không quay quanh trái đất trực tiếp ngay đường xích đạo mà quỹ đạo của trăng nghiêng một góc 5 độ so với mặt phẳng mà trái đất quay quanh mặt trời. Quỹ đạo tự quay quanh mình của trái đất cũng nghiêng 23,5 độ so với mặt phẳng này, tạo ra các mùa khác nhau.

Vì vậy mức thủy triều cao nhất trong mỗi ngày sẽ luôn ở trên hoặc dưới đường xích đạo. Đó là lý do vì sao thủy triều chỉ dâng cao một lần trong ngày tại những nơi có thủy triều.

Tại sao chúng ta lại phải đo thủy triều?

Việc xác định thủy triều giúp điều hướng trong ngành giao thông, vận tải hàng hải.

Khả năng dự báo của thủy triều, sự chuyển động nhanh của nước trong dòng chảy có thể cung cấp một nguồn năng lượng cho các cộng đồng sống dọc theo bờ biển bằng các nhà máy thủy điện.

Thủy triều cũng ảnh hưởng đến hệ sinh thái sinh vật biển, chúng cung cấp thức ăn, môi trường sống cho một số động vật ven bờ.

Việc thu thập số liệu thủy văn còn giúp chung ta nghiên cứu, đưa ra cảnh báo và bảo tồn các hệ sinh thái ven biển.

Châu Anh [t/h]

TPO - Mặt Trăng đột nhiên biến mất sẽ khiến mọi thứ trên Trái Đất bị đảo lộn như thủy triều thay đổi, thay đổi trục quay, gây ra động đất, sóng thần, biến đổi khí hậu...

Mặt Trăng là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất và là vệ tinh tự nhiên lớn thứ năm trong Hệ Mặt Trời. Khoảng cách trung bình tính từ tâm Trái Đất đến Mặt Trăng là 384.403 km, lớn khoảng 30 lần đường kính Trái Đất. Đường kính Mặt Trăng là 3.474 km, bằng 27% đường kính Trái Đất. Khối lượng Mặt Trăng khoảng bằng 2% khối lượng Trái Đất và lực hấp dẫn tại bề mặt Mặt Trăng bằng 17% lực hấp dẫn trên bề mặt Trái Đất. Mặt Trăng quay một vòng quanh Trái Đất với chu kỳ quỹ đạo 27,32 ngày. Điều gì sẽ xảy ra với trái đất nếu mặt trăng đột ngột biến mất?

Thủy triều sẽ dâng lên vào giữa trưa

Chúng ta đều biết, Mặt Trăng là nguyên nhân chính gây ra thủy triều trên Trái Đất. Nếu không còn Mặt Trăng, chu kỳ của thủy triều vẫn sẽ xảy ra nhưng khi đó nó sẽ hoạt động theo lực hấp dẫn của Mặt Trời.

Điều này có nghĩa là vào lúc giữa trưa mỗi ngày, khi Mặt Trời ở vị trí cao nhất thì thủy triều sẽ dâng lên. Và do Mặt Trời gây ra tác động tới thủy triều chỉ bằng khoảng 40% so với Mặt Trăng nên độ cao mực nước thủy triều lúc này sẽ chỉ còn bằng một nửa so với lúc Mặt Trăng còn tồn tại.

Núi lửa và động đất xuất hiện nhiều hơn

Nhờ lực hấp dẫn và quỹ đạo quay quanh Trái Đất của Mặt Trăng mà quỹ đạo Trái Đất ổn định trong rất nhiều năm qua [sự thay đổi là rất nhỏ không đáng kể]. Do vậy, nếu Mặt Trăng biến mất, quỹ đạo và cả chu kỳ tự quay quanh trục của Trái Đất sẽ mất bị ảnh hưởng.

Điều này sẽ khiến khí hậu trên Trái Đất thay đổi theo cách không thể lường trước, ảnh hưởng tới tập tục sống của các loài động vật và con người. Khi đó, nếu không thể thích nghi thì sinh vật trên Trái Đất sẽ không thể tiếp tục sinh tồn.

Mặt Trăng giúp Trái Đất quay quanh một trục nghiêng một cách ổn định. Nếu Mặt Trăng biến mất, Trái Đất sẽ luôn bị lắc lư gây ra các biến đổi về địa chất kéo theo nhiều vụ động đất cũng như núi lửa phun trào xảy ra.

Một ngày trên Trái đất sẽ chỉ còn từ 6-8 giờ

Sự ma sát thủy triều do Mặt Trăng gây ra có tác dụng giống như một chiếc phanh hãm tốc độ quay của Trái Đất. Nếu Mặt Trăng mất đi, theo tính toán của các nhà khoa học Trái Đất sẽ quanh nhanh hơn bây giờ tới 3-4 lần. Nghĩa là khi đó, một ngày ở Trái Đất sẽ không kéo dài 24 tiếng mà chỉ còn từ 6 đến 8 tiếng đồng hồ, mỗi năm chúng ta sẽ có khoảng 1.000 ngày.

Mặc dù nghe có vẻ hay ho, điều này lại cực kì quan trọng vì nó có thể ảnh hưởng xấu tới rất nhiều khía cạnh. Gió sẽ mạnh hơn, bão sẽ lớn hơn. Hậu quả quan trọng nhất có lẽ là sự tiến hóa của sinh vật trên hành tinh của chúng ta sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Với ngày và đêm diễn ra chỉ trong vòng vài giờ ngắn ngủi, không ai chắc chắn rằng cây cỏ và động vật có thể phát triển được, hay thậm chí không thể tồn tại.

Mùa

Ban đầu, trái đất nằm theo một trục thẳng đứng. Theo như thuyết tạo thành mặt trăng đề cập ở trên, khi thiên thạch khổng lồ đâm vào trái đất và tạo thành mặt trăng, nó làm cho trái đất sau đó nghiêng theo một góc 23.5 độ. Sau khi mặt trăng được hình thành, do lực hấp dẫn, nó làm cho trái đất luôn ổn định ở góc nghiêng này. Điều này lại vô cùng quan trọng vì đó là nguyên nhân giúp tạo ra các mùa và môi trường khác nhau trên trái đất.

Nếu mặt trăng không ở đó, trục của trái đất có thể thay đổi liên tục từ thẳng đứng sang ngang, và điều này sẽ chẳng mang lại điều gì tốt đẹp, bởi vì khí hậu sẽ thay đổi phụ thuộc vào trục của hành tinh, hậu quả là không sinh vật nào có thể sống sót được. Khi ở trục thẳng đứng, trên hành tinh sẽ không tồn tại khái niệm mùa. Thời gian giữa ngày và đêm sẽ ngang bằng nhau. Khi trục quá nghiêng, như Sao Thiên Vương nghiêng một góc 97 độ, chúng ta sẽ phải trải qua 42 năm liên tục có ánh sáng mặt trời, sau đó là 42 năm trong bóng tối và cứ như thế lặp lại.

Nói theo một cách khác thì nếu như không có mặt trăng, có thể trái đất vẫn là một hành tinh chết như các hành tinh khác. Hoặc cũng có thể sự sống trên trái đất đã tiến hóa theo một cách hoàn toàn khác, khi mà các loại sinh vật có hình dáng cũng như tập tính không hề giống như những gì chúng ta vẫn thấy.

Mặt trăng không tự phát sáng

Mặt trăng không có khả năng tự phát sáng, nó chỉ là một tấm gương phản chiếu ánh sáng Mặt trời. Năm 1969, hai nhà du hành vũ trụ Neil Armstrong và Buzz Aldrin đã đặt chân lên mặt trăng, họ đã khám phá ra rằng bề mặt Mặt Trăng có màu xám đen như bê tông. Do có bề mặt gồ ghề và gam màu tối như vậy nên Mặt trăng chỉ có thể phản chiếu từ 3% đến 12% ánh sáng Mặt trời.

Khi Mặt trăng ở vị trí đối diện với Mặt trời hay nói theo cách khác là khi kinh độ hoàng đạo của Mặt Trăng và Mặt Trời chênh nhau giá trí 180 độ, Mặt trăng sáng nhất. Khi đó, toàn bộ nửa Mặt trăng được Mặt trời chiếu sáng cho nên chúng ta có thể nhìn thấy toàn bộ nửa này từ Trái đất. Đó gọi là hiện tượng trăng tròn.

Khi Mặt trăng ở vị trí giữa Trái đất và Mặt trời, mặt chiếu sáng của Mặt trăng không quay về phía Trái đất nên chúng ta không thể quan sát được Mặt trăng từ Trái đất, hiện tượng này gọi là pha Trăng non.

Sao kim có khả năng phản chiếu ánh sáng Mặt trời lên đến 65%, do vậy, ngoài Mặt trăng thì sao Kim là thiên thể sáng nhất trên bầu trời đêm. 

Tại sao có thể thấy mặt trăng giữa ban ngày?

Mặt trăng xuất hiện vào ban ngày cũng nhiều như vào ban đêm. Chỉ có điều ban ngày mặt trời sáng hơn tất cả mọi thứ, sáng đến nỗi chúng ta không thể nhận ra mặt trăng ngay cả khi nó đang xuất hiện. Tuy vậy, vào ban đêm chị Hằng là thứ sáng nhất trên bầu trời.

Do mặt trăng di chuyển quanh trái đất trong một tháng, nên nó có mặt ở mọi vị trí trên bầu trời suốt 24 giờ. Diện tích bề mặt mặt trăng được nhìn thấy phụ thuộc vào tuần trăng, hay vào diện tích mà nó được ánh mặt trời chiếu tới tại một thời điểm nhất định.

Ban ngày trời sáng vì bầu khí quyển tán xạ ánh mặt trời, nhưng mặt trăng đủ gần và đủ to để phản chiếu đủ ánh mặt trời nên nó sáng hơn bầu trời xung quanh. Vì thế ta vẫn thấy mặt trăng. Song điều này không đúng với các vì sao.

Tuy vậy, một nhà du hành trên mặt trăng thậm chí vẫn có thể nhìn thấy các vì sao khi mặt trời đang mọc, bởi vì mặt trăng không có bầu khí quyển để phân tán ánh mặt trời và làm sáng loá bầu trời ban ngày.

Châu Anh [tổng hợp]