Trái đất và các hành tinh hàng xóm, cùng các tiểu hành tinh, hành tinh lùn, thiên thạch, sao chổi... thuộc Hệ Mặt trời [Thái Dương hệ] với Mặt trời là trung tâm của hệ này. Các nhà thiên văn học sử dụng một đơn vị đo để đo khoảng cách giữa các thiên thể trong hệ Mặt trời, được gọi là AU [Astronomical Unit], hay nghĩa tiếng Việt là Đơn vị Thiên văn.
Khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời là 149.597.870.700 mét [149,6 triệu km].
Đơn vị thiên văn [AU] là khoảng cách từ Trái đất tới Mặt trời. Một đơn vị thiên văn bằng với khoảng cách từ Trái đất tới Mặt trời, là 149.597.870.700 mét [149,6 triệu km]. Các nhà thiên văn học sử dụng đơn vị này để đo khoảng cách giữa các thiên thể trong hệ Mặt trời. Thí dụ khoảng cách từ Mặt trời tới Mộc Tinh là 5,2 AU trong khi Hải Vương Tinh cách Mặt trời tới 30,07 AU.
Ở rìa ngoài cùng của Thái Dương hệ, đám mây Oort, nơi được cho là cái nôi của các sao chổi, cách Mặt trời 100.000 AU. Khoảng cách tới ngôi sao gần nhất, Proxima Centauri, xấp xỉ 250.000 AU. Tuy nhiên, để đo các khoảng cách xa hơn, giới thiên văn học đã sử dụng năm ánh sáng hay khoảng cách ánh sáng di chuyển được trong một năm của Trái đất – tương đương 63.239 AU. Vì vậy, theo quy đổi, Proxima Centauri nằm cách Mặt trời 4,2 năm ánh sáng.
Quỹ đạo hình elip
Tuy nhiên như bạn cũng đã biết, quỹ đạo của Trái đất xung quanh Mặt trời không phải là một đường tròn hoàn hảo tuyệt đối, nó là một hình ellip. Nên trong một năm, có lúc Trái đất tới gần Mặt trời, lúc thì lại ra xa.
Điểm trên quỹ đạo mà Trái đất tới gần Mặt trời nhất gọi là Điểm cận nhật, khoảng cách khoảng 146 triệu cây số và vào tháng 1 hằng năm Trái đất sẽ tới điểm này. Điểm trên quỹ đạo mà Trái đất xa ra Mặt trời nhất được gọi là Điểm viễn nhật, khoảng cách khoảng 152 triệu cây số và vào tháng 7 hằng năm Trái đất sẽ tới điểm này.
Đơn vị thiên văn [AU] là khoảng cách từ Trái đất tới Mặt trời.
Xác định các khoảng cách
Trong lịch sử đã ghi nhận, nhà thiên văn và toán học Aristarchus của [đảo] Samos người Hy Lạp là người đầu tiên đo khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời vào khoảng năm 250 trước Công nguyên. Và vào thời hiện đại, nhà thiên văn học Christiaan Huygens người Hòa Lan đã đo khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời vào năm 1653.
Ông Huygens sử dụng các pha của Kim Tinh để tìm kiếm các góc trong tam giác Kim Tinh - Trái đất - Mặt trời. Thí dụ, khi Kim Tinh xuất hiện lúc được Mặt trời rọi sáng một nửa, 3 thiên thể hình thành một tam giác đều nhìn từ Trái đất. Phỏng đoán kích thước của Kim Tinh [một cách vô tình nhưng lại chính xác], ông Huygens đã có thể xác định khoảng cách từ Kim Tinh tới Trái đất, và khi biết được khoảng cách đó, cộng với các góc của tam giác, ông đã có thể đo được khoảng cách tới Mặt trời. Tuy nhiên, vì phương pháp của Huygens một phần là sản phẩm mang tính suy đoán và không hoàn toàn dựa trên căn cứ khoa học nên không được tín nhiệm.
Năm 1672, nhà toán học và thiên văn học Giovanni Cassini người Ý đã sử dụng một phương pháp bao gồm cả thị sai, hay sai số góc, để tìm khoảng cách tới Hỏa Tinh và đồng thời tính toán ra khoảng cách tới Mặt trời. Ông đã gởi một người đồng nghiệp là Jean Richer tới vùng Guiana thuộc Pháp trong khi bản thân ông ở Paris. Họ đã đo đạc vị trí tương đối của Hỏa Tinh với các ngôi sao khác và lập lưới tam giác những kết quả đo đạc này với khoảng cách đã biết giữa Paris và Guiana. Một khi nắm được khoảng cách tới Sao Hỏa, họ cũng có thể tính toán được khoảng cách tới Mặt trời. Vì các phương pháp của Cassini mang tính khoa học hơn nên được tin cậy.
Phương trình mới
Với sự ra đời của tàu vũ trụ và radar, con người đã có trong tay những phương thức để đo đạc trực tiếp khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời. Định nghĩa về đơn vị thiên văn [AU] từng là “bán kính của một quỹ đạo tròn, không xáo trộn quanh Mặt trời của một hạt có khối lượng vô cùng nhỏ, di chuyển với chuyển động trung bình 0,01720209895 radian mỗi ngày [được gọi là hằng số Gaussian]".
Ngoài việc khiến mọi thứ trở nên khó một cách không cần thiết đối với các giáo sư thiên văn học, định nghĩa trên thực tế không phù hợp với học thuyết tương đối nói chung. Sử dụng định nghĩa cũ, giá trị của AU sẽ thay đổi dựa vào vị trí của người quan sát trong Thái Dương hệ. Nếu người quan sát ở trên sao Mộc sử dụng định nghĩa cũ để tính toán khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời, kết quả sẽ sai lệch so với con số tính toán được trên Trái đất khoảng 1.000 mét.
Hơn thế nữa, hằng số Gaussian phụ thuộc vào khối lượng của Mặt trời, và vì Mặt trời mất dần khối lượng khi tỏa ra năng lượng nên giá trị của AU thay đổi cùng với nó.
Tháng 8/2012, Hiệp hội Thiên văn học Quốc tế [IAU] chánh thức xác nhận con số 149.597.870.700 mét cho mỗi Đơn vị thiên văn. Con số này dựa trên tốc độ của ánh sáng, một khoảng cách xác định. Một mét được định nghĩa là khoảng cách mà ánh sáng di chuyển được trong một môi trường chân không trong 1 phần 299.792.458 giây.
Cập nhật: 24/02/2021
Sao Thủy nhỏ nhất trong gia đình Hệ mặt trời - Ảnh: Theosophy online
Hành tinh nhiều sắt nhất Hệ mặt trời
Sao Thủy là một trong bốn hành tinh cấu tạo bằng đất đá giống Trái đất, đồng thời cũng là hành tinh nhỏ nhất với đường kính chỉ khoảng 4.879,4km.
Con số này bằng 0,383 lần đường kính Trái đất và thậm chí còn nhỏ hơn vệ tinh Ganymede của sao Mộc và vệ tinh Titan của sao Thổ.
Sắt chiếm lượng lớn trong cấu tạo của sao Thủy. Đây cũng là hành tinh có nhiều sắt nhất trong Hệ mặt trời.
Cùng với sao Kim, sao Thủy không có vệ tinh tự nhiên, trong khi các hành tinh còn lại đều có vệ tinh quay quanh.
Biên độ nhiệt ngày đêm khoảng 600 độ C
Khí quyển sao Thủy vô cùng mỏng - Ảnh: NASA
Sao Thủy cũng là hành tinh gần mặt trời nhất trong 8 hành tinh, với khoảng cách khoảng 57,91 triệu km. Điều này cùng với khối lượng nhỏ làm cho khí quyển nó rất mỏng, không thể giữ nhiệt.
Do vậy mà biên độ nhiệt ngày và đêm trên sao Thủy lớn nhất trong Hệ mặt trời, ban đêm có thể xuống đến -173 độ C nhưng ban ngày lên tới 427 độ C. Tính ra biên độ nhiệt dao động giữa ngày và đêm lên đến 600 độ C.
Cũng do bầu khí quyển rất mỏng, sao Thủy không có các mùa trong năm như 4 mùa trên Trái đất.
Quỹ đạo của sao Thủy là một hình elip cực hẹp với bán kính trục chính 70 triệu km, bán kính trục phụ chỉ 46 triệu km. Đây cũng là một nguyên nhân gây chênh lệch nhiệt độ lớn cho sao Thủy.
Ngày dài bằng 2/3 năm
Một năm trên sao Thủy chỉ bằng 88 ngày trên Trái đất - Ảnh: NASA
Tốc độ quay quanh mặt trời của sao Thủy rất nhanh, khoảng 88 ngày Trái đất. Trong khi đó, sao Thủy cần khoảng 58 ngày Trái đất để tự quay quanh trục.
Như vậy, một năm ở sao Thủy quá nhanh, chỉ 88 ngày so với 365 ngày trên hành tinh chúng ta còn một ngày lại dài khủng khiếp, bằng khoảng 2 tháng Trái đất.
Nói cách khác, một ngày của sao Thủy dài khoảng 2/3 một năm.
Bề mặt như mặt trăng
Bề mặt sao Thủy lồi lõm như mặt trăng - Ảnh: NASA
Bề mặt sao Thủy có rất nhiều hố to nhỏ và lởm chởm như bề mặt mặt trăng. Phần lớn bề mặt sao Thủy được dung nham khô bao phủ.
Trên bề mặt hành tinh này xuất hiện nhiều vết nứt, hoặc những vách đá khổng lồ kéo dài trên một khu vực rộng lớn, trông giống các nấc thang khổng lồ. Trong đó, nấc lớn nhất dài hơn 1.000km và cao đến 3km.
Sao Thủy có lượng lớn miệng núi lửa trên bề mặt hơn bất kỳ hành tinh nào trong Hệ mặt trời. Điều đặc biệt là phần lớn các miệng núi lửa này được đặt tên theo các nhà văn, nghệ sĩ nổi tiếng.
'Thần đưa tin' của Hệ mặt trời
Thần Hermes trong thần thoại Hy Lạp
Con người biết đến sao Thủy từ rất sớm. 3.000 năm TCN, người Sume đã biết có sự hiện diện của sao Thủy. Vì sao Thủy nằm trong quỹ đạo Trái đất nên khi nhìn từ Trái đất chỉ có thể thấy vào rạng sáng hoặc chiều tối chứ không thể thấy vào ban đêm.
Người La Mã lấy tên thần Mercurius [người Hi Lạp gọi là thần Hermes] - vị thần liên lạc và đưa tin trong thần thoại, đặt cho sao Thủy. Có lẽ do người La Mã nhận thấy tốc độ nhanh của sao Thủy nên đặt tên như thế.
Rất khó 'làm quen'
Vệ tinh Messenger đã hoàn thành nhiệm vụ vào năm 2015 - Ảnh: NASA
Những hiểu biết về sao Thủy đến nay vẫn còn hạn chế do khó khăn trong việc tiếp cận hành tinh này. Tính đến nay chỉ mới có 2 tàu tham dò "mon men" chinh phục sao Thủy: một là tàu Mariner 10 trong giai đoạn 1974-1975, hai là tàu Messenger phóng lên vũ trụ ngày 3-8-2004.
Riêng tàu Messenger, sau khi tới quỹ đạo sao Thủy ngày 17-3-2011, tàu thực hiện nhiệm vụ quan sát, nghiên cứu thông tin lịch sử, địa chất của hành tinh nằm ở vị trí gần mặt trời nhất.
Messenger đã bay hết quãng đường 7,8 tỉ km trong hơn 6 năm để đến được sao Thủy và là tàu thăm dò vũ trụ đầu tiên thâm nhập được vào quỹ đạo sao Thủy.
Messenger bay quanh sao Thủy từ 2011-2015 và gửi về Trái đất hơn 280.000 hình ảnh trước khi kết thúc sứ mạng bằng cách đâm vào hành tinh này.
Khám phá sự sống ngoài Trái đất nhờ sao Thủy
TRỌNG NHÂN [Nguồn: Space.com, theplanets.org]