Phần nào của Trái Đất là ban ngày
|
Trái Đất quay quanh trục sinh ra ngày và đêm là điều mà giờ đây có lẽ đa số trẻ em học tới hết tiểu học là đều biết. Lý do của việc này là vì ánh sáng ban ngày của chúng ta có được nhờ Mặt Trời, mà Mặt Trời thì chỉ có thể chiếu sáng được một nửa bề mặt Trái Đất. Nhờ sự tự quay mà khu vực được chiếu sáng của Trái Đất liên tục có sự luân chuyển, khi khu vực này là ban ngày thì khu vực khác là đêm và ngược lại. Chu kỳ ngày-đêm này trên Trái Đất có độ dài là 24 giờ, trong thiên văn học gọi là "ngày Mặt Trời" (Solar day). Trên thực tế, phát biểu về ngày và đêm của Trái Đất như trên cần hiểu đầy đủ là: Trái Đất quay quanh trục sinh ra chu kỳ 24 giờ ngày-đêm. Vậy Trái Đất không tự quay thì có ngày và đêm không? Ngày và đêm đối với một thiên thể được hiểu là sự luân phiên giữa thời gian được chiếu sáng và thời gian không được chiếu sáng (khác với ngày Mặt Trời hay ngày sao (sidereal day) trong quy ước thiên văn chỉ đơn giản là độ dài của khoảng thời gian hoàn thành một chu kỳ tự quay). Nếu Trái Đất không có bất cứ chuyển động nào khác ngoài chuyển động tự quay thì khi đó việc Trái Đất được chiếu sáng sẽ giống như một quả địa cầu làm mô hình trong một căn phòng tối được chiếu sáng bởi một chiếc đèn pin (hình dưới). Chỉ khi quả địa cầu quay thì những khu vực khác nhau trên mặt cầu mới lần lượt nhận được ánh sáng. Còn khi nó không quay thì hiển nhiên sẽ có một nửa mặt cầu không bao giờ nhận được ánh sáng. Vấn đề là, Trái Đất còn chuyển động quanh Mặt Trời. Nhiều người sai lầm khi cho rằng Trái Đất luôn hướng cùng một phía về Mặt Trời cho dù nó không còn sự tự quay. Quan niệm này có thể tạm chấp nhận ở phạm vi hình học nhất định, nếu lấy Mặt Trời làm gốc toạ độ và đường nối Trái Đất - Mặt Trời là trục chính của hệ toạ độ. Trong trường hợp đó thì thậm chí chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời cũng coi như không còn tồn tại nữa, vì trong hệ quy chiếu đó thì Trái Đất vẫn bất động so với Mặt Trời. Rất tiếc, vật lý thì không chấp nhận kiểu đặt hệ quy chiếu đó vì phân bố vật chất của Mặt Trời, Trái Đất cũng như quỹ đạo của Trái Đất đều không hoàn hảo, và hơn thế nữa chúng ta còn chịu sự ảnh hưởng của các thiên thể khác. Trong vật lý thiên văn, hệ quy chiếu chuẩn nhất khi xét chuyển động của Trái Đất và các hành tinh là dựa trên nền trời sao ở xa (thực tế chúng có thay đổi nhưng cực kỳ chậm, nếu chỉ xét vài năm hay thậm chí vài thế kỷ thì có thể coi là không có thay đổi nào). Xét trên hệ quy chiếu đó thì nếu như Trái Đất luôn hướng cùng một mặt về phía Mặt Trời có nghĩa là nó tự quay được một vòng cùng lúc với hoàn thành được một vòng quỹ đạo. Hiện tượng như vậy gọi là "khoá triều" (hay khoá thuỷ triều - tidal locking). Mặt Trăng là ví dụ điển hình, nó bị khoá triều với Trái Đất và luôn hướng cùng một mặt về phía Trái Đất - nhưng không có bất cứ nhà thiên văn nào cho rằng như thế là không tự quay. Trong căn phòng có một quả địa cầu được một bóng đèn chiếu sáng, hãy giữ nguyên không cho địa cầu quay nhưng di chuyển nó quanh bóng đèn (một bóng đèn tròn là lý tưởng vì với đèn pin thì bạn sẽ phải xoay đèn pin theo). Khi đó lần lượt những khu vực khác nhau trên quả địa cầu sẽ được chiếu sáng. Khi bạn hoàn thành hết một chu kỳ quỹ đạo, tức là địa cầu trở về vị trí ban đầu sau khi đi một vòng quanh bóng đèn, bất cứ điểm nào trên bề mặt của nó đã có một nửa chu kỳ được chiếu sáng liên tục và nửa còn lại là tối liên tục. Việc tương tự như vậy xảy ra với Trái Đất. Có nghĩa là nếu như Trái Đất không tự quay, vẫn sẽ có sự thay đổi tuần hoàn về thời gian chiếu sáng. Điểm khác biệt so với thực tại của chúng ta là trong điều kiện đó chúng ta sẽ có 6 tháng được chiếu sáng liên tiếp và 6 tháng hoàn toàn là đêm tối. Nhiệt độ khi bị chiếu sáng liên tiếp sẽ nóng khủng khiếp, nhất là ở những khu vực gần xích đạo. Ngược lại, khi bị ngừng chiếu sáng liên tiếp trong 6 tháng, nhiệt độ sẽ thoát vào không gian và vùng bề mặt không được chiếu sáng sẽ cực kỳ lạnh. Không một sinh vật nào có thể tồn tại trong môi trường khắc nghiệt và có sự thay đổi với biên độ nhiệt độ lớn như thế. Có lẽ, những sinh vật may ra có thể tồn tại được ở môi trường đó sẽ phải di cư liên tục để luôn sống ở gần vùng giao giữa phần chiếu sáng và phần không được chiếu sáng. Có thể xem hình ảnh so sánh giữa hiện tượng khoá triều và việc Trái Đất thực sự không tự quay dưới đây. Hình ảnh người quan sát được sử dụng để cho thấy rõ sự quay của Trái Đất trong tình huống thứ nhất và ngược lại trong tình huống thứ hai. Tính thực tế của bài toán: Mọi thiên thể lớn trong vũ trụ gồm các hành tinh, sao, thiên hà, ... đều có sự tự quay do chênh lệch hấp dẫn trong bản thân chúng, đồng thời nhận momen từ giai đoạn hình thành ban đầu. Do đó tình huống được đưa ra trong bài toán này chỉ có tính lý thuyết, không thể xảy ra trong thực tế, ngay cả ở những nơi khác trong vũ trụ.  Hình minh họa: Tại sao có ban ngày và ban đêm. Bách Khoa Tri Thức (Nguồn ảnh: Internet) Để nói rõ tại sao có ban ngày và ban đêm, trước hết chúng ta hãy làm một thực nghiệm nho nhỏ. Bạn chuẩn bị cho một cái đèn pin làm mặt trời, một quả bóng da làm trái đất. Cho quả bóng da quay tít, mặt quả bóng da quay về phía ánh sáng đèn pin thì sáng, ấy là “ban ngày”, mặt bên kia ánh sáng đèn pin không rọi được là đêm tối. Quả cầu da tiếp tục quay, ở mặt ánh sáng đèn pin không rọi được lúc đầu sẽ quay về phía trước, trở thành ban ngày và được rọi sáng; còn bề mặt được rọi ánh sáng lúc đầu quay về phía sau trở thành “ban đêm” không được rọi ánh sáng. Vị trí của ánh sáng đèn pin không thay đổi, quả cầu da cứ tiếp tục quay, sẽ xuất hiện hiện tượng ban ngày và ban đêm không ngừng đan xen nhau. Trái đất là một khối tròn rất lớn, quay không ngừng, tự nó không phát ra ánh sáng. Khi Đông bán cầu quay về phía mặt trời, được ánh sáng mặt trời chiếu sáng là ban ngày. Tây bán cầu do ở về phía sau mặt trời, không được ánh sáng mặt trời chiếu sáng, tức là ban đêm. Trái đất không ngừng quay, quay mãi nên ban ngày, ban đêm không ngừng thay thế cho nhau. Phía mặt trời mọc là hướng Đông, phía mặt trời lặn là hướng Tây, phía chỉ về phía sao Bắc Đẩu là hướng Bắc, phía đối diện với sao Bắc Đẩu là hướng Nam. Trái đất không ngừng quay quanh trục trái đất theo hướng từ Tây sang Đông, quay một vòng mất 24 tiếng đồng hồ, là một ngày. Thí dụ hôm nay mặt trời chiếu sáng đúng ngay chỗ chúng ta ở, là đúng 12 giờ trưa ban ngày, qua ngày hôm sau khi mặt trời chiếu sáng ngay đúng chúng ta, vẫn là 12 giờ trưa ban ngày, thời gian đi qua giữa khoảng thời gian đó là 24 tiếng đồng hồ. Do thời gian cần thiết cho sự thay đổi giữa ban ngày và ban đêm tương đối ngắn, nên mặt đất được tăng nhiệt ban ngày không nóng lắm và ban đêm cũng không đến nỗi lạnh lắm. Có vậy con người, muông thú, cỏ cây mới sống nổi. Từ Khóa: Tại sao có ban ngày và ban đêm || Bách Khoa Tri Thức || Khám phá thế giới
Đề bài Trái Đất không tự phát sáng mà được chiếu bởi Mặt Trời. a) Vì sao Mặt Trời chỉ chiếu sáng được một nửa Trái Đất? b) Phần nào của Trái Đất sẽ là ban ngày? Phần nào của Trái Đất sẽ là ban đêm?
Phương pháp giải - Xem chi tiết
Trái Đất tự quay quanh trục của nó từ tây sang đông. Lời giải chi tiết a) Mặt Trời chỉ chiếu sáng được một nửa Trái Đất vì Trái Đất có dạng hình cầu. b) Phần được Mặt Trời chiếu sáng là ban ngày, phần không được chiếu sáng là ban đêm. Loigiaihay.com Ban ngày vùng cực hay mặt trời lúc nửa đêm là một hiện tượng tự nhiên diễn ra tại các địa điểm có vĩ độ nằm ở phía bắc của vòng Bắc Cực cũng như ở các địa điểm có vĩ độ ở phía nam của vòng Nam Cực khi Mặt Trời vẫn còn được nhìn thấy vào thời gian ban đêm tại các địa điểm đó. Khi có thời tiết tốt, Mặt Trời được nhìn thấy liên tục 24 giờ mỗi ngày. Số lượng ngày với mặt trời lúc nửa đêm trong mỗi năm tăng dần lên khi người ta tiến sát lại gần hơn về phía cực của Trái Đất.
Do hiện tại không có điểm định cư nào của con người ở phía nam của vòng Nam cực, nên vùng lãnh thổ của các quốc gia với dân cư quan sát được hiện tượng tự nhiên này chỉ là những vùng lãnh thổ nào nằm phía trên vòng Bắc cực, nghĩa là thuộc các vùng đất thuộc Hoa Kỳ (vùng Alaska), Canada, Đan Mạch (vùng Greenland), Na Uy, Thụy Điển, Phần Lan, Nga, rìa phía bắc của Iceland. Khoảng một phần tư lãnh thổ của Phần Lan nằm ở phía bắc của vòng Bắc Cực và ở điểm xa nhất về phía bắc của đất nước này thì Mặt Trời không lặn trong 73 ngày liên tục trong mùa hè. Tại Svalbard, khu vực xa nhất về phía bắc có cư dân sinh sống thuộc Na Uy, Mặt Trời không lặn từ khoảng ngày 19 tháng 4 tới ngày 23 tháng 8 hàng năm. Tại các điểm gần sát với hai cực thì Mặt Trời có thể được nhìn thấy liên tục trong vòng khoảng nửa năm. Hiện tượng này được ghi nhận ở cả hai vùng cực (Bắc và Nam), nhưng tại các khoảng thời gian chênh lệch nhau ở hai vùng này khoảng 6 tháng. Hiện tượng tự nhiên ngược lại, ban đêm vùng cực, diễn ra về mùa đông khi Mặt Trời nằm dưới đường chân trời trong suốt cả 24 giờ liên tục mỗi ngày.[1][2] Do độ nghiêng trục quay của Trái Đất khoảng 23° 27', nên về mùa hè của một trong hai bán cầu thì thời gian ban ngày (khoảng thời gian có ánh sáng từ Mặt Trời) sẽ tăng dần lên theo sự tăng lên của vĩ độ (theo giá trị tuyệt đối, nếu coi các vĩ độ ở Nam bán cầu có dấu âm) và đến một giá trị nhất định của vĩ độ thì Mặt Trời sẽ không lặn trong một số ngày nhất định. Độ dài thời gian có mặt trời lúc nửa đêm tăng lên từ 1 ngày tại vòng cực (vĩ độ 66° 33') tới khoảng 6 tháng tại cực. Tại các vĩ độ như thế, thông thường người ta gọi hiện tượng này là ban ngày vùng cực.[3] Tại hai cực bắc và nam của Trái Đất thì Mặt Trời chỉ mọc và lặn có một lần mỗi năm. Trong vòng 6 tháng khi Mặt Trời nằm phía trên đường chân trời tại các cực thì nó chuyển động liên tục xung quanh đường chân trời, đạt đến vòng tròn chuyển động cao nhất của nó trên bầu trời vào sát thời điểm hạ chí tại mỗi cực. Do hiện tượng khúc xạ nên mặt trời lúc nửa đêm có thể thấy tại các vĩ độ thấp hơn đáng kể so với vòng cực, mặc dù nói chung không vượt quá 1 độ (phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết tại mỗi địa phương). Ví dụ, người ta có thể nhìn thấy mặt trời lúc nửa đêm tại một số vùng thuộc Iceland, mặc dù phần lớn lãnh thổ của nó nằm dưới vòng Bắc cực một cách đáng kể (đảo Grímsey là ngoại lệ). Ngay cả những vùng xa nhất về phía bắc của Scotland (và những nơi nào có cùng vĩ độ) cũng có "hoàng hôn" lờ mờ trên bầu trời phương bắc vào khoảng thời gian này.[4][5] Các vị trí nằm trong khoảng từ khoảng vĩ độ 60 trở lên nhưng ở phía nam vòng Bắc cực hay phía bắc vòng Nam cực thay vì có ban ngày vùng cực thì có tranh tối tranh sáng (hoàng hôn hay rạng đông) lúc nửa đêm. Tuy rằng vào khoảng thời gian xung quanh hạ chí, Mặt Trời vẫn nằm ở phía dưới đường chân trời tới 6 độ (tranh tối tranh sáng dân dụng), nhưng các hoạt động bình thường cần độ chiếu sáng thích hợp như đọc sách báo, vẫn có thể thực hiện được mà không cần có ánh sáng nhân tạo, với điều kiện bầu trời quang mây. Ở các vĩ độ cao hơn vòng cực, đêm trắng có thể quan sát thấy trong khoảng thời gian từ 1-3 tuần trước và sau ban ngày vùng cực. Đêm trắng đã trở thành biểu tượng chung của Sankt Peterburg (Nga), nơi nó diễn ra mỗi năm từ khoảng 11 tháng 6 tới 2 tháng 7, và 10 ngày cuối tháng 6 được kỷ niệm bằng một lễ hội với các sự kiện văn hóa.[6] Nhiều người cảm thấy khó ngủ trong đêm khi mặt trời còn chiếu sáng. Nói chung, các du khách và những người mới đến chịu ảnh hưởng nhiều nhất. Một số cư dân bản xứ cũng chịu ảnh hưởng, nhưng nói chung ở mức độ nhẹ hơn. Ngược lại, các hiệu ứng của ban đêm vùng cực, được coi là nguyên nhân dẫn đến rối loạn tâm trạng theo mùa (SAD) hay trầm cảm mùa đông, một kiểu trầm cảm do sự thiếu ánh sáng tự nhiên gây ra.[7][8]
|
