Ngày Hạ chí là gì?

Ngày Hạ chí và ngày Đông chí là gì? Bốn mùa trong năm? Đường xích đạo và hoàng đạo

1. Mô tả độ nghiêng của trục Trái đất và mối quan hệ của nó với các mặt phẳng hoàng đạo, xích đạo thiên thể và trục quay. Trái đất được thể hiện khi nhìn từ Mặt trời và hướng quỹ đạo của nó ngược chiều kim đồng hồ

Tác giả: Waleed Mouhali, nhà nghiên cứu vật lý, ECE Paris

Hạ chí (Solstice) là tên được đặt ‘cho thời điểm đặc biệt’ trong năm, khi trên bầu trời, Mặt Trời ngừng tăng độ cao và giữ vị trí của nó trong ‘vài ngày’ vào cùng một thời điểm trong ngày.

Từ “Solstice” là một từ có nguồn gốc Latin “solstitium” xuất phát từ một thuật ngữ mới mà chúng ta mắc nợ Pliny the Elder. Nó tổng hợp các từ sol, “Mặt Trời”, và statum – “đứng yên”.

Ở Ai Cập cổ đại, theo nhà sử học Hy Lạp cổ đại Herodotus, nó gần như tương ứng với mực nước sông Nile dâng cao và đánh dấu sự khởi đầu của một năm mới màu mỡ (thường tổ chức các lễ hội để ăn mừng).

Đối với một số bộ lạc ở Bắc Mỹ, lễ hội vào ngày Hạ chí được tổ chức bằng một điệu nhảy cụ thể – phản ánh sự chân thành đối với một đức tin thần bí. Trong tín ngưỡng của người Celtic, ở Bắc Âu, nó được gọi là “litha”, ngày mà các pháp sư phải thu hoạch các loại thảo mộc ma thuật để thực hiện một nghi lễ tôn vinh thiên nhiên … Và ở những nơi khác trên thế giới, trong các thời kỳ khác, từ Ấn Độ đến Miến Điện, từ Nepal đến Đế chế Inca, ngày Hạ chí thường được tổ chức với những lễ hội xa hoa.

Một chút cơ học thiên thể …

Dưới ánh sáng của thiên văn học, điểm chí (vào ngày Hạ chí và Đông chí), được xem là một hiện tượng vật lý có thể quan sát được, đã được xác định từ thời cổ đại, ngay cả trước khi Pliny the Elder đặt cho nó cái tên chính xác, nó đã xuất hiện trong một số tác phẩm của các nhà thiên văn học Hy Lạp cổ đại.

Nhà thiên văn học Claudius Ptolemy, vào thế kỷ thứ 2 sau công nguyên, đã đề xuất một phương pháp xác định niên đại của các điểm chí.

Mô tả độ nghiêng của trục Trái đất và mối quan hệ của nó với các mặt phẳng hoàng đạo
Mô tả độ nghiêng của trục Trái đất và mối quan hệ của nó với các mặt phẳng hoàng đạo, xích đạo thiên thể và trục quay. Trái đất được thể hiện khi nhìn từ Mặt trời và hướng quỹ đạo của nó ngược chiều kim đồng hồ

Điểm chí gắn liền với động lực học của một góc gọi là ‘xích vĩ’. Trong vài ngày, trước và sau ngày Hạ chí (được đánh dấu như vậy), chúng tôi đo độ xích vĩ này tương ứng với góc được hình thành bởi hướng Trái Đất-Mặt Trời so với mặt phẳng của đường xích đạo. Nó được đo bằng cách sử dụng công cụ đo độ cao thiên văn.

Ngay khi chúng ta tìm thấy hai ngày không liên tiếp có cùng giá trị xích vĩ, chúng ta kết luận rằng, ngày Hạ chí nằm giữa 2 ngày này. Ptolemy hiểu được chu kỳ của điểm chí mà không biết sự phức tạp của cơ học thiên thể. Các phương pháp tính toán rõ ràng đã kế thừa những tiến bộ hiểu biết khi khám phá vũ trụ.

Để hiểu “tính chất vật lý” của hiện tượng này, chúng ta có thể tham khảo các thông số của Milanković từ góc độ lý thuyết thiên văn học về ‘cổ khí hậu’ của ông.

Mục đích của chúng ta không phải là giải thích những biến đổi theo chu kỳ của khí hậu Trái Đất, mà là xác định các thông số chính của cơ học thiên thể để hiểu về ngày Hạ chí. Milanković xác định 3 thông số trong lý thuyết của mình: Độ lệch tâm, tuế sai và độ xiên (nghiêng).

Ba tham số của lý thuyết Milanković. Nguồn Rentos-nature.fr
Ba tham số của lý thuyết Milanković. Nguồn Rentos-nature.fr

Trái Đất mô tả, trong mặt phẳng hoàng đạo, một quỹ đạo hình elip quanh Mặt Trời. Độ lệch tâm của nó xác định hình dạng của quỹ đạo, bản thân nó bị chi phối bởi sự tương tác hấp dẫn liên kết Trái Đất với Mặt Trời, được mô tả bởi định luật Newton. Trong trường hợp Trái Đất, độ lệch tâm nhỏ đến mức chúng ta có thể cho rằng, hình elip rất gần với một hình tròn.

Hơn nữa, hành tinh Trái Đất của chúng ta là một con quay khổng lồ, chịu sự chuyển động của tuế sai (còn gọi là tiến động trục quay Trái Đất, precession). Hãy để Trái Đất quay trong 25785 năm và bạn sẽ thấy rằng trục vuông góc với mặt phẳng hoàng đạo đã mô tả một hình nón có nửa góc 23,43° ở đỉnh.

Tuy nhiên, tham số cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về ‘điểm chí’ chắc chắn là độ xiên, còn được gọi là độ nghiêng của trục. Điều này thể hiện góc giữa trục quay của Trái Đất và trục vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo. Điều này giải thích tại sao cần phải phân biệt đường xích đạo và mặt phẳng hoàng đạo vốn sẽ là đường xích đạo Trái Đất nếu không có độ xiên … Độ nghiêng và chuyển động tự nhiên của hành tinh trên quỹ đạo của nó là nguồn gốc của sự nối tiếp các mùa (các mùa trên Trái Đất được hình thành là do độ nghiêng, biên tập).

Mô tả độ nghiêng của trục Trái đất (độ xiên) và mối quan hệ của nó với các mặt phẳng hoàng đạo, xích đạo thiên thể và trục quay. Trái đất được thể hiện khi nhìn từ Mặt Trời và hướng quỹ đạo của nó ngược chiều kim đồng hồ (tức là nó đi về bên trái)
Mô tả độ nghiêng của trục Trái đất (độ xiên) và mối quan hệ của nó với các mặt phẳng hoàng đạo, xích đạo thiên thể và trục quay. Trái đất được thể hiện khi nhìn từ Mặt Trời và hướng quỹ đạo của nó ngược chiều kim đồng hồ (tức là nó đi về bên trái)

Do đó, đối với Trái Đất, từ tháng 3 đến tháng 9, Mặt Trời cao hơn vào buổi trưa trên bầu trời ở phần phía bắc địa cầu so với phần phía nam: Đó là mùa hè ở Bắc bán cầu. Các tia Mặt Trời tới Trái Đất ở một góc gần 90°, một bề mặt nhận được nhiều tia sáng hơn so với buổi trưa ở phía Nam bán cầu cùng thời điểm. Một tác động khác của độ nghiêng là Mặt Trời mọc sớm hơn, lặn muộn hơn và ngày thực sự dài hơn.

Các tia Mặt Trời ở Nam bán cầu nghiêng nhiều hơn và chiếu xạ trên diện tích bề mặt lớn hơn, gây ra ít nhiệt hơn trên một đơn vị diện tích: Lúc này là mùa đông. Mặt Trời cũng xuất hiện thấp hơn ở đường chân trời và ngày ngắn hơn, ngôi sao mọc muộn hơn và lặn sớm hơn. Những hiệu ứng này càng rõ rệt khi vĩ độ của người quan sát càng lớn. Ở xích đạo, hiệu ứng rất yếu, và độ dài ngày và đêm hầu như không thay đổi. Ngược lại, ở các cực, ảnh hưởng là cực kỳ lớn, đến mức ngày và đêm kéo dài 6 tháng.

Xem thêm: Ngày Đông chí là gì và ý nghĩ của nó?

Trở lại ngày Hạ chí

Ở giai đoạn này, chúng ta hiểu rằng, bốn điểm cụ thể có thể được xác định trên quỹ đạo của một hành tinh theo độ nghiêng của nó.

Khi phía bắc của trục Trái Đất nghiêng về phía Mặt Trời thì đó là ngày Hạ chí, được xem là ngày dài nhất ở Bắc bán cầu. Mặt Trời vào buổi trưa nằm ở đỉnh chí tuyến, tương ứng với vĩ độ 23,2612° Bắc (gần giá trị xích vĩ cực đại). Đây là ngày ngắn nhất ở Nam bán cầu.

Khi phía nam của trục Trái Đất nghiêng về phía Mặt Trời thì đó là ngày Hạ chí, ngày ngắn nhất ở Bắc bán cầu. Mặt Trời vào buổi trưa ở đỉnh của chí tuyến Nam, có vĩ độ 23°26 »12’’ Nam (gần giá trị xích vĩ cực đại). Đây là ngày dài nhất ở Nam bán cầu.

Hai điểm còn lại tương ứng với thời điểm Xuân phân và Thu phân, với ngày và đêm dài bằng nhau, Mặt Trời vào buổi trưa ở đỉnh xích đạo.

Các mùa, điểm chí và điểm phân trên quỹ đạo Trái đất. Nguồn Duduf-Wikimedia, CC BY, được nhóm tohue.com.vn vẽ lại
Các mùa, điểm chí và điểm phân trên quỹ đạo Trái đất. Nguồn Duduf-Wikimedia, CC BY

Bây giờ chúng ta hãy xác định góc xích vĩ, được đề cập ở trên trong cách tiếp cận của Ptolemy. Góc mà đường xích đạo của Trái Đất tạo ra với hướng Trái Đất-Mặt Trời được gọi chính xác là độ xích vĩ. Góc này thay đổi đối xứng trong năm từ -23,43° đến +23,43°. Độ xích vĩ lớn nhất vào ngày Hạ chí và tối thiểu vào ngày Đông chí. Nó hoàn toàn bằng 0 ở điểm phân (xuân phân và thu phân, biên tập)

Do đó, chúng ta hiểu rằng, ngày Hạ chí là một trong những thời điểm mà độ lệch của Mặt Trời dường như không đổi. Vào những thời điểm này, quỹ đạo biểu kiến ​​của nó đạt đến điểm cao nhất (hoặc thấp nhất) so với các ngôi sao.

Tuy nhiên, do tính chất gần như tròn của quỹ đạo Trái Đất, gây ra sự thay đổi tốc độ quay của ‘quỹ đạo sau’ (Trái Đất, trong vòng quay của chính nó), ngày chí (Đông chí và Hạ chí, biên tập) không thực sự tương ứng với ngày mà Mặt Trời mọc và lặn muộn nhất (hoặc sớm nhất).

Lưu ý, những gì chúng ta quan sát được là khoảng thời gian trong ngày mà Mặt Trời có thể nhìn thấy được thay đổi một chút, từ giữa tháng 12 đến đầu tháng 1 cũng như từ giữa tháng 6 đến đầu tháng 7. Để trong những khoảng thời gian này, việc rút ngắn rồi kéo dài (hoặc ngược lại) thời gian nhìn thấy Mặt Trời không được thực hiện bởi những biến đổi đối xứng liên quan đến việc Mặt Trời mọc và lặn.

Xem thêm: Tại sao là 4 mùa trong năm, mà không phải 3 hay 5 mùa?

Chúng ta nên thực sự ăn mừng ngày Hạ chí vào (những) ngày nào?

Theo giải thích của Viện cơ học thiên thể và tính toán lịch thiên văn (IMCCE) của Đài thiên văn Paris, ngày Hạ chí không nhất thiết phải rơi vào ngày 21 tháng 6.

Bằng cách tính toán vị trí trong lịch Gregory của các ngày Hạ chí từ năm 1583 đến năm 2999, IMCCE chỉ ra thực tế rằng, một số ngày rơi vào ngày 20 tháng 6, như năm 2016 và năm 2020.

Các nhà nghiên cứu thậm chí còn chỉ rõ rằng ‘sau năm 2488, sự kiện sẽ diễn ra vào ngày 19 tháng 6. Thực tế này đã được quan sát thấy trong quá khứ. Năm 1975, ngày Hạ chí rơi vào ngày 22 tháng 6 và … chúng ta sẽ không tìm thấy ngày Hạ chí này trước năm 2203!

Tại sao có sự khác biệt này? Trên thực tế, đó là vấn đề lựa chọn lịch … Lịch Gregory của chúng ta, bắt đầu từ năm 1582 và theo nguyên tắc cứ 4 năm thì có 1 năm nhuận, không ‘cùng pha’ với tiến động thiên thể của Trái Đất … 365 ngày của năm “lịch” không thực sự tương ứng với thời gian Trái Đất thực hiện một vòng quanh Mặt Trời (tức là chính xác là 365 ngày, 5 giờ và 48 phút).

Cuối cùng, theo cách phản trực giác, chúng ta hiểu rằng các điểm chí (Đông chí và Hạ chí, biên tập) không liên quan đến khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trời, thay đổi ngay cả khi độ lệch tâm quỹ đạo gần với một đường tròn (làm cho khoảng cách Trái Đất-Mặt Trời, bán kính hình tròn “gần như nhau”).

Trái Đất đạt đến điểm viễn nhật (vị trí xa Mặt Trời nhất) vào đầu tháng 7 và điểm cận nhật (vị trí gần Mặt Trời nhất) vào đầu tháng 1.

Tuy nhiên, như lý thuyết của Milanković cho thấy, trong cơ học thiên thể, mọi thứ đều chuyển động chậm (so với cuộc sống của con người), nhưng không có gì cố định. Do đó, chúng tôi kỳ vọng độ ‘xiên trục’ của Trái Đất và độ lệch tâm quỹ đạo của Trái Đất sẽ thay đổi theo thời gian.

Trong 10.000 năm nữa, quá trình chuyển đổi sang điểm cận nhật sẽ xảy ra cùng lúc với ngày Hạ chí và quá trình chuyển đổi sang điểm viễn nhật vào ngày Hạ chí.

Do đó chúng ta sẽ cùng nhau kỷ niệm hai sự kiện này. Hai lý do chính đáng để ăn mừng! Hoặc sau đó, trong 10.000 năm nữa, chúng ta sẽ kỷ niệm ngày Hạ chí trên sao Hỏa. Với độ xiên tương đương với chúng ta, nhưng có độ lệch tâm mạnh nhất trong hệ Mặt Trời, năm sao Hỏa kéo dài 687 ngày Trái Đất, các mùa rất dài. “Sao Hỏa, chúng ta đến đây” như Elon Musk đã nói gần đây.

Nguồn: Waleed Mouhali – theconversation.com – Úc

Để lại một bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Lên đầu trang