Xác định Khoảng Cách Từ Trái Đất đến Mặt Trời – Thiên Văn Học Đà Nẵng

Từ rất lâu rồi, khoảng cách giữa Trái Đất tất cả chúng ta với Mặt Trời to lớn kia luôn là đề tài nghiên cứu và điều tra của các nhà thiên văn học .

Phương pháp cổ đại

Người khởi đầu cho công cuộc này là nhà toán học, nhà thiên văn học cổ đại người Hy lạp Aristarchus vào những năm 250 TCN. Ông sử dụng các pha của Mặt Trăng và quy ước góc tạo bởi Trái Đất, Mặt Trời, Mặt Trăng tại các pha chọn trước. Cuối cùng, ông Tóm lại Mặt Trời cách rất xa Trái Đất ( gấp khoảng 20 lần khoảng cách Trái Đất tới Mặt Trăng ) và to hơn Trái Đất rất nhiều ( đường kính Mặt Trời gấp khoảng 6 lần đường kính Trái Đất ). So với trong thực tiễn, những Kết luận kia chưa thực sự đúng chuẩn ( khoảng cách Trái Đất tới Mặt Trời gấp 400 lần khoảng cách Trái Đất tới Mặt Trăng và đường kính Mặt Trời gấp hơn 100 lần đường kính Trái Đất ). Mặc dù những nỗ lực ấy chỉ dựa trên Toán học đơn thuần mà không có sự trợ giúp bởi bất kể công cụ văn minh nào, nhưng tác dụng mang lại của Aristarchus vẫn vô cùng ấn tượng khi ông đã có những Kết luận tương đối tiên phong về khoảng cách từ tất cả chúng ta tới Mặt Trời .

Trải qua nhiều thế kỷ, nhiều nhân vật lỗi lạc cũng tham gia vào công cuộc tìm kiếm câu vấn đáp. Nhất là vào thế kỷ 17, nhà thiên văn học người Hà Lan Christiaan Huygens và nhà thiên văn học người Ý Gian Domenico Cassini đều đưa ra những công bố về khoảng cách Trái Đất đến Mặt Trời. Cả hai đều dùng những đặc thù về hình học và phán đoán dựa trên các hành tinh gần Trái Đất hơn như Sao Kim, Sao Hỏa để đưa ra số lượng gần đúng với thực tiễn .Tuy nhiên, những chiêu thức trên chỉ là phỏng đoán và không trọn vẹn dựa trên cơ sở thực nghiệm nên không được công nhận .

Mô hình Hệ Mặt Trời của Kepler:
1. Quỹ đạo các hành tinh không là hình tròn, mà là elip.
2. Mặt Trời không nằm tại tâm mà tại một tiêu điểm.
3. Cả vận tốc xuyên tâm và vận tốc góc đều biến thiên khi hành tinh chuyển động trên quỹ đạo, nhưng vận tốc quét là không đổi.
4. Bình phương chu kỳ quỹ đạo tỷ lệ với lập phương giá trị trung bình giữa khoảng cách lớn nhất và nhỏ nhất từ hành tinh tới Mặt Trời.

Dựa trên nghiên cứu và điều tra của Kepler, ta thiết kế xây dựng được quy mô hệ Mặt Trời với hình dạng đúng chuẩn và khoảng cách tương đối của tổng thể các Hành tinh. Nhưng tất cả chúng ta vẫn chưa biết được kích cỡ trong thực tiễn của chúng. Cũng giống như xem map, tất cả chúng ta biết các vị trí tương đối của các vật thể. Nhưng không biết khoảng cách thực tiễn nếu không có tỉ lệ xích của map. Do đó đến năm 1960, với sự sinh ra của tàu thiên hà và radar, tất cả chúng ta mới biết được số lượng đúng mực của khoảng cách Trái Đất đến Mặt Trời .

Phương pháp hiện đại

Phương pháp hiện đại giúp ta giải quyết vấn đề trên có tên gọi Radar Ranging. Phương pháp này có thể hiểu đơn giản như sau. Sóng vô tuyến sẽ được truyền tới một thiên thể, chẳng hạn như một Hành tinh. Sóng đó sẽ bị phản xạ bởi thiên thể đó. Đồng thời cho thấy hướng và khoảng cách từ điểm phát sóng đến thiên thể. Lấy thời gian di chuyển khứ hồi của Radar nhân với tốc độ ánh sáng 300.000 (km/s). Chúng ta được 2 lần khoảng cách từ điểm phát sóng đến thiên thể.

Tốc độ ánh sáng cũng là vận tốc truyền đi của sóng vô tuyến .

Tuy nhiên, không hề dùng trực tiếp giải pháp này để đo khoảng cách đến Mặt Trời vì tín hiệu vô tuyến bị hấp thụ hàng loạt ở mặt phẳng Mặt Trời mà không phản xạ lại Trái Đất. Tính toán dựa vào Sao Kim là giải pháp thông dụng nhất lúc bấy giờ. Vì Sao Kim có quỹ đạo tương đối gần Trái Đất

Dựa vào những tính toán của mình, Kepler quy ước:
Khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt Trời là 1 AU (Astronomical Unit: đơn vị thiên văn). Khi đó, khoảng cách từ Sao Kim tới Mặt Trời sẽ vào khoảng 0.7 AU. Hay khoảng cách từ Trái Đất đến Sao Kim là 0.3 AU. Để quy đổi AU sang những đơn vị đo khoảng cách phổ biến hơn như Km, Miles, chúng ta sử dụng phương pháp Radar Ranging. Thời gian khứ hồi sóng vô tuyến từ Trái Đất đến Sao Kim rơi vào khoảng 300 giây. Khi đó, khoảng cách từ Trái Đất đến Sao Kim sẽ là:

• 300.000 (km/s) x 300 (s) ÷ 2 = 45.000.000 (km)
• Khi đó, 0.3 AU tương đương 45.000.000 (km)
• Hay, 1 AU tương đương 150.000.000 ≈ 1.5 × 10^8 (km)

Thông qua nhiều thực nghiệm, người ta đưa ra số lượng đúng mực cho đơn vị chức năng thiên văn là 149.597.870 ( km ). Đó cũng chính là khoảng cách trung bình giữa Trái Đất và Mặt Trời .Tổng hợp và san sẻ bởi Ban Học Thuật – Trần Vĩnh Đạt – Câu lạc bộ Thiên văn học TP. Đà Nẵng

Source: https://vh2.com.vn
Category: Trái Đất