Nhật thực là khi Mặt Trời , Mặt Trăng , Trái Đất thẳng hàng ,khi Mặt Trăng nằm giữa Mặt Trời và Trái Đất , Mặt Trăng che Mặt Trời
nhật thực là phản xạ ánh sáng của mặt trời chiếu vào trái đất
Nhật thực xảy ra khi Mặt Trăng đi qua giữa Trái Đất và Mặt Trời và che khuất hoàn toàn hay một phần Mặt Trời khi quan sát từ Trái Đất. Điều này chỉ có thể xảy ra tại thời điểm sóc trăng non được quan sát thấy từ Trái Đất, khi Mặt Trời và Mặt Trăng giao hội. Nhật thực toàn phần được nhiều người coi là một hiện tượng thiên nhiên đặc biệt nhất mà người đó có thể quan sát được. Dĩ nhiên, nhật thực chỉ có thể quan sát thấy tại các vùng trên Trái Đất đang là ban ngày.
hật thực xảy ra khi Mặt Trăng đi qua giữa Trái Đất và Mặt Trời và quan sát từ Trái Đất, lúc đó Mặt Trăng che khuất hoàn toàn hay một phần Mặt Trời. Điều này chỉ có thể xảy ra tại thời điểm sóc trăng non khi nhìn từ Trái Đất, lúc Mặt Trời bị Mặt Trăng che khuất và bóng của Mặt Trăng phủ lên Trái Đất.[1][2] Trong lúc nhật thực toàn phần, đĩa Mặt Trời bị che khuất hoàn toàn. Với nhật thực một phần hoặc hình khuyên, đĩa Mặt Trời chỉ bị che khuất một phần.
Nếu Mặt Trăng có quỹ đạo tròn hoàn hảo, gần hơn Trái Đất một chút, và trong cùng mặt phẳng quỹ đạo, sẽ có nhật thực toàn phần xảy ra mỗi lần trong một tháng. Tuy nhiên, quỹ đạo của Mặt Trăng nghiêng hơn 5° so với mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời (xem mặt phẳng hoàng đạo), do vậy bóng của Mặt Trăng lúc trăng non thường không chiếu lên Trái Đất. Để hiện tượng nhật thực cũng như nguyệt thực xảy ra, Mặt Trăng phải đi qua mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất. Hơn nữa, quỹ đạo của Mặt Trăng có hình elip, và nó thường ở đủ xa Trái Đất khiến cho kích cỡ biểu kiến của nó không đủ lớn để che khuất hoàn toàn Mặt Trời lúc nhật thực. Mặt phẳng quỹ đạo của Mặt Trăng và của Trái Đất mỗi năm cắt nhau tại các điểm nút lên và nút xuống của quỹ đạo; và có ít nhất là 2 và nhiều nhất là 5 lần nhật thực xảy ra trong một năm, cũng không thể có nhiều hơn hai lần nhật thực toàn phần trong cùng một năm.[3][4] Tuy nhiên, tại một nơi cụ thể trên Trái Đất, hiện tượng nhật thực toàn phần xảy ra là rất hiếm bởi vì bóng của Mặt Trăng trong lúc hiện tượng này xảy ra đổ lên Trái Đất theo một dải hẹp và trong thời gian ngắn, với lần lâu nhất khoảng 7 phút (nhật thực toàn phần ngày 20 tháng 7 năm 1955).[4]
Hiện tượng che khuất là hiện tượng của tự nhiên. Tuy thế, trong lịch sử cổ đại và quan niệm của một số người hiện đại, nhật thực thuộc về hiện tượng siêu nhiên. Hiện tượng nhật thực toàn phần gây ra sự sợ hãi đối với người dân thời cổ đại do thiếu hiểu biết về thiên văn học, khi Mặt Trời dường như biến mất vào ban ngày và bầu trời tối đen trong vài phút.
Rất nguy hiểm cho mắt khi nhìn trực tiếp vào Mặt Trời. Do vậy để quan sát hiện tượng nhật thực trực tiếp cần sử dụng các loại kính bảo vệ mắt hoặc quan sát gián tiếp hình ảnh lúc nhật thực. Nhưng khi xảy ra hiện tượng nhật thực toàn phần, mắt có thể an toàn quan sát hiện tượng này trong lúc Mặt Trăng che khuất hoàn toàn Mặt Trời. Những người ưa thích hiện tượng này thường đi du lịch đến những nơi sắp xảy ra để chứng kiến và chụp ảnh.[5][6]
Ảnh động minh họa đường đi của nhật thực ngày 29 tháng 3 năm 2006. Chấm đen nhỏ là vùng bóng tối hẹp quan sát được nhật thực toàn phần, còn phạm vi nhạt màu là vùng nửa tối quan sát thấy nhật thực một phần.
Mục lục [ẩn] 1Các kiểu nhật thực 1.1Thuật ngữ nhật thực trung tâm 2Tiên đoán nhật thực 2.1Hình học 2.2Đường đi của bóng Mặt Trăng và phạm vi quan sát 2.3Phương pháp tiên đoán 3Tần suất và thời gian xảy ra 3.1Số lần trong mỗi năm 3.2Nhật thực toàn phần cuối cùng 3.3Nhật thực và nguyệt thực 4Quan sát 4.1Nhật thực một phần và hình khuyên 4.2Nhật thực toàn phần 4.3Chụp ảnh 5Lịch sử quan sát 6Những quan sát khác 6.1Phát hiện heli có trên Mặt Trời 6.2Quan sát năm 1919 6.3Dị thường hấp dẫn 6.4Thiên thực và sự đi ngang qua 6.5Chụp từ vệ tinh nhân tạo 7Những lần nhật thực gần đây và sắp tới 8Xem thêm 9Chú thích 10Sách tham khảo 11Liên kết ngoài
Các kiểu nhật thực[sửa | sửa mã nguồn]
Nhật thực một phần và hình khuyên xảy ra ngày 20 tháng 5 năm 2012.
So sánh kích thước biểu kiến nhỏ nhất và lớn nhất của Mặt Trăng và Mặt Trời (và các hành tinh khác). Nhật thực hình khuyên xảy ra khi Mặt Trời lớn hơn kích thước biểu kiến của Mặt Trăng trong khi nhật thực toàn phần thì ngược lại.
Hình ảnh nhật thực toàn phần năm 1999, với hiệu ứng nhìn giống như nhẫn kim cương.
Có bốn kiểu nhật thực:
Nhật thực toàn phần xảy ra khi đĩa tối của Mặt Trăng che khuất hoàn toàn Mặt Trời, cho phép quan sát được vầng hào quang bao quanh Mặt Trời hay vành nhật hoa bằng mắt với dụng cụ bảo vệ. Trong thời gian xảy ra bất kỳ một lần nhật thực nào, chỉ có thể quan sát thấy nhật thực toàn phần từ một dải hẹp trên bề mặt Trái Đất.[7][8] Nhật thực hình khuyên xảy ra khi Mặt Trời và Mặt Trăng nằm chính xác trên một đường thẳng, nhưng kích cỡ biểu kiến của Mặt Trăng nhỏ hơn kích cỡ biểu kiến của Mặt Trời. Vì thế Mặt Trời vẫn hiện ra như một vòng đai rực rỡ bao quanh Mặt Trăng. Thời gian diễn ra nhật thực hình khuyên lâu hơn nhật thực toàn phần nhưng cũng chỉ kéo dài trong vài phút.[8][9] Nhật thực lai là một kiểu trung gian giữa nhật thực toàn phần và nhật thực hình khuyên. Ở một số điểm trên Trái Đất, nó được quan sát thấy là nhật thực toàn phần; ở những nơi khác nó lại là nhật thực hình khuyên. Thuật ngữ chung cho nhật thực toàn phần, hình khuyên hay nhật thực lai là nhật thực trung tâm. Nhật thực lai rất hiếm khi xảy ra.[8][9] Nhật thực một phần xảy ra khi Mặt Trời và Mặt Trăng không nằm chính xác trên cùng một đường thẳng, và Mặt Trăng chỉ che khuất một phần của Mặt Trời. Hiện tượng này thường được quan sát thấy ở nhiều nơi trên Trái Đất bên ngoài đường đi của nhật thực trung tâm. Tuy nhiên, một số kiểu nhật thực chỉ có thể quan sát thấy như là nhật thực một phần, khi vùng bóng tối (umbra) trượt qua một trong hai vùng cực Trái Đất và đường trung tâm lúc này không cắt qua bề mặt của Trái Đất.[8][9]Khoảng cách Mặt Trời đến Trái Đất xấp xỉ bằng 400 lần khoảng cách Mặt Trăng đến Trái Đất, và đường kính của Mặt Trời bằng khoảng 400 lần đường kính của Mặt Trăng. Bởi vì hai tỉ số này xấp xỉ bằng nhau, khi nhìn từ Trái Đất, Mặt Trời và Mặt Trăng có kích thước biểu kiến gần bằng nhau: khoảng 0,5 độ góc.[8][9]
Một loại nhật thực khác mà Mặt Trời bị che khuất bởi một hành tinh khác ngoài Mặt Trăng khi nhìn từ một điểm trong không gian vũ trụ. Ví dụ, đoàn du hành vũ trụ Apollo 12 đã chụp được ảnh Trái Đất che khuất Mặt Trời năm 1969 và tàu không gian Cassini cũng chụp được ảnh Sao Thổ che khuất Mặt Trời năm 2006.
Quỹ đạo Mặt Trăng quanh Trái Đất cũng như quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời là hình elip. Do vậy kích cỡ biểu kiến của Mặt Trời và Mặt Trăng biến đổi theo vị trí trên quỹ đạo.[10] Độ lớn của một lần thiên thực xác định bằng tỉ số giữa kích cỡ biểu kiến của Mặt Trăng trên kích cỡ biểu kiến của Mặt Trời trong thời gian xảy ra thiên thực. Sự kiện thiên thực (bao gồm nhật thực và nguyệt thực) xảy ra khi Mặt Trăng ở gần điểm cận địa (điểm gần Trái Đất nhất) có thể trở thành hiện tượng thiên thực toàn phần bởi vì khi đó Mặt Trăng sẽ đủ lớn để che khuất hoàn toàn đĩa sáng của Mặt Trời, hay quang quyển; và lúc này độ lớn thiên thực có giá trị lớn hơn 1. Ngược lại, sự kiện thiên thực xảy ra khi Mặt Trăng ở điểm viễn địa (điểm xa Trái Đất nhất) chỉ có thể là hiện tượng thiên thực hình khuyên bởi vì khi đó Mặt Trăng có kích thước biểu kiến nhỏ hơn so với của Mặt Trời; độ lớn thiên thực lúc này có giá trị nhỏ hơn 1. Trung bình, hiện tượng nhật thực hình khuyên xảy ra nhiều hơn nhật thực toàn phần, bởi vì Mặt Trăng nằm khá xa Trái Đất để có thể bao phủ hoàn toàn Mặt Trời. Hiện tượng nhật thực lai xảy ra khi độ lớn thiên thực trong thời gian diễn ra chuyển từ giá trị nhỏ hơn 1 sang lớn hơn 1, do vậy tại một nơi trên Trái Đất có thể quan sát thấy nhật thực toàn phần trong khi ở những nơi khác lại quan sát thấy nhật thực hình khuyên.[11]
Khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời thay đổi trong một năm do quỹ đạo elip. Điều này cũng làm cho kích thước biểu kiến của Mặt Trời biến đổi trong năm, nhưng sự biến đổi này không nhiều bằng so với kích thước biểu kiến của Mặt Trăng.[9] Khi Trái Đất nằm xa Mặt Trời nhất vào tháng 7, và nếu hiện tượng nhật thực xảy ra thì khả năng nhiều là hiện tượng nhật thực toàn phần, trong khi nếu hiện tượng nhật thực xảy ra lúc Trái Đất nằm gần Mặt Trời nhất vào tháng 1 thì nhiều khả năng đó là nhật thực hình khuyên.[12]
Thuật ngữ nhật thực trung tâm[sửa | sửa mã nguồn]Nhật thực trung tâm là thuật ngữ chung để miêu tả các hiện tượng nhật thực toàn phần, hình khuyên hay nhật thực lai.[13][14] Tuy nhiên, định nghĩa thuật ngữ này không hoàn toàn đúng và bổ sung thêm: nhật thực trung tâm là hiện tượng nhật thực xảy ra khi đường nối "tâm" của đĩa Mặt Trăng với "tâm" của đĩa Mặt Trời cắt bề mặt Trái Đất. Nhưng có trường hợp, và rất hiếm, một phần của vùng bóng tối (nguyên bóng, umbra) phủ lên bề mặt Trái Đất (và do vậy tạo ra nhật thực hình khuyên hay toàn phần) nhưng đường nối 2 tâm không cắt bề mặt Trái Đất.[14] Hiện tượng này gọi là nhật thực toàn phần (hay hình khuyên) không trung tâm.[13] Nhật thực không trung tâm xảy ra sắp tới vào ngày 29 tháng 4 năm 2014 và là nhật thực hình khuyên. Nhật thực không trung tâm toàn phần sẽ xảy ra vào ngày 9 tháng 4 năm 2043 (và như vậy nhật thực không trung tâm rất hiếm gặp!).[14]
Hiệu ứng vòng hạt Baily, hay vòng hạt kim cương.
Người ta phân chia ra 5 pha trong một lần nhật thực toàn phần đó là:[15]
Tiếp xúc đầu tiên—khi rìa đĩa Mặt Trăng tiếp xúc chính xác với đĩa Mặt Trời. Tiếp xúc lần hai—bắt đầu bằng hiệu ứng vòng hạt Baily (ánh sáng Mặt Trời đi qua các khe núi trên Mặt Trăng do địa hình gồ ghề của nó) hay còn gọi là hiệu ứng "nhẫn kim cương". Gần như toàn bộ đĩa Mặt Trời đã bị che khuất. Mặt Trăng che khuất hoàn toàn đĩa Mặt Trời, và chỉ có thể quan sát thấy vành nhật hoa bao quanh nó. Tiếp xúc lần ba—khi ánh sáng Mặt Trời lần đầu tiên ló trở lại và bóng tối của Mặt Trời dần biến mất. Một lần nữa, hiện tượng nhẫn kim cương có thể xảy ra. Tiếp xúc lần bốn—khi rìa đĩa Mặt Trăng tiếp xúc lần cuối cùng với đĩa Mặt Trời và kết thúc hiện tượng nhật thực.Tại một nơi quan sát, toàn bộ 5 pha này có thể kéo dài trong vài giờ, nhưng thời gian cho pha nhật thực toàn phần chỉ kéo dài trong vài phút.[16]
Tiên đoán nhật thực[sửa | sửa mã nguồn] Hình học[sửa | sửa mã nguồn]
Quỹ đạo nghiêng của Mặt Trăng và các vị trí có khả năng xảy ra thiên thực, cùng đường nối tâm 2 đĩa Mặt Trời và Mặt Trăng (thuật ngữ nhật thực trung tâm): Lúc Mặt Trăng ở vị trí 2 và 3 xảy ra nhật thực, còn vị trí 1 và 4 xảy ra nguyệt thực.
Hình học của nhật thực (không theo tỷ lệ)
A Vị trí quan sát nhật thực toàn phần bên trong vùng bóng tối.B Vị trí quan sát nhật thực hình khuyên tại vùng đối của vùng bóng tối (antumbra).
C Vị trí quan sát nhật thực một phần trong vùng nửa tối.
Quỹ đạo của Mặt Trăng và Mặt Trời nhìn từ Trái Đất. Điểm nút N1 có chu kỳ 18,6 năm.
Hai hình bên phải cho thấy vị trí của Mặt Trời, Mặt Trăng và Trái Đất trong lần nhật thực. Ở hình thứ hai và thứ ba, vùng màu đen nằm giữa Trái Đất và Mặt Trăng gọi là vùng bóng tối (umbra), nơi Mặt Trời hoàn toàn bị che khuất bởi Mặt Trăng. Vùng đen nhỏ trên bề mặt Trái Đất là nơi có thể quan sát thấy nhật thực toàn phần. Phạm vi rộng hơn màu xám là vùng nửa tối (penumbra), nơi đứng trên Trái Đất có thể thấy nhật thực một phần. Một người quan sát nếu đứng trong vùng đối của vùng bóng tối (antumbra), có thể thấy nhật thực hình khuyên.[17]
Quỹ đạo của Mặt Trăng nghiêng khoảng 5° so với mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất. Do điều này, vào lúc trăng non, Mặt Trăng thường ở phía trên hay phía dưới Mặt Trời (xem thêm minh họa ở hình trên). Nhật thực chỉ xảy ra lúc trăng non và khi Mặt Trăng nằm gần các giao điểm của mặt phẳng hoàng đạo và mặt phẳng quỹ đạo của nó (gọi là các điểm nút quỹ đạo).[18]
Mặt Trăng có quỹ đạo elip, do vậy khoảng cách của nó đến Trái Đất biến thiên khoảng 6% so với giá trị trung bình. Vì thế mà kích thước biểu kiến của nó cũng thay đổi theo khoảng cách (biến đổi khoảng 13%) khi nhìn từ Trái Đất, và điều này ảnh hưởng đến hiện tượng nhật thực toàn phần hay hình khuyên.[19] Khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trời cũng thay đổi trong năm nhưng tỉ số tương đối là nhỏ, vì vậy kích thước biểu kiến của Mặt Trời không thay đổi nhiều. Trung bình, khi nhìn từ Trái Đất, Mặt Trăng hiện lên nhỏ hơn Mặt Trời, do đó phần lớn nhật thực trung tâm là nhật thực hình khuyên. Chỉ khi Mặt Trăng đủ gần Trái Đất hơn so với trung bình (gần điểm cận địa) thì nhật thực toàn phần xảy ra.[20] Chẳng hạn, trong giai đoạn 1900 đến 1999, có tất cả 239 lần nhật thực, gồm 84 lần nhật thực một phần, 71 lần nhật thực hình khuyên, 62 lần nhật thực toàn phần, và 22 lần nhật thực lai.[21]
| Mặt trăng | Mặt trời | |||
|---|---|---|---|---|
| Cận địa | Viễn địa | Cận nhật | Viễn nhật | |
| Bán kính trung bình | 1.737,10 km (1.079,38 mi) | 696.000 km (432.000 mi) | ||
| Khoảng cách | 363.104 km (225.622 mi) | 405.696 km (252.088 mi) | 147.098.070 km (91.402.500 mi) | 152.097.700 km (94.509.100 mi) |
| Đường kính góc[22] | 33' 30" (0.5583°) |
29' 26" (0.4905°) |
32' 42" (0.5450°) |
31' 36" (0.5267°) |
| Kích thước biểu kiến theo tỷ lệ |
 |
 |
 |
 |
| Xếp theo thứ tự giảm dần |
1 | 4 | 2 | 3 |
Chu kỳ quỹ đạo của Mặt Trăng xấp xỉ 27,3 ngày, tính theo những ngôi sao cố định ở xa. Thời gian này tương ứng với tháng thiên văn. Tuy nhiên, trong thời gian 1 tháng thiên văn, Trái Đất cũng đã di chuyển được một quãng đường trên quỹ đạo quanh Mặt Trời, khiến thời gian trung bình giữa hai lần trăng mới kéo dài hơn tháng thiên văn, xấp xỉ 29,5 ngày, hay chính là chu kỳ giao hội của Mặt Trăng. Các nhà thiên văn học gọi đây là tháng giao hội, và dựa trên đó phân ra dương lịch hay âm lịch.[18][23]
Mặt Trăng đi từ phía nam lên phía bắc của mặt phẳng hoàng đạo tại điểm nút lên, và ngược lại tại điểm nút xuống.[18] Tuy nhiên, các điểm nút của quỹ đạo Mặt Trăng dần dần di chuyển thay đổi theo thời gian do ảnh hưởng hấp dẫn của Mặt Trời lên chuyển động quỹ đạo của Mặt Trăng, và các điểm nút quỹ đạo có chu kỳ gần 18,6 năm Trái Đất.[24] Sự tiến dịch này làm cho khoảng thời gian giữa mỗi lần Mặt Trăng đi qua điểm nút lên ngắn hơn tháng giao hội. Khoảng thời gian này được các nhà thiên văn gọi là tháng giao điểm thăng.[1][25] (xem Phương pháp tiên đoán ở dưới)
Mặt khác do ảnh hưởng của nhiễu loạn hấp dẫn mà điểm cận địa của Mặt Trăng cũng tiến động theo thời gian trên quỹ đạo, và điểm cận địa có chu kỳ khoảng 8,85 năm. Khoảng thời gian Mặt Trăng hoàn thành giữa hai lần đi qua điểm cận địa hơi dài hơn tháng giao điểm thăng và người ta gọi đó là tháng điểm cận địa.[24][26]
Quỹ đạo Mặt Trăng cắt mặt phẳng hoàng đạo tại hai điểm nút cách nhau 180°. Do vậy, khi những lần trăng mới xuất hiện gần các điểm nút theo chu kỳ trong một năm cách nhau xấp xỉ sáu tháng (173,3 ngày), lúc đó có ít nhất một lần nhật thực xảy ra trong những thời điểm này. Thỉnh thoảng khi lần trăng mới xuất hiện đủ gần một điểm nút dẫn đến trong hai tháng liên tiếp xảy ra 2 hiện tượng nhật thực một phần. Có nghĩa là, trong một năm bất kỳ, sẽ có ít nhất 2 lần nhật thực[23] và nhiều nhất là 5 lần nhật thực xảy ra.[2][27][28][29]
Hiện tượng thiên thực chỉ có thể xảy ra khi Mặt Trời nằm cách một điểm nút khoảng cách góc 15° đến 18°, (10° đến 12° cho hiện tượng nhật thực trung tâm). Và đây là giới hạn cho hiện tượng thiên thực. Trong thời gian Mặt Trăng trở lại điểm nút (tháng giao điểm thăng), vị trí biểu kiến của Mặt Trời di chuyển trong phạm vi rộng 29° so với các điểm nút.[3]Do giới hạn thiên thực có phạm vi tới 18° x 2 = 36° với điểm nút N1 hoặc N2 ở chính giữa (24° cho nhật thực trung tâm), nó mở ra cơ hội cho hiện tượng thiên thực một phần xảy ra (hoặc nhật thực một phần và nhật thực trung tâm xảy ra, nhưng hiếm hơn) trong hai tháng kế tiếp nhau.[29][30][31]
Đường đi của bóng Mặt Trăng và phạm vi quan sát[sửa | sửa mã nguồn]Trong lần nhật thực trung tâm, vùng bóng tối của Mặt Trăng - umbra (hoặc vùng đối bóng tối - antumbra, trong trường hợp nhật thực hình khuyên) di chuyển rất nhanh từ tây sang đông trên bề mặt Trái Đất. Trái Đất quay quanh trục từ tây sang đông, với vận tốc khoảng 28 km/min tại xích đạo, nhưng Mặt Trăng cũng chuyển động trên quỹ đạo theo cùng hướng tự quay của Trái Đất với vận tốc 61 km/min, do vậy vùng bóng tối (umbra) gần như luôn luôn di chuyển theo hướng tây-đông trên bề mặt với vận tốc quỹ đạo của Mặt Trăng trừ đi vận tốc tiếp tuyến của vận tốc tự quay của Trái Đất bằng 33 km/min.[32]
Bề rộng của vùng bóng tối lúc nhật thực toàn phần hay lúc nhật thực hình khuyên phụ thuộc theo khoảng cách của Mặt Trăng đến Trái Đất và do đó là đường kính biểu kiến của Mặt Trăng và Trái Đất. Trong những lần nhật thực đặc biệt nhất, khi nhật thực toàn phần xảy ra khi Mặt Trăng rất gần điểm cận địa, bề rộng (hay đường kính vùng bóng tối) của đường đi có thể trên 250 km, và tại một vị trí trên Trái Đất thời gian xảy ra nhật thực toàn phần kéo dài trên 7 phút. Bên ngoài vùng bóng tối trung tâm, vùng quan sát thấy nhật thực một phần có diện tích khá lớn. Trung bình, vùng bóng tối có đường kính khoảng 100–160 km, trong khi đường kính của vùng nửa tối có thể trên 6.400 km. (Xem thêm ảnh động ở đầu bài)[33]
Phương pháp tiên đoán[sửa | sửa mã nguồn] Xem thêm: Tham số Bessel và Chu kỳ SarosTừ thời cổ đại, sớm nhất từ 1350 TCN,[34] trong đó các nhà thiên văn học Babylon (khoảng 730 TCN) đã phát hiện ra Mặt Trăng tuân theo chu kỳ Saros, tên gọi do Edmund Halley đặt, các hiện tượng thiên thực lặp lại cứ sau xấp xỉ 18 năm 11 ngày 8 giờ (6585d 8h).[23][34][35] Chu kỳ này do sự trùng hợp thời gian giữa ba loại chu kỳ Mặt Trăng:[35]
223 tháng giao hội (giữa hai lần trăng mới): 29,530589 ngày x 223 = 6585,3223 ngày = 6585d 07h 43m 239 tháng điểm cận địa (giữa hai lần cận địa): 27,554550 ngày x 239 = 6585,5375 ngày = 6585d 12h 54m 242 tháng giao điểm thăng (giữa hai lần đi qua điểm nút lên): 27,212221 ngày x 242 = 6585,3575 ngày = 6585d 08h 35mDo nhật thực thường xảy ra những lúc trăng mới và Mặt Trăng gần điểm nút quỹ đạo (nếu ở thêm điểm cận địa thì khả năng xảy ra nhật thực toàn phần), vì vậy hai lần thiên thực cách nhau bởi chu kỳ Saros có những tính chất hình học giống nhau. Chúng xuất hiện ở cùng một điểm nút mà Mặt Trăng có cùng khoảng cách đến Trái Đất và ở cùng thời điểm trong năm. Bởi vì chu kỳ Saros không chẵn ngày (dư ra 8 giờ), khiến điều hạn chế lớn nhất của nó đó là những lần nhật thực tiếp sau sẽ xuất hiện ở những nơi khác nhau trên toàn cầu. Lượng dư 1/3 ngày có nghĩa là Trái Đất phải quay thêm ~8 giờ hoặc thêm một góc ~120º đối với mỗi chu kỳ. Đối với nhật thực, kết quả này làm dịch chuyển đường đi của bóng tối Mặt Trăng khoảng ~120º về phía tây ở lần nhật thực sau. Do đó, sau 3 chu kỳ Saros, nhật thực lặp lại tại cùng phạm vi địa lý trên Trái Đất (54 năm và 34 ngày). Dựa trên chu kỳ Saros, nếu đã biết được hiện tượng thiên thực xảy ra từ trước thì sẽ tiên đoán khá chính xác hiện tượng này sẽ xảy ra trong tương lai gần ở vị trí địa lý nào.[34][35]
Năm 1824, nhà toán học và thiên văn học người Đức Friedrich Bessel đưa ra phương pháp tính mới tiên đoán vị trí và thời gian xảy ra hiện tượng thiên thực bằng các tham số Bessel cho theo hệ quy chiếu của bóng Mặt Trăng so với tâm của Trái Đất. Phương pháp này rất chính xác và là công cụ mạnh cùng với máy tính cho việc tiên đoán các hiện tượng thiên thực không những trên Trái Đất mà đối với cả các hành tinh và saokhác.[34][36] Một mặt phẳng gọi là mặt phẳng cơ bản đi qua tâm Trái Đất và vuông góc với trục của bóng Mặt Trăng (trục nối tâm Mặt Trời và Mặt Trăng). Các tọa độ x, y và z lần lượt chỉ theo hướng đông, bắc và song song với trục của bóng Mặt Trăng. Các tham số Bessel là x và y cho bóng Mặt Trăng, l1 và l2 lần lượt là bán kính của vùng nửa tối và vùng bóng tối trên mặt phẳng cơ bản. Hướng của trục z trên thiên cầu được cho theo hai tọa độ xích vĩ d và góc giờ μ, và góc của đường bao vùng tối và vùng nửa tối so với trục bóng Mặt Trăng lần lượt là f1 và f2. Tám tham số Bessel (x, y, l1, l2, d, μ, f1, f2) cùng với tỉ số bán kính Mặt Trăng trên bán kính Trái Đất k, được cho theo bảng in sẵn hoặc được lập trình theo nhiều chương trình dự đoán nhật thực và nguyệt thực. Chi tiết về tính toán thiên thực có thảo luận tại một số cuốn chuyên khảo về lịch thiên văn và nhật thực.[34][36]
Minh họa phương pháp của Bessel
Mặt phẳng cơ bản màu đỏ, các vùng bóng tối có biên màu xanh.
x, y là tọa độ của giao điểm trục nối với mặt phẳng cơ bản. l1 và l2 là bán kính.
Các tham số f1, f2. Các đỉnh V1, V2; ρs và ρm là bán kính Mặt Trời và Mặt Trăng.
Tần suất và thời gian xảy ra[sửa | sửa mã nguồn]
Ảnh vẽ kết hợp đường đi của nhật thực toàn phần trong giai đoạn 1001–2000, cho thấy nhật thực toàn phần xảy ra ở khắp nơi trên Trái Đất. Bức ảnh này tổng hợp từ 50 ảnh khác nhau của NASA.[37]
Tại một nơi trên Trái Đất, nhật thực toàn phần là một hiện tượng hiếm gặp. Mặc dù nó xảy ra trên hành tinh trung bình khoảng 18 tháng một lần nhật thực toàn phần,[38]. Người ta tính được hiện tượng này lặp lại tại một nơi bất kỳ trung bình khoảng từ 360 đến 410 năm.[39] Nhật thực toàn phần kéo dài trong vài phút tại từng nơi bất kỳ, bởi vì vùng bóng tối của Mặt Trăng di chuyển về phía tây với tốc độ trên 1700 km/h.[40] Tại một nơi, thời gian quan sát thấy nhật thực toàn phần không bao giờ kéo dài quá 7 phút 31 giây, và thường ngắn hơn 5 phút:[41] trong mỗi thiên niên kỷ thường có ít hơn 10 lần nhật thực toàn phần kéo dài quá 7 phút. Lần gần đây nhất là nhật thực toàn phần ngày 30 tháng 6 năm 1973 với 7 phút 3 giây. Lần này, các nhà thiên văn đã sử dụng một máy bay Concorde bay theo vệt tối của Mặt Trăng và quan sát được nhật thực toàn phần trong thời gian khoảng 72 phút.[42] Lần nhật thực toàn phần tiếp theo có thời gian kéo dài hơn 7 phút sẽ là vào ngày 25 tháng 6 năm 2150. Lần nhật thực toàn phần kéo dài lâu nhất trong giai đoạn 8.000 năm từ 3.000 TCN đến 5.000 sẽ xảy ra vào ngày 16 tháng 7 năm 2186, khi thời gian diễn ra tại một nơi đặc biệt vào khoảng 7 phút 29 giây.[43] Để so sánh, lần nhật thực toàn phần lâu nhất trong thế kỷ 20 là 7 phút 8 giây vào ngày 20 tháng 6 năm 1955 và không có lần nhật thực toàn phần nào kéo dài trên 7 phút trong thế kỷ 21.[44]
Nếu ngày và thời gian của những lần nhật thực đã biết, người ta có thể tiên đoán những lần nhật thực trong tương lai bằng sử dụng chu kỳ nhật thực. Chu kỳ Saros là một trong những chu kỳ nổi tiếng và chính xác nhất mà các nhà thiên văn học cổ đại từng áp dụng (xem ở trên). Chu kỳ Saros bằng 6.585,3 ngày (trên 18 năm), có nghĩa là sau mỗi chu kỳ này một sự kiện thiên thực giống hệt sẽ diễn ra. Nhưng có sự khác biệt về kinh độ địa lý bị dịch chuyển khoảng 120° (do dư 0,3 ngày) và lệch một ít về vĩ độ (do độ nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo Mặt Trăng). Chuỗi Saros luôn luôn bắt đầu bằng thiên thực một phần gần một trong hai vùng cực của Trái Đất, sau đó dịch chuyển trên toàn cầu thông qua những lần thiên thực hình khuyên và toàn phần, và kết thúc chuỗi bằng nhật thực một phần tại vùng cực đối đỉnh. Chuỗi Saros kéo dài khoảng từ 1226 đến 1550 năm với 69 đến 87 lần thiên thực, trong đó 40 đến 60 lần là thiên thực trung tâm.[45]
Số lần trong mỗi năm[sửa | sửa mã nguồn]Một năm có ít nhất hai lần nhật thực và nhiều nhất năm lần nhật thực. Từ khi áp dụng lịch Gregory năm 1582, các năm có 5 lần nhật thực xảy ra đó là 1693, 1758, 1805, 1823, 1870, và 1935. Năm tiếp theo sẽ là 2206.[46]
| 5 tháng 1 | 3 tháng 2 | 30 tháng 6 | 30 tháng 7 | 25 tháng 12 |
|---|---|---|---|---|
| Một phần (nam) |
Một phần (bắc) |
Một phần (bắc) |
Một phần (nam) |
Hình khuyên (nam) |
 Saros 111 |
 Saros 149 |
 Saros 116 |
 Saros 154 |
 Saros 121 |
Nhật thực xảy ra nhờ cấu hình hình học đặc biệt của Mặt Trăng, Trái Đất và Mặt Trời. Tuy đối với con người ở trên Trái Đất, hiện tượng nhật thực toàn phần là hiếm gặp và ngắn ngủi, nhưng trong hàng trăm triệu năm trước trong quá khứ, Mặt Trăng nằm khá gần Trái Đất để nhiều lần che khuất hoàn toàn Mặt Trời giống như nhật thực toàn phần ngày nay; và trong một tỷ năm tới nó vẫn có thể che lấp Mặt Trời.[47][48]
Kính dùng để quan sát nhật thực.
Do ảnh hưởng của gia tốc thủy triều, quỹ đạo của Mặt Trăng quanh Trái Đất hiện tại mỗi năm dịch ra xa khoảng 3,8 cm.[49][50] Người ta tính được rằng trong ít hơn 1,4 tỷ năm nữa, khoảng cách từ nó đến Trái Đất sẽ tăng thêm 23.500 km. Trong thời gian này, đường kính góc của Mặt Trăng sẽ giảm dần, trong khi Mặt Trời thì không có sự biến đổi nhiều trong 1,4 tỷ năm nữa và do vậy Mặt Trăng không thể hoàn toàn che khuất được đĩa Mặt Trời khi nhìn từ Trái Đất. Điều này sẽ đúng khi Mặt Trăng ở điểm cận địa và Trái Đất ở điểm viễn nhật. Do vậy, khả năng sẽ không còn hiện tượng nhật thực toàn phần trong 1,4 tỷ năm nữa.[47]
Nhật thực và nguyệt thực[sửa | sửa mã nguồn]Nhật thực có khả năng quan sát thấy ít hơn nguyệt thực, mặc dù trên thực tế tần suất nhật thực nhiều hơn. Lý do là nguyệt thực có thể quan sát thấy bởi một nửa số người trên Trái Đất nằm trong nửa tối, còn nhật thực chỉ có thể quan sát trong bóng hẹp của Mặt Trăng đổ xuống Trái Đất.
Quan sát[sửa | sửa mã nguồn]
Nhìn trực tiếp vào quang quyển của Mặt Trời, đĩa sáng của Mặt Trời, ngay cả trong vài giây, sẽ làm phá hủy nặng nề võng mạc của mắt do cường độ ánh sáng mạnh và bức xạ vô hình phát ra từ quang quyển. Sự phá hủy này làm giảm thị lực, dẫn đến bị mù. Võng mạc không nhạy với vết đau, và hiệu ứng của nguyên nhân phá hủy võng mạc không cảm thấy được trong vài giờ sau đó, do vậy không có dấu hiệu cảnh báo nào của vết thương võng mạc mà người bị cảm thấy được.[51][52]
Nhật thực hình khuyên.
Phương pháp quan sát gián tiếp thông qua tấm bìa đục các lỗ. Ảnh chèn nhỏ bên trái cho thấy hình ảnh nhật thực một phần chụp qua máy ảnh có bộ lọc. Ảnh chính (xem hình lớn hơn) là hình chiếu của nhật thực xuống nền đất.
Nhật thực một phần vào 9 tháng 3 năm 2016 tại Singapore.
Nhật thực được nhìn thấy tại Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam vào ngày 9 tháng 3 năm 2016
Trong những điều kiện thông thường, Mặt Trời rất sáng và không thể quan sát trực tiếp. Tuy nhiên, trong thời gian nhật thực, với nhiều phần Mặt Trời bị che khuất, sẽ dễ hơn để quan sát nó với các dụng cụ bảo vệ mắt. Thực tế, nhìn vào Mặt Trời trong thời gian nhật thực cũng nguy hiểm khi nhìn vào nó lúc không có hiện tượng này, ngoại trừ trong một thời gian ngắn của nhật thực toàn phần, khi toàn bộ đĩa Mặt Trời bị che khuất hoàn toàn bởi Mặt Trăng. Cảnh báo: không được dùng mắt quan sát trực tiếp đĩa Mặt Trời thông qua bất kỳ một thiết bị hỗ trợ quang học nào (ống nhòm, kính thiên văn, hay máy ảnh camera) vì điều này sẽ làm mù mắt trong vài phần giây.[53][54]
Nhật thực một phần và hình khuyên[sửa | sửa mã nguồn]Quan sát nhật thực một phần và hình khuyên (và trong quá trình nhật thực toàn phần khi Mặt Trời không hoàn toàn bị che khuất bởi Mặt Trăng) cần những dụng cụ bảo hộ mắt hoặc quan sát theo phương pháp gián tiếp để tránh hỏng mắt. Quan sát đĩa Mặt Trời nên sử dụng kính mắt quan sát nhật thực chuyên dụng để lọc bớt những bức xạ nguy hiểm từ Mặt Trời. Kính râm không an toàn khi dùng để quan sát Mặt Trời. Chỉ nên sử dụng những kính đạt tiêu chuẩn với thiết kế riêng cho quan sát nhật thực trực tiếp.[55] Đặc biệt, với những dụng cụ tự chế như từ ổ đĩa mềm, đĩa CD, phim âm bản...nên tránh sử dụng.[56][57]
Cách an toàn nhất để quan sát nhật thực đó là quan sát đĩa Mặt Trời một cách gián tiếp.[58] Bằng cách sử dụng ống nhòm hoặc kính thiên văn với tờ bìa một lỗ nhỏ đặt trước kính và chiếu ảnh Mặt Trời lên một tờ giấy trắng. Lúc đó ảnh chiếu của Mặt Trời có thể quan sát an toàn; kỹ thuật này cũng được sử dụng để quan sát vết đen Mặt Trời. Cũng cần phải đề phòng để không ai nhìn trực tiếp qua ống nhòm hay kính thiên văn.[59] Quan sát đĩa Mặt Trời thông qua màn hình video của camera ghi hình là an toàn, mặc dù camera có thể bị phá hủy bởi chịu tác động trực tiếp của ánh sáng Mặt Trời. Có thể đặt trước máy quay camera hoặc máy ảnh một kính lọc sáng giúp bảo vệ các bộ CCD của máy và cho phép quan sát an toàn. Cần phải có kỹ năng thành thục khi đặt bộ kính lọc trước máy để không gây ảnh hưởng đến ảnh quan sát và tác hại tới máy.[57] Trong nhật thực một phần không thể quan sát thấy vành nhật hoa hoặc bầu trời không tối hoàn toàn, phụ thuộc vào diện tích đĩa Mặt Trời bị che khuất mà có thể cảm nhận được bầu trời tối đi hay không. Nếu hơn ba phần từ diện tích đĩa Mặt Trời bị che khuất thì ánh sáng ban ngày sẽ mờ đi rõ rệt, tuy bầu trời đã tối đi nhưng các vật vẫn in bóng xuống mặt đất.[60]
Nhật thực toàn phần[sửa | sửa mã nguồn]
Vòng hạt Baily.
Trong lúc nhật thực toàn phần, khi phần sáng của đĩa Mặt Trời rất nhỏ, lúc này sẽ hình thành hiệu ứng vòng hạt Baily. Hiệu ứng này xuất hiện bởi ánh sáng Mặt Trời vẫn đến được Trái Đất do địa hình gồ ghề của bề mặt Mặt Trăng. Hiện tượng này còn được biết đến là hiệu ứng nhẫn kim cương, những ánh sáng cuối cùng của Mặt Trời trước lúc nhật thực toàn phần.[61]
Trong lúc nhật thực toàn phần, Mặt Trời bị che khuất hoàn toàn bởi Mặt Trăng, có thể nhìn trực tiếp hiện tượng này bằng mắt thường một cách an toàn, nhưng không thể tiếp tục quan sát khi giai đoạn nhật thực toàn phần kết thúc.[58] Lúc này hình ảnh Mặt Trời rất mờ thông qua bộ lọc ánh sáng. Và có thể nhìn thấy vành nhật hoa bao quanh đĩa tối, cũng như sắc quyển, tai lửa Mặt Trời, hay thậm chí là vết loe Mặt Trời (solar flare). Cuối pha nhật thực toàn phần, hiệu ứng nhẫn kim cương lại xuất hiện về phía đối diện của đĩa Mặt Trăng.[61]
Chụp ảnh[sửa | sửa mã nguồn]Thú chụp ảnh nhật thực có thể thực hiện bằng các máy chụp ảnh thông thường. Nhưng để hiện rõ đĩa Mặt Trời/Mặt Trăng thì cần những camera với thấu kính phóng đại tiêu cự lớn (ít nhất 200 mm cho camera 35 mm), và để thu được hình ảnh của đĩa trong hầu hết các khung hình, cần một thấu kính tiêu cự lớn hơn (trên 500 mm). Khi ngắm chỉnh hướng thông qua kính ngắm, cần phải thận trọng để không bị hỏng võng mạc nếu chẳng may nhìn trực tiếp vào Mặt Trời qua ống ngắm.[62]
Bầu trời tối dần qua các pha của nhật thực hình khuyên.
Quan sát bằng kính chuyên dụng.
Ảnh qua kính thiên văn chiếu lên tấm bìa trắng.
Các giai đoạn nhật thực một phần.
