Đang tải... (xem toàn văn)
Người ta thiết lập một biểu ñồ có tên gọi là Analemma (hình 5) ñể biểu diễn sự biến thiên của xích vĩ MT theo các ngày trong năm, và theo thời sai, tức là khoảng chênh lệch thời gian[r]
(1)TRỤC NGHIÊNG, QUỸ ðẠO ELLIP CỦA TRÁI ðẤT VÀ CÁC SỐ TRÊN BẦU TRỜI
TRẦN THỊ HỒNG MAI
Khoa ðịa lý, Trường ðHSP Hà Nội
Một số biểu chế ñộ làm việc Mặt Trời (MT) ngày đêm dài ngắn theo mùa, vị trí cao thấp MT thay ñổi theo ngày năm ñã từ lâu quy cho trục xoay ln nghiêng Tð q trình vận động xung quanh MT Ngoài khác biệt rõ rệt tương tự chế ñộ chiếu sáng, chế ñộ nhiệt, trục xoay nghiêng Tð kết hợp với dạng ellip gần tròn quỹ đạo Tð cịn gây nên vài chuyện sai lệch nhỏ, không người tường tận không phần lý thú
Chuyện thứ Khoảng thời gian lần MT lên cao bầu trời (ngày theo MT) có xê dịch năm
Hình cho phép ta quan sát hệ MT-Tð từ phía Bắc Hồng đạo khoảng thời gian hai lần liên tiếp MT lên cao (ngày theo MT)trong hai trường hợp: Tð gần MT ( vào mùa đơng Bắc bán cầu, khoảng tháng 1) xa MT (vào mùa hè Bắc bán cầu, khoảng tháng 7) Mũi tên số thời ñiểm MT lên thiên ñỉnh lần thứ Mũi tên hướng số thời ñiểm sau Tð xoay ñược trọn vòng tức 23h 56’ 04” ðiều ñược thể mũi tên số song song với mũi tên số Mũi tên số hai hình mơ tả thời điểm MT lên thiên ñỉnh lần tiếp sau ñó
(2)xoay vịng Ngày theo MT vịng quay Tð Tð xoay chỗ, khơng có chuyển động tịnh tiến
Chuyện thứ hai Các số bầu trời
Trục xoay nghiêng khơng đổi hướng Tð vị trí Tð quỹ đạo, hẳn nhiều người biết, nhân tố ñịnh thay ñổi ñộ cao MT vào ngày năm Như vậy, quan trắc MT vào định ngày khác nhau, ta thấy vị trí MT bầu trời địa phương thay đổi Thực tế phóng viên nhiếp ảnh kiêm nghiên cứu viên thiên văn nghiệp dư minh họa hình ảnh sau chạy maratong rịng rã suốt năm quanh số ñền thờ cổ Hy Lạp Tại ñịa ñiểm, tiến hành chụp ảnh MT khn hình định, vào định ngày khác năm thu ảnh MT có dạng số với dáng vẻ khác Các số nghiêng theo chiều dấu huyền thời gian chụp buổi sáng, dấu sắc chụp buổi chiều, thẳng ñứng chụp khoảng trưa (Hình 3)
Tại lại số 8? Các cực trị số theo chiều ngang theo chiều cao phản ánh điều gì?
Chụp hồi 08:00:00 GMT+2 từ 12/1/02 ñến 21/ 12/02 ðền thờ Tholos, Delphi, Hy Lạp
Chụp hồi 12:28:16 GMT +2 từ 12/1/02 ñến 21/ 12/02 Parthenon, Athens, Hy Lạp
Chụp hồi 16:00:00 GMT +2 từ 07/1/03 ñến 20/12/03 ðền thờ Zeus, Nemea, Hy Lạp
Hình Các số bầu trời Hylạp
(3)Vậy chuyển dịch vị trí MT theo phương ngang ñâu?
Ta biết vào mùa hạ MT lên cao bầu trời, mùa đơng nhô lên không cao Những ảnh MT hình chụp Hylạp, vùng ngoại chí tuyến, nơi nhìn thấy MT phía nam Như vậy, nhìn vào ảnh hình 3, trước mặt hướng nam, bên phải tây, trái đơng
Thời gian chiếu sáng (TGCS) dài ngày hè, ngắn mùa đơng MT phải trải qua ñoạn ñường biểu kiến dài ngắn khác nhau, vạch bầu trời địa phương cung trịn rộng hẹp khác Nếu MT ñược quan sát ñánh dấu vào nhiều thời ñiểm ngày 6h, 7h, 8h, 9h, 10h, 11h, 12h, 15h, 16h, 17h, 18h xếp số lại khuôn hình thấy chúng dường nằm trọn vịm khum có bề rộng chiều cao số Trên hình 4, số hình đặt vào khoảng cung trịn lớn cung tròn nhỏ Cung tròn lớn tuyến chuyển ñộng biểu kiến dài nên MT phải nhiều thời gian ñi hết, tức ngày có TGCS dài năm Cung nối điểm xa theo phương ngang (viễn đơng viễn tây) cao theo phương thẳng ñứng ba số Cung tròn nhỏ, tương tự, quỹ ñạo chuyển ñộng biểu kiến MT ngày có TGCS ngắn năm
Ta xét hình 4, số nghiêng chiều dấu huyền quỹ ñạo năm MT lúc 8h sáng Sáng ngày 22/06/02, ngày có TGCS dài hay ngày MT phải trải qua chặng ñường xa nên 8h MT ñã xuất vị trí cao (đỉnh số tính theo trục đối xứng thẳng) cung trịn lớn, hướng đơng-đơng nam bầu trời Trong đó, 22/12/02 ngày có TGCS ngắn nhất, qng đường biểu kiến cần ñi ngắn nên ñã 8h sáng MT cịn thấp, ló ra, cung trịn nhỏ chếch phía nam-đơng nam (đáy số 8) Vì phải ñi theo tuyến biểu kiến rộng, hẹp, dài, ngắn khác nhau, vị trí MT buổi sáng trải rộng theo phương ngang Sự thay đổi vị trí theo chiều thẳng ñứng chiều ngang khiến quỹ ñạo năm MT buối sáng nghiêng theo chiều dấu huyền
(4)Bảng Thời ñiểm MT mọc lặn TGCS số ngày mùa hạ mùa đơng
Ngày Thời điểm MT
mọc
Thời ñiểm MT lặn
Khoảng thời gian chiếu sáng
14/06/01 mọc sớm 5:48 20:51 15h03’
22/06/01 ngày có TGCSdài 5:49 20:54 15h05’
27/06/01 lặn muộn 5:51 20:55 15h04’
7/12/01 lặn sớm 7:30 16:52 9h22’
22/12/01 ngày có TGCSngắn 7:40 16:55 9h15’
04/01/02 mọc muộn 7:43 17:05 9h22’
Xét số ñứng thẳng, chụp lúc buổi trưa, ta thấy ngày MT lên cao ngày có TGCS dài nhất, ngày có TGCS ngắn ngày MT trưa thấp năm Sự trùng lặp này, tiếc, không thấy có hai số cịn lại MT mọc muộn (4/1), ñiểm thấp số dấu huyền lặn sớm (7/12), ñiểm thấp số dấu sắc, lại không thuộc ngày Hai ngày chẳng trùng với ngày có TGCS ngắn năm (22/12) Tương tự, MT mọc sớm nhất(14/6), lặn muộn (27/6) nằm hai ngày khác Hai ngày khơng phải ngày có TGCS dài năm(22/6) (Xem bảng 1)
Chuyện thứ ba: Các số góc nhập xạ
Vì MT di chuyển biểu kiến hai chí tuyến nên tia sáng MT lên cao 365 ngày năm tạo 365 góc khác so với mặt phẳng xích đạo Tð, góc xích vĩ hay độ nghiêng MT so với mặt phẳng xích đạo Người ta thiết lập biểu đồ có tên gọi Analemma (hình 5) để biểu diễn biến thiên xích vĩ MT theo ngày năm, theo thời sai, tức khoảng chênh lệch thời gian hai thời ñiểm: thời ñiểm MT lên cao bầu trời thời ñiểm trưa theo ñịa phương Theo tiếng Hy Lạp, từ Analemma có nghĩa ñiều ñã ñược chuẩn y, cần nắm bắt chỉnh sửa dùng ñồng hồ MT Trong giáo trình ðịa lý Tự nhiên tập dành cho trường Cao ñẳng SP NXB ðại học Sư phạm xuất năm 2003, tác giả Nguyễn Trọng Hiếu ñã dịch nghĩa từ theo từ ñiển ðịa cầu ñồ Tuy nhiên, Analemma biểu ñồ hành trình củaMT liệu ta có nên gọi Nhật cầu đồ chăng?
Có điều lý thú biểu đồ có hình số Số không nằm chênh vênh bầu trời mà vững chãi yên vị hệ tọa ñộ với trục tung xích vĩ, trục hồnh thời sai Ngày tháng tương ứng với độ xích vĩ đo MT ñược ghi rõ số ñể tiện tra cứu Trục hồnh biểu đồ đặt mép khung với giá trị giữa, tỏa hai bên 2M, 4M, 6M, 16M thuộc chiều âm 14M phía chiều dương Các số có nghĩa so với ñịa phương, MT lên cao bầu trời muộn (thời sai dương) hay sớm (thời sai âm) chừng phút (M- minute, theo tiếng Anh) Ví dụ:
(5)Ngày 10 tháng 11, Mặt Trời chiếu vng góc 170N, vào hồi 11h44’, tức sớm trưa theo ñịa phương 16 phút
Ngày 30/7 MT chiếu vng góc vĩ tuyến 180B, muộn trưa 7phút, vào hồi 12h07’ theo ñịa phương
MT cao trước 12h trưa MT cao sau 12h trưa
Hình Analemma- Nhật cầu ñồ hay ðịa cầu ñồ?
Các số dường ln khơng cân đối chân to ñầu nhỏ, kể chênh vênh trời ñược ñứng trang trọng biểu ñồ analemma, sách thiên văn hay vẫy vùng mênh mơng Nam Thái Bình Dương(TBD) sóng vỗ (Trên số ðịa cầu thiên văn có vẽ analemma khu vực nam TBD) Trên analemma chân số phồng thể từ tháng ñến tháng năm sau, giá trị tuyệt ñối thời sai lớn biến ñổi nhanh theo thời gian
(6)Với trị số tra từ Analemma, ta cịn tính góc nhập xạ Mặt Trời vào ngày năm ñịa ñiểm Nếu ñịa ñiểm ñó thuộc bán cầu mùa hè (nằm bán cầu với vĩ ñộ ñang ñược Mặt Trời ñang chiếu thẳng góc), góc nhập xạ Mặt Trời tính cách lấy 90 trừ ñi giá trị tuyêt ñối hiệu ñộ xích vĩ vĩ ñộ địa điểm Nếu địa điểm nằm bán cầu mùa đơng, khác bán cầu so với nơi có MT chiếu vng góc, h tính cách lấy 90 trừ tổng xích vĩ vĩ độ địa điểm
Ví dụ: Ngày 20 tháng 8, xích vĩ 12 B:
Tại địa điểm có vĩ độ 30 N, khác bán cầu, góc nhập xạ h= 90 0- (30 0+12 0) = 480 Tại địa điểm có vĩ ñộ 30 B, bán cầu, góc nhập xạ h= 90 0- /12 0-30 0/ = 72 Theo tác giả viết này, biến thiên xích vĩ năm dao động góc tia cố ñịnh (tia sáng MT mặt phẳng Hồng đạo) bề mặt cong khum (bề mặt Tð) ñang nằm tổ hợp chuyển ñộng cong phức tạp (xoay quanh trục tịnh tiến theo quỹ ñạo cong khơng đều) Vì vậy, biến thiên xích vĩ khơng thể biến thiên tuyến tính Nếu bạn có ý định tính xích vĩ ngày năm theo cách chia biến thiên xích vĩ ngày chí ngày phân cho số ngày hai thời điểm nhân với số ngày từ thời điểm chí (hoặc phân) đến ngày bạn muốn xác định xích vĩ (theo cách tính biến thiên tỷ lệ thuận tuyến tính) e kết bạn nhận có chênh lệch lớn so với giá trị đích thực Trên analemma cho thấy khoảng từ thu phân đến đơng chí, xích vĩ biến đổi khơng Từ 10/11 đến 10/12 30 ngày, xích vĩ chênh lệch Trong từ 30/9 đến 30/10, 30 ngày, xích vĩ dao động 11 0, gần gấp đơi so với giai đoạn bên
Chuyện thứ tư: Vì MT chẳng giờ?
(7)là khoảng thời gian lần liên tiếp kinh tuyến Tð đạt vị trí thiên đỉnh so với ngơi xa, nằm hệ MT Giữa ngày theo có sai lệch sai lệch so với ngày theo MT)
Chuyện thứ năm: Tơi muốn vẽ analemma có khơng? Các hành tinh khác có analemma khơng?
Muốn kiểm tra tồn thật analemma không khó Dùng que gậy dài chừng 1m20-1m30 cắm thẳng ñứng sát cửa sổ Chừng 10 ngày lần vào định, đánh dấu vị trí bóng đầu gậy tường đối diện Sau năm bạn có số ðiều đặc biệt thuộc tính số hồn tồn ngược với số ta nói bên trên: đầu to, chân nhỏ, buổi sáng hình dấu sắc, chiều hình dấu huyền, ñiểm cao ñánh dấu ñược vào ngày mùa đơng, điểm thấp, mùa hè
Nhìn sang hành tinh khác hệ MT, trừ Thủy tinh Kim tinh khơng có analemma chu kỳ xoay chúng quanh trục xấp xỉ chu kỳ dịch chuyển quanh MT Từ sáu hành tinh lại hệ MT Diêm vương tinh (Sau 70 năm cơng nhận, ngày 28/08/06 Diêm Vương tinh ñã bị Hiệp hội thiên văn Quốc tế tước danh hiệu hành tinh) ñều quan sát thấy MT di chuyển vị trí bầu trời theo vịng cong xoắn khác tuỳ theo tốc ñộ xoay, ñộ nghiêng trục quay ñộ cong quỹ ñạo chúng
Hoả tinh Mộc tinh Thổ tinh Thiên Vương tinh Hải Vương tinh DiêmVương tinh TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] http:// www.ngdc.noaa.gov [2] http:// www.scienasoft.com
[3] Nguyễn Trọng Hiếu, 2002 ðịa lý tự nhiên ñại cương, tập NXB ðHSP TĨM TẮT
Bài viết trình bày số sai lệch nhỏ vị trí MT bầu trời, tạo trục quay nghiêng so với mặt phẳng Hồng đạo quỹ đạo dạng ellíp Tð tịnh tiến xung quanh MT
SUMMARY