THIÊN VĂN VIỆT NAM – VACA Vietnam Astronomy and Cosmology Association
Chi tiết Đặng Vũ Tuấn Sơn Các chòm sao
Trái Đất tự quay quanh trục của nó sinh ra ngày và đêm. Giống như Mặt Trời và Mặt Trăng, các ngôi sao cũng có sự mọc và lặn do sự tự quay này. Tuy nhiên có một ngôi sao dường như luôn cố định trên bầu trời ở vị trí của thiên cực Bắc. Chúng ta gọi nó là sao Bắc Cực. Mặc dù vậy, sao Bắc Cực thực chất cũng có sự dịch chuyển.
Sao Bắc Cực là gì?
Như chúng ta đều biết, Trái Đất tự quay quanh trục Bắc-Nam. Nó mất 23 giờ 56 phút 4 giây để hoàn thành một vòng quay 360 độ (ngày sao) và 24 giờ để Mặt Trời trở lại vị trí cũ (ngày Mặt Trời).
Vì chuyển động quay này, chúng ta thấy Mặt Trời, Mặt Trăng và các ngôi sao có chuyển động biểu kiến hàng ngày từ Đông sang Tây. Nói cách khác, khi quay sát từ Trái Đất chúng ta thấy toàn bộ bầu trời đều di chuyển quanh trục của Trái Đất. Hãy tưởng tượng trục quay của Trái Đất được kéo dài ra ngoài không gian. Người ta thấy rằng đường kéo dài này theo hướng Bắc của Trái Đất đi qua một ngôi sao. Do trục của Trái Đất là cố định đối với chuyển động tự quay nên ngôi sao nằm trên đường kéo dài của trục này cũng cố định, tức là nó không mọc-lặn, cũng không di chuyển quanh trục như bất cứ điểm nào khác.
Ngôi sao đó được gọi là sao Bắc Cực (Polaris – lưu ý rằng nhiều tài liệu tiếng Việt cũ gọi là sao Bắc Đẩu là không chính xác. Polaris là biến thể từ “pole” nghĩa là cực, còn nhóm sao Big Dipper – 7 ngôi sao sáng nhất của chòm sao Ursa Major – thì mới được gọi là “Bắc Đẩu” hay “Bắc Đẩu Thất Tinh” trong văn hóa phương Đông).
Sao Bắc Cực ngày nay chúng ta biết là sao Alpha Ursa Minoris, ngôi sao sáng nhất của chòm sao Ursa Minor, cách Trái Đất khoảng 323 đến 433 năm ánh sáng (theo ước tính đến năm 2017).
Cách đơn giản để xác định sao Bắc Cực (Polaris) dựa vào nhóm sao Big Dipper. Trên thực tế, Big Dipper khá sáng và dễ xác định khi trời ít mây, còn Polaris thường chỉ dễ dàng xác định được ở những nơi không ô nhiễm bởi bụi và ánh sáng.
Do vị trí nằm trên đường kéo dài của trục quay Trái Đất (hay còn gọi là nằm ở thiên cực Bắc), ngôi sao này luôn có vị trí cố định trên bầu trời. Bạn luôn có thể nhìn thấy nó khi đứng trên Bắc bán cầu của hành tinh và độ cao của nó chính là vĩ độ nơi bạn đứng. Chẳng hạn, người quan sát ở Hà Nội luôn thấy sao Bắc Cực nằm ở độ cao khoảng 21 độ, trong khi người quan sát thuộc khu vực miền Nam sẽ thấy độ cao của nó là trên dưới 10 độ.
Hình vẽ cho thấy độ cao của sao Bắc Cực chính bằng vĩ độ của người quan sát
Sao Bắc Cực không phải cố định
Bạn có thể quan sát từ giờ tới cuối đời, và có lẽ cả đời con cháu của bạn, sao Bắc Cực vẫn luôn nằm ở đúng vị trí đó. Tuy nhiên thực tế thì nó không cố định, mà chỉ là với khoảng thời gian vài chục hay thậm chí một vài trăm năm thì sự thay đổi là quá nhỏ.
Sự thay đổi vị trí của sao Bắc Cực về cơ bản có hai nguyên nhân:
Thứ nhất, các sao mà bạn thấy trên bầu trời thực chất là không cố định. Chúng đều là các sao trong thiên hà Milky Way, và cũng như Mặt Trời, chúng có chuyển động quanh trung tâm của thiên hà theo những chu kỳ khác nhau. Tuy nhiên chu kỳ chuyển động của các sao quanh tâm thiên hà đều kéo dài từ hàng chục đến hàng trăm triệu năm hoặc hơn. Trong khi đó văn minh nhân loại chỉ mới kéo dài khoảng 10.000 năm. Vì vậy, vị trí của Trái Đất so với các sao trong thiên hà coi như không thay đổi gì ở thời điểm hiện tại so với thời điểm mà những tổ tiên đầu tiên của chúng ta quan sát bầu trời. Sự thay đổi vị trí của sao Bắc Cực vì lý do này cũng không đáng kể và có thể tạm bỏ qua.
Thứ hai: trục Trái Đất không phải là cố định. Chúng ta đều biết mặt phẳng xích đạo của Trái Đất nghiêng khoảng 23,5 độ so với mặt phẳng quỹ đạo của nó, có nghĩa là trục Trái Đất cũng nghiêng một góc tương tự so với trục vuông góc với Hoàng đạo. Tuy nhiên trục này thực tế không phải có độ nghiêng cố định như vậy. Do tác động hấp dẫn của nhiều thiên thể đồng thời tác động (Mặt Trời, Mặt Trăng, các hành tinh gần) nên trục của Trái Đất có sự dao động gọi là hai hiện tượng tiến động (hay tuế sai) và chương động. Trong đó, chương động gây ra sự thay đổi nhỏ và chúng ta cũng tạm bỏ qua ở đây mà chỉ xét tới tiến động (hay tuế sai – precession).
Tiến động và chương động
Tiến động, hay tuế sai, là hiện tượng trục Trái Đất đảo theo hình nón với chu kỳ gần 26.000 năm. Vì sự đảo này, hướng của trục Trái Đất có sự thay đổi theo thời gian chứ không phải luôn hướng vào sao Bắc Cực. Mặc dù sự thay đổi này rất chậm và với thời gian sống của một đời người chúng ta không thể nhận ra, nhưng trên thực tế khi xét toàn bộ lịch sử văn minh nhân loại thì sao Bắc Cực có sự thay đổi khá rõ nét.
Vị trí tương đối của các sao và chòm sao được nhắc tới trong bài. (Chữ màu trắng là tên ngôi sao, chữ màu vàng là tên chòm sao)
Khoảng hơn 2.000 năm trước Công nguyên, khi các kim tự tháp Ai Cập đang được xây dựng thì ngôi sao nằm ở thiên cực Bắc của Trái Đất không phải sao Alpha Ursa Minoris mà là sao Thuban của chòm sao Draco.
Khoảng 12.000 năm nữa, khi con cháu chúng ta quan sát bầu trời, thì ngôi sao có vị trí đó lại là sao Vega – ngôi sao sáng nhất của chòm sao Lyra và cũng là một trong những ngôi sao sáng nhất trên bầu trời phía Bắc. Như vậy, con cháu của chúng ta sẽ có một sao Bắc Cực sáng hơn và dễ xác định hơn nhiều so với sao Bắc Cực hiện nay.
Đặng Vũ Tuấn Sơn