CÁC KHOẢNG CÁCH TRÊN QUY MÔ VŨ TRỤ
Khi Trái đất quay xung quanh Mặt trời, nó duy trì một khoảng cách trung bình chừng 150 triệu km (93 triệu dặm) giữa nó và ngôi sao của chúng ta. Trái đất hoàn thành một vòng quay như thế này xung quanh Mặt trời trong khoảng 365,25 ngày – nói cách khác là mỗi vòng quay một năm. (Chính phần lẻ một phần tư ngày đó là lí do tại sao cứ bốn năm chúng ta lại thêm một ngày vào cuối tháng Hai, ngày nhuận, để giữ cho các loại lịch cân bằng.)
Vì chúng ta sẽ còn đi xa nữa trên hành trình của mình, nên bây giờ là lúc thích hợp để bắt đầu nói về khái niệm khó nuốt là khoảng cách vũ trụ. Khi nói tới vũ trụ, những khoảng cách mà chúng ta gặp phải có thể lớn kinh khủng và khó bề hình dung nỗi. Cho đến nay, chúng ta mới nói tới hai láng giềng vũ trụ nổi tiếng nhất của mình: Mặt trăng và Mặt trời. Ở khoảng cách tương ứng của chúng là hàng trăm nghìn, và hàng triệu dặm (hoặc km) so với chúng ta, chúng nghe có vẻ như là rất xa.
Theo một chừng mực nào đó thì đúng như vậy. Nhưng theo một chừng mực khác, thì chúng chưa vượt ra khỏi mảnh vườn vũ trụ sau nhà của chúng ta. Vạn vật trong Vũ trụ ở quá xa xôi cho nên các nhà thiên văn thường không sử dụng các đơn vị đo khoảng cách mà chúng ta dùng trên Trái đất – dặm, km – mà sử dụng các đơn vị đo riêng của họ.
Một đơn vị mà các nhà thiên văn thường sử dụng, và chúng ta sẽ dùng trong quyển sách này, là năm ánh sáng. Thoạt nghe, nó có vẻ là một đơn vị của thời gian. Thay vậy, nó là một đơn vị của khoảng cách. Một năm ánh sáng là quãng đường ánh sáng sẽ đi được trong một năm, phiên dịch ra là khoảng sáu nghìn tỉ dặm. Sáu nghìn tỉ là một con số 6 theo sau đó là 12 con số 0!
Làm thế nào người ta lại đo khoảng cách theo kiểu như vậy? Hãy giả sử rằng bạn có thể đi bộ đúng một dặm đường trong mười lăm phút – không hơn không kém. Nếu bạn nói bạn đã vừa mới đi bộ được 15 phút, thì thông tin đó có thể dịch tự động thành một dặm đi bộ.
Một lượt đi bộ ba mươi phút là bằng hai dặm, và cứ thế. Theo kiểu này, đơn vị đo của thời gian (phút) trở thành đơn vị đo của khoảng cách (dặm) vì tốc độ đi bộ trong tình huống giả định này không hề thay đổi.
Đây chính là kiểu vận hành của đơn vị năm ánh sáng, vì tốc độ ánh sáng tuyệt đối không đổi, như chúng ta đã nói ở chương trước. Thật vậy, tính nhất quán này của tốc độ ánh sáng là một trong những quan niệm căn bản nhất trong mọi ngành vật lí học. (Bạn cũng có thể cảm ơn Einstein vì điều đó.) Nó đã được kiểm tra đi kiểm tra lại trong nhiều năm, và thực tế đơn gian rằng ánh sáng truyền đi ở một tốc độ không đổi luôn luôn đúng. Nếu bạn muốn làm toán, thì ánh sáng chuyển động ở tốc độ chừng 186.200 dặm mỗi giây. Tốc độ như thế là nhanh. Con vật nhanh nhất trên đất liền Trái đất, con báo, có thể đạt tới tốc độ chỉ khoảng 70 dặm một giờ.
Trái đất của chúng ta là chấm sáng trắng ở góc dưới bên trái bức ảnh này, cùng với Mặt trăng là vết trắng nhỏ hơn nằm ngay bên phải Trái đất. Khi sứ mệnh MESSENGER của NASA chụp bức ảnh này vào tháng 5 năm 2010, nó đang ở cách Trái đất 114 triệu dặm. Để so sánh, khoảng cách trung bình giữa Trái đất và Mặt trời là 93 triệu dặm.
Khi chúng ta thám hiểm các vật thể khác ngoài Mặt trăng và Mặt trời, ta sẽ nhanh chóng hiểu rõ tại sao các nhà thiên văn lại nghĩ ra cách đo khoảng cách khác lạ như thế này. Ví dụ, ngôi sao gần nhất ngoài Mặt trời của chúng ta ra, Proxima Centauri, ở xa khoảng bốn năm ánh sáng. Khoảng cách đó có phần hình dung được khi nói theo đơn vị dặm: chừng 24.000.000.000.000 (nghĩa là 24 nghìn tỉ dặm, hay 38 nghìn tỉ km). Nhưng nếu bạn xét một vật gì đó vẫn còn tương đối ở gần, ví dụ như tâm của Dải Ngân hà, thì bạn đang nhìn nó ở khoảng cách chừng 26.000 năm ánh sáng. Giá trị đó phiên dịch ra là 156.000.000.000.000.000 dặm, hay 250.000.000.000.000.000 km. Có quá nhiều số 0 để mà theo dõi.
Vì thế hoặc bạn có thể nghĩ tới khoảng cách đến Mặt trăng và Mặt trời theo các đơn vị dặm hoặc km quen thuộc của chúng ta. Hoặc bạn có thể làm quen dần với cách đo khoảng cách vũ trụ như trên, theo đó thì khoảng cách đến Mặt trăng là khoảng 1,3 giây ánh sáng (quãng đường ánh sáng đi trong 1,3 giây) và khoảng cách đến Mặt trời là dưới 500 giây một chút, hay chừng 8,3 phút ánh sáng. Vì các mục tiêu của quyển sách này, chúng tôi sẽ trình bày các khoảng cách đến các vật thể trong vũ trụ theo thời gian ánh sáng chuyển động, nghĩa là theo đơn vị giây ánh sáng, phút ánh sáng, hoặc năm ánh sáng. Hãy tìm những điểm tham khảo này bên cạnh tiêu đề của các vật thể trong bộ ảnh bên dưới.
Như chúng ta sẽ thấy trong chương tiếp theo, một khi chúng ta chuyển đến những vật thể khác trong Hệ Mặt trời và xa hơn nữa, thì khái niệm “năm ánh sáng” trong bộ đồ nghề vũ trụ của chúng ta sẽ rất hữu dụng. Vui lòng lưu ý rằng đối với các vật thể trong Hệ Mặt trời, trong quyển sách này, chúng tôi sử dụng khoảng cách trung bình theo thời gian ánh sáng chuyển động từ Mặt trời (thay vì từ Trái đất). Chúng tôi làm như vậy bởi vì các hành tinh trong Hệ Mặt trời – kể cả Trái đất – chuyển động theo những quỹ đạo elip dẹt và có tốc độ khác nhau xung quanh Mặt trời, cho nên khoảng cách giữa Trái đất và các hành tinh khác có thể biến thiên đáng kể tùy thuộc vào mỗi vật thể đang ở đâu trên quỹ đạo của nó. Tuy nhiên, Mặt trời là một điểm xuất phát tốt hơn để đánh dấu khoảng cách cho các hành tinh và các vật thể địa phương khác trong Hệ Mặt trời.
CẨM NANG THÁM HIỂM VŨ TRỤ
Kimberly Arcand và Megan Watzke
Trần Nghiêm dịch
Phần tiếp theo >>
