Là một cư dân Trái đất, bạn dễ dàng tin rằng chúng ta đang đứng yên. Xét cho cùng, chúng ta chẳng cảm thấy bất kì chuyển động nào của môi trường xung quanh chúng ta. Nhưng khi bạn nhìn lên bầu trời, bạn có thể nhìn thấy bằng chứng rằng chúng ta đang chuyển động.
Một số nhà thiên văn học xa xưa nhất đề xuất rằng chúng ta sinh sống trong một vũ trụ địa tâm, nghĩa là Trái đất là trung tâm của vạn vật. Họ nói rằng Mặt trời quay xung quanh chúng ta, gây ra cảnh bình minh và hoàng hôn – mặt trăng và các hành tinh cũng chuyển động xung quanh chúng ta. Nhưng có những thứ nhất định không hoạt động được theo quan niệm này. Thỉnh thoảng, một hành tinh sẽ đi giật lùi trên bầu trời trước khi hồi phục chuyển động về phía trước của nó.
Ngày nay chúng ta biết rằng chuyển động này – gọi là chuyển động nghịch hành – xảy ra khi Trái đất “đuổi theo” một hành tinh khác trên quỹ đạo của nó. Ví dụ, Hỏa tinh quay xung quanh Mặt trời ở cự li xa hơn Trái đất. Tại một điểm trên quỹ đạo tương ứng của Trái đất và Hỏa tinh, chúng ta đuổi theo Hành tinh Đỏ và qua mặt nó. Khi chúng ta đi qua nó, Hành tinh Đỏ chuyển động ngược lại trên bầu trời. Rồi nó chuyển động về phía trước trở lại sau khi chúng ta đã vượt qua nó.
Một mảnh bằng chứng khác cho hệ mặt trời nhật tâm có từ quan sát thị sai, hay sự biến đổi biểu kiến vị trí của các sao so với nhau. Lấy một ví dụ đơn giản của thị sai, hãy giơ ngón tay trỏ trước mặt cách mắt bạn một khoảng bằng độ dài cánh tay. Hãy nhìn vào nó chỉ bằng mắt trái, nhắm mắt phải lại. Sau đó nhắm mắt trái lại, và nhìn vào ngón tay bằng mắt phải. Vị trí biểu kiến của ngón tay thay đổi. Đó là vì mắt trái và mắt phải của bạn nhìn vào ngón tay với góc nhìn hơi khác nhau.
Điều tương tự xảy ra trên Trái đất khi chúng ta ngắm sao. Chúng ta quay xung quanh Mặt trời mỗi vòng mất khoảng 365 ngày. Nếu chúng ta nhìn vào một ngôi sao ở gần vào mùa hè, rồi nhìn vào nó lần nữa vào mùa đông, thì vị trí biểu kiến của nó trên bầu trời thay đổi bởi vì chúng ta ở những điểm khác nhau trên quỹ đạo. Ta nhìn thấy ngôi sao từ những điểm ngắm khác nhau. Với một chút tính toán, sử dụng thị sai ta còn có thể tính ra khoảng cách đến ngôi sao đó.
Chúng ta tự quay bao nhanh?
Chuyển động tự quay của Trái đất là không đổi, nhưng tốc độ còn tùy thuộc vào bạn ở vĩ độ bao nhiêu. Đây là một thí dụ. Theo NASA, chu vi của Trái đất đo theo xích đạo vào khoảng 24.898 dặm (40.070 km). Nếu bạn ước tính một ngày dài 24 giờ, thì bạn hãy chia chu vi trên cho độ dài của ngày. Kết quả là tốc độ tại xích đạo vào khoảng 1037 dặm/giờ (1670 km/h).
Tuy nhiên, ở những vĩ độ khác bạn sẽ không chuyển động nhanh như vậy. Nếu chúng ta di chuyển lên vĩ độ 45 độ (bắc hoặc nam), bạn tính được tốc độ bằng cách sử dụng cosin (một hàm lượng giác) của vĩ độ. Một chiếc máy tính bỏ túi sẽ cho bạn giá trị hàm cosin ngay nếu bạn không biết cách tính. Cosin của 45 độ là 0,707, cho nên tốc độ tại vĩ độ 45o xấp xỉ bằng 0,707 ´ 1037 = 733 dặm/giờ (1180 km/h). Tốc độ càng giảm khi bạn càng tiến về phía bắc hay phía nam. Còn lúc bạn đi tới Cực Bắc hoặc Cực Nam, thì tốc độ của bạn thật sự rất chậm – mất cả ngày trời để quay tại chỗ.
Các cơ quan không gian thích khai thác chuyển động tự quay của Trái đất. Nếu đưa người lên Trạm Vũ trụ Quốc tế, chẳng hạn, vị trí ưu tiên là ở gần xích đạo. Đó là lí do các sứ mệnh tàu con thoi ở Mĩ thường được phóng từ Florida. Chọn địa điểm như vậy và phóng phi thuyền thuận chiều tự quay của Trái đất, các tên lửa nhận được cú bồi tốc độ để giúp chúng bay vào không gian.
Trái đất quay quanh Mặt trời bao nhanh?
Tất nhiên, chuyển động tự quay của Trái đất không phải là chuyển động duy nhất mà chúng ta có trong không gian. Theo Đại học Cornell, tốc độ quỹ đạo của chúng ta xung quanh Mặt trời vào khoảng 67.000 dặm/giờ (107.000 km/h). Bạn có tính ra đáp số trên bằng kiến thức hình học căn bản.
Trước tiên, ta phải tính xem Trái đất đi được bao xa. Trái đất mất 365 ngày để quay xung quanh Mặt trời. Quỹ đạo là một hình elip, nhưng để tiện tính toán, ta hãy giả sử là hình tròn. Như vậy, quỹ đạo của Trái đất là chu vi của một vòng tròn. Khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời - gọi là một đơn vị thiên văn - là 92.955.807 dặm (149.597.870 km), theo số liệu của Hiệp hội Thiên văn Quốc tế. Đó là bán kính (r). Chu vi của vòng tròn bằng 2p ´ r. Như vậy trong một năm, Trái đất đi được khoảng 584 triệu dặm (940 triệu km).
Vì tốc độ bằng quãng đường chia cho thời gian, nên tốc độ của Trái đất tính được bằng cách chia 584 triệu dặm (940 triệu km) cho 365,25 ngày rồi chia kết quả cho 24 giờ để thu được dặm/giờ hoặc km/h. Như vậy, Trái đất đi được khoảng 1,6 triệu dặm (2,6 triệu km) mỗi ngày, hay 66,627 dặm/giờ (107.226 km/h).
Mặt trời và thiên hà cũng chuyển động
Mặt trời có quỹ đạo của riêng nó trong Dải Ngân hà. Mặt trời ở cách tâm thiên hà khoảng 25.000 năm ánh sáng, và Ngân hà được cho là có đường kính cỡ khoảng 100.000 năm ánh sáng. Theo Đại học Stanford, chúng ta ở cách tâm thiên hà chừng nửa bán kính của nó. Mặt trời và hệ mặt trời đang chuyển động ở tốc độ 200 km/s, hay trung bình 828.000 km/h (515 dặm/giờ). Dù chuyển động nhanh như vậy, nhưng hệ mặt trời mất khoảng 230 triệu năm mới đi hết một vòng quanh Ngân hà.
Ngân hà cũng chuyển động trong không gian so với các thiên hà khác. Trong khoảng 4 tỉ năm tới, Ngân hà sẽ va chạm với thiên hà láng giềng gần nhất của nó, Thiên hà Andromeda. Hai thiên hà sẽ cày xới vào nhau ở tốc độ khoảng 70 dặm/giây (112 km/s).
Như vậy, vạn vật trong vũ trụ đều đang chuyển động không ngừng.
Chuyện gì xảy ra nếu Trái đất ngừng quay?
Khi Trái đất quay, bạn không thể bị văng ra ngoài không gian vì lực hấp dẫn của Trái đất quá mạnh so với chuyển động tự quay của nó. (Chuyển động tự quay này được gọi là gia tốc li tâm). Tại điểm mạnh nhất, tức là tại xích đạo, gia tốc li tâm chỉ khử được 0,3% trọng lực của Trái đất. Nói cách khác, bạn thậm chí chẳng để ý tới nó, mặc dù tại xích đạo bạn cân nhẹ hơn một chút so với tại hai địa cực.
NASA cho biết xác suất cho Trái đất ngừng tự quay “trên thực tế bằng không” trong vài tỉ năm tới, vì thế bạn có thể cảm thấy an toàn mà biết rằng bạn vẫn đang đứng yên. Tuy nhiên, trên lí thuyết, nếu Trái đất đột ngột ngừng quay, thì sẽ có hệ lụy khủng khiếp. Bầu khí quyển sẽ vẫn chuyển động ở tốc độ ban đầu của chuyển động tự quay của Trái đất. Điều này có nghĩa là mọi thứ sẽ bị quét sạch khỏi đất liền, kể cả con người, các công trình xây dựng và cả cây cối, đất đá vùng cao.
Vậy nếu quá trình dừng chuyển động diễn ra từ từ thì sao? Đây là kịch bản có khả năng xảy ra hơn trong hàng tỉ năm, theo NASA, bởi vì Mặt trời và Mặt trăng đang giằng xé chuyển động quay của Trái đất. Như thế sẽ có nhiều thời gian hơn cho loài người, giới động vật và thực vật thích nghi dần. Theo các định luật vật lí, chuyển động tự quay của Trái đất có thể giảm tới chậm nhất là một vòng quay trong 365 ngày. Tình huống đó được gọi là “đồng bộ mặt trời” và sẽ buộc một nửa hành tinh của chúng ta luôn luôn hướng về phía Mặt trời, và phía bên kia ở trong bóng đêm vĩnh cửu. Hãy so sánh: Mặt trăng của Trái đất đang chuyển động quay đồng bộ-Trái đất, trong đó một nửa Mặt trăng luôn luôn hướng về phía chúng ta, còn nửa kia hướng ra xa chúng ta.
Trở lại với kịch bản ngừng quay: Theo NASA, sẽ có một số hệ quả kì lạ khác nếu như Trái đất đột ngột ngừng quay. Trước tiên, từ trường có lẽ sẽ biến mất vì người ta nghĩ nó được tạo ra phần nào là do chuyển động quay. Chúng ta không còn được ngắm cực quang lộng lẫy màu sắc, và vành đai bức xạ Van Allen xung quanh Trái đất có lẽ sẽ biến mất. Khi đó, Trái đất sẽ trơ mình trần trước sự bắn phá của Mặt trời. Mỗi lần Mặt trời giải phóng một đợt phun trào vật chất vành nhật hoa (gồm các hạt tích điện) về phía Trái đất, nó sẽ đi tới mặt đất và đắm chìm vạn vật trong bức xạ. “Đây là một thảm họa sinh học nghiêm trọng,” theo NASA.
Một hệ quả kì lạ khác: đa số các nơi trên Trái đất sẽ có ban ngày trong nửa năm, và ban đêm trong nửa năm còn lại. Vào ban ngày, nhiệt độ bề mặt sẽ biến thiên phụ thuộc bạn ở vĩ độ bao nhiêu. Tại xích đạo sẽ còn nóng hơn so với hiện nay, vì ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp lên nó; hai địa cực sẽ không còn rõ rệt vì ánh sáng chênh lệch nữa. Vì không còn mặt trời mọc và mặt trời lặn, nên mặt trời sẽ chỉ di chuyển lên xuống trên bầu trời trong năm theo quỹ đạo và độ nghiêng của Trái đất.
Sự biến thiên nhiệt độ dài hạn này sẽ làm biến đổi vòng tuần hoàn gió trong khí quyển, gió thổi từ xích đạo về hai cực sẽ mạnh hơn gió thổi song song với xích đạo như hiện nay.
Nguồn: Universe Today
