Từ xa xưa, khoảng cách giữa Trái Đất chúng ta với Mặt Trời to lớn kia luôn là đề tài nghiên cứu của các nhà thiên văn học. 

Phương pháp cổ đại

Người khởi đầu cho công cuộc này là nhà toán học, nhà thiên văn học cổ đại người Hy lạp Aristarchus vào những năm 250 TCN. Ông sử dụng các pha của Mặt Trăng và quy ước góc tạo bởi Trái Đất, Mặt Trời, Mặt Trăng tại các pha chọn trước. Cuối cùng, ông kết luận Mặt Trời cách rất xa Trái Đất (gấp khoảng 20 lần khoảng cách Trái Đất tới Mặt Trăng) và to hơn Trái Đất rất nhiều (đường kính Mặt Trời gấp khoảng 6 lần đường kính Trái Đất). So với thực tế, những kết luận kia chưa thực sự chính xác (khoảng cách Trái Đất tới Mặt Trời gấp 400 lần khoảng cách Trái Đất tới Mặt Trăng và đường kính Mặt Trời gấp hơn 100 lần đường kính Trái Đất). Mặc dù những nỗ lực ấy chỉ dựa trên Toán học đơn thuần mà không có sự trợ giúp bởi bất kì công cụ hiện đại nào, nhưng kết quả mang lại của Aristarchus vẫn vô cùng ấn tượng khi ông đã có những kết luận tương đối đầu tiên về khoảng cách từ chúng ta tới Mặt Trời.

Trải qua nhiều thế kỷ, nhiều nhân vật lỗi lạc cũng tham gia vào công cuộc tìm kiếm câu trả lời. Nhất là vào thế kỷ 17, nhà thiên văn học người Hà Lan Christiaan Huygens và nhà thiên văn học người Ý Gian Domenico Cassini đều đưa ra những công bố về khoảng cách Trái Đất đến Mặt Trời. Cả hai đều dùng những tính chất về hình học và phán đoán dựa trên các hành tinh gần Trái Đất hơn như Sao Kim, Sao Hỏa để đưa ra con số gần đúng với thực tế.

Tuy nhiên, những phương pháp trên chỉ là phỏng đoán và không hoàn toàn dựa trên cơ sở thực nghiệm nên không được công nhận.


hình Hệ Mặt Trời của Kepler:
1. Quỹ đạo các hành tinh không là hình tròn, mà là elip.
2. Mặt Trời không nằm tại tâm mà tại một tiêu điểm.
3. Cả vận tốc xuyên tâm và vận tốc góc đều biến thiên khi hành tinh chuyển động trên quỹ đạo, nhưng vận tốc quét là không đổi.
4. Bình phương chu kỳ quỹ đạo tỷ lệ với lập phương giá trị trung bình giữa khoảng cách lớn nhất và nhỏ nhất từ hành tinh tới Mặt Trời.

Dựa trên nghiên cứu của Kepler, ta xây dựng được mô hình hệ Mặt Trời với hình dạng chính xác và khoảng cách tương đối của tất cả các Hành tinh. Nhưng chúng ta vẫn chưa biết được kích thước thực tế của chúng. Cũng giống như xem bản đồ, chúng ta biết các vị trí tương đối của các vật thể. Nhưng không biết khoảng cách thực tế nếu không có tỉ lệ xích của bản đồ. Do đó đến năm 1960, với sự ra đời của tàu vũ trụ và radar, chúng ta mới biết được con số chính xác của khoảng cách Trái Đất đến Mặt Trời.

Phương pháp hiện đại

Phương pháp hiện đại giúp ta giải quyết vấn đề trên có tên gọi Radar Ranging. Phương pháp này có thể hiểu đơn giản như sau. Sóng vô tuyến sẽ được truyền tới một thiên thể, chẳng hạn như một Hành tinh. Sóng đó sẽ bị phản xạ bởi thiên thể đó. Đồng thời cho thấy hướng và khoảng cách từ điểm phát sóng đến thiên thể. Lấy thời gian di chuyển khứ hồi của Radar nhân với tốc độ ánh sáng 300.000 (km/s). Chúng ta được 2 lần khoảng cách từ điểm phát sóng đến thiên thể.

Tốc độ ánh sáng cũng là tốc độ truyền đi của sóng vô tuyến.

Tuy nhiên, không thể dùng trực tiếp phương pháp này để đo khoảng cách đến Mặt Trời vì tín hiệu vô tuyến bị hấp thụ toàn bộ ở bề mặt Mặt Trời mà không phản xạ lại Trái Đất. Tính toán dựa vào Sao Kim là phương pháp phổ biến nhất hiện nay. Vì Sao Kim có quỹ đạo tương đối gần Trái Đất

Dựa vào những tính toán của mình, Kepler quy ước:
Khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt Trời là 1 AU (Astronomical Unit: đơn vị thiên văn). Khi đó, khoảng cách từ Sao Kim tới Mặt Trời sẽ vào khoảng 0.7 AU. Hay khoảng cách từ Trái Đất đến Sao Kim là 0.3 AU. Để quy đổi AU sang những đơn vị đo khoảng cách phổ biến hơn như Km, Miles, chúng ta sử dụng phương pháp Radar Ranging. Thời gian khứ hồi sóng vô tuyến từ Trái Đất đến Sao Kim rơi vào khoảng 300 giây. Khi đó, khoảng cách từ Trái Đất đến Sao Kim sẽ là:

  • 300.000 (km/s) x 300 (s) ÷ 2 = 45.000.000 (km)
  • Khi đó, 0.3 AU tương đương 45.000.000 (km)
  • Hay, 1 AU tương đương 150.000.000 ≈ 1.5 × 10^8 (km)

Thông qua nhiều thực nghiệm, người ta đưa ra con số chính xác cho đơn vị thiên văn là 149.597.870(km). Đó cũng chính là khoảng cách trung bình giữa Trái Đất và Mặt Trời.

Tổng hợp và chia sẻ bởi Ban Học Thuật – Trần Vĩnh Đạt – Câu lạc bộ Thiên văn học Đà Nẵng

Content Protection by DMCA.com