Bầu trời đêm và hình dáng ngôi sao

Bầu trời đêm và những ngôi sao lấp lánh rất quen thuộc với chúng ta. Nhưng trong sự quen thuộc ấy lại chứa đựng bao điều bí ẩn. Biết được những điều bí ẩn đó sẽ làm cho những gì đã quen thuộc càng trở lên thú vị hơn.

Bầu trời

Bầu trời được xem như vòm úp trên mặt đất và là khoảng không gian nhìn thấy được của một phần bầu khí quyển. Ban ngày, bầu trời có màu xanh lơ. Ban đêm, bầu trời có màu đen với các vì sao lấp lánh.

, Bầu trời đêm (tamguong.vn)

Trong quan niệm của chúng ta, bầu trời chỉ là một khái niệm chung chung. Khi đề cập đến, chúng ta thường bỏ qua điều hiển nhiên là bầu trời luôn gắn liền với vị trí cụ thể của một nơi nào đó. Khi gắn với một vị trí cụ thể trên trái đất thì bầu trời được xác định một cách rõ ràng.

, Hình minh họa bầu trời

Bầu trời là khoảng không gian được xác định bởi mặt phẳng tiếp xúc với trái đất tại một vị trí cụ thể và bầu khí quyển. Ban ngày, do có ánh sáng mặt trời nên chúng ta chỉ nhìn thấy các sự vật, hiện tượng trong khoảng không gian này. Ban đêm, do không có ánh sáng mặt trời nên không phân biệt được rõ mọi thứ trên mặt đất nhưng khi nhìn lên bầu trời chúng ta lại thấy được những ngôi sao lấp lánh ở tít xa trong vũ trụ bao la. Bầu trời ban đêm, theo quan niệm của chúng ta thực ra chính là phần vũ trụ nhìn thấy từ một vị trí trên trái đất. Mỗi nơi lại có một bầu trời khác nhau và sẽ thấy những vì sao khác nhau.

Bầu trời đêm

Ánh sáng từ mặt trời chiếu tới chia trái đất thành hai phần là sáng, tối. Ứng với đó là ngày và đêm.

, Hình minh họa khoảng không vũ trụ nhìn thấy vào ban đêm

Ban ngày, khi nhìn lên cao chỉ thấy mặt trời và những đám mây. Còn ban đêm khi nhìn lên bầu trời sẽ thấy mặt trăng và những ngôi sao lấp lánh. Mặt trăng là vệ tinh của trái đất còn ngôi sao là những hành tinh ở rất xa trong vũ trụ. Bầu trời rất nhỏ so với bầu khí quyển của trái đất nên những ngôi sao nhìn thấy được từ một nơi cụ thể trên trái đất sẽ rất ít khi so với số lượng có thể nhìn thấy được trên toàn thế giới. Và ở những nơi khác nhau sẽ nhìn thấy những ngôi sao khác nhau với vị trí và số lượng cũng khác nhau. Có những ngôi sao ở vị trí này thì nhìn thấy còn ở những nơi khác lại không  thấy được.

Theo quan niệm từ xưa tới nay, chúng ta luôn cho rằng một ngày mới bắt đầu là khi mặt trời từ từ nhô lên trong cảnh bình minh rực rỡ và kết thúc là khi mặt trời từ từ lặn xuống trong cảnh hoàng hôn. Điều này khiến cho ta tưởng rằng ban ngày không nhìn thấy được những ngôi sao là do bị ánh mặt trời che lấp và chúng chỉ hiện ra khi màn đêm buông xuống.

Nhưng thực ra, những ngôi sao bị mặt trời che lấp lúc ban ngày lại không phải là những ngôi sao hiện ra vào ban đêm. Cũng giống như việc ta bị chiếu ánh đèn pin vào mắt khiến ta không nhìn thấy khung cảnh ở phía ánh đèn nhưng khi ta xoay người lại thì sẽ nhìn được cảnh vật xung quanh. Cảnh vật ta nhìn thấy không phải là cảnh vật bị che lấp bởi ánh đèn.

Bầu trời sao ban ngày

Đã bao giờ, khi nhìn lên trời cao, bạn nghĩ rằng nếu không có mặt trời thì bầu trời sẽ thế nào chưa? Hiển nhiên là bầu trời khi đó mà ta mong muốn không phải là bầu trời vẫn thấy hàng đêm. Mà là ban ngày nhưng mặt trời với ánh sáng chói chang của nó không có. Cũng như nửa kia của mặt trăng vậy, ai chả muốn nhìn thấy những gì mà hàng ngày bị che lấp.

Bầu trời đó liệu có lạ lẫm lắm không?

, Sự thay đổi về vùng sáng và vùng tối ứng với ban ngày và ban đêm trên trái đất ở những vị trí khác nhau. (vi.wikipedia.org)

Như ta đã biết, trái đất quay xung quanh mặt trời, ngày và đêm là do hiện tượng tự quay quanh trục của trái đất gây ra. Nên ở hai vị trí đối xứng qua mặt trời trên quỹ đạo của mình thì phần sáng và tối ứng với ngày và đêm của các nơi trên trái đất đối xứng nhau. Khi đó bầu trời ban ngày của vị trí này chính là bầu trời đêm của vị trí kia và ngược lại. Hay nói cách khác, bầu trời đêm của vị trí này chính là bầu trời sao ban ngay của vị trí kia khi "nhấc" mặt trời ra khỏi bầu trời. Khoảng cách về thời gian của hai bầu trời này tại một nơi là 1/2 chu kỳ quay của trái đất xung quanh mặt trời.

Đây quả là một điều ngạc nhiên đến bất ngờ. Hóa ra bầu trời sao ban ngày bị che lấp lại là một bầu trời sao mà ta vẫn từng thấy.

Cũng như khi chiếu ánh đèn pin vậy, khi ta đi sang vị trí đối xứng với ánh đèn, thì khung cảnh trước mắt chính là khung cảnh không nhìn thấy trước đó do ánh đèn gây ra.

Ban đêm, thực ra không phải là không có ánh sáng chiếu tới trái đất mà chỉ là không có ánh sáng của mặt trời mà thôi. Vẫn còn có những ngôi sao chiếu sáng tới. Chỉ có điều những ngôi sao này ở rất xa và ánh sáng chiếu tới là rất yếu không đủ làm sáng trái đất của chúng ta. Với sự yếu ớt đó khiến cho ánh sáng chiếu tới bị lấn át bởi mặt trời làm cho ban ngày chúng ta không nhìn thấy được các ngôi sao.

Hình dáng của các ngôi sao

Hình dáng của các ngôi sao, Ảnh bầu trời sao (infonet.vn)

"Sao,định tinh, hay hằng tinh là một quả cầu plasma sáng,khối lượng lớn được giữ bằng lực hấp dẫn. Ngôi sao gần trái đất nhất là mặt trời, nó là nguồn của hầu hết năng lượng trên trái đất. Nhiều ngôi sao khác có thể nhìn thấy được trên bầu trời đêm, khi chúng không bị lu mờ đi dưới ánh sáng của mặt trời. Về mặt lịch sử, hầu hết các ngôi sao sáng và nhìn thấy bằng mắt thường nằm trên thiên cầu được nhóm lại cùng nhau thành các chòm sao và các mảng sao, và những ngôi sao sáng nhất đều được đặt những tên gọi riêng". (vi.wikipedia.org)

Hình dáng của ngôi sao khi nhìn từ trái đất

, Mặt Trời, ngôi sao gần Trái Đất nhất, là nguồn năng lượng cho sự sống trên hành tinh của chúng ta. (vi.wikipedia.org)

Từ xưa tới nay, ở đâu cũng vậy, hình ảnh gắn liền với ngôi sao trên bầu trời luôn là những đốm sáng tỏa ra những chiếc cánh lấp lánh. Từ mắt thường cho đến những hình ảnh thu được bởi những thiết bị quang học (máy ảnh), những tia sáng tỏa ra xung quanh làm cho hình dáng của ngôi sao không phải là hình cầu như vốn có.

Không chỉ những ngôi sao xa xăm nhỏ bé như một đốm sáng mà ngay cả mặt trời cũng vậy, khi ánh sáng chói chang, hình ảnh nhìn thấy cũng có những tia sáng mà không phải hình tròn nữa.

Hình ảnh lúc tròn lúc không của mặt trời có thể là do sự thay đổi độ sáng trong đường đi của ánh mặt trời bởi bầu khí quyển và những đám mây.

Điều này cho thấy rằng không phải ngôi sao nào nhìn thấy cũng có những tia sáng tỏa ra. Tùy vào cường độ của tia sáng truyền tới mà các ngôi sao có hình dáng khác nhau (trong mắt của chúng ta). Càng sáng thì cánh của các ngôi sao càng rõ và dài hơn.

Hình dáng của ngôi sao trong không gian

, Hình ảnh tự chụp (selfie) được chụp trong không gian vũ trụ bởi phi hành gia Aki Hoshide người Nhật Bản trong lúc ông đang đi bộ bên ngoài ISS vào ngày 5 tháng 9 năm 2012. (lostbird.vn)

Trong không gian, hình ảnh thu được của các ngôi sao cũng là những đốm nhỏ có những tia sáng tỏa ra xung quanh chứ không phải là hình cầu vốn có.

Hình ảnh này cũng giống như hình ảnh thu được khi quan sát ngôi sao từ trái đất qua hai môi trường là chân không và khí quyển. Điều này cho thấy môi trường khí quyển không phải là nguyên nhân tạo ra sự khác biệt về hình ảnh của ngôi sao khi nhìn từ trái đất.

Mặt khác, do ánh sáng từ ngôi sao phát ra và truyền đi trong một môi trường duy nhất là chân không nên điều này cũng cho thấy hình dáng của ngôi sao khi quan sát có sự khác biệt ngay trong chính môi trường của nó.

Hình dáng của các nguồn sáng trong bầu khí quyển

, Ánh đèn đường (http://genk.vn)

Không chỉ hình ảnh của những ngôi sao trong không gian hay nhìn từ trái đất, mà ngay cả đèn đường, những đốm lửa cũng đều có những tia sáng tỏa ra.

Như vậy, trong môi trường khí quyển, không chỉ hình ảnh của những ngôi sao truyền tới sau khi đi qua môi trường không gian, mà bất kỳ nguồn sáng nào cũng vậy, hình ảnh thu được khi quan sát hoặc chụp lại đều có những tia sáng như những chiếc cánh.

Điều này cho thấy không có sự khác biệt về hình ảnh thu được trong các môi trường là chân không, bầu khí quyển mà tia sáng đi qua.

Vị trí cánh ngôi sao và tia sáng

, Ảnh tia sáng (vnreview.vn)

Các ngôi sao có thể rất to lớn nhưng lại ở rất xa trong vũ trụ nên trên bầu trời chúng chỉ là những đốm sáng nhỏ bé. Ánh sáng từ các ngôi sao truyền tới chúng ta chỉ là một chùm sáng mà thôi. Giống như tia sáng mặt trời xuyên qua kẽ lá, cành cây.

Tuy ở rất xa mà những tia sáng tỏa ra xung quanh của chùm sáng lại luôn ở trước và tùy theo mức độ sáng mà nó che lấp một phần vật cản phía sau. Điều này cho thấy rằng những tia sáng, những chiếc cánh của ngôi sao không phải tỏa ra xung quanh tại vị trí của ngôi sao hay nguồn sáng nào đó mà nó chỉ là hình ảnh của những tia sáng trong chùm sáng chiếu tới mắt ta mà thôi. Hay nói cách khác, cánh ngôi sao là những tia sáng "chiếu tới" chứ không phải là "tỏa ra" xung quanh như chúng ta vẫn nghĩ.

Mặt khác, những tia sáng này lại cho thấy góc quan sát của nó lớn hơn rất nhiều so với chùm sáng chiếu tới trong khi nó chỉ là một tia sáng nhỏ trong đó mà thôi.

Hình ảnh của chùm sáng

Cũng như những ánh đèn sân khấu, ánh sáng phát ra từ những ngôi sao truyền theo một hướng nào đó có thể coi là một chùm sáng được phát ra từ một chiếc đèn tròn.

Hình ảnh của chùm sáng ngoài môi trường

, Ảnh chùm sáng và chiều cắt ngang của chùm sáng (vn.lovepik.com)

Khi nhìn ngang thì hình ảnh chùm sáng là một hình trụ rất gọn gàng tùy theo độ sáng của nó so với xung quanh. Hình ảnh trên sàn hoặc một màn chắn nào đó là hình ảnh thu được của chùm sáng bị cắt ngang theo góc của màn chắn với chùm sáng. Như trong ảnh minh họa là hình tròn mà không có những tia sáng xung quanh. Cũng giống như hình không gian, đây là hai lát cắt theo hai chiều khác nhau của chùm sáng.

, Hình minh họa mặt cắt của hình không gian (hoc247.net)

Điều này có nghĩa là chùm sáng chiếu tới mắt chúng ta vẫn có hình dáng ban đầu của nó là hình tròn mà không có những tia sáng kéo dài như chúng ta vẫn thấy. Hay nói cách khác, những tia sáng tỏa ra mà chúng ta vẫn thường gọi là cánh của ngôi sao không phải là hình ảnh của những tia sáng mà ngôi sao đó chiếu tới.

Hình ảnh của chùm sáng trong mắt của chúng ta

, Ảnh chùm sáng chiếu thẳng tới máy ảnh(vn.lovepik.comvn)

Khi nhìn những ngôi sao cũng giống như ta chụp trực tiếp các chùm sáng chiếu thẳng tới máy ảnh vậy.

Trong khi hình dáng thực của ngôi sao và các chùm sáng khi chiếu đến trước mắt chúng ta đều là hình tròn thì hình dáng ngôi sao và hình ảnh thu được khi chụp ảnh đều là những đốm sáng ở giữa có những tia sáng kéo dài như tỏa ra xung quanh. Điều này có nghĩa là hình ảnh mà chúng ta thấy được không phải là hình ảnh chiếu đến mắt của chúng ta. Hay nói cách khác, hình ảnh của ngôi sao khi qua mắt của chúng ta đã có sự thay đổi.

Việc ngôi sao và chùm sáng không có hình dạng vốn có của nó khi quan sát cho thấy sự khác biệt giữa hình ảnh đầu tiên và hình ảnh tổng hợp cuối cùng thu được khi quan sát hoặc chụp hình dưới tác động của ánh sáng lên mắt và dụng cụ quang học.

Mắt và cánh của ngôi sao

Từ trước tới giờ, chúng ta đều không để ý mà nghĩ rằng hình ảnh truyền đến mắt mình chính là hình ảnh mà mình nhìn thấy về thế với bên ngoài. Nhưng thực ra hình ảnh truyền tới mắt lại không phải là hình ảnh được mã hóa thành tín hiệu cuối cùng truyền tới não chúng ta. Và đó cũng không phải là hình ảnh mà chúng ta nhìn thấy. Mắt và cách mà chúng ta nhìn thế giới bên ngoài lại không đơn giản như vẫn nghĩ.

Cách mắt nhìn thế giới bên ngoài

, Hình minh họa cấu tạo của mắt (benhvienmatsaigon.com.vn)

Ánh sáng truyền tới sẽ tiếp xúc với giác mạc trước tiên. Lúc này, giác mạc cũng như một màn chắn trong suốt cắt ngang chùm sáng. Sau khi đi qua giác mạc, ánh sáng sẽ qua đồng tử. Tùy theo cường độ của ánh sáng, đồng tử sẽ co giãn để điều chỉnh lượng ánh sáng vào mắt. Khi đồng tử co giãn sẽ làm thay đổi phần thủy tinh thể phía trước mà có kích thước to, nhỏ cũng như độ cong khác nhau. Lúc này, thủy tinh thể vừa là một màn chắn ánh sáng, vừa là một thấu kính hội tụ các tia sáng lên võng mạc một cách chính xác do sự điều tiết (co giãn) của đồng tử. Tại võng mạc,  ánh sáng truyền đến được chuyển thành một tín hiệu để truyền đến não bởi các dây thần kinh thị giác. Não giải thích những tín hiệu nhận được và tổng hợp thành một hình ảnh mà chúng ta nhìn thấy về thế giới bên ngoài.

Hình ảnh mà chúng ta nhìn thấy

, Hình minh họa cách thức hoạt động của mắt (benhvienmatsaigon.com.vn)

Hình ảnh mà chúng ta nhìn thấy không phải là hình ánh bên ngoài truyền tới mắt mà là hình ảnh được giải mã bởi những tín hiệu thu được trên võng mạc.

Khi những tia sáng chiếu tới mắt chúng ta mà cụ thể là giác mạc và những bộ phận khác tạo ra được những tác động nhất định thì những hình ảnh được tạo ra bởi những tác động này cũng được mã hóa mà truyền tới não của chúng ta. Lúc này, tín hiệu cuối cùng truyền lên não có cả những tín hiệu do tác động của ánh sáng lên mắt của chúng ta. Và khi não giải mã những tín hiệu nhận được sẽ là hình ảnh của vật thực và hình ảnh trên mắt của chúng ta do tác động của ánh sáng.

Cụ thể trong trường hợp của các ngôi sao thì đốm sáng ở giữa mới chính là hình ảnh thực được tạo ra bởi những tia sáng mà nó phát ra và truyền tới. Đồng thời, những tia sáng truyền tới này lại tác động lên các bộ phận trên mắt của chúng ta. Lúc này, hình ảnh thu được từ những tín hiệu nhận được là hình ảnh thực của ngôi sao và những tia sáng được tạo ra bởi tác động của ánh sáng truyền tới lên mắt của chúng ta. Chính vì vậy mà hình ảnh (cuối cùng) mà chúng ta nhìn thấy lại là một ngôi sao có cánh chứ không phải là hình tròn như vốn có.

Góc nhìn của cánh ngôi sao

, Hình minh họa góc nhìn của mắt đối với tia sáng (coi mọi tác động của ánh sáng tới các bộ phận của mắt đều được tập trung tại giác mạc để dễ hình dung)

Do cánh của ngôi sao và tia sáng được hình thành trên (và trong) mắt của chúng ta nên nó không bị che lấp bởi vật cản và được nhìn thấy như tỏa ra xung quanh. Những tia sáng này tùy theo độ sáng mà lấn át hình ảnh của những vật khác trong góc nhìn của nó nhiều hay ít.

Những tia sáng được tạo ra do tác động của ánh sáng lên mắt của chúng ta do ở ngay trên mắt nên có góc nhìn rất lớn. Ngoài những tia sáng thẳng tỏa ra xung quanh, chúng ta còn có thể thấy những tia sáng cong cong (do cấu tạo của các bộ phận của mắt) kéo dài hết cả tầm mắt.

Mặt khác, do những tia sáng này là kết quả của những tác động của chùm sáng chiếu tới mắt chúng ta nên khi ta thay đổi hướng nhìn của mắt (bằng cách nghiêng đầu giống như xoay máy ảnh khi chụp) sẽ làm những tia sáng tỏa ra cũng xoay theo và thay đổi một góc tương xứng. Chẳng hạn, đối với tia sáng tỏa ra theo chiều thẳng lên khi ta đứng sẽ xoay một góc là 90 độ theo hướng nằm của chúng ta mà thành chiều ngang.

Như vậy, những cánh của ngôi sao và những chùm sáng lại được hình thành ngay trên mắt và những tia sáng này cũng xoay theo mắt nhìn của chúng ta.

Chính đôi mắt của chúng ta mới tạo ra cánh cho những ngôi sao lấp lánh trên bầu trời đêm huyền ảo.