Bí ẩn sau hiện tượng các ngôi sao liên tục đổi màu trên bầu trời đêm
Vào những đêm mùa thu ở Bắc bán cầu, nhiều người bất ngờ khi nhìn lên bầu trời và thấy những đốm sáng không ngừng nhấp nháy, thay đổi màu sắc từ đỏ sang xanh lá cây như một chiếc đèn tín hiệu vũ trụ. Hiện tượng này thường bị nhầm lẫn với máy bay hay vật thể lạ, nhưng thực chất đó là ánh sáng từ những ngôi sao sáng nhất trên bầu trời đêm. Mặc dù bản thân các ngôi sao này không hề tự đổi màu liên tục, ánh sáng của chúng lại bị biến đổi một cách ngoạn mục ngay trước khi chạm tới mắt người quan sát. [1]
Bí ẩn đằng sau những tia sáng đa sắc ấy không nằm ở khoảng cách vũ trụ xa xôi mà nằm ngay trong bầu khí quyển bao quanh Trái Đất. Thông qua cơ chế khúc xạ và sự chuyển động không ngừng của các lớp không khí, bầu khí quyển đã biến ánh sáng đơn sắc ban đầu thành một màn trình diễn màu sắc sống động. [1]
Hiện tượng sao nhấp nháy đa sắc vào những đêm mùa thu
Vào khoảng tháng 10 hằng năm, người quan sát bầu trời đêm ở Bắc bán cầu thường ghi nhận hiện tượng các ngôi sao sáng phát ra những tia lấp lánh mang màu đỏ, xanh lá cây và đôi khi là vàng hay xanh dương. Sự chú ý thường tập trung vào ba thiên thể nổi bật: sao Capella trong chòm sao Ngự Phu, sao Arcturus trong chòm sao Mục Phu và sao Sirius trong chòm sao Đại Khuyển. Mỗi ngôi sao xuất hiện ở một hướng và thời điểm khác nhau, nhưng đều mang lại ấn tượng thị giác mạnh mẽ cho người thưởng lãm. [1]
Cơ chế thị giác này xảy ra rõ ràng nhất khi các ngôi sao nằm ở vị trí thấp, gần đường chân trời. Lúc này, chùm ánh sáng phát ra từ thiên thể phải vượt qua một chặng đường dài hơn qua lớp vỏ khí quyển của Trái Đất trước khi chạm tới bề mặt hành tinh. Sự biến đổi màu sắc không diễn ra chậm rãi mà liên tục nhảy múa với tần số nhanh, tạo cảm giác như ngôi sao đang tự phát ra những xung màu nhịp nhàng. [1]
Khí quyển Trái Đất và cơ chế lăng kính tự nhiên
Hiện tượng đổi màu của ánh sáng sao không xuất phát từ bản thân thiên thể mà là kết quả của hiện tượng khúc xạ ánh sáng trong bầu khí quyển. Khi ánh sáng từ một ngôi sao đi qua bầu khí quyển Trái Đất, các lớp không khí có nhiệt độ và mật độ khác nhau làm bẻ cong hướng truyền của tia sáng. Tương tự như một chiếc lăng kính thủy tinh tách ánh sáng mặt trời thành dải quang phổ bảy màu, lớp khí quyển cũng phân tách ánh sáng sao thành các bước sóng màu sắc riêng biệt như đỏ và xanh lá. [1]
Khi quan sát một thiên thể ở góc thấp gần chân trời, người nhìn đang xuyên qua một lớp khí quyển dày hơn nhiều so với khi thiên thể đó nằm ngay đỉnh đầu. Lớp không khí dày này làm tăng mức độ bẻ cong và phân tách các thành phần màu sắc trong chùm sáng. Ngoài ra, vì ánh sáng của những ngôi sao như Capella hay Sirius có độ sáng rất lớn, các đốm màu đỏ hay xanh lá cây tách ra sau quá trình khúc xạ trở nên cực kỳ rõ nét và dễ dàng nhận biết bằng mắt thường. [1]
Capella – Điểm sáng phương đông bắc và bản chất thực sự
Sao Capella là ứng viên hàng đầu cho hiện tượng nhấp nháy đổi màu vào các buổi tối tháng 10. Với độ sáng đạt cấp sao 0,24, Capella là ngôi sao sáng thứ sáu trên bầu trời đêm của Trái Đất, không tính Mặt Trời. Ở các vĩ độ trung bình thuộc Bắc bán cầu, Capella mọc lên ở hướng đông bắc vào chập tối. Người quan sát có thể dễ dàng nhận diện Capella bằng cách tìm một nhóm ba ngôi sao nhỏ xếp thành hình tam giác ngay bên cạnh, được gọi là nhóm sao The Kids. [1]
Nếu có thể du hành đến vị trí của Capella trong không gian, chúng ta sẽ thấy đây không phải là một ngôi sao đơn lẻ mà là một hệ sao đôi gồm hai Mặt Trời màu vàng. Cả hai ngôi sao này đều có nhiệt độ bề mặt tương đương với Mặt Trời của chúng ta, nhưng sở hữu kích thước và độ sáng lớn hơn. Ánh sáng vàng ổn định phát ra từ cặp sao đôi này chỉ bị chia tách thành các tia sáng màu đỏ và xanh lá khi đi qua bầu khí quyển Trái Đất. Khi Capella lên cao hơn trên bầu trời về đêm, các tia màu này sẽ biến mất và ngôi sao trở lại với ánh sáng trắng vàng ổn định ban đầu. [1]
Arcturus và Sirius – Hai nhịp điệu ánh sáng trên bầu trời
Cùng xuất hiện trong những đêm tháng 10 nhưng mang đặc điểm vận động khác biệt là sao Arcturus thuộc chòm sao Mục Phu. Arcturus có sắc cam và độ sáng tương đương Capella, nằm ở hướng tây bắc vào buổi tối. Người quan sát có thể xác định Arcturus bằng cách kéo dài đường cong của phần tay cầm chòm sao Bắc Đẩu. Tuy nhiên, trong khi Capella ngày càng nhô cao trên bầu trời suốt đêm thu, Arcturus lại lặn xuống nhanh chóng sau khi Mặt Trời lặn, khiến thời gian quan sát hiện tượng đổi màu của ngôi sao này ngắn hơn đáng kể. [1]
Ở một góc nhìn khác, sao Sirius trong chòm sao Đại Khuyển – ngôi sao sáng nhất trên bầu trời đêm – lại tạo nên màn trình diễn ấn tượng vào thời điểm trước bình minh. Nhìn từ Bắc bán cầu trong tháng 10, Sirius nằm ở hướng nam và thấp phía dưới đai lưng chòm sao Thợ Lặn, phát ra những tia sáng nhịp nhàng mang các màu xanh lá, vàng, xanh dương và đỏ như một chiếc đèn chớp. Đến tháng 1 và tháng 2, khi Sirius xuất hiện ở vị trí cao hơn trên bầu trời vào buổi tối, hiện tượng nhấp nháy màu sắc giảm đi rõ rệt, nhường chỗ cho ánh sáng trắng ổn định hơn. [1]
Bức tranh biến dạng ánh sáng từ bầu khí quyển
Màn trình diễn ánh sáng đa sắc của các ngôi sao là lời nhắc nhở về vai trò của bầu khí quyển Trái Đất như một thấu kính sống động nhưng liên tục biến đổi. Mọi ngôi sao trên bầu trời đều trải qua quá trình khúc xạ tương tự khi ánh sáng của chúng đi qua bầu khí quyển. Tuy nhiên, chỉ những thiên thể có độ sáng vượt trội mới đủ sức làm cho các thành phần màu sắc bị phân tách hiển thị rõ ràng trước mắt người nhìn. [1]
Sự kết hợp giữa độ sáng tự nhiên của thiên thể, góc chiếu qua lớp khí quyển dày ở đường chân trời và sự chuyển động không ngừng của không khí đã biến những ngôi sao như Capella, Arcturus và Sirius thành những hiện tượng kỳ thú trong đêm thu. Nhìn nhận hiện tượng này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách bầu khí quyển Trái Đất đón nhận, bẻ cong và làm thay đổi bức tranh ánh sáng đến từ vũ trụ bao la. [1]