Vì sao Mặt Trời lặn nhanh nhất quanh ngày phân?

Hoàng hôn không phải lúc nào cũng diễn ra với cùng một nhịp. Nếu tính từ khi mép dưới của Mặt Trời chạm đường chân trời đến khi toàn bộ đĩa sáng khuất hẳn, khoảng thời gian ấy ngắn nhất vào khoảng xuân phân và thu phân, còn dài hơn quanh các kỳ chí. Nguyên nhân nằm ở góc mà đường đi biểu kiến của Mặt Trời cắt đường chân trời, chứ không phải vì Mặt Trời thực sự chuyển động nhanh hơn vào những ngày này. [1]

Chi tiết quyết định là hướng lặn. Vào ngày phân, Mặt Trời mọc chính đông và lặn chính tây. Ở vị trí đó, quỹ đạo biểu kiến của nó gặp chân trời theo góc dốc nhất trong năm. Đĩa Mặt Trời vì thế đi qua ranh giới giữa trời và đất trong thời gian ngắn hơn. Hiểu được hình học đơn giản này cũng giúp giải thích vì sao bình minh và hoàng hôn thay đổi theo mùa và theo vĩ độ. [1]

“Lặn nhanh” được đo như thế nào?

Trong câu hỏi này, thời gian Mặt Trời lặn chỉ là số phút để toàn bộ đĩa Mặt Trời chìm xuống dưới chân trời phía tây. Nó không phải khoảng thời gian từ lúc trời bắt đầu đổi màu cho đến khi tối hẳn. Hai hiện tượng có liên quan đến vị trí Mặt Trời, nhưng không phải cùng một phép đo. Việc xác định rõ điểm bắt đầu và kết thúc giúp tránh cảm giác chủ quan rằng một buổi hoàng hôn nào đó “kéo dài” chỉ vì ánh sáng và màu sắc còn lưu lại trên bầu trời. [1]

Có thể hình dung đường chân trời như mép của một tờ giấy và đĩa Mặt Trời như một đồng xu đang trượt qua mép ấy. Nếu đồng xu đi gần như vuông góc với mép giấy, nó sẽ vượt qua nhanh. Nếu nó trượt theo đường xiên gần song song với mép giấy, quãng đường cần đi trước khi khuất hoàn toàn sẽ dài hơn. Đây là cách trực quan để hiểu vai trò của góc cắt mà không cần thay đổi kích thước của đĩa Mặt Trời hay tốc độ chuyển động biểu kiến của nó.

Vì sao ngày phân tạo ra góc cắt dốc nhất?

Vào xuân phân và thu phân, Mặt Trời xuất hiện ở điểm chính đông khi mọc và điểm chính tây khi lặn. Đường đi biểu kiến trong ngày vì thế gặp chân trời phía tây ở góc dốc nhất của chu kỳ năm tại cùng một địa điểm. Khi mép dưới của đĩa sáng chạm chân trời, phần còn lại của đĩa tiếp tục đi xuống theo hướng cắt mạnh qua ranh giới ấy, thay vì dịch chuyển một đoạn dài dọc theo chân trời. [1]

Đường đi biểu kiến của Mặt Trời đôi khi được thể hiện trên các sơ đồ thiên văn, nhưng trên bầu trời người quan sát chỉ thấy kết quả: Mặt Trời thấp dần rồi khuất. Góc cần chú ý ở đây là góc giữa hướng chuyển động biểu kiến của Mặt Trời và đường chân trời tại điểm lặn. Góc càng dốc, thành phần chuyển động hướng xuống dưới chân trời càng lớn; góc càng nông, nhiều chuyển động hơn diễn ra theo chiều gần song song với chân trời. Chính khác biệt đó làm thay đổi thời gian toàn bộ đĩa sáng biến mất. [1]

Điều gì thay đổi vào các kỳ chí?

Quanh các kỳ chí, điểm lặn của Mặt Trời nằm xa điểm chính tây nhất, lệch về phía bắc hoặc phía nam tùy mùa và bán cầu. Khi điểm lặn rời xa chính tây, đường đi biểu kiến gặp chân trời theo góc nông hơn. Mặt Trời dường như lướt xiên dọc theo đường chân trời trước khi chìm hẳn xuống dưới, nên quá trình lặn kéo dài hơn so với quanh ngày phân. [1]

Sự khác nhau không đòi hỏi Mặt Trời phải đổi tốc độ một cách đột ngột. Một vật chuyển động đều vẫn có thể vượt qua một ranh giới nhanh hoặc chậm tùy hướng tiếp cận. Ví dụ, một người đi thẳng qua vạch kẻ trên sân sẽ sang phía bên kia gần như ngay lập tức; nếu đi chếch dọc theo vạch, người đó cần nhiều thời gian hơn để toàn bộ cơ thể vượt qua. Đây chỉ là ví dụ hình học, nhưng nó diễn tả đúng vai trò của hướng chuyển động đối với thời gian vượt qua chân trời.

Vĩ độ khiến hoàng hôn khác nhau ra sao?

Góc cắt không chỉ thay đổi theo mùa mà còn phụ thuộc nơi quan sát trên Trái Đất. Càng xa xích đạo về phía bắc hoặc phía nam, thời gian Mặt Trời lặn nói chung càng dài. Gần xích đạo, đường đi biểu kiến của Mặt Trời cắt chân trời dốc hơn, nên đĩa sáng khuất nhanh hơn. Bởi vậy, khi so sánh thời lượng hoàng hôn giữa hai ngày, cần giữ nguyên vĩ độ; còn khi so sánh hai thành phố, phải tính đến vị trí của chúng trên địa cầu. [1]

Tại vĩ độ 40 độ bắc, một dải đi qua những nơi như Denver, Philadelphia, một phần Tây Ban Nha và Bắc Kinh, toàn bộ đĩa Mặt Trời mất khoảng 2 phút 45 giây để khuất vào ngày phân. Quanh kỳ chí, thời gian tương ứng vào khoảng 3 phút 15 giây. Những con số này minh họa rằng cùng một vĩ độ nhưng góc lặn theo mùa vẫn đủ khác để người quan sát có thể nhận thấy nếu đo từ lúc mép dưới chạm chân trời đến lúc mép trên biến mất. [1]

Các thời lượng trên là ví dụ cho vĩ độ 40 độ bắc, không phải con số dùng chung cho mọi nơi. Chúng cũng không nên được chuyển nguyên sang một địa điểm ở vĩ độ khác. Ý nghĩa chính của phép so sánh là giữ cố định nơi quan sát để thấy tác động của mùa: ngày phân cho đường cắt dốc hơn và thời gian lặn ngắn hơn, trong khi kỳ chí cho đường cắt nông hơn và thời gian dài hơn. [1]

Bình minh có tuân theo cùng quy luật?

Cùng một hình học cũng áp dụng cho lúc Mặt Trời mọc. Quanh các ngày phân, đĩa Mặt Trời đi lên qua chân trời phía đông theo góc dốc, nên thời gian từ lúc mép trên xuất hiện đến khi toàn bộ đĩa sáng vượt khỏi chân trời ngắn hơn. Quanh các kỳ chí, góc đi lên nông hơn và quá trình mọc kéo dài hơn. Hiện tượng xảy ra ở cả Bắc bán cầu lẫn Nam bán cầu, dù hướng lệch theo mùa không giống nhau. [1]

Vì thế, điều đáng chú ý ở ngày phân không chỉ là độ dài ngày và đêm. Đây còn là lúc hướng mọc chính đông và lặn chính tây làm cho đĩa Mặt Trời vượt qua chân trời với góc dốc nhất trong năm. Một thay đổi nhỏ trong hướng cắt tạo ra khác biệt có thể đo bằng phút, biến khoảnh khắc tưởng như ngày nào cũng giống nhau thành một dấu hiệu hình học rõ ràng của mùa. [1]