Xuân phân và thu phân: Vì sao ngày đêm không thật sự dài bằng nhau?

Vào khoảnh khắc điểm phân, tâm Mặt Trời đi qua mặt phẳng xích đạo của Trái Đất và hai bán cầu nhận ánh sáng cân bằng. Tuy nhiên, điều đó không đồng nghĩa mỗi nơi đều có đúng 12 giờ ban ngày và 12 giờ ban đêm. Mặt Trời không phải một điểm sáng, còn khí quyển làm ánh sáng của nó hiện ra khi thiên thể vẫn ở dưới đường chân trời. Hai yếu tố ấy kéo dài khoảng thời gian được tính là ban ngày thêm vài phút. [1]

Con người đã theo dõi điểm phân từ lâu; nhiều đài quan sát cổ được dùng để nhận biết hiện tượng này cùng các ngày chí. Điều đáng chú ý không chỉ là một mốc trên lịch, mà còn là cách chuyển động của Trái Đất, cách định nghĩa bình minh và hoàng hôn, cùng khí quyển phối hợp tạo nên sự chênh lệch nhỏ giữa ngày và đêm. [1]

Điểm phân thực sự là gì?

Mỗi năm có hai điểm phân, vào khoảng tháng 3 và tháng 9. Đây là những thời điểm chính xác, không phải toàn bộ một ngày. Chúng xảy ra khi tâm Mặt Trời, xét theo vị trí biểu kiến từ Trái Đất, cắt qua mặt phẳng xích đạo. Khi đó, không bán cầu nào nghiêng về phía Mặt Trời nhiều hơn bán cầu kia, nên ánh sáng được phân bố cân bằng giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu. [1]

Sự cân bằng này nói về cách ánh sáng chiếu lên hai nửa Trái Đất tại một thời điểm. Nó không trực tiếp quy định khoảng thời gian từ lúc Mặt Trời mọc đến lúc Mặt Trời lặn tại từng địa điểm. Vì vậy, tên gọi equinox, bắt nguồn từ các yếu tố Latin mang nghĩa đêm bằng nhau, mô tả gần đúng một đặc điểm của giai đoạn này chứ không bảo đảm phép chia chính xác 12 giờ ở mọi vĩ độ. [1]

Tại xích đạo, người quan sát thấy Mặt Trời ở ngay phía trên vào buổi trưa của điểm phân. Hai cực Bắc và Nam cũng đồng thời nhận ánh sáng Mặt Trời. Đây là hình ảnh rõ nhất về sự cân bằng giữa hai bán cầu, nhưng độ dài ban ngày tại một địa điểm còn phụ thuộc vào cách quan sát rìa Mặt Trời qua khí quyển. [1]

Độ nghiêng Trái Đất tạo ra nhịp mùa ra sao?

Trục Trái Đất nghiêng khiến mỗi bán cầu lần lượt hướng về phía Mặt Trời nhiều hơn trong hành trình hằng năm. Vì thế, đường đi biểu kiến của Mặt Trời trên bầu trời thay đổi theo mùa. Điểm phân là lúc sự thiên lệch giữa hai bán cầu tạm thời bằng không, nằm giữa những giai đoạn một bán cầu nhận ánh sáng thuận lợi hơn bán cầu còn lại. [1]

Sau điểm phân tháng 3, vị trí biểu kiến của Mặt Trời tiếp tục dịch về phía bắc cho tới ngày chí tháng 6. Sau đó, nó mới đổi hướng và dịch dần về phía nam. Mặt Trời cắt mặt phẳng xích đạo lần nữa tại điểm phân tháng 9, tiếp tục đi về phía nam cho tới ngày chí tháng 12 rồi mới quay về phía bắc. [1]

Như vậy, điểm phân không phải lúc Mặt Trời đổi hướng chuyển động biểu kiến. Đó là lúc nó đi qua xích đạo theo một hướng đã có: về phía bắc trong tháng 3 và về phía nam trong tháng 9. Những lần đổi hướng diễn ra tại các ngày chí. Phân biệt hai sự kiện này giúp tránh nhầm điểm phân với điểm cao nhất hoặc thấp nhất trên hành trình biểu kiến hằng năm của Mặt Trời. [1]

Vì sao đĩa Mặt Trời làm ban ngày dài thêm?

Nếu Mặt Trời chỉ là một điểm sáng và không có khí quyển, việc xác định lúc nó vượt qua đường chân trời sẽ tương đối đơn giản. Nhưng trên bầu trời, Mặt Trời hiện thành một đĩa có kích thước. Bình minh bắt đầu khi rìa trên của đĩa Mặt Trời xuất hiện, trong khi hoàng hôn chỉ kết thúc sau khi rìa cuối cùng khuất đi. [1]

Cách tính ấy khiến khoảng thời gian có ánh sáng dài hơn trường hợp chỉ theo dõi tâm Mặt Trời. Buổi sáng được tính là đã bắt đầu trước khi toàn bộ đĩa vượt lên, còn buổi chiều vẫn được tính cho tới khi đĩa khuất hẳn. Có thể hình dung như một đồng xu đi qua mép bàn: mép đầu tiên xuất hiện và mép cuối cùng biến mất không xảy ra cùng lúc với thời điểm tâm đồng xu chạm mép. [1]

Sự khác biệt này không phủ nhận trạng thái chiếu sáng cân bằng của điểm phân. Nó chỉ cho thấy hai khái niệm đang được đo theo những cách khác nhau: một bên dựa vào hình học giữa Mặt Trời và mặt phẳng xích đạo, bên kia dựa vào thời điểm con người nhìn thấy các rìa của đĩa Mặt Trời tại đường chân trời. [1]

Khí quyển kéo dài ánh sáng như thế nào?

Khí quyển làm tia sáng đổi hướng khi đi qua các lớp không khí, một hiện tượng gọi là khúc xạ. Gần đường chân trời, hiệu ứng này khiến Mặt Trời trông như nằm cao hơn vị trí hình học thực. Bởi vậy, người quan sát có thể thấy rìa Mặt Trời vào buổi sáng khi nó vẫn còn ở dưới đường chân trời theo tính toán hình học, và tiếp tục thấy nó một lúc sau khi đã hạ xuống vào buổi chiều. [1]

Khúc xạ cùng kích thước của đĩa Mặt Trời cộng thêm vài phút ánh sáng vào một ngày. Mặt Trời vì thế không bật lên rồi tắt đi tức thời như bóng đèn. Sự chuyển tiếp qua đường chân trời có độ dài nhất định, còn bầu khí quyển làm thời điểm nhìn thấy nó lệch khỏi thời điểm hình học. [1]

Mức chênh lệch cụ thể không giống nhau ở mọi nơi. Vĩ độ quyết định đường Mặt Trời cắt đường chân trời theo cách nào, nên ngày có thời lượng sáng và tối gần bằng nhau có thể đến sớm hoặc muộn hơn điểm phân vài ngày. Nói cách khác, một sự kiện thiên văn diễn ra tại cùng một thời điểm có thể tương ứng với những ngày cân bằng sáng tối khác nhau tùy địa phương. [1]

Xuân phân và thu phân phụ thuộc vào bán cầu nào?

Tên mùa của một điểm phân thay đổi theo bán cầu. Điểm phân tháng 3 mở đầu giai đoạn ngày dài dần ở Bắc bán cầu nên được gọi là xuân phân tại đây; cùng lúc, Nam bán cầu bước vào giai đoạn ngày ngắn dần và gọi đó là thu phân. Đến điểm phân tháng 9, cách gọi đảo ngược giữa hai bán cầu. [1]

Vì vậy, nói xuân phân hay thu phân mà không xác định bán cầu có thể gây hiểu nhầm. Cách gọi trung tính hơn là điểm phân tháng 3 và điểm phân tháng 9, hoặc điểm phân hướng bắc và hướng nam, dựa trên hướng dịch chuyển biểu kiến của Mặt Trời sau khi cắt mặt phẳng xích đạo. [1]

Điểm phân vẫn là một mốc hình học rõ ràng dù ngày và đêm không chia đôi tuyệt đối. Chính độ lệch nhỏ ấy cho thấy bầu trời được quan sát qua một thế giới có khí quyển và một Mặt Trời mang hình đĩa, chứ không phải qua mô hình gồm các điểm và đường lý tưởng. Ngày gần 12 giờ chỉ là hệ quả xấp xỉ; sự kiện cốt lõi vẫn là lúc tâm Mặt Trời vượt qua mặt phẳng xích đạo. [1]