Nếu mọi thứ trở nên khác đi trong những ngày đầu của hệ mặt trời bên trong, cảnh tượng tuyệt vời của nhật thực toàn phần có thể là một sự kiện hàng tháng.
Minh họa về độ nghiêng của quỹ đạo mặt trăng, đối với mặt phẳng Trái đất. Đó là lý do tại sao chúng ta không có nhật thực và nhật thực mỗi tháng. Không để quy mô. Hình ảnh qua NASA SpacePlace.
Tác giả Graham Jones của tenentences.com
Nhật thực toàn phần sắp diễn ra vào ngày 21 tháng 8 năm 2017 - dường như chắc chắn sẽ truyền cảm hứng cho một thế hệ mới của những kẻ săn đuổi nhật thực. Sau lần nhật thực đó, khi nào là lần tiếp theo? Khá lâu, nó bật ra. Ngoài bốn lần nhật thực một phần, chủ yếu diễn ra ở các vĩ độ cực nam hoặc cực bắc, chúng ta phải đợi đến ngày 2 tháng 7 năm 2019 để xem nhật thực toàn phần tiếp theo, cắt ngang Chile và Argentina và kết thúc vào lúc hoàng hôn ở phía nam của thủ đô Buenos Aires.
Điều này đặt ra một câu hỏi: tại sao? Vì mặt trăng quay quanh Trái đất mỗi tháng một lần (chính xác là nó đi qua giữa Trái đất và mặt trời cứ sau 29,53 ngày), tại sao chúng ta có 12 hay 13 lần nhật thực mỗi năm? Tôi tổ chức các hội thảo nhật thực cho sinh viên, và câu hỏi này đã được chứng minh kích thích tư duy. Câu trả lời dễ hiểu là quỹ đạo mặt trăng quanh Trái đất bị nghiêng, năm độ, so với mặt phẳng của quỹ đạo Trái đất quanh mặt trời. Kết quả là, từ quan điểm của chúng ta về Trái đất, mặt trăng thường đi qua ở trên hoặc là phía dưới Mặt trời mỗi tháng vào lúc trăng mới.
Nhưng có một câu hỏi sâu sắc hơn: tại sao quỹ đạo mặt trăng nghiêng? Học sinh thường ngạc nhiên khi biết rằng chúng tôi không có câu trả lời chắc chắn cho câu hỏi này. Trong thực tế, nó là một câu đố được gọi là vấn đề nghiêng mặt trăng.
Vào cuối năm 2015, hai nhà khoa học hành tinh - Kaveh Pahlevan và Alessandro Morbidelli - đã công bố một giải pháp tao nhã. Họ đã chạy mô phỏng máy tính để xem xét hiệu quả của cuộc gặp gỡ không va chạm (gần bỏ lỡ) giữa hệ mặt trăng Trái đất và các vật thể lớn, tương tự như cái mà chúng ta ngày nay gọi là các tiểu hành tinh, còn sót lại từ sự hình thành của các hành tinh bên trong. Kết quả của họ - được công bố trên tạp chí đánh giá ngang hàng Thiên nhiên - cho thấy những vật thể này có thể đã cuốn hút mặt trăng vào quỹ đạo nghiêng.
a. Sự hình thành của mặt trăng trong mặt phẳng xích đạo của Trái đất. b. Sự mở rộng quỹ đạo mặt trăng và cuộc chạm trán không va chạm với thân hệ mặt trời lớn bên trong. c. Hiệu ứng tích lũy của nhiều cuộc chạm trán như vậy đã làm nghiêng mặt phẳng quỹ đạo của mặt trăng so với Trái đất. Hình ảnh qua Canup, R. (2015) Thiên nhiên, 527 (7579), 455-456 / AstroBites. Không theo tỷ lệ)
Một số vật thể lớn này cuối cùng đã va chạm với Trái đất - và điều này cung cấp câu trả lời cho một câu đố khác. Khi Trái đất hình thành, các kim loại quý như bạch kim và vàng sẽ được đưa xuống lõi sắt hành tinh của chúng ta. (Kim loại quý là siderophile, có nghĩa là yêu sắt.) Tuy nhiên, bạch kim và vàng có thể được tìm thấy ở bề mặt Trái đất với số lượng tương đối cao, điều này cho thấy chúng được chuyển đến Trái đất sau này.
Và thế là những vật thể lớn Pahlevan và Morbidelli, trở thành những người đa năng. Đầu tiên, qua những cuộc chạm trán không va chạm, họ chen lấn mặt trăng vào quỹ đạo nghiêng. Tiếp theo, bằng cách đâm vào trái đất, họ cung cấp kim loại quý. Robin Canup, một nhà khoa học hành tinh khác, đã nhấn mạnh tầm quan trọng của vai trò kép này trong một vai trò khác Thiên nhiên bài báo, khi cô viết:
Nếu một quần thể vật thể như vậy không tồn tại, mặt trăng có thể quay quanh mặt phẳng quỹ đạo Trái đất, với tổng số nhật thực xảy ra như một sự kiện ngoạn mục hàng tháng. Nhưng đồ trang sức của chúng tôi sẽ kém ấn tượng hơn nhiều - được làm từ thiếc và đồng, thay vì từ bạch kim và vàng.
Kaveh Pahlevan hiện đang có trụ sở tại Trường thám hiểm không gian và trái đất tại Đại học bang Arizona. Tôi hỏi anh ấy về công việc của anh ấy - bắt đầu với hai câu hỏi của các sinh viên tại các hội thảo nhật thực của tôi. Điều đó có nghĩa là mọi người thường ngạc nhiên khi biết rằng có rất nhiều điều về mặt trăng mà chúng ta không hoàn toàn hiểu được, bao gồm cả câu hỏi về cách nó hình thành. Như một sinh viên hỏi:
Chúng tôi đã thực hiện một chuyến bay của Sao Diêm Vương; chúng tôi đã phát hiện ra các ngoại hành tinh; chúng ta nghiên cứu các thiên hà xa xôi, chuẩn tinh và hố đen. Vì vậy, làm thế nào có thể chúng ta vẫn không thể biết về mặt trăng?
Pahlevan trả lời:
Nếu bạn đã sống ở thế kỷ 17 hoặc 18, bạn sẽ có cùng một quan sát về nguồn gốc của các sinh vật sống: chúng ta đã đi vòng quanh thế giới; chúng tôi đã phát hiện ra những vùng đất và biển xa xôi, với hệ thực vật và động vật mà chúng tôi chưa bao giờ tưởng tượng được; Tuy nhiên, chúng tôi vẫn không hiểu nguồn gốc của các loài. Việc kiểm kê những gì có thể quan sát được ngày nay dễ dàng hơn là cố gắng suy ra các sự kiện nguồn gốc đã xảy ra từ lâu và không thể quan sát được.
Khi một tội phạm xảy ra, cảnh sát điều tra nhanh chóng đến hiện trường và cố gắng giữ gìn bằng chứng. Trong trường hợp nguồn gốc của moon moon, đã có một sự kiện bạo lực, nhưng không có nhân chứng, và chúng ta đang đến hiện trường muộn năm tỷ năm! Hầu hết các bằng chứng của sự kiện này đã bị xóa sạch trong các aeon tiếp theo. Chúng ta phải xem xét một vài bằng chứng còn lại để cố gắng kết hợp một câu chuyện. Nó là một thử thách. Nhưng nó là một phần của câu chuyện gốc của chúng ta, và đó là những gì mà cuốn hút.
Phương pháp khoa học, thông qua Năm kỹ năng khoa học.
Khi nào (nếu có) chúng ta sẽ có thể chỉ ra một câu trả lời dứt khoát về cách hệ mặt trăng Trái đất hình thành? Pahlevan nói:
Sự phát triển hiếm khi dứt khoát. Để đạt được tiến bộ, chúng ta phải thừa nhận sự thiếu hiểu biết của mình. Ngay cả khi chúng ta có những ý tưởng dường như có sức mạnh giải thích, chúng ta vẫn duy trì chúng cùng với một số nghi ngờ và thừa nhận rằng chúng có thể sai. Đó là con người muốn có những câu chuyện với sức mạnh giải thích: đây là nguồn gốc của những huyền thoại gốc trên toàn thế giới. Nhưng với các lý thuyết nguồn gốc khoa học của chúng tôi, chúng tôi đã học được rằng chúng luôn luôn dự kiến. Chúng ta phải nhận thức được những hạn chế về kiến thức nếu muốn đạt được tiến bộ.
Một lĩnh vực hứa hẹn cho sự tiến bộ liên quan đến dữ liệu mẫu. Các phi hành gia Apollo đã mang về gần 400 kg đá mặt trăng trong thời gian ngắn ngủi của họ vào những năm 1960 và 70. Công nghệ phân tích thành phần của những tảng đá này đã được cải thiện rất nhiều trong nửa thế kỷ qua. Vì vậy, bây giờ chúng tôi có thể trêu chọc một số tín hiệu từ các tảng đá mặt trăng mà chúng tôi không thể có được trước đây.
Điều này thật thú vị bởi vì các nguyên tử trong đá mặt trăng - các nguyên tử trong mặt trăng - đã ở đó trong sự kiện nguồn gốc mặt trăng và, theo một cách nào đó, chúng là nhân chứng cho những gì đã xảy ra. Sử dụng các chữ ký mới có sẵn được ghi lại trong các mẫu này để kiểm tra và phát triển ý tưởng của chúng tôi là một lĩnh vực mà chín muồi để tiến bộ.
Nhờ các sứ mệnh Apollo lên mặt trăng, các nhà khoa học có thể phân tích đá mặt trăng. Ở một khía cạnh nào đó, Kaveh Pahlevan nói, họ đã là nhân chứng cho những gì đã xảy ra.
Bài báo của Pahlevan 2015 với Alessandro Morbidelli xem xét ảnh hưởng của những cuộc chạm trán không va chạm xảy ra trước các vụ va chạm giữa Trái đất và các cơ thể khác trong hệ mặt trời bên trong. Tôi hỏi Pahlevan rằng ban đầu anh ấy và Morbidelli nghĩ gì về ý tưởng này và sau đó đã phát triển nó. Anh nói:
Cách đây vài năm, tôi đã tham dự một hội nghị ở Ascona, Thụy Sĩ, trong đó Tiến sĩ Morbidelli đã nói chuyện về sự hình thành của các hành tinh trên mặt đất. Ông nói rằng tác động hình thành mặt trăng có thể là tác động khổng lồ cuối cùng trong lịch sử hình thành Trái đất, có lẽ vì các vệ tinh được tạo ra trước đó sẽ bị mất trọng lực thông qua các cuộc chạm trán với các vật thể to lớn khác trong hệ mặt trời bên trong, đó là một Nơi đông người lúc đó. Tôi biết rằng độ nghiêng của mặt trăng là một vấn đề khoa học mở, và chính ở đó, hạt giống cho dự án này đã được gieo trồng. Tôi về nhà và làm một số tính toán.
Sau đó tôi đã tiếp cận với Tiến sĩ Morbidelli tại một hội nghị khác về việc áp dụng các cuộc gặp gỡ không va chạm vào vấn đề nghiêng về mặt trăng và ông đã bày tỏ sự quan tâm đến ý tưởng này và mời tôi đến Nice, Pháp, vào năm 2012 để làm việc trong dự án này. Bác sĩ Morbidelli có khả năng lưu loát với các tích hợp số rất hiếm, vì vậy một khi ý tưởng được đưa ra, mọi thứ tiến triển nhanh chóng và ngay lập tức thấy rõ rằng có tiềm năng ở đó.
Một số nhà thiên văn học chuyên nghiệp dành toàn bộ thời gian trước máy tính và không bao giờ thực sự nhìn lên bầu trời.Bạn là một nhà khoa học hành tinh, không phải là nhà thiên văn học, nhưng bạn có bao giờ dành thời gian để nhìn lên các đối tượng nghiên cứu của bạn không?
Tôi là một nhà lý thuyết nên tôi không dành nhiều thời gian cho kính thiên văn hoặc ở những nơi trời tối. Thỉnh thoảng, khi chúng tôi ở bên ngoài, những người bạn không phải là nhà khoa học của tôi hỏi tôi Mặt trăng ở đâu? Tôi không biết nó ở đâu. Nhưng đôi khi, khi tôi đi về ngày của mình, tôi nhận thấy nó trên bầu trời. Đó là một lời nhắc nhở để trở lại làm việc.
Graham Jones, người đã viết bài báo này, tổ chức các hội thảo nhật thực cho sinh viên thông qua trang web tenentences.com. Graham sẽ trình bày tường thuật trực tiếp về nhật thực ngày 21 tháng 8 trên timeanddate.com.
Điểm mấu chốt: Độ nghiêng năm độ của quỹ đạo của mặt trăng - đó là lý do nhật thực là sự kiện hiếm gặp - gần đây đã được giải thích bằng các cuộc chạm trán (va chạm gần) giữa hệ mặt trăng Trái đất và các vật thể lớn còn sót lại từ sự hình thành của hệ mặt trời bên trong.