Tài liệu Tiểu luận môn thiên văn học những hiện tượng vật lý trên bầu trời

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tiểu luận môn: Thiên Văn Học Tên đề tài: Giáo viên hướng dẫn: Ths. Trần Quốc Hà Nhóm thực hiện: Nguyễn Hải Âu Đỗ Thị Hồng Thấm Phan Minh Tiến Võ Thị Hoa Nguyễn Thị Phương Thảo (8-4) Nguyễn Kiến Trạch Nguyễn Thị Thúy Liễu Hoàng Thị Thanh Thảo Lưu Đình Trác Phương Nghĩa Nguyễn Thị Phương Thảo (29-1) Nguyễn Thành Trung Nguyễn Thị Yến Nhi Nguyễn Thị Kiều Thu Lâm Hoàng Minh Tuấn Lê Thanh Nhẫn Nguyễn Thanh Ngọc Thuỷ Bùi Thị Cẩm Tú Đàng Thị Kim Sắc Đoàn Thị Minh Thư Trần Bùi Cẩm Vân Đỗ Thị Thanh Đặng Ngọc Thanh Vân Lớp Lý 3 Chính Qui TPHCM, Tháng 11 Năm 2008 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà Mục lục Mục lục .............................................................................................................. 1 I. HIỆN TƯỢNG MÂY DẠ QUANG:............................................................... 4 I.1. Giới thiệu hiện tượng: ......................................................................................4 I.2. Giải thích hiện tượng: ......................................................................................6 II. HIỆN TƯỢNG CỰC QUANG: ..................................................................... 8 II.1. Giới thiệu hiện tượng:.....................................................................................8 II.2. Giải thích hiện tượng:...................................................................................11 II.3. Ứng dụng: .....................................................................................................16 III. HIỆN TƯỢNG NHẬT THỰC NGUYỆT THỰC:...................................... 17 III.1. Nhật thực .....................................................................................................17 III.1.1. Nhật thực là gì?.......................................................................................17 III.1.2. Các loại nhật thực: ..................................................................................17 III.1.3. Quan sát nhật thực: .................................................................................20 III.2. Nguyệt thực: ................................................................................................23 III.2.1. Nguyệt thực là gì?...................................................................................23 III.2.2. Các loại nguyệt thực: ..............................................................................23 III.2.3. Quan sát nguyệt thực : ............................................................................24 III.3. Nguyên nhân xảy ra hiện tượng nhật thực nguyệt thực và chu trình nhật thực nguyệt thực: ..................................................................................................24 III.3.1. Nguyên nhân xảy ra nhật thực - nguyệt thực: .........................................25 III.3.2. Chu kì nhật nguyệt thực: .........................................................................27 IV. HIỆN TƯỢNG BIẾN ĐỔI MÀU SẮC TRÊN BẦU TRỜI:....................... 28 IV.1. Cơ sở lý thuyết:.............................................................................................28 IV.1.1. Định luật Rayleigh:.................................................................................28 IV.1.2. Thuyết điện từ về sự tán xạ bởi các hạt nhỏ (xét định tính): ....................29 IV.2. Giải thích hiện tượng:..................................................................................31 IV.2.1. Màu xanh của bầu trời : ..........................................................................31 IV.2.2. Màu của Mặt trời : ..................................................................................33 IV.2.3. Màu của mây, sương mù :.......................................................................35 IV.2.4. Tại sao bầu trời đêm lại đen? ..................................................................37 V. HIỆN TƯỢNG CẦU VÒNG:...................................................................... 40 V.1. Giới thiệu hiện tượng: ...................................................................................40 V.1.1. Cầu vồng là gì? ........................................................................................40 V.1.2. Làm thế nào để quan sát cầu vòng? ..........................................................40 V.2. Giải thích hiện tượng: ...................................................................................41 V.2.1. Giải thích hiện tượng: ..............................................................................41 V.2.2. Vài tính toán về cầu vồng:........................................................................42 Trang 1 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà V.2.3. Tại sao bảy sắc cầu vồng lại được sắp sếp theo thứ tự như vậy?...............43 V.2.4. 4/ Tại sao cầu vồng có dạng một vòng cung? ...........................................43 V.2.5. Vùng Alexandre là gì? .............................................................................44 V.2.6. Tại sao không đến được chân cầu vồng? ..................................................45 V.3. Một số cầu vồng đặc biệt: ..............................................................................45 VI. HIỆN TƯỢNG MẶT TRỜI GIẢ: .............................................................. 49 VI.1. Giới thiệu hiện tượng:..................................................................................49 VI.1.1. Hiện tượng mặt trời giả là gì? .................................................................49 VI.1.2. Các nơi xuất hiện mặt trời giả:................................................................49 VI.2. Giải thích hiện tượng:..................................................................................51 VI.2.1. Halo:.......................................................................................................51 VI.2.2. Quầng sáng halo được hình thành như thế nào? ......................................53 VI.2.3. Mặt trời giả hình thành như thế nào?.......................................................60 Tài liệu tham khảo............................................................................................ 62 Trang 2 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà Lời ngỏ Thiên văn luôn là một khoa học lí thú và mới lạ mặc dù đã tồn tại từ rất lâu. Những ham muốn khám phá về lĩnh vực này khởi đầu từ việc quan sát các hiện tượng vật lí xảy ra trên bầu trời. Các hiện tượng thiên văn vật lí xảy ra trên bầu trời rất phong phú và đa dạng. Việc lí giải chúng đòi hỏi phải có một kiến thức sâu rộng. Mặc dù khoa học ngày càng phát triển cao và đạt được nhiều thành tựu kì vĩ đặc biệt là ngành thiên văn vũ trụ, song tầm nhìn của loài người hạn chế và dĩ nhiên không tránh khỏi vẫn còn những bước mò mẫm trong hành trình chinh phục kho tàng kiến thức sâu rộng ấy. Trên tinh thần đam mê học hỏi, nhóm thực hiện nỗ lực hoàn thành bài tiểu luận “ Những hiện tượng vật lí trên bầu trời” đề cập đến các hiện tượng quang tiêu biểu trong thiên văn. Tài liệu này cung cấp những kiến thức rất cơ bản và tổng quát từ nhiều nguồn tài liệu. Do hạn chế về hiểu biết cũng như trình độ ngoại ngữ nên trong quá trình thực hiện không tránh khỏi sai sót, nhóm 3 rất mong người đọc thông cảm và nhiệt tình đóng góp ý kiến để lần thực hiện sau dược tốt hơn. Chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện Trang 3 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà I. HIỆN TƯỢNG MÂY DẠ QUANG: I.1. Giới thiệu hiện tượng:
Những đám mây dạ quang (Noctilucent Cloud hay Night-shining Cloud) là những đám mây cao trong bầu khí quyển (85km) khúc xạ ánh sáng vào lúc trời mờ tối (hoàng hôn hay bình minh) khi mặt trời đã lặn. Lúc đó mây dạ quang toả sáng bầu trời mà không thấy một nguồn sáng rõ rệt nào cả. Những hình ảnh hoàng hôn kỳ thú trên bầu trời về đêm đã trở thành một trong những thú vui thư giãn phổ biến trên toàn thế giới.
Dù mây dạ quang trông giống như ở ngoài không gian, nhưng thực ra chúng vẫn ở trong tầng giữa khí quyển trái đất (độ cao từ 50 đến 85 km). Tầng này không những rất lạnh (-1250C) mà còn rất khô - khô gấp 100 triệu lần không khí ở hoang mạc Sahara.
Mây dạ quang là hiện tượng tương đối mới lần đầu tiên được mô tả vào năm 1885, hai năm sau sự kiện phun trào của đảo núi lửa Krakatoa (Indonesia). Núi lửa đã phun một trùm tro bụi và mảnh vụn lên bầu khí quyển Trái Đất đạt tới độ cao 80 km. Sự kiện này đã ảnh hưởng tới khí hậu và thời tiết toàn cầu trong nhiều năm và có lẽ đã tạo ra những đám mây dạ quang đầu tiên.
Ảnh hưởng của vụ phun trào núi lửa Krakatoa dần dần cũng mất đi, nhưng những đám mây tích điện màu xanh lục bất thường thì vẫn còn lại. Chúng náu mình trong tầng giữa mỏng manh của Trái Đất – đây là vùng khí quyển bên trên với áp lực nhỏ hơn 10.000 lần áp lực trong nước biển. Chúng xuất hiện thường xuyên nhất vào các tháng mùa hè từ 50 đến 70 độ Bắc và Nam. Một thế kỷ trước đây, chúng bị hạn chế ở những vĩ độ trên 50, phải đến những nơi như Anh, Scandinavi và Nga, khu vực bắc Âu và Canada mới nhìn thấy được chúng. Trong những năm gần đây, chúng đã xuất hiện ở miền Nam bang Utah và Colorado của Mỹ. Trang 4 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà
Ngày 18/2/2003, những phi hành gia trên trạm không gian quốc tế ISS đã mục kích Mây dạ quang phía trên hồ Saimaa một cảnh tượng đẹp mắt: Đó là những đám mây dạ quang, hay còn gọi là mây chiếu sáng về đêm có hình dáng dài mỏng mảnh màu xanh tuyệt đẹp bay lơ lửng quanh quỹ đạo trái đất.
Tháng 1/2003, phi hành gia Don Pettit cũng là một nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos cho biết: “Trong nhiều tuần qua, chúng tôi đã được thưởng thức quang cảnh đẹp mắt của những đám mây này ở vùng nam bán cầu. Chúng tôi cũng thường thấy chúng khi bay trên bầu trời của đất nước Australia và Nam Mỹ”. Những người ở trái đất cũng có thể nhìn thấy chúng tỏa sáng lấp lánh sau khi mặt trời lặn, dẫu rằng nhìn từ không gian vẫn đẹp hơn. Pettit ước tính chiều cao của chúng có thể lên đến 80-100 km.
Những đám mây không ngừng rực sáng và trôi dần về phía vùng cực, lần đầu tiên được vệ tinh ( vệ tinh Aeronomy of Ice in the Mesosphere của NASA) chụp từ vũ trụ. Loại mây bí ẩn này được gọi là "đèn đêm". Các đám mây hình thành ở độ cao 80 km trên bề mặt đất, trong tầng trên của khí quyển gọi là mesosphere, xuất hiện trong những tháng hè ở cực Nam cũng như trong mùa hè ở cực Bắc. Một trong những lần đầu tiên các đám mây sáng rực này được quan sát từ mặt đất, trên bầu trời Budapest, Hungary hôm 15/06/2007. (Ảnh:LiveScience) Vào ngày 11/06/2007, chiếc cameracủa vệ tinh nhân tạo AIM (Aeronomy of Ice in the Mesosphere ) đã cung cấp dữ liệu đầu tiên về những đám mây dạ quang ở Bắc cực thuộc khu vực châu Âu và Bắc Mỹ. Màu trắng và xanh sáng hiển thị cấu trúc đám mây dạ quang, màu đen là những nơi không có dữ liệu. (Ảnh: LiveScience) Trang 5 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà I.2. Giải thích hiện tượng: Tro núi lửa Krakatoa có thể là nguyên nhân của năm 1885, nhưng không thể giải thích được cho hiện tượng của ngày nay. Những đám mây gần trái đất có thể lấy bụi từ bão gió sa mạc, nhưng thật khó mà bốc bụi lên đến tận tầng giữa của khí quyển. Điều này có thể là do bụi vũ trụ. Mỗi ngày trái đất tiếp xúc với hàng tấn thiên thạch - những mẩu vụn chất thải từ các sao chổi và hành tinh nhỏ. Đa số chúng có kích thước phù hợp với các đám mây dạ quang. Một nhà vật lý học plasma Paul M. Bellan – giáo sư vật lý ứng dụng tại Viện công nghệ California (Caltech) cuối cùng đã tìm ra lời giải đáp cho đặc điểm kỳ lạ của những đám mây dạ quang, chấm dứt bí ẩn kéo dài nhiều thập kỷ. Ông cho biết : “Phạm vi có mây dạ quang dường như đang tăng lên, có lẽ vì khí hậu toàn cầu đang ấm dần lên”. Mây dạ quang là một hiện tượng xảy ra vào mùa hè bởi bầu khí quyển ở độ cao 85 km lạnh nhất khi mùa hè đến, thúc đẩy quá trình hình thành hạt băng tạo nên đám mây. Các tinh thể nước đá trong mây cần hai điều kiện để phát triển: các phân tử nước và một cái gì đó để chúng bám vào, chẳng hạn như bụi. Nước tụ tập trên bụi để tạo thành những giọt nước hay các tinh thể nước đá là một tiến trình được gọi với cái tên “sự cấu thành hạt nhân” và chúng xảy ra trong tất cả các đám mây bình thường. Theo các nhà nghiên cứu tại Poker Flat (Alaska), hai mươi lăm năm về trước họ đã phát hiện đặc tính khác thường rằng đám mây phản chiếu mạnh với ra-đa. Giải thích: các hạt băng trong mây dạ quang được bao phủ bởi một lớp kim loại mỏng có thành phần bao gồm natri và sắt. Lớp màng kim loại đã khiến sóng ra-đa phản xạ gợn sóng trong đám mây giống như hiện tượng tia X phản xạ từ lưới tinh thể (Theo số ra tháng 8 tờ Journal of Geophysical Research-Atmospheres). Nguyên tử Natri và sắt thu thập được trong tầng khí quyển bên trên sau khi sao băng siêu nhỏ nổ tung trên bầu trời. Các nguyên tử kim loại này định cư trong lớp hơi nước mỏng ở ngay trên độ cao nơi xảy ra mây dạ quang. Các nhà thiên văn học mới đây đã sử dụng lớp Natri để tạo ra ngôi sao chỉ dẫn nhân tạo chiếu sáng nhờ tia laze cho chiếc kính viễn vọng quang học thích nghi nhằm loại bỏ hiệu ứng gây nhiễu loạn của bầu khí quyển để có được những bức hình về bầu trời rõ nét hơn. Các biện pháp xác định độ đậm đặc của các lớp hơi nước có nguyên tử natri và sắt cho thấy hơi nước kim loại giảm đi tới 80% khi có mây dạ quang hiện diện. Giáo Trang 6 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà sư Bellan cho biết: “Mây dạ quang giống như một cái bẫy ruồi đối với nguyên tử natri và sắt”. Qua các thí nghiệm thực hiện trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu khác cũng phát hiện ra rằng ở nhiệt độ lạnh lẽo (-123 độ C) bên trong đám mây dạ quang, nguyên tử trong hơi nước có natri sẽ nhanh chóng đọng lại trên bề mặt băng để hình thành màn kim loại. Giáo sư Bellan nói: “Nếu có các hạt băng phủ kim loại trong mây dạ quang thì rađa sẽ phản ứng rất mạnh. Hiện tượng này không phải là tổng hợp của các phản ứng đối với từng hạt băng. Trên thực tế các hạt băng không gây ra phản ứng mạnh đến thế. Điều mấu chốt chính là các đường gợn sóng của đám mây có chứa hạt băng phủ kim loại đã phản xạ cùng nhau và củng cố cho nhau, hiện tượng này giống như một đoàn diễu hành đều bước qua cầu và khiến cây cầu rung chuyển”. Kết luận: Mây dạ quang được cấu tạo từ những tinh thể nước đá nhỏ xíu, tương đương với kích thước của các phân tử khói thuốc lá. Ánh mặt trời phản chiếu từ những tinh thể này khiến cho chúng có màu xanh đặc trưng. Các hạt băng trong mây dạ quang được bao phủ bởi một lớp kim loại mỏng có thành phần bao gồm Natri và sắt. Natri và sắt ở đâu ra ?  Do tro bụi và mảnh vụn phun trào từ núi lửa lên bầu khí quyển Trái Đất đạt tới độ cao vào cỡ 80 km.  Nguyên tử Natri và sắt thu thập được trong tầng khí quyển bên trên sau khi sao băng siêu nhỏ nổ tung trên bầu trời. Các nguyên tử kim loại này định cư trong lớp hơi nước mỏng ở ngay trên độ cao nơi xảy ra mây dạ quang. ************** Trang 7 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà II. HIỆN TƯỢNG CỰC QUANG: II.1. Giới thiệu hiện tượng:
Cực quang là một hiện tượng hiếm thấy ở trên Trái Đất, thường xuất hiện vào buổi đêm, trên vùng trời ở hai cực Trái Đất. Cực quang diễn ra ở Bắc bán cầu Trái Đất được gọi là bắc cực quang, hay ánh sáng bắc cực; và ở nam bán cầu thì là nam cực quang hay ánh sáng nam cực.. Bắc cực quang Nam cực quang
Nơi đã xảy ra hiện tượng cực quang: Ở Alaska (Mỹ), phần lớn lãnh thổ Canada, hay vùng nằm từ vĩ độ 60 trở lên. Cực quang ở vùng nam Australia Bắc cực quang trên South Dakota Một ảnh chụp cực quang ở Canada. Cực quang ở Na Uy, thường xảy ra từ tháng 9 đến tháng 10 và từ tháng 3 đến tháng 4. Sau đây là một số hình ảnh Bắc cực quang được nhìn thấy trên bầu trời Longyearbyen, Na Uy sáng sớm 10-3-2008. Trang 8 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà Tại Juneau, Alaska, Mỹ Bắc cực quang ở Alaska Nam cực quang trên Swifts Creek, Victoria, Úc
Trong thiên văn học, cực quang là một hiện tượng quang học được đặc trưng bởi sự thể hiện đầy màu sắc của ánh sáng trên bầu trời về đêm. Các dải sáng này liên tục động và thay đổi làm cho chúng trông giống như những dải lụa màu trên bầu trời. Đây có thể coi là một trong những hình ảnh đẹp của tự nhiên.
Biểu hiện:  Màu sắc cực quang: Những dải ánh sáng màu hồng, lam, vàng, tím… rực rỡ và biến ảo khôn lường. Tia này vừa tắt đi, tia khác lại xuất hiện, nhảy múa, lung linh đủ màu sắc... Phần lớn các cực quang có màu vàng ánh lục nhưng đôi khi các tia cao sẽ có màu đỏ ở đỉnh và dọc theo gờ Trang 9 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà thấp của chúng. Trong một ít trường hợp, ánh sáng Mặt Trời sẽ va phải phần đỉnh của các tia cực quang tạo ra màu lam nhạt. Trong một số rất ít trường hợp ( khoảng 1 lần trong 10 năm) cực quang có thể có màu đỏ sẫm như máu từ đỉnh đến đáy.  Hình ảnh cực quang: Các điểm đặc trưng của cực quang là chúng có nhiều hình dạng và kích thước. Có lúc chúng chỉ là một tia sáng mong manh, có khi mang hình dẻ quạt, hình ngọn lửa, rồi lại hóa thành những vòng cung màu lá cây vắt trên nền trời. Các cung và tia cực quang cao bắt đầu sáng rõ ở cao độ 100 km trên bề mặt Trái Đất và kéo dài lên phía trên dọc theo từ trường trong hàng trăm kilômét. Các cung hay màn này có thể mỏng chỉ khoảng 100 mét khi mở rộng ra đường chân trời. Các cung cực quang có thể gần như đứng im và sau đó tựa như bàn tay, chúng tạo ra một cái màn cao, bắt đầu nhảy múa và đổi hướng. Sau nửa đêm quyến rũ, cực quang có thể có hình dáng loang lổ và các đốm thông thường nhấp nháy sau khoảng mỗi 10 giây cho đến tận rạng đông.  Âm thanh cực quang: Người ta thường cho rằng việc nhìn thấy cực quang bao giờ cũng kèm theo các tiếng nổ tanh tách hay tiếng kêu rền. Đối với người Inuit và các nền văn hóa bắc Canada, người ta đã biết một thực tế là sự diễn ra của các tiếng kêu hay các tiếng hát là điều có thật. Các âm thanh này nghe thấy chủ yếu khi người quan sát đã rời xa các các chỗ ồn ào hay có chiếu sáng - thông thường trong các chỗ lạnh giá và không có gió của đêm đông. Việc nghe thấy các âm thanh lạ được ví với các sự kiện tâm linh và nó được khắc sâu trong trí nhớ của mỗi cá nhân trong cuộc đời họ. Các âm thanh cực quang này được so sánh với âm thanh của hợp xướng rạng đông. Trường đại học công nghệ Helsinki đã thực hiện việc kiểm tra và ghi âm các âm thanh này. Theo báo Kaleva, người ta đã ghi nhận có các tiếng kêu rền, tiếng ầm và tiếng nổ khi có các cực quang vùng cực với mức độ sáng cao.
Cực quang trong văn hoá nhân gian: Trong thần thoại Bullfinch năm 1855 của Thomas Bulfinch đã có khẳng định rằng trong thần thoại Na Uy có kể : Các Valkyrie là các cô gái đồng trinh tựa chiến binh cưỡi ngựa được trang bị áo giáp và giáo. Khi họ đi về phía mục tiêu của mình, áo giáp của họ tỏa ra ánh sáng lập Trang 10 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà lòe kỳ lạ, nó chiếu sáng toàn bộ bầu trời phương bắc, tạo ra cái mà con người gọi là "bắc cực quang" hay "ánh sáng phương bắc". Trong khi nó là một khái niệm gây ấn tượng thì lại không có gì trong văn học của Na Uy cổ hỗ trợ việc xác nhận nó. Mặc dù cực quang là phổ biến ở Scandinavia và Iceland ngày nay, nhưng khả năng là cực bắc của địa từ trường đã ở xa một cách đáng kể với khu vực này trong các thế kỷ trước khi có các tư liệu về thần thoại Na Uy, điều này giải thích sự thiếu vắng các mối liên quan. Thay vì thế, tư liệu cổ nhất của người Na Uy về norðrljós được tìm thấy trong biên niên sử của người Na Uy Konungs Skuggsjá có vào khoảng năm 1250. Người ghi chép sử đã nghe về hiện tượng này từ những đồng bào trở về từ Greenland, và ông ta đã đưa ra ba giải thích có khả năng nhất: Đại dương được bao quanh bằng các ngọn lửa bao la hay ánh sáng mặt trời có thể đến được tới phần đêm của thế giới hoặc các sông băng có thể tích trữ năng lượng để cuối cùng chúng trở thành huỳnh quang. Tên gọi cổ trong ngôn ngữ của người Scandinavia cho ánh sáng phương bắc được dịch ra như là ánh sáng cá trích. Người ta tin rằng ánh sáng phương Bắc là sự phản chiếu màu sắc của các đàn cá trích lớn lên bầu trời. Trong tiếng Phần Lan, tên gọi của ánh sáng phương Bắc là revontulet, lửa của cáo. Theo truyền thuyết, những con cáo tạo ra lửa sống ở Lapland, và revontulet là các tia lửa tạo ra khi chúng phất đuôi của chúng lên trên trời. Người Sami tin rằng người ta cần phải đặc biệt cẩn thận và im lặng khi bị quan sát bởi guovssahasat. Trong văn hóa dân gian của người Inuit, ánh sáng phương Bắc là các thánh thần của sự chết chóc đang chơi bóng bằng đầu lâu hải mã trên trời. II.2. Giải thích hiện tượng: Vào những năm 80 của thế kỷ 19, người ta khám phá ra rằng từ trường của trái đất có liên quan đến hiện tượng kỳ ảo này. Khi electron va vào một vật thể nào đó, nó có thể tạo ra ánh sáng (điều này cũng tương tự như nguyên lý hoạt động của màn hình tivi và máy tính). Kết quả nghiên cứu khoa học vào các năm 1957-1958 cho rằng khi trên mặt trời xuất hiện các vết đen, gió mặt trời tạt vào trái đất, mang theo một dòng hạt năng lượng cao gây ra hiện tượng cực quang (CQ). Các electron và proton trong dòng hạt này đi vào bầu khí quyển. Dưới ảnh hưởng của địa từ, chúng bị hút về hai cực trái Trang 11 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà đất. Tại đây, chúng va chạm và Ảnh chụp của nam cực quang, chụp từ tàu vũ trụ trên quỹ đạo vào tháng 5 năm 1991, với cực đại của địa từ trường kích thích các phân tử khí, làm các phân tử này phát ra bức xạ điện từ dưới dạng ánh sáng nhìn thấy. Bầu khí quyển có rất nhiều chất như ôxy, nitơ, hêli, hyđrô, nêon… Dưới tác động của dòng hạt mang điện, ánh sáng do các chất khí khác nhau tạo ra cũng khác nhau, vì thế CQ có muôn màu ngàn sắc khi các dòng hạt mang điện tích trong vũ trụ va chạm với bầu khí quyển. Hình ảnh cực quang trên Trái Đất CQ mạnh nhất có xu hướng diễn ra sau sự phun trào hàng loạt của Mặt Trời. CQ khi xuất hiện mạnh thường đi kèm với những Hình ảnh cực quang trên Sao Thổ thay đổi trong địa từ và kéo theo giao thoa sóng vô tuyến, sóng điện thoại…Thời kỳ mạnh, yếu của CQ có liên quan chặt chẽ tới chu kỳ hoạt động của mặt trời. Khi mặt trời ở đỉnh chu kỳ, (hoạt động mạnh nhất), nó bức xạ nhiều hơn mức bình thường. Dòng hạt mang điện va chạm nhiều hơn với khí quyển, do đó, CQ sẽ xuất hiện rất nhiều và kỳ vĩ. CQ được sinh ra do sự tương tác của các hạt mang điện tích từ gió mặt trời với lớp trên của bầu khí quyển và với từ trường của hành tinh. Vì thế chúng là rõ nét nhất ở các vĩ độ cao gần các cực từ.
Nguồn gốc: Nguồn gốc của các CQ là khoảng 149 triệu km tính từ Trái Đất về hướng Mặt Trời. Các hạt cao năng lượng từ Mặt Trời được đưa vào không gian cùng với gió mặt trời nóng và luôn luôn tồn tại. Luồng gió này đâm với tốc độ siêu thanh về phía Trái Đất thông qua khoảng không gian liên hành tinh với vận tốc dao động trong khoảng 300 đến trên 1.000 km/s, mang theo cùng với nó là từ trường mặt trời. Gió mặt trời làm nhiễu loạn từ trường của Trái Đất để tạo ra quyển từ chứa đầy plasma và có hình dạng Trang 12 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà tựa sao chổi. Từ trường của Trái Đất có tác dụng như một vật cản, bảo vệ Trái Đất trước các hạt tích năng lượng và bức xạ trong gió mặt trời. Năng lượng và xung lượng của hạt được truyền từ gió mặt trời sang quyển từ thông qua một quy trình được biết như là "tái kết nối từ". Trong quá trình này, các đường sức từ liên hành tinh (xuất phát từ Mặt Trời) được kết hợp với địa từ trường. Các hạt trong gió mặt trời có thể đi vào các đường sức từ mới tạo thành. Các nhà vật lý nghiên cứu về CQ gọi đó là "đường sức từ mở" (các đường này mở vào gió mặt trời). Do áp suất động lực của gió mặt trời, các đường sức từ mới tạo thành sẽ được di chuyển đối lưu trên đỉnh cực và vào trong đuôi của quyển từ Trái Đất. Ở đây, sự tái kết nối từ trường mới lại có thể diễn ra, tạo ra đường sức từ đóng mới. Đường từ trường đối lưu sẽ chứa các hạt gió mặt trời. Một số hạt sẽ có thể đi tới tầng ion trước khi đường sức từ chạm tới đuôi của quyển từ. Các hạt này tạo ra CQ ban ngày. CQ ban đêm được tạo ra từ các hạt được gia tốc từ đuôi quyển từ về hướng Trái Đất. Các hạt này bị chặn lại bởi các đường sức từ đóng. Các hạt đâm xuống địa từ trường, chạm tới tầng trung hòa của khí quyển trong một hình gần tròn gọi là ôvan CQ. Hình gần tròn này có tâm ở phía trên cực từ và kích thước khoảng 3.000 km theo đường kính trong những lúc yên tĩnh. Vòng tròn này lớn nhanh khi quyển từ bị làm nhiễu loạn. Khu vực có ôvan CQ nói chung tìm thấy trong phạm vi 60 và 70 ° tính theo vĩ độ bắc hay nam. Trong thời gian Mặt Trời hoạt động tích cực thì ôvan CQ mở rộng và các CQ có thể được nhìn thấy từ các vĩ độ thấp tới 25-30 ° bắc và nam trong một số trường hợp. Ví dụ, ngày 7 tháng 11 năm 2004, sau khi có hoạt động phun trào của Mặt Trời mãnh liệt, chúng được nhìn thấy ở xa tới tận Arizona. Ở vĩ độ 45 ° cực quang có thể nhìn thấy vào khoảng 5 lần/năm, trong khi ở trên 55 ° thì gần như nhìn thấy chúng mọi đêm.
Bản chất vật lý: Cực quang có thể sinh ra bằng tương tác của các hạt cao năng lượng (thông thường là điện tử) với các nguyên tử trung hòa trong lớp trên của khí quyển Trái Đất. Các hạt cao năng lượng này có thể kích thích (do va chạm) các điện tử hóa trị được liên kết với nguyên Kristian Birkeland và thực nghiệm mô hình Trái Đất của ông. tử trung hòa. Các điện tử bị kích thích sau đó có thể trở về trạng thái thấp năng lượng nguyên thủy của chúng và trong quá trình đó giải phóng ra các photon (ánh Trang 13 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà sáng). Quá trình này giống như sự phóng điện plasma trong đèn neon. Một trong những nhà khoa học đầu tiên tiến hành mô hình hóa CQ là Kristian Birkeland (người Na Uy). Mô hình từ trường trái đất của ông, chỉ ra rằng các điện tử cao năng lượng đâm trực tiếp vào mô hình trái đất được dẫn dắt về phía các cực từ và sinh ra các vòng ánh sáng xung quanh các cực. Ông cũng giả thiết xa hơn nữa "Các dòng điện như thế được hình dung là có thể tồn tại chủ yếu nhờ các hiệu ứng thứ cấp của các hạt tích điện từ mặt trời bị lôi kéo vào không gian" (năm 1908). Các dòng điện như vậy sau này đã được ủng hộ lớn trong bài báo của Hannes Alfvén. Năm 1969, Milo Schield, Alex Dessler và John Freeman, sử dụng tên gọi "các dòng điện Birkeland" lần đầu tiên, mà sự tồn tại của chúng cuối cùng đã được xác nhận năm 1973 nhờ vệ tinh Triad của hải quân.
Màu sắc cực quang: Màu cụ thể nào đó của CQ phụ thuộc vào loại khí cụ thể của khí quyển và trạng thái tích điện của chúng cũng như năng lượng của các hạt đâm vào khí của khí quyển. ôxy nguyên tử chịu trách nhiệm cho hai màu chính là lục( bước sóng 557.7nm) và đỏ ( 630 nm) ở các cao độ cao. Nitơ sinh ra màu lam (427.8 nm) cũng như màu đỏ biến đổi nhanh từ ranh giới thấp của các cung CQ đang hoạt động. CQ xuất hiện là do các hạt mang điện trong luồng vật chất từ Mặt Trời phóng tới hành tinh, khi các hạt này tiếp xúc với từ trường của hành tinh thì chúng bị đổi hướng do tác dụng của lực Lorentz. Lực này làm cho các hạt chuyển động theo quỹ đạo xoắn ốc dọc theo đường cảm ứng từ của hành tinh. Tại hai cực các đường cảm ứng từ hội tụ lại và làm cho các hạt mang điện theo đó đi sâu vào khí quyển của hành tinh. Khi đi sâu vào khí quyển các hạt mang điện va chạm với các phân tử, nguyên tử trong khí quyển hành tinh và kích thích các phân tử này phát sáng. Do thành phần khí quyển hành tinh chứa nhiều khí khác nhau, khi bị kích thích mỗi loại khí phát ra ánh sáng có bước sóng khác nhau, tức là nhiều màu sắc khác nhau do đó tạo ra nhiều dải sáng với nhiều màu sắc trên bầu trời ở hai cực. Ngoài ra để tạo ra ánh sáng thì các hạt chứa năng lượng cũng sinh ra nhiệt. Nhiệt bị làm tiêu tan bởi bức xạ hồng ngoại hay bị mang đi xa bởi các trận gió mạnh trong lớp trên của khí quyển. Trang 14 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà
Âm thanh cực quang: Sự lan truyền của các âm thanh này trong khí quyển (giống như khi người ta nói làm dao động các phân tử trong không khí) là không chắc chắn. Cực quang diễn ra khoảng 100 km phía trên Trái Đất trong các điều kiện không khí cực kỳ loãng, có nghĩa là chúng không thể truyền các âm thanh nghe được đủ xa để có thể chạm tới mặt đất. Một khả năng là các sóng điện từ được biến đổi thành sóng âm bởi các vật thể gần với người quan sát, hoặc trực tiếp ảnh hưởng tới cơ quan thính giác của người quan sát.
Biến động Mặt Trời: Mặt Trời là ngôi sao với một số đặc trưng dao động lớn theo thang thời gian từ vài giờ đến hàng trăm năm. Hướng của từ trường liên hành tinh cũng như vận tốc và mật độ của gió mặt trời được điều chỉnh bởi hoạt động của Mặt Trời. Chúng có thể thay đổi rất mạnh và ảnh hưởng tới hoạt động của địa từ trường. Khi hoạt động của địa từ trường tăng lên thì rìa dưới của ôvan CQ thông thường sẽ dịch chuyển tới các vĩ độ thấp hơn. Tương tự, sự phun trào của Mặt Trời cũng xảy ra đồng thời với sự mở rộng của các ôvan cực quang. Nếu từ trường liên hành tinh có hướng ngược với địa từ trường thì nó làm tăng luồng năng lượng vào trong quyển từ và do đó làm tăng luồng năng lượng trong vùng cực của Trái Đất. Điều này sẽ tạo ra hệ quả là sự tăng cường hoạt động của CQ. Các nhiễu loạn trong quyển từ Trái Đất gọi là bão từ. Các trận bão từ này có thể tạo ra sự thay đổi đột ngột trong độ sáng và chuyển động của cực quang, gọi là các bão từ phụ. Các dao động từ trường của các trận bão từ và bão từ phụ này có thể sinh ra các thay đổi lớn trong các lưới điện và đôi khi làm hỏng các thiết bị điện trong lưới điện, tạo ra sự mất điện hàng loạt. Chúng cũng ảnh hưởng tới hoạt động của liên lạc viễn thông bằng sóng vô tuyến theo các hệ thống vệ tinh-mặt đất và các hệ thống hoa tiêu. Các trận bão trong quyển từ có thể kéo dài vài giờ hay vài ngày, và các bão từ phụ có thể diễn ra vài lần trong ngày. Mỗi trận bão phụ có thể giải phóng hàng trăm TJ năng lượng, nhiều ngang với lượng điện năng tiêu thụ ở Mỹ trong 10 giờ. Trang 15 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà II.3. Ứng dụng:
Du lịch cực quang: Bức ảnh bên được chụp bởi nhà nhiếp ảnh chuyên nghiệp Jeff Hapeman khi ông tới ngắm sao trên hồ Superior tại Michigan, Hoa Kì. Trong những năm gần đây, sự phổ biến của “Du lịch cực quang” đã đem một lượng lớn du khách tới nhiều điểm về truyền thống là không ở được trong thời gian diễn ra mùa đông vùng cực. Nhờ có ảnh hưởng làm ấm của các dòng hải lưu ấm và tương đối dễ tiếp cận của mình nên Iceland và Bắc Scandinavia là các điểm đến phổ biến nhất. Để có thể quan sát CQ thì ngoài hoạt động của CQ cần có các điều kiện như trời quang mây và ít ánh sáng không tự nhiên (ánh sáng đèn). Việc chụp ảnh CQ đòi hỏi các máy ảnh phải được trang bị sao cho của chắn sáng phải mở trên 5 giây. Các pin máy ảnh kỹ thuật số bị hao rất nhanh trong điều kiện lạnh, vì thế một lời khuyên hữu ích là cần đem theo các pin dự phòng.
Đo đạc địa từ trường: Địa từ trường có thể được đo với các dụng cụ gọi là từ kế. Dữ liệu của nhiều từ kế cho phép người quan sát lần theo dấu vết của trạng thái hiện tại của địa từ trường. Các số liệu của từ kế thông thường được đưa ra trong dạng các chỉ số 3 giờ để đưa ra phép đo định tính của mức độ hoạt động của địa từ trường. Một trong những chỉ số như vậy gọi là chỉ số K. Giá trị của chỉ số K dao động từ 0 tới 9 và là liên quan trực tiếp với lượng dao động (tương ứng với ngày yên tĩnh) của địa từ trường trong khoảng thời gian 3 giờ. Chỉ số K càng cao thì khả năng diễn ra cực quang càng lớn. Chỉ số K như vậy cần thiết phải gắn liền với một khu vực quan sát cụ thể. Đối với những khu vực không có trạm quan sát, người ta có thể ước tính giá trị cho chỉ số K này bằng cách xem dữ liệu của các điểm quan sát gần đó. Trung bình tổng thể của hoạt động cực quang được chuyển đổi thành chỉ số Kp. ************** Trang 16 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà III. HIỆN TƯỢNG NHẬT THỰC NGUYỆT THỰC: III.1. Nhật thực III.1.1. Nhật thực là gì? "Nhật thực" là hiện tượng khi Mặt Trăng đi qua giữa Trái Đất và Mặt Trời và che khuất hoàn toàn hay một phần Mặt Trời khi quan sát từ Trái Đất. Khái niệm "Nhật thực" có thể được mở rộng ra không chỉ cho việc ánh sáng Mặt Trời chiếu xuống Trái Đất bị che khuất, mà có thể là hiện tượng ánh sáng từ một ngôi sao tỏa sáng nào đó (định tính) chiếu xuống một hành tinh đang quay trong quỹ đạo bị chi phối của nó, bị che khuất bởi một thiên thể nào đó. Điều này chỉ có thể xảy ra tại thời điểm sóc trăng non được quan sát thấy từ Trái Đất, khi Mặt Trời và Mặt Trăng giao hội. Do mặt trăng cùng trái đất tự quay từ tây sang đông, bởi vậy nhật thực bao giờ cũng bắt đầu xuất hiện từ phía tây. III.1.2. Các loại nhật thực:
Lý do để có một số kiểu nhật thực là sự phụ thuộc vào quỹ đạo hình elíp của Mặt Trăng quanh Trái Đất.
Một trong những sự trùng hợp đáng lưu tâm nhất trong tự nhiên là:  Mặt Trời nằm cách xa khoảng 400 lần so với khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng.  Mặt Trời cũng có đường kính lớn gấp khoảng 400 lần so với Mặt Trăng. Vì thế, khi quan sát từ Trái Đất, Mặt Trời và Mặt Trăng có vẻ có cùng kích thước trên bầu trời - khoảng 1/2 độ nếu đo góc. Bởi vì quỹ đạo của Mặt Trăng quanh Trái Đất là hình elíp chứ không phải là hình tròn. Vì vậy, ở một số khoảng thời gian Mặt Trăng ở xa hơn và lúc khác nó lại ở gần Trái Đất hơn so với khoảng cách trung bình. Trang 17 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà
Có bốn kiểu nhật thực:  Nhật thực toàn phần: xảy ra khi Mặt Trời bị Mặt Trăng che lấp hoàn toàn do Mặt Trăng ở gần Trái Đất nhất (gần điểm cận địa) nên nó đủ lớn để che khuất hoàn toàn cả đĩa sáng của Mặt Trời. Đĩa Mặt Trời phát sáng bị che khuất bởi vành tối của Mặt Trăng, và có thể quan sát thấy vầng hào quang nhạt bên ngoài là ánh sáng đến từ vành đai nhật hoa của Mặt Trời . Nhật thực toàn phần chỉ có thể được quan sát thấy từ một dải hẹp trên bề mặt Trái Đất. Tại một điểm cố định, nhật thực toàn phần chỉ kéo dài vài phút (tối đa 7 phút).Ví dụ nhật thực toàn phần ở Việt Nam vào năm 1995 chỉ kéo dài gần 2 phút. Khi nhật thực toàn phần xảy ra, mặt trăng che khuất hẳn mặt trời  Nhật thực hình khuyên: xảy ra khi Mặt Trăng ở xa Trái Đất nhất (gần điểm viễn địa), Mặt Trời và Mặt Trăng nằm chính xác trên một đường thẳng và kích cỡ biểu kiến của Mặt Trăng nhỏ hơn kích cỡ biểu kiến của Mặt Trời, không thể che khuất hoàn toàn Mặt Trời .Vì thế Mặt Trời vẫn hiện ra như một vòng đai rực rỡ bao quanh Mặt Trăng. Nhật thực hình khuyên  Nhật thực lai: là một kiểu trung gian giữa nhật thực toàn phần và nhật thực hình khuyên. Ở một số điểm trên Trái Đất, nó được quan sát thấy là nhật thực toàn phần; ở những nơi khác nó lại là nhật thực hình khuyên. Thuật ngữ chung cho nhật thực toàn phần, hình khuyên hay nhật thực lai là nhật thực một phần nhật thực trung tâm. Trang 18 Tiểu luận môn thiên văn học GVHD:Th.S Trần Quốc Hà  Nhật thực một phần: xảy ra khi Mặt Trời và Mặt Trăng không nằm chính xác trên cùng một đường thẳng, và Mặt Trăng chỉ che khuất một phần của Mặt Trời. Hiện tượng này thường được quan sát thấy ở nhiều nơi trên Trái Đất bên ngoài đường đi của nhật thực trung tâm. Tuy nhiên, một số kiểu nhật thực chỉ có thể được quan sát thấy như là nhật thực một phần, bởi vì đường trung tâm không bao giờ giao nhau với bề mặt của Trái Đất. Trước và sau khi xảy ra nhật thực hình khuyên, ta sẽ nhìn thấy nhật thực một phần. Nhật thực hình khuyên thường xảy ra hơn so với nhật thực toàn phần bởi vì nói chung Mặt Trăng nằm xa Trái Đất ở khoảng cách ít khi che khuất hoàn toàn được Mặt Trời. Tỷ lệ giữa kích thước biểu kiến của Mặt Trăng và của Mặt Trời được gọi là độ lớn của nhật thực. 1. Vùng tối hoàn toàn sau lưng mặt trăng (moon). 2. Vùng tối một phần. 3. Dải đen thẫm trên trái đất (earth), nơi nhật thực toàn phần quét qua. Vì người quan sát nhật thực (hoặc nguyệt thực) đứng ở vị trí khác nhau trên trái đất và khoảng cách giữa trái đất với mặt trời cũng khác nhau nên mọi người nhìn thấy cảnh này diễn ra không giống nhau: Trong hình bên, nếu chúng ta đứng trong dải tối (3) trên trái đất, tức là trong phạm vi bóng tối mà mặt trăng che khuất hoàn toàn, khi đó ta sẽ thấy nhật thực toàn phần. Nhưng nếu chúng ta đứng trong vùng sẫm nhạt (2), ta sẽ nhìn thấy mặt trời bị che khuất một phần, đó là nhật thực một phần. Trang 19