Địa điểm của chúng ta trong không gian

Nhìn lên trong một đêm trời trong xanh và mỗi ngôi sao mà bạn có thể thấy bằng chính đôi mắt của mình thuộc về một thiên hà, Ngân Hà. Bạn đang đứng trên một quả cầu đá xoay vòng quanh một ngôi sao bình thường trong hàng tỉ ngôi sao. Bài học này sẽ cho biết chính xác ở đâu.

Mỗi ngôi sao mà bạn có thể nhìn thấy bằng chính đôi mắt của mình thuộc về Ngân Hà.

Nhìn kìa.

Đứng ngoài trời vào một đêm trời trong. Đất dưới chân anh là một phần của một quả cầu đá rộng 12.742 km. Quả bóng đó, Trái Đất, quay một vòng mỗi ngày và chạy quanh một ngôi sao, Mặt Trời, một lần mỗi năm.

Mặt Trời to đến nỗi khoảng 1,3 triệu Trái Đất có thể chứa trong nó. Nó nặng đến mức nó chứa hầu hết khối lượng của mọi thứ quay quanh nó: các hành tinh, vệ tinh, hành tinh lùn, tiểu hành tinh và sao chổi. Cùng với Mặt Trời và mọi thứ được giữ bởi trọng lực của nó là Hệ Mặt Trời.

Trong hình bên trên, chấm vàng ở giữa là Mặt Trời. Nhấn Play và xem các hành tinh di chuyển. Một hành tinh càng gần Mặt Trời, nó quay quanh nó càng nhanh:

• Thủy ngân mất 88 ngày.
• Trái Đất mất một năm.
• Sao Hải Vương, hành tinh xa nhất, mất gần 165 năm.

Hệ Mặt Trời của chúng ta là một trong hàng tỉ hệ sao trong một xoắn ốc khổng lồ các ngôi sao gọi là Ngân Hà. Trong một đêm tối, bạn có thể thấy nó như một dải ánh sáng mờ trên bầu trời. Mỗi ngôi sao mà bạn có thể nhìn thấy bằng chính mắt mình đều thuộc về nó.

Hiểu rồi.

Khoảng cách trong không gian quá lớn đến nỗi những kilômét trở nên khó khăn, vì vậy các nhà thiên văn học sử dụng thước đo lớn hơn.

Đơn vị thiên văn (au) là khoảng cách trung bình giữa Trái Đất và Mặt Trời. Từ năm 2012, nó có giá trị chính xác: 149.597.870.700 mét, khoảng 149,6 triệu km. Với nó, hệ mặt trời trở nên dễ dàng để hình dung:

Thế giới	Khoảng cách trung bình từ Mặt Trời
Sao Thủy	0.39 au
Trái Đất	1.00 hoặc
Sao Mộc	5.2 hoặc
Sao Hải Vương	30.1 hoặc

Thời gian ánh sáng là thời gian ánh sáng cần để đi qua một khoảng cách. Ánh sáng di chuyển với tốc độ 299.792 km/s, vậy:

thời gian = khoảng cách ÷ tốc độ ánh sáng

Đối với 1 au: 149.597.871 km ÷ 299.792 km/s ≈ 499 s, hay 8 phút 19 giây. Khi bạn nhìn vào Mặt Trời (không bao giờ trực tiếp, nó làm hư mắt), bạn thấy ánh sáng đã rời khỏi nó khoảng tám phút trước. Ánh sáng mặt trời mất hơn bốn giờ để đến Sao Hải Vương.

Một năm ánh sáng. là khoảng cách ánh sáng đi trong một năm: khoảng 9,46 nghìn tỷ km, hay 63.241 AU. Ngôi sao gần nhất sau Mặt Trời, Proxima Centauri, cách khoảng 4,2 năm ánh sáng. Ngân Hà có đường kính khoảng 100.000 năm ánh sáng.

Thầy

Au từng được đo: nó được định nghĩa thông qua hằng số hấp dẫn Gaussian, vì vậy chiều dài của nó bằng mét là một số lượng mà các nhà thiên văn học phải xác định. Radar ranging of Venus and spacecraft tracking in the late twentieth century pinned it down to a few metres. Năm 2012, Hiệp hội Thiên văn Quốc tế đã đặt nó là một số cố định (định nghĩa B2), vì vậy giờ đây au chỉ đơn giản là một đơn vị, giống như mét.

Điều chúng ta thực sự đo đạc rất chính xác ngày nay là tham số hấp dẫn của Mặt Trời, GM☉ = 1.32712440041 × 10²⁰ m³ s⁻², từ chuyển động của các hành tinh và tàu vũ trụ. Số nhân G × M được biết đến tốt hơn nhiều so với chỉ có G hoặc M, vì G là một trong những hằng số ít được biết đến nhất trong vật lý. Đó là lý do tại sao cơ học quỹ đạo hoạt động với μ = GM suốt, như bạn sẽ thấy trong con đường Navigator.

Hai hậu quả thực tế:

1. Earth’s distance is not constant. Earth’s orbit has an eccentricity of about 0.0167, so its distance from the Sun ranges from about 147.1 million km (early January, perihelion) to 152.1 million km (early July, aphelion). Seasons are not caused by this: January is winter in the northern hemisphere. Nguyên nhân thực sự được đề cập trong bài học Mùa.
2. Thời gian ánh sáng là giới hạn kỹ thuật thực sự. Một lệnh vô tuyến đến một tàu vũ trụ trên Sao Hỏa mất khoảng 3 đến 22 phút một chiều, tùy thuộc vào vị trí của cả hai hành tinh trong quỹ đạo của chúng. Tàu vũ trụ ở xa phải có thể tự hành động.