Nhật thực xảy ra khi ba thiên thể sắp xếp thế nào?

Nhật thực xảy ra khi Mặt Trời, Mặt Trăng và Trái Đất gần như thẳng hàng, với Mặt Trăng nằm giữa Mặt Trời và Trái Đất. Khi đó, Mặt Trăng có thể chắn một phần ánh sáng Mặt Trời truyền tới Trái Đất và tạo ra vùng bóng trên bề mặt Trái Đất.

Về hình học, trật tự là:

Mặt Trời → Mặt Trăng → Trái Đất

Đây là điều kiện cốt lõi để xảy ra nhật thực. Tuy nhiên, chỉ việc ba thiên thể ở gần cùng một đường thẳng chưa đủ để mọi lần Mặt Trăng nằm giữa Mặt Trời và Trái Đất đều có nhật thực. Mặt Trăng phải ở gần một nút quỹ đạo, tức khu vực mà mặt phẳng quỹ đạo của Mặt Trăng cắt mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời.

Vì sao Mặt Trăng có thể che ánh sáng Mặt Trời?

Mặt Trăng không phát ra ánh sáng nhìn thấy mà phản xạ ánh sáng từ Mặt Trời. Khi nằm giữa Mặt Trời và Trái Đất, Mặt Trăng có thể chặn đường truyền của một phần ánh sáng Mặt Trời.

Cơ chế này tạo ra bóng của Mặt Trăng trong không gian phía sau nó. Khi bóng chạm bề mặt Trái Đất, những người đứng trong vùng bóng sẽ quan sát thấy Mặt Trời bị che khuất.

Mức độ che khuất phụ thuộc vào vị trí tương đối của ba thiên thể và khoảng cách từ người quan sát đến vùng bóng. Nếu vùng tối của bóng Mặt Trăng phủ lên một khu vực trên Trái Đất, người ở khu vực đó có thể nhìn thấy Mặt Trời bị che hoàn toàn. Nếu chỉ vùng bóng ngoài đi qua, Mặt Trời chỉ bị che một phần.

Vì sao không phải mỗi tháng đều có nhật thực?

Mặt Trăng quay quanh Trái Đất khoảng một vòng mỗi tháng, nên về mặt vị trí, mỗi tháng đều có thời điểm Mặt Trăng nằm giữa Mặt Trời và Trái Đất. Tuy nhiên, quỹ đạo Mặt Trăng nghiêng khoảng 5° so với mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời.

Vì độ nghiêng này, phần lớn thời gian Mặt Trăng đi qua phía trên hoặc phía dưới đường nối trực tiếp giữa Mặt Trời và Trái Đất. Bóng của nó vì thế không rơi lên Trái Đất.

Nhật thực chỉ có thể xảy ra khi Mặt Trăng ở pha trăng mới và đồng thời đi qua hoặc ở đủ gần một trong hai nút quỹ đạo tại thời điểm thích hợp. Đây là điều kiện hình học khiến nhật thực không xảy ra trong mọi kỳ trăng mới.

Vị trí của Mặt Trăng quyết định kiểu nhật thực ra sao?

Khi Mặt Trăng che Mặt Trời, hình dạng nhật thực mà người quan sát thấy phụ thuộc vào việc vùng bóng nào của Mặt Trăng đi qua vị trí quan sát.

Nhật thực toàn phần xảy ra khi người quan sát nằm trong vùng bóng tối trung tâm của Mặt Trăng. Từ vị trí đó, Mặt Trăng có thể che kín phần đĩa sáng của Mặt Trời trong một khoảng thời gian ngắn.

Nhật thực một phần xảy ra khi người quan sát nằm trong vùng bóng nửa tối. Khi đó, Mặt Trăng chỉ che một phần đĩa Mặt Trời.

Nhật thực hình khuyên xảy ra khi Mặt Trăng đi gần vị trí thẳng hàng nhưng kích thước biểu kiến của Mặt Trăng nhỏ hơn Mặt Trời. Phần đĩa Mặt Trời vẫn còn nhìn thấy xung quanh Mặt Trăng, tạo thành một vòng sáng.

Điểm quan trọng là kích thước biểu kiến của Mặt Trăng và Mặt Trời trên bầu trời, chứ không phải kích thước vật lý thực tế của chúng. Mặt Trăng nhỏ hơn Mặt Trời rất nhiều về đường kính nhưng ở gần Trái Đất hơn rất nhiều, nên có thể có kích thước biểu kiến đủ lớn để che Mặt Trời.

Nhật thực nhìn từ Trái Đất có giới hạn ở đâu?

Nhật thực không được quan sát giống nhau trên toàn bộ Trái Đất. Bóng Mặt Trăng chỉ phủ lên một khu vực nhất định và khu vực này thay đổi theo chuyển động của Mặt Trăng, Trái Đất và vị trí quan sát.

Đối với nhật thực toàn phần, chỉ những người nằm trong vùng bóng tối trung tâm mới có thể thấy Mặt Trời bị che hoàn toàn. Khu vực rộng hơn nằm trong bóng nửa tối chỉ quan sát được nhật thực một phần.

Vì vậy, cùng một thời điểm xảy ra nhật thực, một người ở trong đường đi của bóng có thể nhìn thấy hiện tượng rõ ràng, trong khi người ở một nơi khác trên Trái Đất có thể không thấy nhật thực.

Một hiểu lầm thường gặp là cứ có trăng mới thì sẽ có nhật thực. Thực tế, pha trăng mới chỉ là điều kiện cần về vị trí tương đối, còn sự gần thẳng hàng theo đúng hình học quỹ đạo mới quyết định bóng Mặt Trăng có đi qua Trái Đất hay không.

Tóm lại, nhật thực xảy ra khi Mặt Trăng nằm giữa Mặt Trời và Trái Đất, ba thiên thể gần như thẳng hàng, đồng thời Mặt Trăng ở vị trí quỹ đạo thích hợp để bóng của nó rơi lên Trái Đất. Hình học này giải thích cả việc Mặt Trăng có thể che Mặt Trời lẫn lý do nhật thực chỉ quan sát được ở những khu vực nhất định.