Câu hỏi tại sao chỉ nhìn thấy một phía của mặt trăng luôn thu hút sự tò mò của nhiều người. Hiện tượng này không phải là ngẫu nhiên, mà là kết quả của một quá trình tương tác phức tạp giữa Trái Đất và Mặt Trăng kéo dài hàng tỷ năm. Bài viết này Deandefense sẽ đi sâu vào phân tích các yếu tố thiên văn học và vật lý giải thích hiện tượng quay đồng bộ, từ đó làm sáng tỏ bí ẩn về mặt tối của Mặt Trăng mà chúng ta không thể quan sát được từ Trái Đất.
Tại sao chỉ nhìn thấy một phía của mặt trăng
Khi ngước nhìn bầu trời đêm và chiêm ngưỡng vẻ đẹp lung linh của Mặt Trăng, bạn có bao giờ thắc mắc vì sao chúng ta luôn thấy những hình thù quen thuộc? Điều này không phải ngẫu nhiên mà là kết quả của một hiện tượng thiên văn học đặc biệt gọi là quay đồng bộ. Hãy cùng tìm hiểu về cơ chế và nguyên nhân đằng sau hiện tượng kỳ diệu này.
Quay đồng bộ là gì và tại sao nó xảy ra?
Quay đồng bộ là hiện tượng khi một thiên thể mất cùng một lượng thời gian để quay quanh trục của nó và quay quanh thiên thể mà nó đang xoay quanh. Trong trường hợp của Mặt Trăng, thời gian nó quay một vòng quanh trục (khoảng 27,3 ngày) bằng đúng thời gian nó hoàn thành một vòng quanh Trái Đất. Giống như một vũ công luôn hướng mặt về đối tác trong khi xoay quanh sàn nhảy, Mặt Trăng cũng luôn “nhìn” về phía Trái Đất.
Điều này không phải tự nhiên mà có. Ban đầu, Mặt Trăng quay nhanh hơn nhiều, nhưng lực hấp dẫn từ Trái Đất đã dần dần làm chậm chuyển động quay này. Lực hấp dẫn của Trái Đất tác động mạnh hơn lên phần gần với Trái Đất, tạo ra sự biến dạng và làm giảm tốc độ quay của Mặt Trăng cho đến khi đạt trạng thái cân bằng hiện nay.
Quá trình hình thành trạng thái đồng bộ
Quá trình đồng bộ hóa này diễn ra trong khoảng thời gian đáng kinh ngạc là hàng tỷ năm. Khi Mặt Trăng mới hình thành, nó quay với tốc độ khác biệt so với chu kỳ quỹ đạo của nó. Tuy nhiên, do lực hấp dẫn của Trái Đất liên tục kéo phần gần hơn của Mặt Trăng, việc quay chậm dần diễn ra.
Hãy tưởng tượng như thể Trái Đất đang liên tục kéo một dây cương vô hình được gắn vào Mặt Trăng, dần dần làm cho Mặt Trăng quay chậm lại cho đến khi nó khóa một bên về phía chúng ta. Đây không phải là một quá trình ngẫu nhiên, mà là kết quả tất yếu của các định luật vật lý và sự tương tác giữa hai thiên thể trong một khoảng thời gian cực kỳ dài.
Hiệu ứng thủy triều và ma sát
Thủy triều không chỉ là hiện tượng chúng ta quan sát được ở các đại dương trên Trái Đất, mà còn đóng vai trò quyết định trong việc hình thành trạng thái quay đồng bộ của Mặt Trăng. Chúng ta sẽ khám phá hiệu ứng thủy triều này hoạt động như thế nào và cách nó tác động đến chuyển động quay của Mặt Trăng.
Lực thủy triều và sự biến dạng của mặt trăng
Lực hấp dẫn của Trái Đất không tác động đều lên toàn bộ Mặt Trăng. Phần gần Trái Đất hơn bị kéo mạnh hơn, trong khi phần xa hơn bị kéo yếu hơn. Sự chênh lệch này khiến Mặt Trăng bị kéo giãn theo hướng Trái Đất, tạo ra “bướu thủy triều” – hiện tượng biến dạng hình dạng giống như quả trứng thay vì hình cầu hoàn hảo.
Giống như việc nặn một quả bóng cao su liên tục ở cùng một vị trí sẽ làm cho nó mất đi tính đàn hồi, sự biến dạng lặp đi lặp lại này tạo ra ma sát nội tại trong cấu trúc của Mặt Trăng. Ma sát này chuyển hóa năng lượng quay thành nhiệt, dần dần làm giảm tốc độ quay của Mặt Trăng cho đến khi nó đạt trạng thái quay đồng bộ hiện nay.
Khóa thủy triều và trạng thái cân bằng
Quá trình Mặt Trăng bị làm chậm bởi hiệu ứng thủy triều cuối cùng dẫn đến một trạng thái được gọi là “khóa thủy triều”. Khi Mặt Trăng đạt tốc độ quay bằng với tốc độ quay quanh Trái Đất, bướu thủy triều giữ một vị trí cố định hướng về phía Trái Đất.
Điều này tạo ra một cơ chế tự ổn định: nếu Mặt Trăng cố gắng quay nhanh hơn, lực hấp dẫn của Trái Đất sẽ kéo bướu thủy triều về phía sau, làm chậm nó lại; nếu nó quay chậm hơn, lực hấp dẫn sẽ kéo bướu về phía trước, tăng tốc nó. Nhờ cơ chế này, một khi đã đạt trạng thái quay đồng bộ, Mặt Trăng sẽ duy trì trạng thái đó – giống như một bánh xe đạt đến vị trí cân bằng hoàn hảo.
Quỹ đạo hình elip của mặt trăng
Dù tại sao chỉ nhìn thấy một phía của mặt trăng là do hiện tượng quay đồng bộ, thực tế chúng ta có thể quan sát được nhiều hơn chỉ 50% bề mặt Mặt Trăng. Điều này có vẻ mâu thuẫn, nhưng lại hoàn toàn có cơ sở khoa học. Quỹ đạo hình elip của Mặt Trăng và những biến thiên trong chuyển động của nó cho phép chúng ta, theo thời gian, nhìn thấy khoảng 59% tổng diện tích bề mặt. Hãy tìm hiểu cách quỹ đạo đặc biệt này mở rộng tầm nhìn của chúng ta về người bạn đồng hành duy nhất của Trái Đất.
Hiện tượng lắc lư và góc nhìn mở rộng
Nếu Mặt Trăng quay quanh Trái Đất theo quỹ đạo hình tròn hoàn hảo với tốc độ không đổi, chúng ta sẽ chỉ thấy đúng 50% bề mặt. Tuy nhiên, quỹ đạo thực tế của Mặt Trăng là hình elip, khiến khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng liên tục thay đổi trong một chu kỳ quỹ đạo.
Khi Mặt Trăng ở gần Trái Đất nhất (điểm cận điểm hay perigee), nó di chuyển nhanh hơn trên quỹ đạo của mình. Tuy nhiên, tốc độ quay của Mặt Trăng quanh trục vẫn không đổi. Sự chênh lệch này tạo ra hiện tượng “lắc lư”, cho phép chúng ta nhìn thấy thêm một chút các vùng bình thường bị che khuất ở cạnh đông và tây của Mặt Trăng.
Các loại lắc lư và ảnh hưởng của chúng
Ngoài lắc lư theo chiều dọc do quỹ đạo elip, còn có lắc lư theo chiều ngang do trục quay của Mặt Trăng hơi nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo của nó. Điều này cho phép chúng ta nhìn thấy thêm một chút ở cực bắc và cực nam của Mặt Trăng.
Hãy tưởng tượng Mặt Trăng như một vũ công đang thực hiện điệu nhảy xung quanh Trái Đất. Mặc dù vũ công luôn hướng mặt về trung tâm, nhưng đôi khi họ nghiêng đầu một chút, hoặc di chuyển nhanh hơn ở một số điểm, cho phép chúng ta nhìn thấy thêm một chút từ các góc khác nhau. Tổng hợp các hiện tượng lắc lư này cho phép chúng ta, theo thời gian, quan sát được khoảng 59% bề mặt của nó thay vì chỉ 50%.
Giải thích về mặt tối của mặt trăng
Thuật ngữ “mặt tối của Mặt Trăng” thường gây hiểu lầm rằng có một phần của Mặt Trăng không bao giờ được chiếu sáng bởi Mặt Trời. Trên thực tế, đây chỉ là “mặt xa” – phần không bao giờ hướng về phía Trái Đất do hiện tượng quay đồng bộ. Hãy cùng làm rõ những hiểu lầm phổ biến về phần bề mặt bí ẩn này và khám phá những đặc điểm thú vị của nó qua những nhiệm vụ khám phá không gian.
Phân biệt mặt tối và mặt xa
“Mặt tối” và “mặt xa” của Mặt Trăng là hai khái niệm hoàn toàn khác nhau. “Mặt tối” chỉ phần không được chiếu sáng bởi Mặt Trời tại một thời điểm cụ thể – nó liên tục thay đổi theo các pha của Mặt Trăng. Khi chúng ta thấy trăng lưỡi liềm, phần còn lại của nửa hướng về Trái Đất đang ở trong bóng tối. Khi có trăng tròn, toàn bộ nửa hướng về chúng ta được chiếu sáng.
Ngược lại, “mặt xa” chỉ 41% bề mặt Mặt Trăng không bao giờ nhìn thấy được từ Trái Đất do hiện tượng quay đồng bộ. Phần này vẫn được Mặt Trời chiếu sáng theo chu kỳ ngày đêm của Mặt Trăng, nhưng chúng ta không thể quan sát nó từ Trái Đất.
Khám phá mặt xa qua các nhiệm vụ không gian
Mặt xa của Mặt Trăng đã được khám phá lần đầu tiên vào năm 1959 khi tàu vũ trụ Luna 3 của Liên Xô chụp những bức ảnh đầu tiên. Từ đó, nhiều nhiệm vụ khác đã cung cấp thêm thông tin về vùng đất bí ẩn này.
Điều thú vị là mặt xa có cảnh quan khác biệt đáng kể so với mặt gần. Nó có nhiều miệng núi lửa hơn và ít vùng biển (mare) – những vùng tối, phẳng trên bề mặt Mặt Trăng – hơn mặt gần. Các nhà khoa học cho rằng sự khác biệt này có thể do vỏ Mặt Trăng dày hơn ở mặt xa, khiến dung nham khó phun trào lên bề mặt hơn.
Những nhiệm vụ gần đây như tàu thăm dò Chang’e 4 của Trung Quốc đã hạ cánh thành công xuống mặt xa vào năm 2019, mang lại những hiểu biết mới về địa chất và lịch sử hình thành của vùng bề mặt bí ẩn này.
Kết luận
Tại sao chỉ nhìn thấy một phía của mặt trăng là kết quả đáng kinh ngạc của quá trình tiến hóa kéo dài hàng tỷ năm giữa Trái Đất và người bạn đồng hành thiên nhiên của chúng ta. Hiện tượng quay đồng bộ, được hình thành qua tương tác thủy triều và lực hấp dẫn, đã khóa một mặt của Mặt Trăng hướng về Trái Đất. Hãy theo dõi Deandefense để cập nhật những thông tin mới nhất về những kỳ diệu trong vũ trụ nhé!
