Nội dung

BÀN THÊM VỀ SỰ THAY ĐỔI NGÀY ĐÊM TRÊN ĐỊA CẦU TRỊNH DUY OÁNH (*) TÓM TẮT: Sự thay đổi ngày đêm trên địa cầu là một hiện tượng nhịp điệu có tính quy luật. Để tìm hiểu thêm về hiện tượng này, bài viết xin giới thiệu cơ sở khoa học để tính độ dài ban ngày (hoặc đêm) ở từng vùng vĩ độ vào ngày 22/6 (hoặc ngày 22/12) và tính khoảng thời gian toàn ngày (hoặc toàn đêm) ở vùng cực. ABSTRACT The change of day and night on earth is a rhythmic phenomenon which follows a natural law. To help the reader with further understanding of this phenomenon, this writing aims at introducing some scientific fundamentals to calculate the length of day (or night) at every latitude on June 22 (or December 22) and the length of time of the whole day (or the whole night) at the poles. I. MỞ ĐẦU Như chúng ta biết, Trái Đất tự quay xung quanh mình nó sinh ra ngày đêm, mọi nơi trên địa cầu đều có chu kì ngày đêm là 24 giờ. Tuy nhiên, không phải nơi nào cũng có một nửa chu kì là ngày và một nửa là đêm. Độ dài ban ngày (hoặc đêm) có sự thay đổi theo vĩ độ và theo các mùa trong năm. Sở dĩ có hiện tượng đó là do trái đất không chỉ tự quay xung quanh mình nó mà còn quay quanh mặt trời với trục quay không đổi phương trong không gian và nghiêng với mặt phẳng hoàng đạo một góc 66o33’. Cũng bởi vậy mà trên địa cầu, khu vực từ vòng cực (66o33’ ) đến cực có những thời điểm ngày hoặc đêm kéo dài 24 giờ hay còn gọi là khoảng thời gian toàn ngày (hoặc toàn đêm). (*) TS. GVC, Khoa SP KHXH, Trường Đại học Sài Gòn Vấn đề cần bàn thêm ở đây là: -Cách tính độ dài ban ngày (hoặc đêm) ở từng vùng vĩ độ vào ngày 22/6 (hoặc ngày 22/12) -Cách tính khoảng thời gian toàn ngày (hoặc toàn đêm) ở vùng cực (từ 66o33’đến địa cực). II. NỘI DUNG 1. Vấn đề thứ nhất Trên hình vẽ, vào thời điểm 22/6, tại vùng có vĩ độ  , có khoảng thời gian ban ngày ứng với cung MBN, ban đêm ứng với cung MCN C I M A Ta có: AB  AM  AN  R. cos  AO  R. sin  AI  R. sin .tg 230 27'  N o  B Tia sáng Gọi góc MAN là  Ta có :  AI R sin tg 230 27' cos    tg.tg 230 27' 2 AM R cos   2  ar cos(tgtg 230 27' )   2ar cos(tgtg 230 27' )0  Vận tốc góc của trái đất là 15o/h (360o : 24h). Như vậy, khoảng thời gian ban đêm ứng với cung MCN là: 2 ar cos(tgtg 230 27' ) 15  h Khoảng thời gian ban ngày ứng với cung MBN là: 24  2 ar cos(tgtg 230 27' ) 15  h Trên đây là công thức tính ngày (ban ngày) dài nhất trong năm cho các điểm ở Bắc bán cầu vào 22/6 và cho các điểm ở nam bán cầu vào 22/12. Từ sự đối lập ở 2 nửa cầu bắc và nam có thể suy ra độ dài ngày đêm cho các điểm ở nam bán cầu vào 22/6 và ở bắc bán cầu vào 22/12. Từ công thức trên có thể suy ra cho một ngày bất kì trong năm: hàng năm mặt trời chuyển động “biểu kiến” giữa 2 chí tuyến, độ xích vĩ của mặt trời thay đổi từ 0 o đến 23º27’. (Công thức trên tính cho ngày 22/6, khi đó mặt trời có độ xích vĩ lớn nhất 23º27’B, các điểm ở bắc bán cầu có ngày dài nhất trong năm, vào ngày 22/12 mặt trời có độ xích vĩ lớn nhất 23º27’N, các điểm ở nam bán cầu có ngày dài nhất trong năm). Như vậy, vào một ngày bất kì trong năm có thể tính độ dài ban ngày ở các vùng vĩ độ (cho từng bán cầu) theo công thức: 24  2 ar cos(tgtg ) 15  h Trong đó:  là độ xích vĩ của mặt trời vào ngày được chọn (có thể tra bảng thiên văn) 2. Vấn đề thứ hai * Từ 21/3 đến 23/9, nửa cầu bắc ngả về phía mặt trời, khu vực từ vòng cực bắc đến địa cực bắc có thời gian toàn ngày. Tại vòng cực bắc có 1 ngày toàn ngày (22/6), tại địa cực bắc có 186 ngày toàn ngày. Các vùng vĩ độ khác được tính như sau: * Từ 21/3 đến 23/9, mặt trời chuyển động “biểu kiến” từ xích đạo lên chí tuyến Bắc rồi trở về xích đạo, độ xích vĩ của mặt trời (  ) thay đổi từ giá trị nhỏ nhất 0o (vào ngày 21/3) đến giá trị lớn nhất 23o27’VB (vào ngày 22/6) và lại giảm dần về 0o (vào ngày 23/9). Trong vòng 186 ngày mặt trời di chuyển một cung là: 230 27'2  46054' Như vậy, mỗi ngày mặt trời di chuyển một cung là:  46054': 186 0 Tại vùng có vĩ độ 66 0 33'VB    90 0 , khoảng thời gian toàn ngày sẽ bắt đầu từ khi mặt trời có độ xích vĩ   90 0   VB  đạt giá trị lớn nhất   230 27'VB  (thời gian này mặt trời di chuyển từ xích đạo lên chí tuyến bắc) cho đến khi giảm dần về   90 0   VB  (thời gian này mặt trời di chuyển từ chí tuyến bắc về xích đạo). Như vậy, khoảng thời gian này được tính theo công thức: VB 230 27' 2 46 054' : 186   66033' hoặc 46 054' : 186 2 (ngày) * Từ 23/9 đến 21/3, nửa cầu nam ngã về phía mặt trời, khu vực từ vòng cực nam đến địa cực nam có thời gian toàn ngày. Tại vòng cực nam có 1 ngày toàn ngày (22/12), tại địa cực nam có 179 ngày toàn ngày. Các vùng vĩ độ khác được tính như sau: * Từ 23/9 đến 21/3, mặt trời chuyển động “biểu kiến” từ xích đạo xuống chí tuyến nam rồi trở về xích đạo, độ xích vĩ của mặt trời (  ) thay đổi từ giá trị nhỏ nhất 0o (vào ngày 23/9) đến giá trị lớn nhất 23o27’VN (vào ngày 22/12) và lại giảm dần về 0o (vào ngày 21/3). Trong vòng 179 ngày mặt trời di chuyển một cung là: 230 27'2  46054' Mỗi ngày mặt trời di chuyển một cung là: 46054': 179 0  Tại vùng có vĩ độ 66 0 33'VN    90 0 khoảng thời gian toàn ngày sẽ bắt đầu từ khi mặt trời có độ xích vĩ   90 0   VN  đạt giá trị lớn nhất   230 27'VN  (thời gian này mặt trời di chuyển từ xích đạo xuống chí tuyến nam) cho đến khi giảm dần về   90 0   VN  (thời gian này mặt trời di chuyển từ chí tuyến nam về xích đạo). Như vậy, khoảng thời gian này được tính theo công thức: VN 230 27' 2 46 054' : 179 hoặc   66033' 46 054' : 179 (ngày) 2 Nhịp điệu ngày đêm có ảnh hưởng đến các hiện tượng và các quá trình của tự nhiên và ngay cả hoạt động kinh tế xã hội của con người cũng chịu sự chi phối của nhịp điệu ngày đêm. Việc tìm hiểu quy luật nhịp điệu nói chung và nhịp điệu ngày đêm nói riêng có ý nghĩa quan trọng trong học tập và đời sống, đặc biệt đối với sinh viên ngành Địa lí. Hi vọng bài viết sẽ là kênh thông tin cho các bạn sinh viên và các em học sinh tham gia kì thi học sinh giỏi môn Địa lí ở phổ thông. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. L.P.Subaev (1981), Địa lý tự nhiên đại cương (Đào Trọng Năng dịch), NXB Giáo dục. 2. Lê Bá Thảo (1987), Cơ sở địa lý tự nhiên, NXB Giáo dục. 3. Phạm Viết Trinh & Nguyễn Đình Noãn (1995), Giáo trình thiên văn, NXB Giáo dục. 4. Lưu Đức Hải-Trần Nghi (2000), Giáo trình khoa học trái đất, NXB Giáo dục.