Bí thuật 'đo' khoảng cách những ngôi sao cách xa hàng nghìn năm ánh sáng

Khi nhìn lên bầu trời đêm, chúng ta chỉ thấy một ngôi sao là một điểm sáng nhỏ bé. Nhưng làm thế nào các nhà thiên văn có thể nói rằng một ngôi sao cách Trái Đất 10, 100 hay hàng nghìn năm ánh sáng? Chắc chắn không thể dùng một cái thước khổng lồ để đo trực tiếp. Bí quyết nằm ở thị sai, một hiện tượng đơn giản đến mức chúng ta có thể tự kiểm chứng ngay bằng ngón tay.

Ảnh: noozhawk

Hãy giơ ngón tay trước mặt, nhìn bằng mắt trái rồi chuyển sang mắt phải. Ngón tay dường như “nhảy” sang một vị trí khác so với nền phía sau. Nguyên nhân là hai mắt nằm ở hai vị trí khác nhau. Với các ngôi sao, thiên văn học sử dụng chính nguyên lý này, nhưng thay vì khoảng cách vài centimet giữa hai mắt, “hai con mắt” của chúng ta được đặt cách nhau hàng trăm triệu kilomet.

Ảnh: medium

Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời. Sau khoảng 6 tháng, Trái Đất nằm gần phía đối diện trên quỹ đạo, tạo ra hai vị trí quan sát cách nhau khoảng 2 đơn vị thiên văn (AU). Khi quan sát một ngôi sao từ hai vị trí này, ngôi sao gần sẽ có một sự dịch chuyển cực nhỏ so với những ngôi sao rất xa phía sau. Đo được góc dịch chuyển ấy, các nhà thiên văn có thể dùng hình học để tính khoảng cách.

Khoảng cách càng lớn thì góc thị sai càng nhỏ. Chính vì vậy, đây là một phép đo cực kỳ khó. Ngay cả những ngôi sao gần nhất cũng chỉ tạo ra sự dịch chuyển nhỏ hơn một giây cung. Nhiệm vụ Gaia của Cơ quan Vũ trụ châu Âu đã đưa kỹ thuật này lên một cấp độ chưa từng có, đo vị trí của hàng tỷ ngôi sao với độ chính xác cực cao để xây dựng bản đồ ba chiều của Dải Ngân hà.

Ảnh: m.baike

Đơn vị parsec cũng ra đời từ chính phương pháp này. Một parsec tương đương khoảng 3,26 năm ánh sáng. Nếu một ngôi sao có thị sai bằng đúng một giây cung, khoảng cách của nó được định nghĩa là một parsec.

Nhưng thị sai không thể giải quyết mọi khoảng cách. Khi các ngôi sao quá xa, sự dịch chuyển biểu kiến trở nên nhỏ đến mức khó đo trực tiếp. Khi đó, các nhà thiên văn chuyển sang những “bậc thang” khác của khoảng cách vũ trụ, chẳng hạn dựa vào độ sáng thực của các sao biến quang Cepheid hoặc những vụ nổ siêu tân tinh loại Ia.

Điều kỳ diệu là chúng ta không cần đến gần một ngôi sao để biết nó cách mình bao xa. Chỉ bằng ánh sáng đã đi qua không gian hàng năm, cùng một chút hình học và những phép đo cực kỳ chính xác, con người có thể biến một chấm sáng trên bầu trời thành một con số về khoảng cách.

Nói cách khác, mỗi lần nhìn lên bầu trời, chúng ta không chỉ nhìn thấy các ngôi sao. Chúng ta đang nhìn thấy một vũ trụ mà con người đã học được cách đo đạc từ rất xa.

Giống cừu kỳ lạ với bốn sừng cong đối xứng và gần như không có đuôi