Cột sáng là gì: vì sao Mặt Trời mọc và đèn kéo thành cột thẳng đứng

Cột sáng là vệt sáng thẳng đứng kéo lên (và đôi khi xuống) từ Mặt Trời lúc mọc, lặn hoặc từ đèn đường trong đêm lạnh. Nó sinh ra khi vô số tinh thể băng dẹt nằm gần ngang trong không khí phản xạ ánh sáng như những tấm gương con hơi nghiêng. Cột không phải một vật có thật đứng trên trời: đó là tập hợp những tia phản chiếu từ các tinh thể nằm giữa bạn và nguồn sáng, chỉ những tinh thể ở đúng một dải thẳng đứng mới gửi được ánh sáng vào mắt bạn.

Hai kiểu cột sáng hay gặp

Cột mặt trời

Lúc bình minh hoặc hoàng hôn, khi Mặt Trời sát chân trời hay vừa khuất xuống dưới, một dải sáng vàng cam vươn thẳng lên từ chỗ Mặt Trời, cao vài độ đến hơn chục độ. Cột thường cùng màu với Mặt Trời lúc đó: vàng, cam, đôi khi đỏ. Nó cần mây ti hoặc mây ti tầng có tinh thể băng dẹt, nằm phía Mặt Trời. Ở Việt Nam có thể thấy cột mặt trời ở mọi miền, nhất là những buổi chiều có mây ti mỏng phía tây.

Cột mặt trời còn có thể thấy khi Mặt Trời đã lặn hẳn: tinh thể ở trên cao vẫn còn được chiếu sáng từ bên dưới và phản xạ ánh sáng ấy xuống người quan sát. Lúc đó cột như mọc lên từ sau đường chân trời.

Cột đèn trong đêm lạnh

Ở xứ lạnh như Canada, Phần Lan, miền bắc nước Nga hay Hokkaido (Nhật Bản), những đêm rét buốt và lặng gió, không khí sát đất đầy tinh thể băng li ti lấp lánh gọi là "bụi kim cương". Mỗi ngọn đèn đường, đèn sân vận động hay đèn tàu ngoài biển phóng lên trời một cột sáng thẳng tắp, cùng màu với đèn. Cả thành phố trông như có hàng chục cột đèn khổng lồ cắm vào trời đêm.

Ở Việt Nam, kiểu cột đèn này rất hiếm vì cần băng ở sát mặt đất. Những đợt rét đậm có băng giá trên vùng núi cao như Sa Pa, Mẫu Sơn về lý thuyết có thể tạo điều kiện, nhưng không nên trông đợi.

Cơ chế: gương nằm ngang hơi chao

Tinh thể dẹt nằm ngang

Giống như mặt trời giả, cột sáng cần những tấm băng lục giác dẹt rơi chậm, mặt phẳng gần như nằm ngang nhờ sức cản không khí. Điểm khác: cột sáng không dùng tinh thể như lăng kính mà như gương. Ánh sáng bật lại trên mặt trên của tấm (hoặc trên mặt dưới, từ phía trong).

Vì sao thành một cột chứ không phải một điểm

Nếu mọi tấm băng nằm ngang tuyệt đối, chúng sẽ hoạt động như một mặt hồ phẳng lặng khổng lồ treo trên trời. Bạn sẽ chỉ thấy một ảnh phản chiếu của Mặt Trời ở đúng một vị trí, không có cột nào.

Thực tế, các tấm chao lắc vài độ quanh tư thế nằm ngang. Một tấm hơi nghiêng ở cao hơn bạn có thể hắt ánh Mặt Trời xuống mắt bạn, một tấm nghiêng kiểu khác ở thấp hơn cũng vậy. Mỗi độ nghiêng phù hợp với một độ cao nhất định trên bầu trời. Gộp lại, những tấm "nghiêng vừa đủ" nằm rải dọc theo một đường thẳng đứng đi qua nguồn sáng. Mắt bạn ghép những đốm lấp lánh ấy thành một cột.

Các tấm càng chao mạnh, cột càng dài. Nhưng các tấm nghiêng ngẫu nhiên về mọi phía, sao vệt không loang thành đốm tròn? Vì khi nguồn sáng ở thấp, hình học phản xạ trên mặt nằm ngang khiến độ nghiêng sang trái phải chỉ làm ảnh lệch rất ít theo chiều ngang, trong khi độ nghiêng trước sau làm ảnh trượt nhiều theo chiều dọc. Đó cũng là lý do cột sáng đẹp nhất khi Mặt Trời ở rất thấp, thường dưới khoảng 6 độ, và mờ dần khi Mặt Trời lên cao.

Cột trên và cột dưới

Ánh sáng phản xạ ở mặt trên của tấm tạo cột phía trên nguồn sáng. Phản xạ ở mặt dưới (sau khi ánh sáng đi vào trong tinh thể) có thể tạo cột phía dưới, chỉ thấy khi nhìn xuống mây hoặc lớp bụi băng từ trên cao, chẳng hạn từ máy bay hay đỉnh núi. Với cột đèn đường ở xứ lạnh, nguồn sáng ở dưới thấp và tinh thể ở trên, nên ta thấy cột vươn lên trời.

Cột sáng khác những vệt sáng dễ nhầm

Đường sáng của trăng trên mặt biển có họ hàng gần với cột sáng: cũng là vô số mặt phản xạ hơi nghiêng xếp thành dải, chỉ khác là "gương" ở đây là sóng nước bên dưới chứ không phải băng bên trên. Bài riêng trong chuyên mục mặt nước giải thích vì sao vệt ấy luôn chạy về phía người nhìn.

Hiểu lầm thường gặp

• "Cột sáng là chùm tia chiếu từ mặt đất lên." Cột không phải tia sáng bay ngang qua không khí rồi bị ta nhìn thấy từ bên cạnh như đèn pha. Nó là ảnh phản chiếu, nên luôn nằm trên đường thẳng nối mắt bạn với nguồn sáng.
• "Cột sáng ở ngay trên ngọn đèn." Các tinh thể tạo ra cột nằm rải rác giữa bạn và đèn, có khi gần bạn hơn nhiều. Người đứng chỗ khác sẽ thấy cột do những tinh thể khác tạo ra.
• "Ảnh những cột sáng nhiều màu trên thành phố là UFO hay vũ khí." Ảnh cột đèn ở xứ lạnh đôi khi được lan truyền kèm lời đồn. Chúng có đúng màu của từng ngọn đèn bên dưới, đó là dấu hiệu chắc chắn của phản xạ trên băng.
• "Cột mặt trời là một kiểu cầu vồng." Cột sáng không tách màu, vì phản xạ không tách màu như khúc xạ. Màu cam đỏ của nó là màu của chính Mặt Trời lúc thấp.

Tự quan sát / tự thử an toàn

Không nhìn thẳng vào Mặt Trời, kể cả khi nó đã đỏ ở sát chân trời, và không dùng ống nhòm hay máy ảnh ống tele hướng vào Mặt Trời. Cột mặt trời đẹp nhất ngay sau khi Mặt Trời lặn hẳn hoặc trước khi nó mọc lên, lúc đó quan sát an toàn nhất.

1. Chọn thời điểm: 10–20 phút quanh lúc Mặt Trời lặn hoặc mọc, khi phía chân trời có mây ti mỏng như lụa.
2. Che Mặt Trời nếu nó còn trên chân trời: đứng sau mái nhà, cây hoặc dùng bàn tay duỗi thẳng. Nhìn phần trời phía trên chỗ đó.
3. Theo dõi sự thay đổi: khi Mặt Trời xuống thấp dần, cột thường rõ hơn, rồi tắt khi các tinh thể trên cao không còn được chiếu sáng.
4. Chụp ảnh: giữ máy chắc, giảm phơi sáng để cột không chìm vào nền trời. Đặt một hàng cây hoặc mái nhà ở dưới khung để thấy rõ cột đứng thẳng.

Thí nghiệm "nhiều tấm gương nghiêng" trong nhà

Cần một khay nông màu tối, nước và một đèn pin hoặc đèn bàn. Trong phòng tối, đặt đèn thấp ở một đầu khay, bạn ngồi ở đầu kia nhìn xuống mặt nước gần như là là. Khi nước phẳng lặng, bạn thấy một ảnh đèn nhỏ, gọn. Thổi nhẹ hoặc lắc khay để mặt nước gợn: ảnh đèn kéo dài thành một vệt dọc chạy về phía bạn. Mỗi gợn sóng là một tấm gương nghiêng, giống tấm băng chao lắc trên trời. Cột sáng thật là phiên bản "lộn ngược" của cảnh này, với gương ở trên cao. Dùng đèn pin chạy pin, không dùng đèn cắm điện gần nước.