Sao lấp lánh vì ánh sáng của nó phải xuyên qua lớp không khí đang cuộn xoáy, nóng lạnh không đều, nên bị bẻ lệch và đổi độ sáng liên tục nhiều lần mỗi giây. Ngôi sao ở quá xa, trông như một điểm, nên mỗi lần chao đảo đều lộ rõ. Hành tinh ở gần, hiện ra như một đĩa nhỏ gồm vô số điểm; các điểm ấy chao đảo lệch nhau, bù trừ cho nhau, nên hành tinh đứng ánh gần như yên.
Thấy nó ở đâu, lúc nào
Đêm quang mây, đứng ngoài sân nhìn về phía chân trời, bạn sẽ thấy vài ngôi sao sáng chớp nháy như đèn hỏng, có khi đổi cả màu đỏ, xanh, trắng. Rõ nhất là sao Thiên Lang (Sirius) – ngôi sao sáng nhất bầu trời đêm – vào những tối tháng 1 đến tháng 3, lúc nó vừa nhô lên ở phía đông nam. Ở Việt Nam, những đêm sau một đợt gió mùa đông bắc tràn về, trời trong vắt nhưng gió trên cao mạnh, sao lấp lánh dữ dội hơn hẳn.
Cùng lúc đó, nếu Sao Mộc hay Sao Kim đang ở trên trời, chúng sáng đều, điềm tĩnh như một ngọn đèn nhỏ treo cố định. Người đi biển và người làm ruộng xưa đã nhận ra khác biệt này từ lâu: "sao đứng" thường là hành tinh, còn sao nhấp nháy là sao thật. Quy tắc này đúng phần lớn thời gian, nhưng có ngoại lệ mà ta sẽ bàn bên dưới.
Sao ở cao gần đỉnh đầu lấp lánh ít hơn sao sát chân trời. Lý do đơn giản: nhìn thẳng lên, ánh sáng chỉ đi qua lượng khí tương đương một lớp dày khoảng 8 cây số nếu nén hết về mật độ ở mặt đất; nhìn sát chân trời, ánh sáng phải băng qua một quãng khí dài gấp mấy chục lần, gặp nhiều xoáy hơn.
Cơ chế: không khí là một thấu kính đang rung
Mỗi bọt khí là một thấu kính yếu
Không khí nóng loãng hơn không khí lạnh, nên ánh sáng đi qua hai loại khí bị bẻ cong khác nhau một chút. Bầu khí quyển không phải một khối đồng đều mà là vô số "bọt" khí nóng lạnh đan xen, bị gió đẩy trôi và trộn lẫn. Mỗi bọt cỡ từ vài centimet đến vài chục centimet, đóng vai trò một thấu kính rất yếu, khi hội tụ, khi phân kỳ.
Ánh sáng từ ngôi sao tới mặt đất gần như là một mặt sóng phẳng. Đi qua lớp thấu kính lộn xộn ấy, mặt sóng bị nhăn lại. Ở mặt đất, ánh sáng không còn trải đều mà kết thành những vệt sáng tối loang lổ, trôi qua mặt đất theo gió trên cao. Nếu mặt đất là tấm màn đủ nhạy, ta sẽ thấy những mảng sáng tối lướt đi giống vân nắng dưới đáy bể bơi.
Con ngươi chỉ hứng một mẩu nhỏ
Con ngươi mắt người lúc tối mở to khoảng 6–7 mm, nhỏ hơn cỡ các vệt sáng tối kia. Khi một vệt sáng lướt qua, ngôi sao bừng lên; vệt tối lướt qua, sao mờ đi. Đó là sự chập chờn độ sáng, giới thiên văn gọi là scintillation. Cùng lúc, đường đi của tia sáng cũng lệch qua lệch lại một chút, khiến vị trí sao rung rinh – đó là thứ người dùng kính thiên văn gọi là "seeing", đo bằng giây cung.
Vì sao sao đổi màu khi sát chân trời
Không khí bẻ cong ánh sáng xanh mạnh hơn ánh sáng đỏ. Sát chân trời, quãng đường xuyên khí quyển dài đến mức các màu của cùng một ngôi sao đi những đường hơi khác nhau, gặp những bọt khí khác nhau. Có khoảnh khắc phần đỏ được hội tụ vào mắt, khoảnh khắc sau lại là phần xanh. Kết quả là Thiên Lang mọc thấp nhấp nháy đủ màu, đôi khi khiến người ta tưởng là vật thể lạ.
Vì sao hành tinh đứng ánh
Điểm mấu chốt là đường kính góc – vật trông to bao nhiêu trên bầu trời. Ngôi sao gần nhất ngoài Mặt Trời vẫn xa đến mức đĩa của nó nhỏ hơn một phần nghìn giây cung, với mắt người coi như một điểm toán học. Toàn bộ ánh sáng của nó đi qua gần như cùng một ống khí hẹp, chịu chung một kiểu xáo trộn, nên chao đảo nguyên khối.
Hành tinh thì khác. Sao Mộc thường có đường kính góc khoảng 30–50 giây cung, Sao Kim lúc ở gần Trái Đất lên tới khoảng một phút cung. Ta có thể hình dung đĩa hành tinh như một chùm hàng nghìn ngôi sao nhỏ nằm sát nhau. Mỗi điểm trên đĩa gửi ánh sáng qua một đường hơi khác, gặp bọt khí khác. Lúc điểm này sáng lên thì điểm kia mờ đi, cộng lại thành độ sáng gần như không đổi. Đó là phép lấy trung bình tự nhiên.
Hình ảnh dễ nhớ: một chiếc đèn pin chiếu qua mặt nước gợn sóng tạo ra đốm sáng nhảy múa, còn ánh sáng từ cả bầu trời xuyên qua mặt nước ấy lại cho nền đáy hồ sáng đều. Một nguồn điểm thì nhảy, một nguồn rộng thì êm.
So sánh sao và hành tinh
| Đặc điểm | Ngôi sao | Hành tinh (Kim, Mộc, Thổ, Hoả) |
|---|---|---|
| Đường kính góc | Nhỏ hơn 0,001 giây cung, coi như một điểm | Khoảng 4 đến 60 giây cung tuỳ hành tinh và thời điểm |
| Lấp lánh khi ở cao | Có, nhẹ | Gần như không |
| Lấp lánh khi sát chân trời | Mạnh, có thể đổi màu | Có thể lung linh nhẹ |
| Vị trí so với các sao khác | Cố định qua nhiều năm | Dịch dần qua các tuần, luôn nằm gần đường hoàng đạo |
| Qua ống nhòm | Vẫn là điểm sáng | Thành đĩa nhỏ; Sao Mộc có thể thấy vài vệ tinh lớn |
Ngoại lệ và hiện tượng họ hàng
Sao Hoả lúc ở xa chỉ còn đường kính góc khoảng 4–5 giây cung, khi nằm thấp vẫn có thể nhấp nháy. Sao Thuỷ luôn ở gần Mặt Trời nên chỉ thấy được lúc chạng vạng, sát chân trời, cũng hay lung linh. Ngược lại, một ngôi sao ở đỉnh đầu trong đêm khí quyển ổn định có thể gần như đứng yên. Vì thế quy tắc "lấp lánh là sao, đứng ánh là hành tinh" chỉ là gợi ý; cách chắc hơn là đối chiếu bản đồ sao hoặc theo dõi vị trí qua vài tuần.
Ánh đèn xa bên kia sông cũng lấp lánh y hệt, vì lớp khí sát mặt nước nóng lạnh không đều. Người ở ven biển miền Trung có thể thấy đèn tàu cá nhấp nháy trên đường chân trời dù đèn không hề chớp. Không khí rung rinh trên mặt đường nắng là cùng một cơ chế ở cự ly ngắn, mạnh hơn nhiều.
Với nhà thiên văn, lấp lánh là kẻ thù. Nó làm ảnh nhòe và giới hạn độ nét của kính thiên văn mặt đất. Đó là lý do đài thiên văn lớn được đặt trên núi cao, khí quyển mỏng và ổn định như Mauna Kea (Hawaii) hay sa mạc Atacama (Chile), và lý do kính Hubble được đưa lên quỹ đạo. Kính hiện đại dùng quang học thích nghi: một tấm gương mỏng biến dạng hàng trăm lần mỗi giây để "là phẳng" mặt sóng bị nhăn.
Ngoài không gian, phi hành gia trên trạm vũ trụ thấy sao là những điểm sáng đứng yên tuyệt đối, vì không còn lớp khí nào chen giữa.
Hiểu lầm thường gặp
- "Sao lấp lánh vì nó đang cháy bập bùng." Sai. Ánh sáng phát ra từ ngôi sao ổn định trong những khoảng thời gian rất dài so với nhịp chớp ta thấy. Nhấp nháy sinh ra ở vài chục cây số khí quyển cuối cùng.
- "Sao càng lấp lánh thì càng gần." Ngược lại. Sao nào cũng là điểm; độ lấp lánh phụ thuộc độ cao trên trời và trạng thái khí quyển, không phụ thuộc khoảng cách.
- "Đêm sao lấp lánh nhiều là trời đẹp nhất để ngắm." Trời trong nhưng lấp lánh mạnh nghĩa là khí quyển xáo động. Với người nhìn hành tinh qua kính, đêm hơi mờ sương mà sao đứng ánh lại thường cho hình nét hơn.
- "Chấm sáng đổi màu rực rỡ sát chân trời là UFO." Phần lớn trường hợp là Thiên Lang, Capella hay một hành tinh sáng nằm thấp, bị khí quyển tách màu.
Tự quan sát / tự thử an toàn
Bạn không cần dụng cụ gì đặc biệt, chỉ cần một đêm quang mây và một chỗ đứng tránh được đèn chiếu thẳng vào mắt.
- Chọn hai mục tiêu. Dùng một ứng dụng bản đồ sao miễn phí trên điện thoại để tìm một hành tinh sáng (Sao Mộc hoặc Sao Kim) và một ngôi sao sáng ở độ cao tương tự. Sau đó tắt màn hình hoặc chỉnh về chế độ đỏ cho mắt quen tối.
- Nhìn mỗi cái khoảng 30 giây. Ghi lại: cái nào chớp, cái nào đứng. Lặp lại với một ngôi sao cao gần đỉnh đầu và một ngôi sao sát chân trời.
- Thử ống nhòm hoặc chụp ảnh. Đặt điện thoại lên giá, chụp phơi sáng 2–4 giây vào ngôi sao sáng nằm thấp, rồi vừa chụp vừa xoay nhẹ máy. Vệt sao kéo dài thành đường đứt đoạn, đổi màu đỏ – xanh – trắng: đó chính là lấp lánh được "trải" ra theo thời gian.
- Thí nghiệm trong bếp. Đặt một chiếc đèn pin nhỏ cách bạn vài mét, giữa hai bên là nồi nước nóng đang bốc hơi (để trên bếp đã tắt, người lớn đứng cạnh). Nhìn đèn qua luồng khí nóng bốc lên: đèn rung rinh. Thay đèn pin bằng một tờ giấy trắng được chiếu sáng: mặt giấy ít rung hơn hẳn. Bạn vừa mô phỏng sao và hành tinh.
Lưu ý an toàn: đứng ở sân, sân thượng có lan can; không trèo lên mái nhà trong đêm tối. Ban ngày tuyệt đối không dùng ống nhòm quét quanh bầu trời, vì lỡ lướt qua Mặt Trời có thể hỏng mắt vĩnh viễn.
Muốn đọc sâu hơn, chương về khí quyển trong cuốn Light and Color in the Outdoors của Marcel Minnaert mô tả rất kỹ cách quan sát lấp lánh bằng mắt thường, còn trang giáo dục của NASA giải thích vì sao kính không gian tránh được hiện tượng này.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao sao lấp lánh còn hành tinh thì không?
Ngôi sao ở quá xa nên chỉ là một điểm sáng; khí quyển xáo động bẻ lệch toàn bộ ánh sáng của nó cùng lúc nên nó nhấp nháy. Hành tinh là một đĩa nhỏ gồm nhiều điểm, mỗi điểm chao đảo khác nhau và bù trừ cho nhau, nên độ sáng gần như không đổi.
Làm sao phân biệt hành tinh với ngôi sao bằng mắt thường?
Hành tinh thường sáng đều, nằm gần đường đi của Mặt Trời và Mặt Trăng trên bầu trời, và dịch chuyển so với các sao sau vài tuần. Cách nhanh nhất là đối chiếu với một ứng dụng bản đồ sao. Qua ống nhòm, hành tinh hiện thành đĩa nhỏ còn sao vẫn là điểm.
Vì sao có ngôi sao nhấp nháy đổi màu đỏ xanh?
Khi ngôi sao nằm sát chân trời, ánh sáng phải đi một quãng rất dài trong không khí. Không khí bẻ cong các màu khác nhau một chút, nên từng màu đi đường riêng và lần lượt tới mắt, tạo cảm giác ngôi sao đổi màu liên tục. Sao Thiên Lang mọc thấp là ví dụ hay gặp nhất.
Ngoài vũ trụ sao có lấp lánh không?
Không. Lấp lánh sinh ra trong khí quyển Trái Đất, nên phi hành gia trên quỹ đạo và kính thiên văn không gian thấy sao là những điểm đứng yên. Đây là một lý do chính để đưa kính thiên văn lên vũ trụ.
Đêm nào sao lấp lánh nhiều nhất?
Những đêm có gió mạnh trên cao và khối khí lạnh vừa tràn về, như sau đợt gió mùa đông bắc ở miền Bắc. Trời rất trong nhưng không khí xáo trộn mạnh, nên sao, nhất là sao nằm thấp, nhấp nháy rõ rệt.