Tia nắng xuyên mây trông như toả ra từ một điểm nhưng thật ra gần như song song với nhau. Chúng chỉ có vẻ toả như nan quạt vì luật phối cảnh, giống hai thanh ray đường sắt song song mà nhìn từ xa lại như chụm vào một điểm. Ta nhìn thấy các tia vì không khí có bụi, hơi nước và hạt li ti tán xạ ánh nắng: vệt sáng là cột không khí được nắng chiếu, vệt tối là cột không khí nằm trong bóng mây.
Thấy ở đâu, lúc nào
Cảnh quen thuộc nhất: một buổi chiều có mây tích lổn nhổn, Mặt Trời nấp sau một đám mây, những dải sáng xen dải tối toả xuống mặt đất hoặc lên trời như nan quạt. Người phương Tây gọi đó là "tia hoàng hôn" (crepuscular rays), có nơi gọi là "thang Jacob". Ở Việt Nam, cảnh này gặp quanh năm ở mọi miền, đặc biệt đẹp trên đồng lúa, mặt biển, vùng núi có sương sớm.
Những chỗ hay thấy nhất:
- Chiều tối và sáng sớm: Mặt Trời thấp, ánh nắng đi qua lớp không khí dày, nhiều bụi và hơi nước nên các tia hiện rõ, thường màu vàng cam.
- Sau mưa, trong rừng có sương: nắng lọt qua tán lá thành những cột sáng chéo xuống đất.
- Dưới nước: lặn ở biển trong, nhìn lên thấy những tia sáng toả xuống từ mặt nước gợn sóng.
- Trong nhà: nắng xuyên qua khe cửa, mái ngói thủng vào căn phòng có bụi bay, khói bếp, khói hương.
Vì sao nhìn thấy được tia sáng
Ánh sáng đi trong không khí hoàn toàn sạch thì ta không thấy nó từ bên cạnh. Ta chỉ thấy ánh sáng khi nó đi thẳng vào mắt. Một chùm sáng hiện thành "tia" là vì dọc đường đi, nó gặp các hạt bụi, giọt nước, phân tử khí, và mỗi hạt hắt một phần nhỏ ánh sáng sang bên, một phần trong đó lọt vào mắt ta. Hiện tượng này gọi là tán xạ.
Khi Mặt Trời nấp sau đám mây có lỗ thủng và mép lởm chởm, bầu trời phía dưới chia thành vùng được nắng chiếu và vùng nằm trong bóng mây. Vùng được chiếu thì tán xạ ánh sáng về phía ta, trông sáng. Vùng bóng mây thì không, trông tối hơn. Ranh giới giữa hai vùng chạy theo hướng tia nắng. Thực chất, thứ ta gọi là "tia nắng" là những tấm không khí được chiếu sáng nằm xen giữa những tấm bóng tối.
Không khí càng nhiều hạt, tia càng rõ. Ngày trời quá trong, tia mờ. Ngày nồm ẩm, có khói đốt đồng hay bụi, tia hiện đậm. Dưới nước, chính các hạt phù du và bọt khí li ti làm hiện các tia.
Vì sao các tia trông toả ra từ một điểm
Song song thật sự
Mặt Trời ở cách ta khoảng 150 triệu km. So với khoảng cách ấy, cả vùng trời ta nhìn thấy chỉ là một chấm nhỏ. Các tia nắng tới đám mây gần như song song hoàn toàn, chênh lệch hướng giữa chúng không quá nửa độ, đúng bằng bề rộng biểu kiến của đĩa Mặt Trời.
Phối cảnh đánh lừa mắt
Đứng giữa đường ray và nhìn dọc theo, hai thanh ray song song như chụm vào một điểm ở chân trời. Hàng cột điện hai bên đường thẳng cũng vậy: cột gần trông cao, cột xa trông thấp, các đường nối đỉnh cột chụm vào điểm tụ. Đó là luật phối cảnh: vật cách xa hơn trông nhỏ hơn, khoảng cách cố định giữa các đường song song trông hẹp dần khi chúng đi xa.
Tia nắng cũng thế. Các tia song song đi từ phía Mặt Trời về phía ta. Phần tia ở gần Mặt Trời thì xa ta, các tia chụm lại. Phần tia ở trên đầu thì gần ta, các tia cách xa nhau. Kết quả: chúng như toả ra từ một điểm, và điểm tụ ấy là Mặt Trời, kể cả khi Mặt Trời đã khuất sau mây hay dưới chân trời.
Tia ngược: chụm về phía đối diện
Nếu tia nắng song song đi từ đầu này đến đầu kia bầu trời, thì theo đúng luật phối cảnh, khi chúng đi ra xa về phía đối diện Mặt Trời, chúng lại chụm vào một điểm thứ hai: điểm đối nhật, nằm đối xứng với Mặt Trời qua người quan sát. Đó là "tia ngược" (anticrepuscular rays). Lúc hoàng hôn, quay lưng về phía Mặt Trời, có khi thấy những dải sáng tối mờ hội tụ về phía chân trời phía đông. Đây là bằng chứng đẹp nhất cho thấy các tia thật sự song song: một cột không khí sáng duy nhất, nhìn hai đầu, chụm về hai điểm đối nhau.
Họ hàng và chỗ dễ nhầm
| Hiện tượng | Trông thế nào | Cơ chế |
|---|---|---|
| Tia nắng xuyên mây | Nhiều vệt sáng tối toả ra từ chỗ Mặt Trời | Tán xạ trên bụi, hơi nước; bóng mây xen kẽ; phối cảnh |
| Tia ngược | Vệt sáng tối chụm về phía đối diện Mặt Trời | Cùng các tia ấy, nhìn ở đầu kia |
| Cột sáng | Một dải dọc hẹp đi qua Mặt Trời thấp | Phản xạ trên tinh thể băng dẹt |
| Tia nắng dưới nước | Cột sáng chéo toả xuống từ mặt nước | Sóng mặt nước như thấu kính gom ánh sáng, hạt trong nước tán xạ |
| Tia sáng trong nhà | Một cột sáng rõ có bụi bay lấp lánh | Tán xạ trên bụi trong chùm nắng hẹp |
Cột sáng (có bài riêng) là một dải duy nhất, mảnh, đi thẳng đứng qua Mặt Trời, không có các vệt tối xen kẽ. Tia nắng xuyên mây thì có nhiều tia theo nhiều hướng và luôn đi kèm mây có lỗ hở.
Lúc Mặt Trời vừa lặn, bóng của những đám mây ở xa dưới chân trời hoặc của dãy núi cũng có thể phóng lên trời thành những dải tối dài, toả ra như nan quạt màu xanh xám trên nền trời hồng. Cơ chế y hệt, chỉ là vật che nằm khuất sau chân trời.
Hiểu lầm thường gặp
- "Các tia toả ra vì Mặt Trời ở ngay sau đám mây." Mặt Trời ở rất xa; các tia gần như song song. Cái toả ra là ảo giác phối cảnh.
- "Tia nắng là ánh sáng đậm đặc hơn ở chỗ đó." Ánh nắng đến đám mây đều nhau. Khác biệt là chỗ nào bị mây che và chỗ nào không. Vệt tối là bóng, quan trọng không kém vệt sáng.
- "Không khí càng sạch thì tia càng đẹp." Ngược lại, không có gì để tán xạ thì không thấy tia. Một chút sương, bụi hoặc hơi nước là cần thiết.
- "Đó là ánh sáng thần thánh." Cảnh này hay được dùng trong tranh tôn giáo, nhưng về vật lý nó là tán xạ, bóng đổ và phối cảnh.
Tự quan sát / tự thử an toàn
Khi ngắm tia nắng xuyên mây ngoài trời, đừng nhìn vào chỗ Mặt Trời đang ló ra, và không dùng ống nhòm hướng về phía đó. Hãy nhìn các tia ở xa chỗ Mặt Trời, hoặc nhìn khi Mặt Trời nấp hẳn sau mây.
- Tìm tia ngược: lúc hoàng hôn có tia nắng xuyên mây rõ, quay lưng về phía Mặt Trời, nhìn chân trời phía đông. Những dải sáng tối mờ chụm về một điểm thấp phía đông chính là tia ngược. Chụp một tấm ảnh phía tây, một tấm phía đông, rồi đặt cạnh nhau.
- Thử luật phối cảnh: đứng giữa một con đường thẳng có hàng cột điện hoặc hàng cây hai bên, quan sát chúng chụm lại ở xa. Rồi so với các tia nắng.
- Chụp ảnh: để đám mây che Mặt Trời trong khung hình, giảm phơi sáng để vệt tối và vệt sáng tách rõ.
Làm tia nắng trong nhà
Chọn một căn phòng có cửa sổ đón nắng. Kéo rèm gần kín, chỉ chừa một khe hẹp, hoặc dán một tấm bìa có vài lỗ tròn lên cửa sổ. Ánh nắng đi vào thành những chùm nhỏ. Lúc đầu có thể khó thấy. Rũ nhẹ một tấm chăn hoặc vỗ một chiếc gối gần chùm nắng để bụi bay lên: các chùm sáng hiện rõ ngay. Dùng bình xịt nước phun sương mịn vào chùm sáng cũng được. Không đốt khói, hương hay giấy trong phòng kín để làm thí nghiệm này. Hãy để ý: các chùm nắng trong phòng của bạn song song với nhau, đúng như những tia ngoài trời.
Nếu không có nắng, dùng đèn pin chiếu qua tấm bìa đục lỗ vào làn hơi nước bốc lên từ nồi nước nóng (người lớn đứng bếp). Chùm sáng từ đèn pin thì toả ra thật, vì đèn ở gần. Đây chính là điểm khác với Mặt Trời: nguồn ở càng xa, các tia càng song song.
Câu hỏi thường gặp
Tia nắng xuyên mây gọi là gì?
Trong khí tượng gọi là tia hoàng hôn (crepuscular rays), dân gian phương Tây còn gọi là thang Jacob. Đó là những dải không khí được nắng chiếu xen kẽ với dải bóng mây, hiện rõ nhờ bụi và hơi nước tán xạ ánh sáng.
Vì sao tia nắng xuyên mây trông như toả ra từ một điểm?
Các tia thật ra gần như song song vì Mặt Trời ở rất xa. Chúng trông toả ra do luật phối cảnh, giống như hai thanh ray song song nhìn xa như chụm vào một điểm. Điểm tụ ấy chính là vị trí Mặt Trời.
Tia ngược là gì?
Tia ngược là phần đầu kia của chính các tia nắng xuyên mây, chụm về điểm đối diện Mặt Trời trên bầu trời. Lúc hoàng hôn, quay lưng về Mặt Trời có thể thấy chúng hội tụ ở chân trời phía đông.
Vì sao có lúc thấy tia nắng rõ, có lúc không?
Tia nắng chỉ hiện ra khi không khí có đủ bụi, hơi nước hoặc sương để tán xạ ánh sáng, và khi mây có lỗ hở tạo vùng sáng tối xen nhau. Không khí quá trong hoặc trời kín mây thì không thấy.
Có tự tạo tia nắng trong nhà được không?
Được. Cho nắng lọt qua khe rèm hoặc bìa đục lỗ vào phòng hơi tối, rồi làm bụi bay nhẹ hoặc phun sương mịn vào chùm nắng. Các chùm sáng sẽ hiện rõ và song song nhau.
