3.3 Tiến động

Cho tới lúc này, ta đã xem xét hai chuyển động của Trái Đất làm thay đổi diện mạo bầu trời: chuyển động tự quay quanh trục hằng ngày và chuyển động quay quanh Mặt Trời hằng năm. Còn một chuyển động thứ ba của nó cũng khiến diện mạo bầu trời bị thay đổi, và được đề cập vài lần trước đây, đó là tiến động, hay còn gọi là "sự tiến động của điểm phân". Đây hiện tượng Trái Đất lắc lư trên trục của nó.

Tiến động được nhà thiên văn Hy Lạp Hipparchus phát hiện vào thế kỷ thứ hai Trước Công Nguyên. Ông chú ý tới một "ngôi sao mới", mà ngày nay ta gọi là tân tinh hoặc siêu tân tinh (một vụ nổ sao), và tự hỏi về sự vĩnh cửu của các vì sao. Mặc dù các nhà thiên văn thời đó không có thói quen thực hiện các buổi quan sát thực sự (công việc kiểu này được coi là lao động, đã là lao động chân tay thì sẽ dành cho nô lệ), nhưng Hipparchus quyết định tạo ra một bản ghi chính xác về các ngôi sao, về độ sáng và vị trí của chúng. Ông đã biên soạn tấm bản đồ sao hoàn chỉnh đầu tiên – thứ được sử dụng trong nhiều thế kỷ sau đó. Giống như tất cả các danh mục sao thời bấy giờ, nó sử dụng hệ tọa độ hoàng đạo. Trong quá trình này, ông đã so sánh các ngôi sao mà mình quan sát với những ghi chép quan sát trước đó 150 năm bởi các nhà thiên văn tiền nhiệm, và nhận ra một sự dịch chuyển có hệ thống trong hoàng kinh – hoàng vĩ thì không – của các ngôi sao, sự dịch chuyển này đã vượt quá mức để có thể giải thích được bằng các sai số đo đạc. Ông kết luận rằng hệ tọa độ này tự nó đang dịch chuyển, dù có thể ông cũng không biết tại sao.

Do các điểm phân – giao điểm của xích đạo thiên cầu và hoàng đạo – đang bị dịch chuyển, và xuân phân đánh dấu điểm gốc của hệ tọa độ hoàng đạo, nên ông gọi chuyển động này là "sự tiến động của điểm phân". Giá trị ông đưa ra cho sự dịch chuyển hằng năm của tiến động chênh lệch không quá 10% giá trị chính xác. Cùng với việc phát hiện ra tiến động và biên soạn danh mục sao đầu tiên, Hipparchus còn tạo ra hệ thống cấp sao được sử dụng cho tới ngày này, và cũng là người đầu tiên xác định vị trí địa lý trên Trái Đất bằng kinh – vĩ độ. Ông xứng đáng được nhớ tới như nhà thiên văn vĩ đại nhất thời cổ đại.

Ngày nay ta biết rằng trục Trái Đất lắc lư và các điểm phân tiến động chủ yếu do ảnh hưởng của lực hấp dẫn từ Mặt Trăng. Vòng quay 24 giờ tương đối nhanh của Trái Đất khiến nó bị phình ra tại xích đạo. Đường kính xích đạo Trái Đất lớn hơn đường kính vòng tròn đi qua cực 21 km (13 dặm). Mặt Trăng – ở mức độ thấp hơn là Mặt Trời và thấp hơn nữa là các hành tinh – kéo vào chỗ hơi phình ra này. Khối phình đó chạy dọc xích đạo Trái Đất, nhưng Mặt Trăng và Mặt Trời lại kéo từ một hướng khác – từ hoàng đạo. Hiệu ứng này cố kéo cho Trái Đất đứng thẳng hơn. Nhưng Trái Đất đang quay như một con quay hồi chuyển, và chống lại lực đó. Thay vì đứng thẳng lên, nó tiến động, hay lắc lư; độ nghiêng của trục (23,5°) vẫn giữ nguyên nhưng hướng nghiêng bị thay đổi. Trục Trái Đất vạch ra một vòng tròn khổng lồ bán kính 23,5° trên trời trong khoảng thời gian dài 25.800 năm (xem hình minh họa). Đây là một khoảng thời gian dài – một năm có bao nhiêu ngày thì có bấy nhiêu đời người qua đi trong một lần lắc lư. Xích đạo thiên cầu, đường luôn cách các cực 90°, lắc lư cùng lúc và cùng tốc độ với các cực.

Trái Đất tiến động
Trục Trái Đất quay (tiến động) giống như chuyển động của một con quay. Chu kỳ tiến động là 25.800 năm.

Trục Trái Đất gặp bầu trời tại Thiên cực Bắc, và khi trục này tiến động, Thiên cực Bắc cũng thay đổi theo. Ngay hiện tại, Thiên cực Bắc cách Sao Bắc Cực – Polaris – chưa tới 1°, và một thế kỷ nữa tính từ bây giờ, Thiên cực Bắc sẽ tiến gần Polaris thêm một chút. Rồi sau đó điểm cực rời xa khỏi ngôi sao này.

Năm thế kỷ trước, khi Columbus dong buồm trên đại dương xanh, Polaris cách Thiên cực Bắc 3,5° và các thủy thủ đã phải hiệu chỉnh để bù đắp sự chênh lệch này khi định hướng. Vào thời Chúa Jesus ra đời, Polaris cách Thiên cực Bắc 12° và hoàn toàn không phải là một ngôi sao cực có ích chút nào. Gần 30 thế kỷ trước, Thuban – một ngôi sao mờ trong chòm Draco – mới là sao cực. Trải qua nhiều thiên niên kỷ, Trái Đất đã có vài sao cực khác nhau – nhưng không có ngôi sao sáng nào nằm gần Thiên cực Bắc trong phần lớn quãng thời gian này.

Sao cực hiện tại là sao cực tốt nhất mà Trái Đất từng có. Không ngôi sao nào vừa sáng lại vừa gần thiên cực được như nó trong 200 năm tới. Đây là một trong nhiều điều nhỏ bé mà ta thường coi là hiển nhiên và không mấy coi trọng.

Không chỉ cực bầu trời dịch chuyển so với các ngôi sao do tiến động, mà mọi điểm trên bầu trời cũng vậy. Toàn bộ lưới tọa độ xích đạo tiến động tương ứng với các ngôi sao, như khám phá của Hipparchus. RA và Dec của một ngôi sao chỉ là những số hợp lệ trong một thời điểm nhất định, gọi là kỷ nguyên và các tọa độ này thay đổi theo thời gian. Ví dụ, tọa độ của sao Vega vào năm 2000 là RA 18h 37m, Dec +38° 47’, nhưng đến năm 2500 sẽ thành RA 18h 54m, Dec +39° 22’. Ta phải chỉ rõ kỷ nguyên của tọa độ khi làm việc với những khoảng thời gian dài hoặc các tọa độ yêu cầu độ chính xác cực cao. Các nhà thiên văn thường sử dụng tọa độ J2000, tức tọa độ của đối tượng tại thời điểm tháng 1 năm 2000.

Ba ngôi sao Bắc Cực tốt nhất trong 10.000 năm tới
Ba ngôi sao Bắc Cực tốt nhất trong 10.000 năm tới. Hình ảnh vào năm 4100.
Mục lục