Vào những đêm đẹp trời, bạn có thể thấy rất nhiều ngôi sao trên bầu trời đêm, và lẫn trong đó có thể có một vài hành tinh của Hệ Mặt Trời. Nếu nhìn kỹ, bạn sẽ nhận ra một khác biệt cơ bản: các ngôi sao dường như luôn nhấp nháy, còn các hành tinh thì dường như có độ sáng cố định và ít dao động. Tại sao lại có việc đó?
Tất nhiên, chúng ta đều biết rằng sao là những khối khí đủ lớn để tự phát ra ánh sáng nhờ phản ứng nhiệt hạch ở trung tâm của chúng, còn các hành tinh chỉ đơn giản là phản xạ ánh sáng từ Mặt Trời. Nhưng việc đó không có mối liên hệ nào ở đây, vì mắt của bạn không có khả năng phân biệt được nguồn gốc của hai ánh sáng đó.
Bạn cũng có thể đã biết rằng tỷ lệ cao các ngôi sao trong vũ trụ là sao biến quang (variable star), có nghĩa là độ sáng của chúng có thể thay đổi theo thời gian, do biến đổi trong chu kỳ hoạt động hoặc do sự che khuất của các thiên thể khác (như vậy, ngay cả Mặt Trời cũng là sao biến quang, nó có chu kỳ 11 năm và trong giai đoạn đó độ sáng của nó có biến đổi dù không rõ nét). Tuy nhiên, đó cũng không phải lý do của sự nhấp nháy, vì sự biến đổi độ sáng của các ngôi sao không diễn ra nhanh như thế mà mất nhiều tuần, nhiều tháng hay thậm chí nhiều năm. Đằng này, bạn thấy rằng các sao có sự nhấp nháy liên tục.
Khí quyển của Trái Đất
Khi quan sát bầu trời, chúng ta nhìn các ngôi sao và hành tinh khi ánh sáng của chúng đã đi xuyên qua bầu khí quyển rất dày của Trái Đất. Bầu khí quyển này gồm có nhiều lớp với thành phần và mật độ khác nhau. Việc đó khiến ánh sáng từ các sao và hành tinh bị khúc xạ nhiều lần trước khi tới được với mắt của bạn. Mọi việc sẽ chẳng có vấn đề gì nếu khí quyển hoàn toàn tĩnh lặng, giống như khi bạn nhìn mọi vật qua một tấm kính. Nhưng khí quyển Trái Đất không như vậy mà liên tục chuyển động, thậm chí mỗi lớp khí lại có chuyển động khác nhau. Điều đó khiến cho tia sáng không ổn định mà có sự dao động về vị trí và mật độ.
Bây giờ, hãy thử nhớ tới những lần bạn chụp ảnh và đôi khi tấm ảnh không được như mong muốn do việc rung tay khiến hình ảnh bị nhòe.
Trong kỹ thuật chụp ảnh, người ta thường phải chỉnh tốc độ cửa trập (shutter speed) sao cho đủ nhanh để chống lại những rung động mà không một con người nào tránh được hoàn toàn khi dùng tay cầm máy, hoặc là khi chụp những vật thể chuyển động. Đó là bởi khi có dao động, ánh sáng từ một điểm của vật thể khi đi qua ống kính có thể trở thành hai (hoặc nhiều hơn) điểm tạo ảnh, hoặc đôi khi không tạo ra điểm nào, khoảng thời gian trống của cửa trập đủ để ánh sáng từ cùng một điểm đi qua nó nhiều hơn 1 lần, hoặc ngược lại có thể chệch hẳn ra ngoài. Đó chính là lý do mà bạn thấy những bức ảnh chụp rung tay hoặc chụp chuyển động bằng những máy ảnh/điện thoại có tốc độ cửa trập thấp thường bị nhòe.
Mắt của con người cũng tương tự như vậy. Giống như cửa trập của một máy ảnh tương đối tốt, mắt của bạn có thể ghi nhận được sự thay đổi của hình ảnh trong khoảng thời gian từ 1/200 tới 1/100 giây (tùy đặc điểm bẩm sinh và tình hình sức khỏe/độ tuổi. Nhân tiện thì ở đây bạn có thể thấy rằng cho dù mắt bạn có thuộc loại hoàn hảo, thì với bạn màn hình loại 240 Hz và 360 Hz chẳng khác gì nhau, mà chẳng qua những người sản xuất và bán nó ra muốn ... cho bạn thêm chút ảo tưởng mà thôi).
Với chuyển động nhiễu loạn của các lớp không khí trong khí quyển của Trái Đất, bạn luôn thấy các ngôi sao nhấp nháy vì mắt bạn lúc này giống như một chiếc máy ảnh đang nhắm tới một vật thể cực nhỏ và chuyển động rất nhanh, đôi khi nó sẽ thu được đầy đủ ánh sáng từ đó, đôi khi không thu được gì và đôi khi khác lại thấy nó là hai hình ảnh rất gần nhau. Việc đó tạo ra hiệu ứng nhấp nháy của các ngôi sao.
Còn các hành tinh?
Bây giờ bạn sẽ thấy rằng cần thắc mắc xem tại sao các hành tinh thì không nhấp nháy. Chẳng phải ánh sáng từ chúng cũng đi qua khí quyển hay sao?
Câu trả lời nằm ở kích thước biểu kiến của chúng!
Các sao là những vật thể rất lớn so với các hành tinh, nhưng chúng ở quá xa (đừng quên, ngôi sao gần Hệ Mặt Trời nhất đã cách tới 4 năm ánh sáng). Vì thế từ Trái Đất, chúng ta nhìn thấy chúng chỉ là một điểm sáng duy nhất. Điểm sáng đó dễ dàng nhấp nháy vì hiện tượng như nêu trên.
Trong khi đó, các hành tinh ở gần hơn rất nhiều. Chúng xuất hiện dưới dạng một đĩa sáng có kích thước, chẳng qua chúng đủ nhỏ để bạn khó nhận thức được bằng mắt thường. Bạn có thể kiểm chứng bằng cách dùng kính thiên văn. Một chiếc kính chỉ phóng đại 20 tới 30 lần cũng đủ để bạn thấy các hành tinh dưới dạng một đĩa có độ sáng ổn định, trong khi các ngôi sao thì dù có phóng đại hàng trăm lần cũng chỉ là những điểm sáng không hơn (dù chúng có vẻ trở thành một điểm sáng lớn hơn một chút).
Mặc dù ánh sáng từ mỗi điểm của hành tinh vẫn có sự dao động và nhấp nháy, nhưng việc biến mất hoàn toàn không thể xảy ra với cùng lúc tất cả mọi điểm sáng đó, vì thế chúng cho ra một hình ảnh tương đối ổn định - giống như một bức ảnh hơi nhòe ở rìa nhưng vẫn cho ra hình ảnh mà bạn thấy được tương đối rõ ràng. Khi các hành tinh ở gần chân trời, ánh sáng từ chúng phải đi qua khí quyển dày hơn, hoặc khi khí quyển đang có rất nhiều nhiễu động, bạn có thể thấy ánh sáng từ các hành tinh cũng không ổn định, nhưng chúng không hề có những điểm cực ngắn bỗng biến mất hoặc tối hẳn đi như những ngôi sao.
Trong nhiều nền văn hóa, nhất là ở phương Tây, những ngôi sao nhấp nháy thường được nhắc tới như một hình ảnh lãng mạn. Hiển nhiên, tôi không phản đối điều này, như bất cứ ai khác thích ngắm bầu trời đêm. Nhưng hiểu hơn về cơ chế phía sau của chúng cũng là một cách để bạn thấy được chính vẻ đẹp và sự lãng mạn thực sự của vật lý và thế giới tự nhiên.
