Bạn thường nghĩ ngày và đêm bằng nhau là điều hiển nhiên. Thực tế thì không phải. Sự chênh lệch này bắt nguồn từ trục Trái Đất nghiêng 23,5 độ so với mặt phẳng quỹ đạo, cộng với chuyển động quanh Mặt Trời.

Khác với tự quay tạo ra 24 giờ luân phiên, chính góc ngả và quỹ đạo elip mới là nguyên nhân khiến thời gian ban ngày và ban đêm thay đổi theo mùa, theo vĩ độ và không bao giờ cân bằng hoàn toàn. Tôi xin phân tích cụ thể để bạn thấy rõ cơ chế vận hành của hành tinh chúng ta.

Cơ chế tạo nên hiện tượng ngày và đêm

Sự luân phiên giữa ánh sáng và bóng tối trên bề mặt hành tinh xuất phát từ việc Trái tự quay quanh trục theo hướng từ tây sang đông. Trong khi một nửa bán cầu hướng về phía Mặt Trời thì nhận được ánh sáng (ban ngày), thì nửa còn lại bị che khuất trong bóng tối (ban đêm). Quá trình này diễn ra liên tục, tạo nên chu kỳ ngày đêm kéo dài 24 giờ.

Tốc độ quay không đồng nhất ở tất cả các điểm: tại đường xích đạo, vận tốc dài đạt mức khoảng 1.675 km/h, nhưng càng tiến về các vĩ độ cao, tốc độ này càng giảm dần. Cần phân biệt rõ rằng hiện tượng tự quay của Trái chỉ chịu trách nhiệm cho sự xen kẽ sáng tối, hoàn toàn khác biệt với nguyên nhân gây ra sự chênh lệch độ dài ngày đêm theo mùa.

Tại sao các nước trên thế giới không có giờ giống nhau?

Sự khác biệt về thời gian giữa các quốc gia bắt nguồn từ việc Trái Đất hình cầu và tự quay quanh trục, khiến Mặt Trời chỉ chiếu sáng một nửa hành tinh tại bất kỳ thời điểm nào. Do vị trí trên các kinh tuyến khác nhau, góc nhìn lên bầu Trời và độ cao của Mặt Trời khi quan sát từ mặt Đất sẽ thay đổi, dẫn đến giờ địa phương không đồng nhất.

Để chuẩn hóa việc giao dịch quốc tế, thế giới được phân chia thành 24 múi giờ, tương ứng với khoảng cách 15 độ kinh tuyến cho mỗi múi. Múi giờ gốc, hay GMT 0, được xác định dựa trên đường kinh tuyến đi qua Greenwich.

Trong khi đó, Việt Nam nằm trong múi số 7, tức là GMT+7. Các quốc gia có lãnh thổ rộng lớn thường sử dụng nhiều múi giờ hơn; ví dụ, Nga áp dụng 11 múi, còn Mỹ trải dài từ GMT-8 đến GMT+4. Úc sử dụng 3 múi giờ.

Quy tắc cơ bản là sự chênh lệch giữa các múi liên tiếp là 1 giờ, tuy nhiên vẫn tồn tại các ngoại lệ như việc một số nước chọn dùng chung một múi hoặc điều chỉnh theo mùa. Những biến thể này phản ánh đặc thù địa lý, lịch sử và văn hóa của từng khu vực, minh chứng rõ nét qua sự khác biệt về giờ giữa các thành phố cách xa nhau.

Thời điểm đêm dài ngày ngắn và ngày dài đêm ngắn

Hai mốc thời gian then chốt định hình nhịp điệu ngày đêm là hạ chí và đông chí. Hạ chí thường diễn ra vào ngày 21 hoặc 22 tháng 6, khi tia nắng Mặt Trời đâm vuông góc vào chí tuyến Bắc (23°27’B), khiến bán cầu Bắc ngả về phía ngôi sao ban ngày nhiều nhất. Đây là lúc ngày dài nhất và đêm ngắn nhất trong năm.

Ngược lại, vào đông chí (21 hoặc 22 tháng 12), ánh sáng Mặt Trời chiếu thẳng góc xuống chí tuyến Nam (23°27’N), mang lại nguồn sáng dồi dào nhất cho bán cầu Nam. Mức độ chênh lệch này tăng dần khi di chuyển xa Xích đạo; tại đường xích đạo, ngày và đêm luôn cân bằng suốt cả năm.

Tuy nhiên, từ vĩ tuyến 66°33′ trở lên về phía các cực, hiện tượng ngày hoặc đêm dài trọn vẹn 24 giờ xuất hiện. Trong khi đó, vào xuân phân (21/3) và thu phân (23/9), Mặt Trời chiếu thẳng góc vào Xích đạo, khiến hai nửa cầu nhận lượng ánh sáng bằng nhau và ngày đêm bằng nhau trên toàn cầu.

Sự biến đổi liên tục của góc chiếu sáng này bắt nguồn từ trục Trái Đất bị nghiêng cố định, tạo nên chu kỳ luân phiên ngả về phía hoặc tránh xa Mặt Trời. Cơ chế thiên văn này lặp lại đều đặn trong một năm dương lịch kéo dài 365,25 ngày, khiến độ dài thời gian ban ngày thay đổi rõ rệt nếu quan sát theo dõi hàng tuần.

Nơi nào trên Trái Đất không có ban đêm? Vì sao?

Những vùng nằm trong vòng cực Bắc và vòng cực Nam là nơi ban ngày tồn tại liên tục. Thụy Điển là ví dụ điển hình. Tại thủ đô Stockholm, bạn có thể thấy Mặt Trời mọc lúc nửa đêm. Ánh sáng kéo dài từ lúc 4 giờ sáng đến tận nửa đêm. Na Uy cũng thuộc khu vực này.

Từ cuối tháng 5 đến cuối tháng 7, phía bắc vòng Bắc Cực không có bóng tối hoàn toàn. Iceland cho phép du khách chơi golf lúc nửa đêm nhờ ánh sáng ban ngày kéo dài.

Canada có vùng lãnh thổ phía Tây Bắc trải qua 50 ngày liên tục không có đêm. Alaska cũng có thời kỳ Mặt Trời tỏa sáng từ cuối tháng 5 đến cuối tháng 7. Hiện tượng này xảy ra do trục Trái Đất nghiêng.

Khi một cực ngả về phía Mặt Trời, nó được chiếu sáng liên tục trong suốt mùa hè của bán cầu đó. Tôi nhấn mạnh rằng đây là hệ quả trực tiếp của góc nghiêng 23,5 độ. Vĩ độ càng cao, thời gian không có đêm càng dài.

Tại cực, hiện tượng này kéo dài 6 tháng. Bạn sẽ thấy sự tương phản rõ nét khi so sánh với các vùng nhiệt đới.

Tại sao ngày và đêm không hoàn toàn bằng nhau trong năm?

Nhiều người thường nghĩ rằng hai nửa năm có độ dài như nhau, nhưng thực tế không phải vậy. Nguyên nhân nằm ở quỹ đạo elip của Trái Đất. Khi Trái Đất ở xa Mặt Trời nhất (điểm viễn nhật), lực hút yếu đi, khiến hành tinh này di chuyển chậm hơn. Giai đoạn này kéo dài tới 186 ngày.

Ngược lại, khi Trái Đất tiến gần Mặt Trời (điểm cận nhật), lực hút mạnh hơn, vận tốc chuyển động tăng lên, khiến giai đoạn này chỉ kéo dài 179 ngày. Sự chênh lệch vận tốc trên quỹ đạo khiến ngày và đêm không bao giờ cân bằng tuyệt đối. Sự bất đối xứng này được giải thích bởi hình dạng elip và định luật vạn vật hấp dẫn, tạo ra sự chênh lệch 7 ngày giữa hai nửa năm.