Kinh tuyến, vĩ tuyến cho học sinh: tự đo vĩ độ trường em bằng bóng nắng

Mọi chỗ trên Trái Đất đều có thể ghi bằng hai con số: vĩ độ cho biết chỗ đó cách xích đạo bao xa về phía bắc hay nam, kinh độ cho biết nó cách kinh tuyến gốc bao xa về phía đông hay tây. Hai con số ghép lại gọi là toạ độ địa lí. Hà Nội nằm quanh vĩ độ 21° Bắc, kinh độ 105,8° Đông; Thành phố Hồ Chí Minh quanh 10,8° Bắc, 106,7° Đông. Bài này giải thích hai con số ấy từ đâu ra, và chỉ cách tự đo gần đúng vĩ độ trường em chỉ bằng một cây que và bóng nắng.

Lưới kẻ tưởng tượng phủ quanh quả cầu

Trái Đất không có hàng rào hay vạch sơn nào. Để chỉ chỗ cho chính xác, người ta tưởng tượng một tấm lưới phủ quanh nó:

• Vĩ tuyến là những vòng tròn nằm ngang, song song với xích đạo. Xích đạo là vĩ tuyến 0°. Càng lên gần cực, vòng càng nhỏ. Bắc Cực là 90° Bắc, Nam Cực là 90° Nam.
• Kinh tuyến là những nửa vòng tròn chạy dọc từ cực Bắc xuống cực Nam. Tất cả kinh tuyến đều dài bằng nhau và gặp nhau ở hai cực.

Một mẹo nhớ: vĩ tuyến nằm ngang như bậc thang, đếm từ xích đạo lên hoặc xuống; kinh tuyến chạy dọc như múi cam, đếm từ kinh tuyến gốc sang đông hoặc sang tây.

Vĩ độ: đếm từ xích đạo, đo bằng góc

Vĩ độ không đo bằng ki-lô-mét mà đo bằng góc. Hãy tưởng tượng một đường kẻ từ tâm Trái Đất tới chỗ em đứng, và một đường kẻ khác từ tâm tới xích đạo ngay bên dưới. Góc giữa hai đường đó là vĩ độ của em.

Vì Trái Đất gần tròn, mỗi độ vĩ ứng với một quãng gần như không đổi trên mặt đất: khoảng 111 km. Vậy từ vĩ độ của Thành phố Hồ Chí Minh lên vĩ độ của Hà Nội, chênh khoảng 10 độ, là chừng 1.100 km theo hướng bắc. Đường bộ dài hơn nhiều vì dải đất nước ta cong và đường phải vòng.

Lãnh thổ đất liền Việt Nam trải từ khoảng 8°34′ Bắc ở mũi Cà Mau tới khoảng 23°23′ Bắc ở Lũng Cú, theo số liệu thường dùng trong sách giáo khoa. Mỗi độ chia thành 60 phút (′), mỗi phút chia thành 60 giây (″). Ngày nay nhiều ứng dụng ghi bằng số thập phân cho gọn, ví dụ 21,0285°.

Kinh độ: vì sao lại bắt đầu ở London

Với vĩ độ, xích đạo là mốc tự nhiên: nó nằm chính giữa hai cực. Kinh độ thì không có mốc tự nhiên nào, kinh tuyến nào cũng như nhau. Phải có người chọn một đường làm số 0.

Năm 1884, đại diện nhiều nước họp ở Washington và thống nhất lấy kinh tuyến đi qua Đài thiên văn Hoàng gia ở Greenwich, gần London, làm kinh tuyến gốc. Lí do chính là thực tế: phần lớn tàu biển thời đó đã dùng hải đồ tính theo Greenwich. Từ đó, kinh độ đếm sang phía đông tới 180° Đông và sang phía tây tới 180° Tây. Hai phía gặp nhau ở kinh tuyến 180°, phần lớn nằm giữa Thái Bình Dương.

Khác với vĩ độ, quãng đường ứng với một độ kinh ngắn dần khi đi về phía cực, vì các kinh tuyến chụm lại. Ở xích đạo, một độ kinh cũng chừng 111 km. Ở vĩ độ Hà Nội còn khoảng 104 km. Ở gần cực thì chỉ vài bước chân.

Kinh độ và giờ: mỗi 15 độ chênh một tiếng

Trái Đất tự quay một vòng 360° trong khoảng 24 giờ, tức 15° mỗi giờ. Vì vậy cứ đi sang đông 15 độ kinh thì mặt trời lên đỉnh đầu sớm hơn khoảng một giờ. Đây là gốc của chuyện múi giờ.

Việt Nam dùng giờ UTC+7, tức sớm hơn giờ Greenwich 7 tiếng, ứng với kinh tuyến 105° Đông. Kinh tuyến này đi qua đất nước ta, gần Hà Nội. Nhưng nước ta trải từ khoảng 102° tới 109° Đông trên đất liền, nên mặt trời ở Khánh Hoà lên cao nhất sớm hơn ở Điện Biên chừng gần nửa giờ, dù đồng hồ hai nơi chỉ cùng một giờ.

Ngày xưa, đo kinh độ trên biển là bài toán rất khó: muốn biết mình lệch về đông hay tây bao nhiêu, thuỷ thủ phải biết chính xác giờ ở cảng xuất phát. Phải tới thế kỷ 18, khi có những chiếc đồng hồ đủ chính xác mang theo được trên tàu, bài toán ấy mới có lời giải dùng được.

Đọc một toạ độ cho đúng

Toạ độ thường ghi vĩ độ trước, kinh độ sau. Có ba kiểu viết phổ biến cho cùng một chỗ:

Kiểu ghi	Ví dụ (gần Hồ Gươm, Hà Nội)	Hay gặp ở đâu
Độ, phút, giây	21°01′43″ B, 105°51′09″ Đ	Sách, bản đồ giấy
Độ thập phân	21,0286; 105,8525	Ứng dụng bản đồ, điện thoại
Hệ toạ độ phẳng (mét)	Hai dãy số dài tính bằng mét	Bản đồ địa chính, bản vẽ xây dựng

Với số thập phân, dấu trừ thay cho chữ Nam và Tây. Ví dụ một điểm ở Nam Mỹ có thể ghi −22,9 và −43,2. Lỡ quên dấu trừ là chỉ sang tận nửa bên kia Trái Đất.

Một lưu ý: phần mềm nước ngoài viết số thập phân bằng dấu chấm (21.0286), trong khi tiếng Việt dùng dấu phẩy. Khi gõ toạ độ vào ứng dụng, làm theo kiểu ứng dụng yêu cầu.

Chữ số thập phân thứ mấy cho độ chính xác bao nhiêu? Một chữ số sau dấu phẩy là chừng 11 km, hai chữ số chừng 1 km, bốn chữ số chừng 11 m, năm chữ số chừng 1 m. Vì vậy toạ độ trường học chỉ cần bốn, năm chữ số là đủ.

Thử làm: đo vĩ độ trường em bằng bóng nắng

Cách này dựa trên một sự thật đơn giản: vào hai ngày xuân phân và thu phân (khoảng 20–21 tháng 3 và 22–23 tháng 9), lúc giữa trưa, mặt trời ở ngay trên đỉnh đầu người đứng ở xích đạo. Đứng càng xa xích đạo, mặt trời càng thấp xuống đúng bằng số độ vĩ.

Cần: một cây que thẳng dài đúng 1 m (cán chổi, ống nhựa), dây dọi hoặc chai nước để kiểm tra que thẳng đứng, thước dây, phấn, thước đo độ, giấy kẻ ô. Chọn chỗ đất phẳng có nắng ở sân trường, làm cùng thầy cô hoặc bố mẹ.

1. Dựng que thẳng đứng. Dùng dây dọi kiểm tra từ hai phía.
2. Từ khoảng 11 giờ 15 tới 12 giờ 30, cứ 5 phút đánh dấu đầu bóng que bằng phấn. Bóng sẽ ngắn dần rồi dài ra. Chọn dấu ngắn nhất: đó là lúc giữa trưa thật theo mặt trời, thường không đúng 12 giờ.
3. Đo độ dài bóng ngắn nhất, ví dụ 38 cm.
4. Trên giấy kẻ ô, vẽ một tam giác vuông: cạnh đứng 10 cm (thay cho que 1 m), cạnh nằm theo đúng tỉ lệ bóng (38 cm thành 3,8 cm). Nối đầu cạnh đứng với đầu cạnh nằm.
5. Dùng thước đo độ, đo góc ở đỉnh trên của tam giác, giữa cạnh đứng và đường nối. Góc đó chính là vĩ độ gần đúng của em.

Với bóng 38 cm, góc đo được khoảng 21°, gần với vĩ độ Hà Nội. Ở Thành phố Hồ Chí Minh, bóng ngắn nhất ngày xuân phân chỉ chừng 19 cm, góc khoảng 11°. Sai vài độ là bình thường, vì mặt đất không thật phẳng, que hơi nghiêng, mép bóng nhoè. Nhưng chỉ một cây que, em đã đo được mình đứng cách xích đạo bao xa.

Không làm được đúng ngày phân? Vẫn làm được, chỉ cần cộng hoặc trừ một con số điều chỉnh theo mùa mà thầy cô có thể tra trong bảng thiên văn. Tuyệt đối không nhìn thẳng vào mặt trời khi đo, chỉ nhìn bóng.

Toạ độ dùng vào việc gì

• Tìm người gặp nạn: người đi rừng bị lạc đọc toạ độ qua điện thoại cho đội cứu hộ, giúp họ tìm nhanh hơn nhiều so với tả "gần một cái cây to".
• Theo dõi bão: bản tin thời tiết báo "tâm bão ở khoảng 16,5 độ Vĩ Bắc, 112 độ Kinh Đông", nghĩa là đang ở ngoài Biển Đông.
• Ghi lại phát hiện: các nhà khoa học ghi toạ độ nơi tìm thấy một loài cây, một hoá thạch, để người sau tìm lại đúng chỗ.

Câu hỏi thường gặp

Kinh tuyến và vĩ tuyến khác nhau thế nào?

Vĩ tuyến là những vòng tròn nằm ngang song song với xích đạo, dùng để đo vĩ độ. Kinh tuyến là những nửa vòng chạy dọc nối hai cực, dùng để đo kinh độ. Vĩ tuyến ngắn dần về phía cực, còn kinh tuyến nào cũng dài bằng nhau.

Vì sao kinh tuyến gốc đi qua Greenwich?

Năm 1884, hội nghị quốc tế ở Washington chọn kinh tuyến qua Đài thiên văn Greenwich làm mốc 0°, chủ yếu vì phần lớn tàu biển khi ấy đã dùng hải đồ theo mốc này. Đó là một lựa chọn của con người, không có gì đặc biệt trong tự nhiên.

Việt Nam nằm ở kinh độ, vĩ độ bao nhiêu?

Phần đất liền trải từ khoảng 8°34′ tới 23°23′ vĩ độ Bắc và từ khoảng 102° tới 109° kinh độ Đông. Nhờ vậy cả nước nằm trong vùng nhiệt đới bắc bán cầu và dùng chung múi giờ UTC+7.

Một độ vĩ dài bao nhiêu ki-lô-mét?

Khoảng 111 km, và gần như không đổi dù ở đâu trên Trái Đất. Một độ kinh cũng khoảng 111 km ở xích đạo nhưng ngắn dần khi đi về phía cực, ở Hà Nội chỉ còn chừng 104 km.

Vì sao toạ độ ghi vĩ độ trước?

Đó là quy ước được hầu hết bản đồ và ứng dụng dùng. Một số phần mềm kĩ thuật lại ghi kinh độ trước, nên khi chép toạ độ từ nơi này sang nơi khác cần kiểm tra lại, nếu không điểm sẽ rơi sang một chỗ rất xa.