Dựng mô hình nhật thực, nguyệt thực bằng đèn bàn và quả bóng

Nhật thực xảy ra khi Mặt Trăng đi vào giữa Mặt Trời và Trái Đất, bóng của nó phủ lên một vùng trên mặt đất. Nguyệt thực xảy ra khi Trái Đất nằm giữa, bóng Trái Đất phủ lên Mặt Trăng. Chỉ với một ngọn đèn, một quả bóng và một viên bi, bạn có thể dựng lại cả hai hiện tượng trên bàn học, và tự trả lời câu hỏi hay gặp nhất: vì sao tháng nào cũng có trăng non, trăng tròn mà không tháng nào cũng có nhật thực, nguyệt thực.

Bóng: nhân vật chính của mọi lần "thực"

Mọi vật được chiếu sáng đều có bóng phía sau. Vì Mặt Trời không phải một điểm sáng mà là một quả cầu lớn, bóng của Trái Đất và Mặt Trăng có hai phần:

• Bóng tối (bóng lõi): vùng hình nón ở giữa, nơi Mặt Trời bị che hoàn toàn.
• Bóng nửa tối: vùng bao quanh, nơi Mặt Trời chỉ bị che một phần.

Bạn thấy ngay hai phần này nếu giơ bàn tay dưới một bóng đèn tuýp dài hoặc dưới đèn trần to: bóng tay trên bàn có lõi đậm và viền nhoè. Đưa tay lại gần mặt bàn, lõi rõ hơn; đưa xa, lõi thu nhỏ dần rồi chỉ còn viền nhoè. Hiểu điều này là hiểu được cả ba kiểu nhật thực.

Nhật thực: Mặt Trăng che Mặt Trời

Nhật thực chỉ có thể xảy ra vào ngày trăng non (mùng 1 âm lịch), khi Mặt Trăng đi qua giữa Mặt Trời và Trái Đất. Bóng Mặt Trăng nhỏ, nên chỉ một dải đất hẹp được bóng lõi quét qua.

Ba kiểu nhật thực

• Toàn phần: bạn đứng trong bóng lõi. Mặt Trời bị che kín, trời tối như chạng vạng, sao sáng hiện ra, quanh Mặt Trời toả một vầng sáng trắng mờ gọi là vành nhật hoa. Pha toàn phần ở một chỗ chỉ kéo dài vài phút, dài nhất về lý thuyết khoảng hơn 7 phút.
• Hình khuyên: Mặt Trăng đang ở xa Trái Đất hơn bình thường nên trông nhỏ hơn Mặt Trời một chút, không che kín, để lại một vòng lửa sáng quanh mép.
• Một phần: bạn đứng trong bóng nửa tối, thấy Mặt Trời như bị cắn mất một miếng.

Một sự trùng hợp kỳ lạ

Mặt Trời to hơn Mặt Trăng khoảng 400 lần, nhưng cũng ở xa hơn khoảng 400 lần. Vì vậy nhìn từ Trái Đất, hai vầng tròn gần như bằng nhau, và Mặt Trăng vừa khít để che Mặt Trời. Sự trùng hợp này không vĩnh viễn: theo đo đạc bằng tia laser chiếu lên các gương do phi hành gia đặt trên Mặt Trăng, nó đang lùi xa khỏi Trái Đất khoảng 3,8 cm mỗi năm. Sau hàng trăm triệu năm nữa, Trái Đất sẽ không còn nhật thực toàn phần.

Nguyệt thực: Mặt Trăng đi vào bóng Trái Đất

Nguyệt thực chỉ xảy ra vào đêm trăng tròn, khi Trái Đất nằm giữa Mặt Trời và Mặt Trăng. Bóng Trái Đất lớn hơn Mặt Trăng nhiều lần, nên một lần nguyệt thực toàn phần có thể kéo dài hơn một giờ, và mọi nơi đang là ban đêm trên Trái Đất đều thấy cùng lúc. Đó là lý do nhiều người đã từng thấy nguyệt thực, nhưng ít người được thấy nhật thực toàn phần.

Khi nằm trọn trong bóng Trái Đất, Mặt Trăng không biến mất mà chuyển sang màu đỏ đồng, người ta hay gọi là "trăng máu". Ánh nắng đi xuyên qua lớp không khí quanh rìa Trái Đất bị bẻ cong vào trong bóng; phần ánh sáng xanh bị không khí tán xạ mất, còn lại ánh đỏ — giống hệt lý do bình minh, hoàng hôn có màu đỏ. Nói vui, lúc đó Mặt Trăng đang được chiếu bằng ánh hoàng hôn của cả Trái Đất cùng một lúc.

Người Việt xưa giải thích hiện tượng này bằng chuyện "gấu ăn trăng" và đánh trống, gõ mâm cho gấu nhả trăng ra. Ngày nay ta biết đó là bóng của chính hành tinh mình.

Vì sao không tháng nào cũng có

Nếu Mặt Trăng đi quanh Trái Đất trên cùng mặt phẳng với Trái Đất đi quanh Mặt Trời, thì mỗi lần trăng non sẽ có nhật thực, mỗi lần trăng tròn sẽ có nguyệt thực. Nhưng quỹ đạo Mặt Trăng nghiêng khoảng 5 độ. Phần lớn các tháng, lúc trăng non hay trăng tròn, Mặt Trăng đi lướt hơi cao hoặc hơi thấp hơn đường thẳng nối Trái Đất – Mặt Trời, và bóng trượt qua mà không chạm.

Chỉ khi trăng non hoặc trăng tròn rơi đúng lúc Mặt Trăng đang cắt ngang mặt phẳng đó, ba thiên thể mới thẳng hàng. Điều này xảy ra theo hai "mùa thực" mỗi năm, cách nhau gần nửa năm. Vì vậy, mỗi năm trên toàn Trái Đất có ít nhất hai lần nhật thực (đa số là một phần hoặc hình khuyên), và số lần nguyệt thực thay đổi từ 0 tới vài lần.

Thử làm: dựng mô hình trên bàn

Chuẩn bị

• Một đèn bàn bóng tròn, càng nhỏ gọn càng tốt (làm Mặt Trời). Nếu có thể, tháo chụp đèn để ánh sáng toả đều.
• Một quả bóng nhựa hoặc quả cam đường kính khoảng 7 cm (Trái Đất).
• Một viên bi hoặc hạt nhãn đường kính khoảng 2 cm, gắn đầu một que xiên bằng đất nặn (Mặt Trăng).
• Một căn phòng tối.

Theo đúng tỉ lệ

Đường kính Trái Đất khoảng 12.742 km, Mặt Trăng khoảng 3.474 km, nên Trái Đất to gấp khoảng 3,7 lần. Bóng 7 cm thì Mặt Trăng 2 cm là gần đúng. Khoảng cách Trái Đất – Mặt Trăng bằng khoảng 30 lần đường kính Trái Đất, tức là trong mô hình, viên bi phải đặt cách quả bóng khoảng 2,1 mét. Hầu như mọi hình vẽ trong sách đều vẽ Mặt Trăng sát Trái Đất cho vừa trang giấy; đặt đúng tỉ lệ, bạn sẽ ngạc nhiên vì Mặt Trăng ở xa và nhỏ tới mức nào.

Còn Mặt Trời? Theo cùng tỉ lệ, nó là một quả cầu đường kính khoảng 7,6 mét, đặt cách quả bóng khoảng 820 mét — tức là ở đầu bên kia của một khu phố. Đèn bàn trong phòng chỉ là cách làm tạm.

Các bước

1. Đặt đèn ở đầu bàn, bật lên, tắt các đèn khác. Bạn A cầm quả bóng (Trái Đất), bạn B cầm que gắn viên bi (Mặt Trăng).
2. Nhật thực: B đưa viên bi vào giữa đèn và quả bóng. Quan sát quả bóng: một chấm tối nhỏ có viền nhoè hiện lên. Chấm tối là vùng thấy nhật thực toàn phần, viền nhoè là vùng thấy một phần. Di viên bi chầm chậm: chấm tối trượt qua quả bóng như dải bóng Mặt Trăng quét qua các nước.
3. Nguyệt thực: B đưa viên bi ra phía sau quả bóng, đối diện với đèn. Viên bi chui vào bóng của quả bóng và tối đi. Đây là cách cả nửa Trái Đất cùng thấy trăng bị "ăn".
4. Vì sao không tháng nào cũng có: B cầm viên bi đi một vòng quanh quả bóng, nhưng đi theo đường hơi nghiêng: phía trước cao hơn mặt bóng một chút, phía sau thấp hơn. Bóng sẽ trượt qua trên hoặc dưới, không chạm. Chỉ khi chỗ cắt ngang rơi đúng lúc thẳng hàng thì mới có "thực".

Có người lớn giúp nếu cần dây nối điện. Đèn để lâu sẽ nóng, đừng chạm vào bóng đèn.

Xem nhật thực thật: luật an toàn bắt buộc

Không bao giờ nhìn thẳng vào Mặt Trời, kể cả khi nó bị che 90%. Phần Mặt Trời còn lại vẫn đủ làm tổn thương võng mạc, và tổn thương này không gây đau nên người ta không biết để dừng lại. Kính râm, kính màu, phim chụp X-quang, đĩa CD đều không đủ an toàn. Chỉ dùng kính lọc chuyên dụng đạt chuẩn ISO 12312-2, có người lớn kiểm tra kính còn nguyên vẹn. Tuyệt đối không nhìn qua ống nhòm hay kính thiên văn không có tấm lọc gắn ở đầu ống.

Cách an toàn và rẻ nhất là chiếu hình: chọc một lỗ kim trên tấm bìa cứng, đứng quay lưng về phía Mặt Trời, để nắng đi qua lỗ chiếu lên tờ giấy trắng cách vài chục phân. Hình Mặt Trời bị khuyết sẽ hiện lên giấy. Dưới bóng cây cũng vậy: các khe lá đóng vai lỗ kim, mặt đất đầy những vệt sáng hình lưỡi liềm nhỏ.

Nguyệt thực thì hoàn toàn an toàn để nhìn bằng mắt thường, ống nhòm hay kính thiên văn.

Những lần đáng nhớ

Ngày 24 tháng 10 năm 1995, dải nhật thực toàn phần đi qua miền Nam Việt Nam; nhiều người ở vùng Phan Thiết và các tỉnh lân cận đã đứng xem bầu trời tối sầm giữa trưa. Nhật thực toàn phần ở cùng một chỗ trung bình phải vài trăm năm mới lặp lại, nên những người được thấy lần đó rất may mắn.

Gần đây hơn, đêm 7 rạng sáng 8 tháng 9 năm 2025, cả Việt Nam thấy được một lần nguyệt thực toàn phần kéo dài hơn một giờ. Muốn biết lần tiếp theo thấy được ở nơi mình sống, hãy tra lịch do các hội thiên văn trong nước hoặc NASA công bố — họ tính trước được từng phút, cả trăm năm tới.

Câu hỏi thường gặp

Nhật thực và nguyệt thực khác nhau thế nào?

Nhật thực là Mặt Trăng che Mặt Trời, xảy ra ban ngày vào ngày trăng non, chỉ thấy ở một dải hẹp. Nguyệt thực là bóng Trái Đất phủ lên Mặt Trăng, xảy ra ban đêm vào đêm trăng tròn, cả nửa Trái Đất đang là đêm đều thấy.

Vì sao không phải tháng nào cũng có nhật thực?

Vì quỹ đạo Mặt Trăng nghiêng khoảng 5 độ so với quỹ đạo Trái Đất. Phần lớn các tháng, lúc trăng non Mặt Trăng đi lệch phía trên hoặc phía dưới, bóng của nó không chạm Trái Đất.

Vì sao Mặt Trăng chuyển màu đỏ khi nguyệt thực?

Vì ánh nắng đi qua lớp khí quyển quanh rìa Trái Đất bị bẻ cong vào vùng bóng. Ánh sáng xanh bị tán xạ mất, còn ánh đỏ tới được Mặt Trăng, giống như màu của bình minh và hoàng hôn.

Xem nhật thực bằng kính râm có được không?

Không. Kính râm không chặn đủ ánh sáng và tia có hại, mắt có thể bị tổn thương mà không thấy đau. Chỉ dùng kính lọc đạt chuẩn ISO 12312-2 hoặc cách chiếu hình qua lỗ kim lên giấy trắng.

Nguyệt thực có nguy hiểm khi nhìn không?

Không. Mặt Trăng lúc nguyệt thực còn tối hơn trăng tròn bình thường, nhìn bằng mắt thường, ống nhòm hay kính thiên văn đều an toàn.