Tại sao chúng ta có thể quan sát nhật thực? Làm thế nào mà các miệng núi lửa hình thành trên Mặt trăng? Tại sao chúng ta có các mùa trên Trái đất? Những câu hỏi như thế này thường được các nhà thiên văn học mới đặt ra, nhưng việc trả lời chúng có thể hơi phức tạp.
Làm thế nào để bạn giải thích các tình huống trừu tượng trong đó một số cơ thể đang di chuyển xung quanh và ảnh hưởng lẫn nhau?
Vâng, nó dễ dàng hơn bạn nghĩ! Sáu thí nghiệm này sẽ giúp làm sáng tỏ một số nguyên tắc phức tạp của khoa học vũ trụ dành cho giới trẻ… và những người có tâm hồn trẻ trung.
Để được tư vấn thêm, hãy đọc hướng dẫn của chúng tôi về ngắm sao cho trẻ em và kính viễn vọng tốt nhất cho trẻ em.
Bạn sẽ cần: một cái chậu, một ít bột mì, ca cao và đá cuội hoặc viên bi có kích cỡ khác nhau.
Bạn đã bao giờ thưởng thức một cái nhìn của mặt trăng? Bề mặt sẹo của nó bị chi phối bởi các lưu vực lớn và miệng hố có kích thước và hình dạng khác nhau. Nhưng những miệng hố này hình thành như thế nào và tại sao một số hố lại sâu hơn hoặc dài hơn những hố khác?
Thí nghiệm sau đây sẽ cho bạn thấy điều gì đã xảy ra với bề mặt Mặt trăng trong hàng triệu năm.
Cho bột vào đầy chậu sâu khoảng 2-3cm. Sau đó, rắc một ít ca cao lên bề mặt. Ca cao chỉ ở đó để giúp miệng núi lửa nổi bật, vì vậy bất kỳ thế lực đen tối nào cũng sẽ làm được.
Tìm sàn hoặc bàn dễ lau chùi và đặt chậu rửa xuống. Sau đó, thả viên sỏi của bạn vào bột mì. Xin chúc mừng – bạn đã tạo miệng núi lửa đầu tiên của mình!
Thử thay đổi tốc độ của viên sỏi bằng cách thả nó từ các độ cao khác nhau hoặc xem liệu bạn có thể nhẹ nhàng ném nó từ một góc không (mặc dù vậy, hãy cẩn thận, bạn không muốn làm văng bột mì ra sàn). Bằng cách đó, bạn có thể thấy góc và tốc độ va chạm ảnh hưởng như thế nào đến hình dạng của miệng hố.
Ném một số viên sỏi nhỏ hơn vào với một cú vung tay nhẹ và bạn thậm chí có thể tạo ra các chuỗi miệng hố va chạm giống như trên Mặt trăng.
Bạn sẽ cần: hộp đựng giày, một ít giấy nhôm, băng dính, một tờ giấy trắng, thước kẻ và ghim hoặc kim.
Mặc dù Mặt trời cách chúng ta gần 150 triệu km và rất lớn, nhưng bạn có thể đo kích thước của nó từ phòng khách của mình.
Bạn sẽ xây dựng một máy ảnh pinhole đơn giản. Cắt một hình vuông 2x2cm ở giữa một trong các cạnh ngắn của hộp đựng giày. Đặt lá nhôm lên trên phần đã cắt và dán băng dính lại.
Sau đó, dùng ghim hoặc kim đâm vào giấy bạc. Lót giấy trắng vào mặt trong của đầu đối diện của hộp.
Bây giờ bạn có một máy ảnh pinhole. Đo chiều dài của hộp, từ lỗ đến tờ giấy.
Hướng mặt trước được phủ giấy bạc về phía Mặt trời, cẩn thận để không bao giờ nhìn thẳng vào nó!
Hình ảnh của Mặt trời sẽ xuất hiện trên tờ giấy và bạn có thể đo nó bằng thước kẻ. Với phép đo đó và một chút toán học đơn giản, bạn có thể tính đường kính của Mặt trời:
Vì 149.600.000km là khoảng cách đến Mặt trời và tỷ lệ kích thước so với khoảng cách từ lỗ là như nhau cho cả hai, điều này sẽ cho bạn ước tính chính xác về kích thước của Mặt trời.
Bạn có thể sử dụng phương pháp tương tự cho Mặt trăng, nhưng thay con số ở cuối bằng 384.000km.
Kiểm tra kết quả của bạn khi bạn đã hoàn thành để xem mức độ hoàn thành của bạn. Hộp càng lớn, bạn sẽ càng chính xác.
Bạn sẽ cần: một cây gậy, một số thẻ, kéo, thước kẻ, keo dán và một cặp compa.
Các hành tinh không phải là những quả cầu hoàn hảo. Chúng phình ra ở xích đạo và phẳng ở hai cực. Hành tinh càng lớn, hiệu ứng càng lớn.
Các hành tinh bị biến dạng theo cách này vì chúng quay và thí nghiệm này sẽ chỉ cho bạn cách làm.
Trước tiên, bạn cần xây dựng một hành tinh mô hình. Cắt ba đĩa từ thẻ – hai đĩa cần có đường kính 4cm (chúng tôi sẽ gọi đó là A và B) và một đĩa có đường kính 3cm (gọi là C).
Tiếp theo, tạo một lỗ trên đĩa A và C vừa đủ lớn để chúng có thể ngồi chắc chắn trên thanh. Sau đó tạo một lỗ lớn hơn vào B để nó có thể dễ dàng trượt lên và xuống thanh.
Bây giờ, cắt tám dải thẻ (mỗi dải khoảng 1,25x30cm). Dán một đầu của mỗi dải xung quanh mép đĩa A để nó trông giống như một con nhện. Sau đó đặt nó trên thanh.
Tiếp theo cố định C trên que cách A khoảng 15cm để làm điểm quy chiếu. Cuối cùng, đặt B lên thanh bên dưới C và dán các đầu của dải xung quanh cạnh của nó để nó trông giống như hành tinh mô hình bên phải. Đảm bảo rằng B có thể dễ dàng di chuyển dọc theo thanh.
Bây giờ, giữ cây gậy giữa hai tay của bạn và quay nó. Hãy thử thay đổi tốc độ bạn quay cây gậy và xem điều gì sẽ xảy ra. Bạn sẽ thấy rằng bạn quay que càng nhanh thì ‘hành tinh’ càng phình ra.
Bạn sẽ cần: bìa cứng, một cặp la bàn và một cuộn giấy vệ sinh.
Kích thước của các hành tinh trong Hệ Mặt trời của chúng ta và khoảng cách giữa chúng có thể khó nắm bắt, nhưng thí nghiệm này sẽ giúp bạn hiểu rõ mọi thứ.
Bắt đầu bằng cách vẽ các vòng tròn trên các mảnh thẻ bằng cách sử dụng bán kính tỷ lệ trong bảng bên dưới để tạo các hành tinh của bạn (hãy nhớ dán nhãn cho chúng khi bạn di chuyển).
Để bắt đầu, chúng tôi đã cho Trái đất bán kính 1cm và bỏ qua Mặt trời, vì nó sẽ rộng 2,2m ở tỷ lệ này!
Để thể hiện khoảng cách giữa các hành tinh, chúng ta sẽ sử dụng giấy vệ sinh, vì nó được chia thành các tờ có cùng kích thước một cách thuận tiện.
Lần này chúng ta nói rằng một tờ bằng khoảng cách đến Sao Thủy. Thật không may, đây là tỷ lệ khác với kích thước hành tinh – nếu chúng có cùng tỷ lệ, Sao Hải Vương sẽ cách xa 7km!
Sau đó, cuộn giấy vệ sinh ra và đếm các tờ cho đến khi bạn đạt được con số tương ứng và đặt một hành tinh lên đó. Có ấn tượng không khi có bao nhiêu không gian ở giữa?
Và đó thậm chí không phải là toàn bộ Hệ mặt trời. Nếu muốn kết hợp Oort Cloud vào mô hình này, bạn cần khoảng 250.000 tờ giấy vệ sinh.
Bạn sẽ cần: một chiếc đèn (đối với Mặt trời), một quả cam (đối với Trái đất) và một cây gậy.
Chúng ta có bốn mùa trên Trái đất do độ nghiêng của trục quay của Trái đất. Nhưng tại sao độ nghiêng ảnh hưởng đến thời tiết?
Xiên quả cam lên que, sau đó vẽ xung quanh đường xích đạo của quả cam. Giống như trong thí nghiệm nhật thực, tìm một căn phòng tối và đưa quả cam ra ánh sáng để một nửa của nó được chiếu sáng.
Thay vì giữ thanh thẳng đứng, hãy nghiêng thanh sao cho gần bằng một góc với trục quay của Trái đất, tức là 23,5°.
Bây giờ hãy xem xét kỹ hơn cách góc đó ảnh hưởng đến sự tiếp xúc của Trái đất với Mặt trời. Tại điểm A, đầu que nghiêng về phía đèn.
Có nhiều ánh sáng mặt trời chiếu vào bán cầu bắc, từ đó nhận được nhiều năng lượng hơn và nóng lên. Miền bắc đang trải qua mùa hè, trong khi ở miền nam là mùa đông.
Chúng ta có tình huống hoàn toàn ngược lại khi Trái đất của chúng ta ở phía bên kia của ngọn đèn (tại điểm C). Tại B và D, cây gậy không hướng ra xa cũng như không hướng về phía đèn – cả hai bán cầu đều được chiếu sáng với mức độ như nhau. Những điểm này là mùa xuân và mùa thu.
Điều đáng chú ý là thí nghiệm này hoạt động tốt hơn nhiều với đèn được thiết kế để chiếu sáng theo mọi hướng, thay vì đèn chiếu theo hướng, chẳng hạn như đèn bàn.
Bạn sẽ cần: một chiếc đèn, một quả bóng nhỏ hơn (dành cho Mặt trăng) và một quả bóng lớn hơn (dành cho Trái đất).
Một trong những quan sát thiên văn tuyệt vời nhất mà chúng ta có thể chứng kiến là nhật thực. Nhưng làm thế nào để chúng xảy ra?
Khi Mặt trăng quay quanh hành tinh của chúng ta, đôi khi nó đi qua giữa Trái đất và Mặt trời, tạo ra một cái bóng. Thí nghiệm này cho bạn thấy nó hoạt động như thế nào.
Tìm một căn phòng tối và bật đèn, sau đó đặt ‘Trái đất’ cách đó vài mét sao cho một nửa của nó nằm trong ánh sáng. Giữ ‘Mặt trăng’ cách mặt sáng của ‘Trái đất’ khoảng 20cm để Mặt trăng tạo bóng trên bề mặt.
Nó sẽ chỉ là một cái bóng nhỏ, điều này giải thích tại sao chỉ có thể nhìn thấy nhật thực trong một hành lang nhỏ trên Trái đất được xác định bởi kích thước của cái bóng và chuyển động quay của hành tinh chúng ta.
Bạn có thể sử dụng phương pháp tương tự để hình dung nguyệt thực. Đối với điều này, ‘Mặt trời’, ‘Trái đất’ và ‘Mặt trăng’ cần phải thẳng hàng để bóng của Trái đất chiếu lên Mặt trăng, tạo ra nguyệt thực.
Bạn có thể thay đổi thí nghiệm này hơn nữa: điều gì sẽ xảy ra nếu ‘Mặt trăng’ không che khuất hoàn toàn Mặt trời hoặc nếu bóng của Trái đất không hoàn toàn đổ lên đĩa mặt trăng thì sao?
Những thí nghiệm này cho thấy điều gì xảy ra trong nhật thực một phần, khi bóng đổ xuống ngay bên ngoài rìa của một hành tinh.
Tiến sĩ Michael Moltenbrey là một người đam mê thiên văn học và là một nhà khoa học máy tính chuyên về mô phỏng số hiệu suất cao. Bài viết này ban đầu xuất hiện trong số tháng 1 năm 2016 của Tạp chí BBC Sky at Night .