Tại sao Trái Đất tự quay?

Có một câu hỏi tưởng như rất đơn giản là: Tại sao Trái Đất cũng như mọi ngôi sao và hành tinh đều quay quanh một trục nào đó? Nhưng để trả lời chính xác về nó, chúng ta cần xem xét và nhìn nhận chính xác về vai trò của các lực tham gia quá trình hình thành và tiến hóa của các thiên thể.

Trái Đất của chúng ta ra đời cách đây khoảng 4,6 tỷ năm, vào giai đoạn đầu của Hệ Mặt Trời, sau khi Mặt Trời đã hình thành. Ngoài chuyển động theo quỹ đạo dạng elip quanh Mặt Trời, nó còn có một chuyển động mà chúng ta đều biết là sự quay quanh trục Bắc-Nam. Trên thực tế, mọi thiên thể lớn trong vũ trụ: Mặt Trăng, Mặt Trời, các hành tinh, hành tinh lùn, các tiểu hành tinh và vệ tinh đủ lớn, cũng như mọi ngôi sao khác trong thiên hà và chính bản thân các thiên hà đều có sự tự quay này.

Ở nhiều tài liệu và bài viết, bạn có thể đọc được rằng Trái Đất có sự tự quay do sự bảo toàn mô-men động lượng của tinh vân Mặt Trời ban đầu. Tuy nhiên đây là một câu trả lời hời hợt, không đầy đủ và không giải quyết được tận cùng của vấn đề vì hai lý do:

Thứ nhất, sự bảo toàn động lượng ban đầu của tinh vân Mặt Trời rõ ràng được thể hiện ở việc toàn bộ các thiên thể đều chuyển động quanh Mặt Trời theo cùng một chiều, rất khó để khẳng định nó là yếu tố quyết định cho sự tự quay của các thiên thể, nhất là khi các thiên thể không hề quay hoàn toàn cùng chiều - chẳng hạn như Sao Kim có chiều tự quay ngược lại với các hành tinh khác.

Thứ hai, cứ cho rằng sự quay của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời là lấy từ động lượng của tinh vân Mặt Trời. Vậy cái gì khiến tinh vân đó quay. Rõ ràng câu trả lời theo cách đó không hề giải thích được cơ chế vật lý thực sự của vấn đề.

Cơ chế thực sự

Tất cả các sao, hành tinh, và thậm chỉ các thiên hà ban đầu đều là những khối khí và bụi lớn. Dưới tác dụng của lực hấp dẫn, những khối khí-bụi đó co lại làm mật độ tăng dần cho tới khi đạt một trạng thái nhất định. Nếu lực hấp dẫn hướng vào tâm từ mọi hướng tuyệt đối cân bằng nhau, một khối khí-bụi có thể tạo thành một ngôi sao hoặc một hành tinh với độ đồng đều tuyệt đối, và về lý thuyết thì một vật thể như vậy sẽ không có sự quay. Chỉ có điều, sự hoàn hảo như vậy không bao giờ có. Mật độ vật chất của một đám khí-bụi không thể hoàn toàn đồng đều, và do đó khi co lại, lực hướng vào tâm có sự chênh lệch từ các hướng khác nhau. Cho dù giả sử rằng ở một thời điểm nào đó, một khối cầu cân bằng hoàn hảo được tạo ra thì nó cũng không thể tồn tại được quá dù chỉ vài giây, bởi nó sẽ tiếp tục được bồi tụ thêm vật chất, chịu va chạm với các thiên thể khác cũng như chịu lực hấp dẫn từ nhiều hướng của các thiên thể lớn gần đó. Sự mất cân bằng lực này dẫn tới sự quay.

Để dễ hình dung, hãy tưởng tượng một quả địa cầu để bàn mà bất cứ ai trong chúng ta đều đã biết. Bạn có thể giữ cho nó bất động khi không có bất cứ thứ gì tác động vào nó, nhưng chỉ cần một cơn gió mạnh, hoặc đơn giản là bạn thử lấy tay chạm vào, lập tức nó sẽ quay quanh trục Bắc - Nam. Một ví dụ tổng quát hơn là một quả bóng đá có dạng cầu. Lực ma sát với mặt đất có thể giữ nó tạm đứng yên, nhưng nếu bạn lấy chân sút nhẹ, hoặc ném vào nó một viên đá nhỏ, nó sẽ lăn đi - sự lăn đó cũng chính là chuyển động quay.

Quả địa cầu hoặc quả bóng đá sẽ sớm dừng sự quay lại bởi chúng sẽ ma sát với không khí hoặc mặt đất. Nhưng trong vũ trụ, chẳng có gì để giữ sự quay của các thiên thể lại, hay chính xác hơn là những lực níu đó quá nhỏ so với quán tính của một thiên thể lớn như một ngôi sao hay hành tinh. Vì vậy các sao, hành tinh và thậm chí cả các thiên hà đều có sự quay dường như vô tận, dù theo thời gian sự quay đó có thể chậm đi đôi chút.

Cách đây 600 triệu năm, Trái Đấy chỉ mất 21 giờ để hoàn thành một vòng quay của mình, còn hiện nay hành tinh của chúng ta cần tới 24 giờ. Ngay hiện tại, sự quay của Trái Đất cũng đang chậm lại dù với lượng rất nhỏ, khoảng 1,7 mili-giây mỗi thế kỷ. Điều đó có nghĩa là ngày đang tiếp tục dài thêm ra, nhưng bạn sẽ chẳng cảm nhận được bởi sau một thế kỷ thì ngày mới dài thêm được 1,7 phần nghìn của một giây.

(Nguồn: Đặng Vũ Tuấn Sơn, thienvanvietnam.org, ngày 04/09/2019)

Nội dung chính