Tổng hợp lý thuyết Vật lý 12 phần 2

Các hiện tương vật lý trên trái đất
Quang học
I. Lí thuyết về quang học
1. Định nghĩa
- Ánh sáng: các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn
thấy được bằng mắt thường (380nm-760nm) . Giống như mọi bức xạ điện
từ, ánh sáng có thể được mô tả như những hạt sóng chuyển động gọi là
photon.
+ Ánh sáng do Mặt Trời tạo ra: ánh nắng (còn gọi là ánh sáng trắng bao gồm nhiều
ánh sáng đơn sắc liên tục từ đỏ đến tím)
+ Ánh sáng của Mặt Trăng: ánh trăng (do ánh sáng Mặt Trời chiếu tới Mặt Trăng
phản xạ đi tới mắt người)
+ Ánh sáng do đèn tạo ra: ánh đèn
+ Ánh sáng do các loài vật phát ra: ánh sáng sinh học.
- Phân loại:
+ Ánh sáng lạnh: ánh sáng có bước sóng tập trung gần vùng quang phổ tím
+ Ánh sáng nóng: ánh sáng có bước sóng tập trung gần vùng quang phổ đỏ
+ Ánh sáng trắng: ánh sáng có quang phổ trải đều từ đỏ đến tím
+ Ánh sáng đơn sắc: ánh sáng có bước sóng tập trung tại vùng quang phổ rất hẹp.
2. Một số tính chất quan trọng
a) Tốc độ ánh sáng (vận tốc ánh sáng)
Là độ lớn vô hướng của vận tốc lan truyền ánh sáng.
- Trong chân không, các thí nghiệm đã chứng tỏ ánh sáng nói riêng, hay các
bức xạ điện từ nói chung, đi với vận tốc không thay đổi, không phụ thuộc
vào hệ quy chiếu.
Ký hiệu: c = 299.792.458 m/s
1
- Hiện tượng này đã thay đổi nhiều quan điểm về cơ học cổ điển của Isaac
Newton và thúc đẩy Albert Einstein tìm ra lý thuyết tương đối.
- Vận tốc ánh sáng trong chân không cũng chính là vận tốc lan truyền của bức
xạ điện tử trong chân không. Trong nhiều trường hợp, thuật ngữ “tốc độ ánh

sáng” cũng được ngầm hiểu là tốc độ ánh sáng trong chân không.
b) Năng lượng, động lượng và khối lượng
- Năng lượng Mặt Trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ
Mặt Trời. Dòng năng lượng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng hạt
nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng gần 5 tỉ năm nữa.
- Năng lượng bức xạ điện từ của Mặt Trời tập trung tại vùng quang phổ nhìn
thấy. Mặt Trời giải phóng ra không gian xung quanh: 3,827.10
26
J/s
- Năng lượng của một hạt photon có bước sóng λ là hc/λ, với h là hằng số
Planck và c là tốc độ ánh sáng trong chân không.
+ Photon không có khối lượng nghỉ, do đó động lượng của hạt photon bằng năng
lượng của nó chia cho tốc độ ánh sáng, h/λ. Tính toán trên thu được từ công thức
của thuyết tương đối:
E
2
- p
2
c
2
= m
0
2
c
4
Trong đó: E là năng lượng của hạt
p là động lượng của hạt
m
0
là khối lượng nghỉ

5. Tia sáng, chùm sáng
- Tia sáng: Tia sáng là đường truyền của ánh sáng. Trong một môi trường trong
suốt và đồng tính thì tia sáng là những đường thẳng.
- Chùm sáng: Mỗi chùm sáng chứa vô số tia sáng. Đôi khi người ta gọi chùm sáng
là chùm tia sáng hay chùm tia.
- Tập hợp của vô số tia sáng xuất phát từ một điểm hay gặp nhau tại một điểm tạo
thành chùm đồng quy. Chùm đồng quy gồm có chùm phân kì và chùm hội tụ.
+ Chùm phân kì là chùm trong đó các tia sáng được phát ra từ một điểm
(hoặc đường kéo dài của các tia sáng ngược chiều truyền giao nhau tại một điểm).
+ Chùm hội tụ là chùm trong đó các tia sáng giao nhau tại một điểm.
2
- Chùm song song: được xem là trường hợp đặc biệt của chùm đồng quy. Các tia
sáng trong chùm song song được xem như xuất phát (hoặc gặp nhau) tại một điểm
ở vô cực. Có nghĩa là các tia sáng đi song song với nhau.
6. Sự phản xạ ánh sáng
a, Hiện tượng phản xạ ánh sáng
- Hiện tượng phản xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng bị đổi hướng, trở lại môi
trường cũ khi gặp một bề mặt nhẵn.
- Bề mặt nhẵn này có thể là mặt của một vật hay mặt phân cách giữa môi trường
trong suốt khác nhau.
Trong đó:
+ SI biểu diễn tia tới.
+ IR biểu diễn tia phản xạ.
+ I là điểm tới.
+ IN là pháp tuyến.
+ Mặt phẳng tạo bởi tia tới SI và pháp tuyến IN gọi là mặt phẳng tới.
+ Góc SIN gọi là góc tới ; góc NIR là góc phản xạ.
b, Định luật phản xạ ánh sáng
- Tia phản xạ nằm trog mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.
- Góc phản xạ bằng góc tới (i’=i)

c, Giải thích :
Sự phản xạ ánh sáng xảy ra khi sóng ánh sáng chạm phải một bề mặt hoặc
một ranh giới khác không hấp thụ năng lượng bức xạ và làm bật sóng ánh sáng ra
khỏi bề mặt đó.
Ví dụ : Bề mặt của 1 hồ nước phẳng lặng, ở đó ánh sáng tới bị phản xạ theo
kiểu có trật tự, tạo ra ảnh rõ ràng của quang cảnh xung quanh hồ. Ném 1 hòn đá
3
xuống hồ, nước bị nhiễu loạn thành sóng, làm phá vỡ sự phản xạ bởi tán xạ các tia
sáng phản xạ theo mọi hướng.
Sóng ánh sáng đến gọi là sóng tới và sóng bật ra khỏi bề mặt gọi là sóng
phản xạ. Ánh sáng trắng khả kiến có hướng đi đến bề mặt gương ở 1 góc (tới) bị
phản xạ trở lại vào không gian bởi mặt gương ở 1 góc khác (góc phản xạ) bằng góc
tới. Như vậy, ta thấy góc tới bằng góc phản xạ đối với ánh sáng khả kiến cũng như
mọi ánh sáng có bước sóng khác phổ bức xạ điện từ. Ý tưởng này được gọi là định
luật phản xạ. Điều quan trọng cần chú ý là ánh sáng không tách thành các màu
thành phần của nó do không bị « bẻ cong » hoặc bị khúc xạ và mọi bước sóng đều
bị phản xạ ở góc bằng nhau. Bề mặt phản xạ ánh sáng tốt nhất phải rất nhẵn như
gương thủy tinh, kim loại láng bóng…
d, Phân loại
Sự phản xạ ánh sáng phân loại thô thành 2 loại phản xạ : sự phản xạ phản
chiếu và sự phản xạ khuếch tán.
- Sự phản xạ phản chiếu : là sự phản xạ mà ánh sáng phản xạ từ một bề mặt nhẵn ở
một góc xác định.
- Sự phản xạ khuếch tán : là sự phản xạ được tạo bởi những bề mặt gồ ghề có xu
hướng phản xạ ánh sáng theo mọi hướng.
- Xét ví dụ : khi chiếu ánh sáng trắng tới 2 bề mặt khác nhau là 1 cái gương nhẵn
bóng và 1 bề mặt màu đỏ gồ ghề. Ta nhận thấy :
+ Các gương phản xạ mọi thành phần của ánh sáng trắng hầu như giống
nhau. Ánh sáng phản xạ chiếu đi theo 1 lộ trình có góc phản xạ bằng góc tới.
+ Bề mặt màu đỏ gồ ghề thì không phản xạ hết mọi bước sóng, nó hấp thụ

hết đa phần thành phần lục, lam và phản xạ ánh sáng đó. Ngay cả ánh sáng khuếch
tán phản xạ từ những bề mặt gồ ghề cũng bị tán xạ theo mọi hướng.
Như vậy, sự phản xạ phản chiếu khác sự phản xạ khuếch tán ở những điểm sau :
Nội dung Sự phản xạ phản chiếu Sự phản xạ khuếch tán
4
Bề mặt phản
xạ
- phẳng, nhẵn - gồ ghề
Sự phản xạ - góc phản xạ bằng góc tới (góc
phản xạ xác định)
- ánh sáng được phản xạ hầu như
toàn bộ.
- ánh sáng đi theo một hướng nhất
định.
- góc phản xạ không xác
định.
- ánh sáng được phản xạ một
phần.
- ánh sáng phản xạ bị tán xạ
theo mọi hướng.
7. Sự tán sắc ánh sáng
Niu- tơn đã thực hiện thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng lần đầu tiên vào
năm 1672.
Dùng một màn chắn trên có khoét một khe hẹp A để tách ra một chùm sáng
trắng (ánh sáng mặt trời) có dạng một dải hẹp. Cho dải sáng trắng này chiếu vào
một lăng kính có cạnh song song với khe A. Sau lăng kính đặt một màn ảnh B để
hứng chùm sáng ló ra. Trên màn ảnh ta thấy có một dải có màu như cầu vồng từ đỏ
đến tím. Các tia màu đỏ bị lệch ít nhất, các tia màu tím bị lệch nhiều nhất.
Như vậy, khi đi qua lăng kính, chùm sáng trắng không những bị khúc xạ về
phía đáy lăng kính mà còn bị tách ra thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau.

Hiện tượng này gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng.
Dải có màu như cầu vồng này gọi là quang phổ của ánh sáng trắng. Trong
quang phổ của ánh sáng trắng, ta thấy có 7 màu chính là : đỏ, dam cam, vàng, lục,
lam, chàm, tóm. Thực ra, trong quang phổ này không phải chỉ có 7 màu như trên
mà còn có rất nhiều màu, biến dổi dần dần từ màu này sang màu khác
Sóng ánh sáng

Dưới góc độ vật lý học, ánh sáng mặt trời là 1 dạng năng lượng bức xạ điện từ có
bước sóng nằm trong vùng quang phổ khả kiến (nhìn thấy được bằng mắt thường,
5
khoảng từ 380 nm đến 740 nm). Giống như các bức xạ điện từ khác, ánh sáng cũng
được mô tả như những đợt sóng hạt chuyển động với các hạt gọi là photon ánh
sáng.

Ánh sáng là một sóng dao động điện và từ trường. Nó là 1 phần nhỏ trong dải tất
cả các tần số có thể có của bức xạ điện từ. Dải các tần số này gọi là phổ điện từ.
Phổ điện từ của 1 đối tượng là phân bố đặc trưng của các bức xạ điện từ phát ra
hoặc hấp thụ bởi các đối tượng cụ thể.

Sóng điện từ di chuyển trong không gian với vận tốc 299.792.458 m/s. Đây chính
là vận tốc của ánh sáng.

Năng lượng của bức xạ điện từ phụ thuộc vào bước sóng và tần số của nó. Bước
sóng chính là khoảng cách giữa các đỉnh sóng. Tần số là số đỉnh sóng đi qua 1
điểm trong 1 đơn vị thời gian (mỗi giây). Ánh sáng có bước sóng càng dài, tần số
càng ngắn và càng chứa ít năng lượng.

Màu sắc của ánh sáng

Ánh sáng khả kiến (ánh sáng nhìn thấy được) là một phần của phổ điện từ mà mắt

người có thể nhìn thấy được. Ánh sáng từ mặt trời hay bóng đèn điện được gọi là
ánh sáng trắng. Tuy nhiên, bên trongánh sáng trắng là một tập hợp của vô số những
màu sắc khác nhau. Khi chúng ta chiếu một chùm ánh sáng trắng qua một lăng
kính, chúng ta sẽ có thể thấy được những màu sắc khác nhau bên trong ánh sáng
trắng. Quang phổ này tương tự như các màu sắc của cầu vòng mà bạn nhìn thấy
được.
6


Các màu sắc trong ánh sáng trắng được pha trộn một cách liên tục từ màu này đến
màu khác. Dải màu này cơ bản bắt đầu từ đỏ, cam. Tiếp theo sẽ là vàng, lục, lam,
chàm và kết thúc bởi màu tím.Mỗi màu sắc tương ứng với 1 bước sóng, tần số và
mang năng lượng khác nhau. Ánh sáng tím có bước sóng ngắn nhất trong dải
quang phổ khả kiến. Điều này đồng nghĩa với việc tần số và năng lượng của ánh
sáng tím là cao nhất trong dải quang phổ khả kiến. Ngược lại, ánh sáng đỏ có bước
sóng dài nhất, tần số thấp nhất và sẽ mang ít năng lượng nhất.



Ánh sáng trong không khí

Ánh sáng di chuyển trong không gian theo đường thẳng nếu không có gì làm nó bị
nhiễu loạn. Khi ánh sáng di chuyển vào trong bầu khí quyển, nó tiếp tục đi theo
đường thẳng cho đến khi gặp phải các hạt bụi nhỏ hoặc các phân tử khí cản lại. Kể
7
từ lúc này, những gì xảy ra với ánh sáng phụ thuộc vào bước sóng của nó và kích
thước của những vật mà nó chiếu vào.

Những hạt bụi và nước trong không khí có kích thước lớn hơn so với bước sóng
của ánh sáng khả kiến. Khi ánh sáng chiếu vào những hạt có kích thước lớn hơn,

nó sẽ bị phản xạ lại theo nhiều hướng khác nhau hoặc bị các vật cản hấp thu. Do
các màu sắc khác nhau trong ánh sáng đều bị phản xạ lại từ các hạt theo cùng một
hướng nên ánh sáng phản xạ từ các hạt cản vẫn là ánh sáng trắng và chứa tất cả các
màu ban đầu.

Ngoài bụi và nước, trong khí quyển cũng chứa các phân tử khí. Các phân tử khí
này có kích thước nhỏ hơn so với bước sóng của ánh sáng khả kiến. Nếu ánh sáng
trắng chiếu vào các phân tử khí, thì chuyện không đơn giản như khi chiếu vào bụi
hay các hạt nước.

Khi ánh sáng chiếu vào phân tử khí, "một phần" của nó có thể bị phân tử khí hấp
thụ. Sau đó, các phân tử khí sẽ bức xạ ánh sáng theo nhiều hướng khác với ban
đầu. Sở dĩ có khái niệm "một phần" xuất hiện ở đây là vì sẽ có một số bước sóng
trong ánh sáng trắng (tương ứng với các màu sắc) dễ bị hấp thụ, một số bước sóng
khác khó bị hấp thụ hơn. Nói cách khác, một số bước sóng ngắn (như màu xanh
dương) sẽ bị hấp thụ nhiều hơn so với các bước sóng dài (như màu đỏ).
Nhà vật lý học người Anh John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh (1842-1919)
Người đề xuất phương trình xác định hệ số tán xạ Rayleigh giúp lý giải nguyên
nhân bầu trời có màu xanh

Quá trình trên được gọi là tán xạ Rayleigh. Hiện tượng được đặt theo tên của người
phát hiện ra nó: Lord John Rayleigh, một nhà vật lý học người Anh. Vào năm
1871, Rayleigh đã đưa ra phương trình tính hệ số tán xạ của một vật tỷ lệ nghịch
với bước sóng ánh sáng (ký hiệu là lamda) mũ 4. Nói cách khác, ánh sáng có bước
sóng càng ngắn thì càng bị tán xạ nhiều hơn và ngược lại.

8
9. Bóng tối, bóng nửa tối
a, Bóng tối
- Thí nghiệm

Đặt 1 nguồn sáng nhỏ (bóng đèn pin đang sáng) trước 1 màn chắn. Trong
khoảng cách từ bóng đèn đến màn ta đặt 1 miếng bìa. Làm thí nghiệm bằng cách
thay đổi vị trí của miếng bìa.
- Nhận xét : trên màn chắn chia thành 2 vùng sáng, tối rõ rệt.
Giải thích : Xuất hiện vùng tối vì ánh sáng từ nguồn sáng truyền tới màn chăn
(theo đường thẳng) đã bị vật chắn chặn lại.
- Định nghĩa : Bóng tối là vùng nằm ở phía sau vật cản, không nhận được ánh sáng
từ nguồn sáng truyền tới.
- Tìm hiểu về bóng tối : Bóng tối xuất hiện ở đâu ?
Bóng tối xuất hiện ở phía sau vật cản sáng khi vật này được chiếu sáng (vì
khi gặp vật cản sáng, ánh sáng không truyền qua được nên phía sau vật sẽ có một
vùng không nhận được ánh sáng truyền tới hay còn gọi là vùng bóng tối).
- Bóng tối của một vật thay đổi như thế nào ?
Bóng tối của một vật thay đổi khi vị trí của vật chiếu sáng đối với vật đó
thay đổi (do ánh sáng truyền theo đường thẳng nên bóng tối có hình dạng của vật
cản sáng).
b, Bóng nửa tối
- Thí nghiệm : Làm thí nghiệm như trên nhưng thay đèn pin bằng ngọn đèn điện
sáng (nguồn sáng rộng). Di chuyển miếng bìa và quan sát trên màn chắn.
- Nhận xét : Ta thấy xuất hiện trên màn chắn 3 vùng sáng tối khác nhau :
+ Vùng sáng hoàn toàn.
+ Vùng bóng tối
9
+ Vùng chỉ nhận được một phần ánh sáng của nguồn sáng gọi là vùng bóng
nửa tối. Lí do có sự khác biệt so với thí nghiệm trên là vì nguồn sáng có kích thước
lớn hơn.
- Định nghĩa : Bóng nửa tối là vùng nằm ở phía sau vật cản, nhận được một phần
ánh sáng từ nguồn sáng truyền tới.
c, Ứng dụng của bóng tối và bóng nửa tối
- Ứng dụng của bóng tối :

+ Rửa ảnh
+ Làm chữ
+ Đo kích thước của vật
- Giải thích hiện tượng nhật thực, nguyệt thực
+ Nhật thực : Đứng ở chỗ bóng tối trên Trái Đất, chúng ta không nhìn thấy Mặt
Trời vì Mặt Trăng đã che khuất Mặt Trời, không cho ánh sáng từ Mặt Trời chiếu
tới, đó là hiện tượng nhật thực toàn phần.
+ Đứng ở chỗ bóng nửa tối trên Trái Đất (vùng 2), chúng ta chỉ nhìn thấy một phần
Mặt Trời, đó là hiện tượng nhật thực một phần.
+ Nguyệt thực : Khi Mặt Trời, Trái Đất, Mặt Trăng cùng nằm trên một đường
thẳng thì xảy ra hiện tượng nguyệt thực do Mặt Trăng đã đi vào vùng tối của Trái
Đất. Mặt Trăng ở vị trí số (1) thì người đứng ở vùng tối trên Trái Đất sẽ thấy hiện
tượng nguyệt thực.
10. Tác dụng của ánh sáng
Ánh sáng có vai trò quan trọng đối với sự sống. Nếu không có ánh sáng mặt
trời hay ánh sáng nhân tạo như đèn, điện,….thì sinh vật không thể tồn tại được.
Con người sử dụng ánh sáng nhân tạo để trang trí, chữa bệnh, sưởi ấm, chụp điện,
…
a, Tác dụng nhiệt của ánh sáng
10
- Ánh sáng chiếu vào các vật sẽ làm chúng nóng lên. Khi đó, năng lượng ánh sáng
đã bị biến thành nhiệt năng.
Ví dụ : Người làm muối sử dụng tác dụng nhiệt của ánh sáng mặt trời.
- Trong đời sống hàng ngày, các màu trắng, hồng… được gọi là các màu sáng. Các
màu đỏ, tím,…được gọi là các màu tối. Trong tác dụng nhiệt của ánh sáng thì vật
có màu tối hấp thụ năng lượng ánh sáng mạnh hơn vật có màu sáng.
- Tia hồng ngoại trong ánh sáng mặt trời là loại ánh sáng không nhìn thấy được có
tác dụng nhiệt rất mạnh. Ứng dụng quan trọng nhất của tia hồng ngoại là dùng để
sấy hoặc sưởi.
+ Trong công nghiệp, người ta dùng tia hồng ngoại để sấy khô các sản phẩm sơn

(vỏ ô tô, tủ lanh….) hoặc các loại hoa quả (nho, chuối,…)
b, Tác dụng sinh học của ánh sáng
- Ánh sáng có thể gây ra một số biến đổi nhất định ở các sinh vật. Đó là tác dụng
sinh học của ánh sáng. Trong tác dụng này, năng lượng ánh sáng đã biến thành các
dạng năng lượng cần thiết cho cơ thể sinh vật.
- Cuộc sống trên Trái Đất tùy thuộc trực tiếp hoặc gián tiếp vào Mặt Trời. Ở đâu có
ánh sáng thì sự sống ở đó trở nên tươi tốt đối với cả thực vật, động vật và con
người.
+ Không có ánh sáng, thực vật sẽ mau chóng tàn lụi vì chúng cần ánh sáng
để duy trì sự sống. Mặt Trời đem lại sự sống cho thực vật, thực vật lại cung cấp
thức ăn, không khí sạch cho động vật và con người.
+ Nếu Mặt Trời không chiếu sáng, khi đó, khắp nơi sẽ tối đen như mực.
Chúng ta không nhìn thấy mọi vật xung quanh. Nhờ ánh sáng, chúng ta cảm nhận
được vẻ đẹp của thiên nhiên.
+ Ánh sáng tác động đến mỗi chúng ta trong suốt cả cuộc đời. Nó giúp
chúng ta có thức ăn, sưởi ấm và ảnh hưởng tích cực đến sức khỏe, cơ thể cứng cáp,
khỏe mạnh, giúp chúng ta minh mẫn.
11
+ Loài vật cần ánh sáng để di chuyển, tìm thức ăn, nước uống, phát hiện ra
những nguy hiểm cần tránh. Ánh sáng và thời gian chiếu sáng còn ảnh hưởng đến
sự sinh sản của một số loài động vật.
Ví dụ: Con người dùng điện để kéo dài thời gian chiếu sáng trong ngày, kích
thích gà ăn nhiều, chóng tăng cân và đẻ nhiều trứng.
+ Tia tử ngoại trong ánh sáng mặt trời (tia cực tím) có tác dụng sinh học rõ
rệt. Nó gây ra một số phản ứng quang hóa, phản ứng quang hợp ở cây xanh
Trong công nghiệp, tia tử ngoại dùng để phát hiện vết xước nhỏ, vết nứt trên các
sản phẩm tiện Trong y học, tia tử ngoại dùng để chữa bệnh còi xương.
c) Tác dụng quang điện của ánh sáng
Trong khoa học, người ta gọi pin mặt trời là quang điện. Đó là do trong pin
có sự biến đổi trực tiếp của năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Tác dụng

của ánh sáng lên pin quang điện gọi là tác dụng quang điện.
II. Các hiện tượng quang học
1. Hiện tượng mây dạ quang

Những đám mây dạ quang (Noctilucent Cloud hay Night-shining Cloud) là những
đám mây cao trong bầu khí quyển (85km) khúc xạ ánh sáng vào lúc trời mờ tối
(hoàng hôn hay bình minh) khi mặt trời đã lặn. Lúc đó mây dạ quang toả sáng bầu
trời mà không thấy một nguồn sáng rõ rệt nào cả. Những hình ảnh hoàng hôn kỳ
12
thú trên bầu trời về đêm đã trở thành một trong những thú vui thư giãn phổ biến
trên toàn thế giới.
Dù mây dạ quang trông giống như ở ngoài không gian, nhưng thực ra chúng vẫn ở
trong tầng giữa khí quyển trái đất (độ cao từ 50 đến 85 km). Tầng này không
những rất lạnh (-125
0
C) mà còn rất khô - khô gấp 100 triệu lần không khí ở
hoang mạc Sahara.
Mây dạ quang là hiện tượng tương đối mới lần đầu tiên được mô tả vào năm 1885,
hai năm sau sự kiện phun trào của đảo núi lửa Krakatoa (Indonesia). Núi lửa đã
phun một trùm tro bụi và mảnh vụn lên bầu khí quyển Trái Đất đạt tới độ cao 80
km. Sự kiện này đã ảnh hưởng tới khí hậu và thời tiết toàn cầu trong nhiều năm và
có lẽ đã tạo ra những đám mây dạ quang đầu tiên.

2.
Ảnh hưởng của vụ phun trào núi lửa Krakatoa dần dần cũng mất đi, nhưng những
đám mây tích điện màu xanh lục bất thường thì vẫn còn lại. Chúng náu mình trong
tầng giữa mỏng manh của Trái Đất – đây là vùng khí quyển bên trên với áp lực nhỏ
hơn 10.000 lần áp lực trong nước biển. Chúng xuất hiện thường xuyên nhất vào
các tháng mùa hè từ 50 đến 70 độ Bắc và Nam. Một thế kỷ trước đây, chúng bị hạn
chế ở những vĩ độ trên 50, phải đến những nơi như Anh, Scandinavi và Nga, khu

vực bắc Âu và Canada mới nhìn thấy được chúng. Trong những năm gần đây,
chúng đã xuất hiện ở miền Nam bang Utah và Colorado của Mỹ.
Ngày 18/2/2003, những phi hành gia trên trạm không gian quốc tế ISS đã mục kích
một cảnh tượng đẹp mắt: Đó là những đám mây dạ quang, hay còn gọi là mây
chiếu sáng về đêm có hình dáng dài mỏng mảnh màu xanh tuyệt đẹp bay lơ lửng
quanh quỹ đạo trái đất.
Mây dạ quang phía trên hồ Saimaa
13
Tháng 1/2003, phi hành gia Don Pettit cũng là một nhà khoa học tại Phòng thí
nghiệm quốc gia Los Alamos cho biết: “Trong nhiều tuần qua, chúng tôi đã được
thưởng thức quang cảnh đẹp mắt của những đám mây này ở vùng nam bán cầu.
Chúng tôi cũng thường thấy chúng khi bay trên bầu trời của đất nước Australia và
Nam Mỹ”. Những người ở trái đất cũng có thể nhìn thấy chúng tỏa sáng lấp lánh
sau khi mặt trời lặn, dẫu rằng nhìn từ không gian vẫn đẹp hơn. Pettit ước tính chiều
cao của chúng có thể lên đến 80-100 km
Những đám mây không ngừng rực sáng và trôi dần về phía vùng cực, lần đầu tiên
được vệ tinh ( vệ tinh Aeronomy of Ice in the Mesosphere của NASA) chụp từ vũ
trụ. Loại mây bí ẩn này được gọi là "đèn đêm". Các đám mây hình thành ở độ cao
80 km trên bề mặt đất, trong tầng trên của khí quyển gọi là mesosphere, xuất hiện
trong những tháng hè ở cực Nam cũng như trong mùa hè ở cực Bắc.

Một trong những lần đầu tiên các đám mây sáng rực này được quan sát từ mặt đất,
trên bầu trời Budapest, Hungary hôm 15/06/2007. (Ảnh:LiveScience)

Vào ngày 11/06/2007, chiếc cameracủa vệ tinh nhân tạo AIM (Aeronomy of Ice in
the Mesosphere ) đã cung cấp dữ liệu đầu tiên về những đám mây dạ quang ở Bắc
14
cực thuộc khu vực châu Âu và Bắc Mỹ. Màu trắng và xanh sáng hiển thị cấu trúc
đám mây dạ quang, màu đen là những nơi không có dữ liệu. (Ảnh: LiveScience)
Giải thích hiện tượng

Tro núi lửa Krakatoa có thể là nguyên nhân của năm 1885, nhưng không thể giải
thích được cho hiện tượng của ngày nay. Những đám mây gần trái đất có thể lấy
bụi từ bão gió sa mạc, nhưng thật khó mà bốc bụi lên đến tận tầng giữa của khí
quyển. Điều này có thể là do bụi vũ trụ. Mỗi ngày trái đất tiếp xúc với hàng tấn
thiên thạch - những mẩu vụn chất thải từ các sao chổi và hành tinh nhỏ. Đa số
chúng có kích thước phù hợp với các đám mây dạ quang.
Một nhà vật lý học plasma Paul M. Bellan – giáo sư vật lý ứng dụng tại Viện công
nghệ California (Caltech) cuối cùng đã tìm ra lời giải đáp cho đặc điểm kỳ lạ của
những đám mây dạ quang, chấm dứt bí ẩn kéo dài nhiều thập kỷ. Ông cho biết :
“Phạm vi có mây dạ quang dường như đang tăng lên, có lẽ vì khí hậu toàn cầu
đang ấm dần lên”.
Mây dạ quang là một hiện tượng xảy ra vào mùa hè bởi bầu khí quyển ở độ cao 85
km lạnh nhất khi mùa hè đến, thúc đẩy quá trình hình thành hạt băng tạo nên đám
mây. Các tinh thể nước đá trong mây cần hai điều kiện để phát triển: các phân tử
nước và một cái gì đó để chúng bám vào, chẳng hạn như bụi. Nước tụ tập trên bụi
để tạo thành những giọt nước hay các tinh thể nước đá là một tiến trình được gọi
với cái tên “sự cấu thành hạt nhân” và chúng xảy ra trong tất cả các đám mây bình
thường.
Theo các nhà nghiên cứu tại Poker Flat (Alaska), hai mươi lăm năm về trước họ đã
phát hiện đặc tính khác thường rằng đám mây phản chiếu mạnh với ra-đa. Giải
thích: các hạt băng trong mây dạ quang được bao phủ bởi một lớp kim loại mỏng
có thành phần bao gồm natri và sắt. Lớp màng kim loại đã khiến sóng ra-đa phản
xạ gợn sóng trong đám mây giống như hiện tượng tia X phản xạ từ lưới tinh thể
(Theo số ra tháng 8 tờ Journal of Geophysical Research-Atmospheres).
Nguyên tử Natri và sắt thu thập được trong tầng khí quyển bên trên sau khi sao
băng siêu nhỏ nổ tung trên bầu trời. Các nguyên tử kim loại này định cư trong lớp
hơi nước mỏng ở ngay trên độ cao nơi xảy ra mây dạ quang. Các nhà thiên văn học
mới đây đã sử dụng lớp Natri để tạo ra ngôi sao chỉ dẫn nhân tạo chiếu sáng nhờ
tia laze cho chiếc kính viễn vọng quang học thích nghi nhằm loại bỏ hiệu ứng gây
nhiễu loạn của bầu khí quyển để có được những bức hình về bầu trời rõ nét hơn.

Các biện pháp xác định độ đậm đặc của các lớp hơi nước có nguyên tử natri và sắt
cho thấy hơi nước kim loại giảm đi tới 80% khi có mây dạ quang hiện diện. Giáo
sư Bellan cho biết: “Mây dạ quang giống như một cái bẫy ruồi đối với nguyên tử
15
natri và sắt”. Qua các thí nghiệm thực hiện trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên
cứu khác cũng phát hiện ra rằng ở nhiệt độ lạnh lẽo (-123 độ C) bên trong đám
mây dạ quang, nguyên tử trong hơi nước có natri sẽ nhanh chóng đọng lại trên bề
mặt băng để hình thành màn kim loại.
Giáo sư Bellan nói: “Nếu có các hạt băng phủ kim loại trong mây dạ quang thì
rađa sẽ phản ứng rất mạnh. Hiện tượng này không phải là tổng hợp của các phản
ứng đối với từng hạt băng. Trên thực tế các hạt băng không gây ra phản ứng mạnh
đến thế. Điều mấu chốt chính là các đường gợn sóng của đám mây có chứa hạt
băng phủ kim loại đã phản xạ cùng nhau và củng cố cho nhau, hiện tượng này
giống như một đoàn diễu hành đều bước qua cầu và khiến cây cầu rung chuyển”.
Mây dạ quang được cấu tạo từ những tinh thể nước đá nhỏ xíu, tương đương với
kích thước của các phân tử khói thuốc lá. Ánh mặt trời phản chiếu từ những tinh
thể này khiến cho chúng có màu xanh đặc trưng. Các hạt băng trong mây dạ quang
được bao phủ bởi một lớp kim loại mỏng có thành phần bao gồm Natri và sắt.
Natri và sắt ở đâu ra ?
Do tro bụi và mảnh vụn phun trào từ núi lửa lên bầu khí quyển Trái Đất đạt tới độ
cao vào cỡ 80 km.
Nguyên tử Natri và sắt thu thập được trong tầng khí quyển bên trên sau khi sao
băng siêu nhỏ nổ tung trên bầu trời. Các nguyên tử kim loại này định cư trong lớp
hơi nước mỏng ở ngay trên độ cao nơi xảy ra mây dạ quang.
2.Tại sao bầu trời có màu xanh ?
Giải thích hiện tượng
Màu xanh của bầu trời là do tán xạ Rayleigh
16

Do bước sóng của ánh sáng (100~1000 nm) lớn hơn so với kích thước của các

phân tử khí (10 nm) nên chúng ta có thể áp dụng công thức tán xạ Rayleigh cho
hiện tượng tán xạ ánh sáng trong khí quyển của Trái Đất.



Khi ánh sáng đi vào khí quyển của Trái Đất, hầu hết những bước sóng dài đều
không bị các phân tử khí hấp thụ nên có thể đi xuyên qua. Một ít ánh sáng đỏ, cam,
vàng có thể bị ảnh hưởng của không khí. Tuy nhiên, một lượng lớn bước sóng
ngắn đã bị các phân tử khí hấp thụ. Ánh sáng bước sóng ngắn bị hấp thụ sau đó sẽ
được tán xạ ra ngoài theo rất nhiều hướng khác nhau.

Lúc này, ánh sáng xanh sẽ tán xạ khắp bầu trời. Vào ban ngày, cho dù bạn đứng ở
bất cứ đâu và nhìn theo hướng nào thì một số ánh sáng xanh bị tán xạ luôn hướng
17
tới mắt của bạn. Do đó, khi bạn ngước nhìn lên phía trên đầu mình thì bầu trời sẽ
luôn có màu xanh.

Nếu bạn chú ý kỹ hơn, thì khi nhìn càng gần về phía đường chân trời thì bầu trời
có vẻ nhạt màu hơn. Đó là do, để đến được vị trí của bạn, ánh sáng xanh sau khi bị
tán xạ phải đi qua thêm nhiều lớp không khí. Một phần tiếp tục bị tán xạ theo nhiều
hướng khác. Do đó, có ít ánh sáng xanh từ phía gần chân trời tiến đến vị trí của bạn
hơn so với lượng ánh sáng xanh từ đỉnh đầu bạn.



Một điểm khác đáng chú ý là chắc chắn nếu theo dõi đến đây, các bạn sẽ có thắc
mắc rằng: Bước sóng của màu tím và màu chàm thậm chí còn ngắn hơn màu xanh,
vậy lẽ ra bầu trời phải có màu tím chứ? Câu trả lời đã sẵn sàng cho các bạn.
18
/>

Vậy tại sao bầu trời không phải là màu tím? Đó mới là bước sóng ngắn nhất mà!

Một nguyên nhân chính là do hoạt động của mắt người trong việc nhìn thấy màu
sắc. Mắt người nhạy cảm với ánh sáng có bước sóng từ 380 đến 740 nm. Trên
võng mạc bình thường có 10 triệu tế bào que cảm biến ánh sáng và 5 triệu tế bào
hình nón phát hiện ra màu sắc. Mỗi tế bào nón có chứa sắc tố giúp phản ứng với
từng loại bước sóng khác nhau. Có 3 loại tế bào nón chính tương ứng với các loại
bước sóng ngắn, trung bình và dài. Chúng ta cần phải sử dụng cả 3 loại tế bào này
để nhìn thấy màu sắc chính xác nhất.

Mỗi tế bào nón có phản ứng với các bước sóng tối đa là: 570 nm đối với bước sóng
dài, 543 đối với bước sóng trung bình, và 442 nm đối với bước sóng ngắn. Dù vậy,
3 loại tế bào nón này có thể phản ứng với số bước sóng trên diện rộng và chồng
chéo nhau. Điều này có nghĩa là sẽ có trường hợp 2 quang phổ khác nhau có thể
gây ra cùng 1 phản ứng trên các tế bào nón.

2 quang phổ khác nhau nhưng cùng tạo 1 phản ứng giống nhau trên tế bào nón
được gọi là đồng phân dị vị. Trở lại vấn đề bầu trời, khi bầu trời là một hỗn hợp
giữa màu xanh và tím. Các tế bào nón trong mắt người sẽ phản ứng khi nhìn thấy
hỗn hợp này thành hỗn hợp của màu xanh và trắng. Và cuối cùng, tín hiệu đưa về
hệ thần kinh chỉ là màu xanh. Điều này tương tự như thủ thuật trộn màu đỏ và xanh
lá để thành màu vàng vậy.

Dù vậy, một số loài động vật nhìn bầu trời không phải có màu xanh như con người.
Ngoài con người và một số loại linh trưởng, hầu hết các loài động vật khác đều có
2 loại tế bào hình nón trong võng mạc. Do đó, các loài động vật này, như chim
chẳng hạn, sẽ nhìn thấy bầu trời là màu tím.
19
3. Màu của Mặt trời :

Nếu ánh sáng khuếch tán chứa nhiều tia màu chàm là bởi vì nó tùy thuộc vào ánh
sáng được chuyển đến (mắt ta). Ánh sáng càng thiếu mất màu chàm khi đường đi
của nó trong bầu khí quyển càng lớn. Mặt trời có màu trắng dưới mắt các phi hành
gia ngoài vũ trụ (vì không qua một "lăng kính" thiên nhiên nào hết).Nhìn từ trái
đất, nó có màu vàng khi ở đỉnh đầu. Khi mặt trời di chuyển xuống chân trời, nó
càng lúc càng đỏ hơn vì ánh sáng của nó đi xuyên qua một lớp khí quyển càng lúc
càng dày hơn.
Màu của mặt trời hoàng hôn:
Buổi hoàng hôn, ánh sáng Mặt trời chiếu một khoảng cách dài hơn (đường xéo
d
2
dài hơn đường d
1
) trước khi đến mắt ta. Số phân tử mà ánh sáng dội (bondir) lên
đó nhiều hơn rất nhiều nên những màu chàm và tím có nhiều thời gian để bị
khuếch tán hoàn toàn. Do sự vắng mặt của thành phần chàm và tím mà thành phần
20
còn lại là vàng và đỏ với một ít xanh lá cây tạo cho bầu trời có màu đỏ tía
(pourpre).
Màu của Mặt trời bình minh:
Cũng như mặt trời hoàng hôn, Mặt trời bình minh ở sát chân trời vì trong quá trình
xa xôi ánh sáng của nó đã mất đi phần lớn ánh sáng màu chàm và xanh nên còn
lại màu cam và đỏ. Mặt trời bình minh có màu đỏ cam. Mây khuếch tán màu đỏ
này khắp mọi hướng nên truyền những màu này đến mắt ta cả một không gian
nhuộm đỏ cam thật đẹp.
Lúc Mặt trời mới mọc hoặc sắp lặn không phải toàn bộ ánh sáng Mặt trời đều tán
xạ qua tầng khí quyển dày hơn để đi đến mắt ta, mà một số ánh sáng đã thoát lên
phần khí quyển ở ngay phía trên đầu của chúng ta. Mặc dầu chỉ có một phần nhỏ
ánh sáng đi được tới phần trên này, nhưng đó toàn là các tia sáng màu có bước
sóng ngắn trong ánh sáng trắng d9a4 bị tán xạ. Do đó bầu trời trên đầu chúng ta

vẫn có sắc thái xanh lam trong khi mặt trời bình minh và hoàng hôn có màu vàng,
cam và đỏ
Mặt trời xanh :
21
4.
Mặt trời xanh là kết quả của sự tán sắc dị thường của ánh sáng Mặt trời trong điều
kiện các tạp chất có kích thước so sánh được với bước sóng của phần ánh sáng
nhìn thấy. Như đã nói ở phần lí thuyết, định luật Rayleigh chỉ áp dụng được nếu
các hạt tạp chất có kích thước bé hơn nhiều lần so với bước sóng của ánh sáng tới
(khoảng 0,001μm). Khi các vi thể tạp chất có kích thước r = 0,7 μm thì ánh sáng
Mặt trời sẽ tán xạ một cách dị thường: phần màu đỏ của quang phổ mặt trời bị tán
xạ mạnh hơn tất phải thoát ra ngoài trường nhìn của ta, còn phần màu xanh bị tán
xạ yếu hơn lại lọt vào mắt người quan sát. Lúc này Mặt trời không còn sáng như
bình thường hoặc đỏ như lúc mới mọc mà lại trông thấy có màu xanh.
Trong khí quyển có chứa các hạt nước, nhỏ nhất là các hạt chứa trong mây có kích
thước r = 3 -5 μm. Trong sương mù các giọt có r = 5 - 50 μm, còn trong mưa thì
các giọt nước có r = 0,1- 2,5 μm. Không có giọt nước có kích thước vào cỡ r = 0,7
μm, cho nên ta dễ hiểu vì sao bình thường không có thấy hiện tượng Mặt trời xanh.
Tuy nhiên vào ngày 26 tháng 9 năm 1951 người dân ở nhiều nước Tây Âu đã sững
sờ xúc động vì một cảnh tượng kì lạ: Mặt trời ban ngày có màu xanh biển thẳm,
còn về buổi tối thì Mặt trăng cũng có màu xanh
Được trang bị bằng lí thuyết tán xạ ánh sáng, người ta đã mau chóng tìm ra nguyên
nhân gây nên hiện tượng dị thường về màu sắc này. Số là do gió thổi từ Canada ở
bên kia bờ Đại tây dương đã đem theo những đám mây khổng lồ gồm các hạt nhựa
cây bốc bay lên từ những đám cháy rừng rộng lớn tại đỉnh Albert của nước này. Đo
đạc kích thước của các hạt nhựa cây và các tham số ứng với tán xạ dị thường của
ánh sáng trong không khí, người ta thu được kết quả hoàn toàn đúng như lí thuyết
22
dã dự đoán. Người dân Tây Âu hiểu rõ cơ sở khoa học của hiên tượng mặt trời và
mặt trăng màu xanh nên không còn lo sợ vì những…điềm báo dữ của một tai họa

mơ hồ nào đó mà một số người vì tư lợi thường hay tung tin để lừa bịp dân
chúng.
4.Tại sao hoàng hôn có màu đỏ?
Giải thích hiện tượng
Khi mặt trời bắt đầu lặn, ánh sáng cần phải đi một đoạn đường dài hơn qua không
khí trước khi đến vị trí mà bạn nhìn thấy. Lúc này, sẽ có càng nhiều ánh sáng bị
phản xạ và tán xạ hơn. Càng có ít ánh sáng trực tiếp từ mặt trời tiếp cận tới vị trí
của bạn, thì bạn sẽ nhìn thấy mặt trời càng ít phát sáng hơn. Cũng trong thời điểm
này, màu sắc của mặt trời bắt đầu có sự thay đổi, từ màu vàng lúc ban ngày bắt đầu
chuyển dần sang cam và sau đó đến đỏ.

Nguyên nhân chính là: Mặc dù lượng ánh sáng xanh vẫn bị tán xạ như lúc ban
ngày nhưng bị tán xạ nhiều lần do phải xuyên qua lớp không khí dày mới tới được
mắt người. Bên cạnh đó, các bước sóng dài (cam, vàng) trong chùm sáng chiếu
trực tiếp đến vị trí của bạn ngày một ít đi. Các bước sóng dài phải vượt qua quãng
đường dài hơn so với ban ngày để trực tiếp đến với vị trị của bạn. Chỉ còn lại ánh
sáng đỏ ít bị tán xạ được truyền thẳng đến mắt nhiều hơn.
23
Do đó, bạn sẽ nhìn thấy bầu trời ngày càng đỏ dần lên. Sau khi Mặt Trời đã khuất
sau đường chân trời, chúng ta không thấy trực tiếp ánh sáng của Mặt Trời; nhưng
nếu có các đám mây trên cao, chúng sẽ phản xạ lại ánh sáng đỏ xuống mặt đất, tạo
nên cảnh tượng tuyệt đẹp của hoàng hôn.
5. Tại sao về mùa hè có nhiều ngôi sao hơn mùa đông ?
Giải thích hiện tượng
Những ngôi sao hàng ngày chúng ta thường thấy phần lớn đều là những ngôi sao
trong hệ ngân hà, trong cả hệ ngân hà có trên 200 tỷ hằng tinh. Những hằng tinh
này nói chung đều phân bố trong phạm vi không gian hình cái bánh. Phần giữa của
cái bánh này dày hơn xung quanh, từ đầu này của cái bánh đến đầu kia của cái
bánh cần khoảng 160.000 năm ánh sáng. Vì trị hiện tại của hệ mặt trời nói chung
cách trung tâm hệ ngân hà khoảng 30.000 năm ánh sáng.

Nếu nhìn theo hướng trung tâm của hệ ngân hà thì có thể trông thấy trung tâm hệ
ngân hà dày đặc nhất của hằng tinh và phần lớn là cả hệ ngân hà.
Nếu nhìn từ phương hướng tương phản, thì chính là phần ven bên cạnh của hệ
ngân hà, và như vậy những vì sao mà chúng ta nhìn thấy cũng ít.
Trái đất không ngừng chuyển động quanh mặt trời suốt ngày đêm. Vào mùa hè,
trái đất ở vào vị trí giữa mặt trời và trung tâm hệ ngân hà, chúng ta có thể trông
thấy phần trung tâm hệ ngân hà các vì sao phân bố dày đặc nhất của hằng tinh,
đương nhiên là các vì sao sẽ rất nhiều. Còn vào mùa đông những gì chúng ta trông
thấy là phần ven ngoài của hệ ngân hà, và số lượng các hằng tinh sẽ ít hơn.
6. Tại sao các vì sao nhấp nháy?
Giải thích hiện tượng
Các ngôi sao trên bầu trời nhấp nháy là bởi ánh sáng của chúng phải xuyên qua bầu
khí quyển bảo vệ trái đất, vốn luôn biến động về nhiệt
độ và mật độ.
Vào những đêm trời xấu, các ngôi sao còn trông như
dịch chuyển liên tục bởi ánh sáng của nó bị khúc xạ
theo hướng này hay hướng khác. Cảnh tượng trông
cũng giống như nhìn một đồng xu nhảy múa ở dưới đáy
nước.
24
Các nhà thiên văn học tránh được tình trạng nhấp nháy này bằng cách sử dụng một
loại kính viễn vọng đặc biệt, bao gồm nhiều mặt gương nhỏ được điều chỉnh liên
tục để phù hợp với sự nhiễu loạn trong bầu khí quyển.
7. vì sao có cầu vồng ?

Giải thích hiện tượng
Cầu vồng là hiện tượng tán sắc của các ánh sáng từ Mặt Trời khi khúc xạ và phản
xạ qua các giọt nước mưa.
Các màu sắc cầu vồng nằm theo thứ tự đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Các
bức xạ hồng ngoại và tử ngoại nằm ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy của mắt người,

nên không hiện diện.
Tùy vào số lần phản xạ mà người ta phân ra làm cầu vồng bậc 1, bậc 2 Trong đó
cầu vồng bậc 1 là rõ nhất (chỉ có 1 lần phản xạ nên năng lượng sáng mạnh nhất).
Thường cầu vồng nhìn thấy là cầu vồng bậc 1. Tuy nhiên đôi khi ta còn quan sát
thêm được cầu vồng bậc 2 mà trật tự màu sắc lại ngược lại với cầu vồng bậc 1 và
cường độ sáng yếu hơn.
25