Tại sao trời tối nhanh hơn vào mùa đông so với mùa hè?

Đúng là có ít ánh kéo dài ban ngày hơn vào mùa đông.

Nếu bạn sống ở nơi mà phần lớn con người trên Trái Đất đang sinh sống – tức là ở bán cầu bắc – thì khi nhìn ra ngoài vào thời điểm này trong năm, bạn sẽ thấy một điều hoàn toàn dễ hiểu: trời kéo dài hơn nhiều so với sáu tháng trước, vào giữa mùa đông.

Mở đầu

Không chỉ đơn thuần là ban ngày dài hơn và ban đêm ngắn hơn – điều vốn là sự thật theo mùa khi so sánh mùa hè với mùa đông – mà còn có nhiều yếu tố khác khiến mùa hè kéo dài hơn mùa đông. Những yếu tố đó bao gồm:

– Phần tối nhất của bầu trời, được quan sát vào ban ngày, ít tối nhanh hơn vào mùa hè so với mùa đông.

– Bầu trời, ngay sau khi mặt trời lặn, trở nên tối nhanh hơn vào mùa đông so với mùa hè.

– Phần tối nhất của ban đêm vào mùa đông không chỉ tối nhanh hơn mà còn kéo dài lâu hơn nhiều so với mùa hè.

Không chỉ là do trục nghiêng của Trái Đất. Chắc chắn rồi, Trái Đất quay quanh trục của nó, và việc bán cầu của bạn (bắc hoặc nam) nghiêng về phía hoặc ra xa Mặt Trời sẽ quyết định đó là mùa hè hay mùa đông.

Trong khi điều này lý giải cho việc thời gian có ánh kéo dài ban ngày kéo dài vào mùa hè và rút ngắn vào mùa đông, thì nó vẫn chưa trả lời đầy đủ cho câu hỏi: Tại sao bên ngoài trông tối nhanh hơn vào mùa đông? Tôi cần lời giải thích khoa học đằng sau những gì chúng ta quan sát được.

Tin hay không tùy bạn, nhưng đúng là trời tối nhanh hơn vào mùa đông so với mùa hè theo tất cả những phương diện nêu trên. Và bạn có thể hiểu điều đó chỉ đơn giản bằng cách theo dõi quỹ đạo của Mặt Trời trên bầu trời. Hãy cùng khám phá khoa học giải thích vì sao mùa đông thật sự tối nhanh hơn mùa hè.

Những điều cơ bản mà bạn cảm nhận được

Quỹ đạo của Mặt Trời trên bầu trời vào các thời điểm khác nhau trong năm, chụp trên một cảnh quan phủ cỏ, với ba vòng cung các vị trí của Mặt Trời được biểu diễn bằng các chấm kéo dài, minh họa cho các điểm chí sớm nhất trong năm.

Đường đi của Mặt Trời trong ba sự kiện khác nhau: chí mùa hè (đường đi phía trên), chí mùa đông (đường đi phía dưới), và xuân phân – thu phân (đường đi ở giữa). Vị trí Mặt Trời kéo dài nhất tương ứng với thời điểm giữa trưa vào ngày xuân phân hoặc thu phân.

Những gì bạn trải nghiệm đều đã được mã hóa trong bức ảnh tua nhanh góc rộng phía trên. Khi Trái Đất quay quanh trục của mình, Mặt Trời sẽ:

– Mọc lên từ phía đông

– Đạt đến vị trí cao nhất trên bầu trời vào buổi trưa

– Và lặn ở phía tây

Những vòng cung này xuất hiện càng cao trên bầu trời khi bạn ở các vĩ độ thấp (gần xích đạo), nhưng lại thấp dần xuống khi bạn ở các vĩ độ cao (gần các cực).

Nếu bạn ở phía bắc của Vòng Bắc Cực (hoặc phía nam của Vòng Nam Cực), các đường cong quỹ đạo của Mặt Trời sẽ trở nên phẳng hơn và thấp đến mức mà quỹ đạo thấp nhất – tương ứng với ngày đông chí – sẽ không bao giờ vượt lên trên đường chân trời, vì vào những ngày đó không có ánh kéo dài mặt trời.

Ngược lại, quỹ đạo cao nhất – tương ứng với ngày hạ chí – sẽ không bao giờ lặn xuống, vì ngày hạ chí đi kèm với 24 giờ ánh kéo dài mặt trời liên tục.

Tất nhiên, nếu bạn ở gần xích đạo hơn, chẳng hạn như ngay phía bắc của chí tuyến Bắc (hoặc phía nam của chí tuyến Nam), bạn sẽ thấy Mặt Trời gần như ở ngay trên đỉnh đầu vào buổi trưa của ngày hạ chí, trong khi vào ngày đông chí, Mặt Trời sẽ chỉ lên đến một độ cao rất thấp phía trên đường chân trời.

Từ bất kỳ nơi nào giữa hai chí tuyến và hai vòng cực – tức là các vĩ độ trung bình, nơi phần lớn dân số thế giới sinh sống – có một sự chênh lệch lớn lên tới 47° giữa độ cao tối đa của Mặt Trời vào hạ chí và độ cao tối thiểu vào đông chí.

Trái Đất, khi di chuyển trong quỹ đạo quanh Mặt Trời và tự quay quanh trục của mình, dường như tạo thành một quỹ đạo hình elip khép kín và không thay đổi.

Lượng ánh kéo dài ban ngày ở bất kỳ vị trí nào trên Trái Đất phụ thuộc vào cả vĩ độ của người quan sát và độ nghiêng trục của Trái Đất so với Mặt Trời.

Đúng vậy, điều này là do độ nghiêng trục của Trái Đất.

Nhưng điều mà bạn có thể chưa nhận ra là, khi Trái Đất quay quanh trục của nó, quỹ đạo biểu kiến của Mặt Trời phụ thuộc rất nhiều vào vĩ độ nơi bạn đang sống.

Nếu bạn nhìn vào sơ đồ phía trên, bên phải là hướng nghiêng của Trái Đất vào ngày đông chí từ góc nhìn của bán cầu bắc, trong khi bên trái là hướng nghiêng của Trái Đất sáu tháng sau đó: vào ngày hạ chí.

Đúng vậy, nếu bạn sống bên trong Vòng Bắc Cực – ở các vĩ độ phía bắc lớn hơn 66,5° – bạn sẽ không bao giờ thấy Mặt Trời vào ngày đông chí, trong khi bạn sẽ luôn thấy Mặt Trời vào ngày hạ chí.

Nếu bạn ở giữa hai cực và không gần xích đạo thì sao?

Vì Trái Đất nghiêng 23,5° so với mặt phẳng quỹ đạo của nó quanh Mặt Trời, bạn có thể dễ dàng nhận thấy rằng Mặt Trời luôn tạo thành một vòng cung trên bầu trời khi Trái Đất quay, nhưng vòng cung đó thực chất là một phần của một vòng tròn lớn – một vòng tròn hoàn chỉnh 360° quanh Trái Đất.

Điểm mấu chốt là ban đêm xảy ra tại nơi Trái Đất tự che khuất phần còn lại của vòng tròn đó.

Vào mùa hè, từ bán cầu bắc, Mặt Trời mọc ở hướng đông bắc, di chuyển cao qua đỉnh đầu (về phía nam), rồi lặn ở hướng tây bắc, và ban đêm chỉ xảy ra trong khoảng thời gian ngắn khi Mặt Trời hoàn thành vòng cung đó và bị Trái Đất che khuất.

Tuy nhiên, vào mùa đông, Mặt Trời mọc ở hướng đông nam, di chuyển rất thấp phía trên đường chân trời về phía nam, và lặn ở hướng tây nam, trong khi phần còn lại của quỹ đạo 360° diễn ra hoàn toàn vào ban đêm.

Quỹ đạo của Mặt Trời vào ngày hạ chí (vòng cung trên) và đông chí (vòng cung dưới) từ một vị trí có vĩ độ 50°.

Hãy lưu ý rằng Mặt Trời di chuyển theo một quỹ đạo lớn hơn và kéo dài hơn nhiều trên bầu trời vào ngày hạ chí, và lặn chậm hơn nhiều so với vào ngày đông chí.

Biểu đồ phía trên cho thấy những quỹ đạo khác nhau này đối với một người sống tại vĩ độ 50°. Chỉ từ biểu đồ này, chúng ta có thể ngay lập tức hiểu được cách đầu tiên mà ta cảm nhận bóng tối: phần tối nhất của bầu trời vào ban ngày.

Lý do bầu trời của chúng ta có màu xanh là vì ánh kéo dài mặt trời – vốn bao gồm tất cả các màu trong quang phổ – bị tán xạ bởi các hạt có trong khí quyển.

Ánh kéo dài xanh lam (có bước sóng ngắn hơn) bị tán xạ dễ dàng hơn ánh kéo dài đỏ, và do đó phân tán khắp bầu trời tốt hơn so với ánh kéo dài đỏ.

Tuy nhiên, nếu bạn nhìn về phía đường chân trời vào ban ngày, bạn sẽ nhận thấy bầu trời có màu xanh nhạt hơn ở nơi tiếp giáp với mặt đất so với phần đỉnh đầu, tức thiên đỉnh. Ở ngay trên đầu bạn, sắc xanh lại có vẻ tối nhanh hơn.

Điều này xảy ra vì theo hướng nhìn lên cao, lượng khí quyển mà bạn nhìn xuyên qua là ít hơn so với khi nhìn về phía chân trời.

Khí quyển của Trái Đất rất mỏng so với kích thước thực của hành tinh – nó chỉ dày khoảng 100–200 km, trong khi đường kính Trái Đất lớn hơn 12.700 km. Khi bạn nhìn lên ngay trên đầu, đó là toàn bộ lượng khí quyển mà bạn thấy: chỉ 100–200 km đó.

Nhưng khi bạn nhìn gần về phía chân trời, có nhiều khí quyển hơn, đồng nghĩa với việc nhiều ánh kéo dài xanh bị tán xạ hơn, khiến bầu trời có màu kéo dài hơn.

Dù Mặt Trời đang ở vị trí nào trên bầu trời, màu của bầu trời hướng về thiên đỉnh (ngay trên đầu) luôn là màu xanh dương đậm hơn, trong khi bầu trời gần chân trời có màu lam nhạt và kéo dài hơn.

Điều này là do lượng khí quyển nhiều hơn và lượng ánh kéo dài tán xạ lớn hơn ở các góc thấp trên bầu trời.

Tại sao mùa hè ban ngày dài hơn hơn mùa đông?

Bây giờ, hãy xét đến điều chúng ta biết thêm về vị trí của Mặt Trời vào mùa hè (gần ngày hạ chí) so với mùa đông (gần ngày đông chí): Mặt Trời sẽ cao hơn 47° trên bầu trời, gần hơn với vị trí thiên đỉnh vào mùa hè so với mùa đông.

Điều đó có nghĩa là:

– Mặt Trời gần với vị trí ngay trên đầu hơn

– Chiếu ánh kéo dài trực tiếp hơn lên khu vực tối nhất của bầu trời truyền thống

– Khiến toàn bộ bầu trời kéo dài hơn một cách mạnh mẽ

– Và điều này rõ rệt hơn khi gần ngày hạ chí so với ngày đông chí

Ngay cả khi bỏ qua những yếu tố khác – chẳng hạn như mùa hè thường ít mây và trời trong hơn mùa đông – thì điều này cũng đủ để giải thích vì sao ban ngày kéo dài hơn vào mùa hè so với mùa đông: Mặt Trời càng cao trên bầu trời thì ánh kéo dài nó tạo ra càng mạnh và rộng.

Chắc chắn rằng, vào mùa đông có ít ánh kéo dài ban ngày hơn so với mùa hè, do bán cầu của bạn nghiêng xa khỏi Mặt Trời. Nhưng bóng tối còn sâu hơn thế.

Nếu bạn nhìn ra ngoài vào những ngày này, nếu bạn sống ở nơi mà phần lớn con người trên Trái Đất sinh sống — ở bán cầu bắc — bạn có thể thấy một điều hoàn toàn dễ hiểu: độ kéo dài so với sáu tháng trước, vào giữa mùa đông. Không chỉ là ngày dài hơn và đêm ngắn hơn, điều này đúng theo mùa vào mùa hè so với mùa đông, mà còn có nhiều cách khác mà mùa hè kéo dài hơn mùa đông. Bao gồm:

– Phần tối nhất của bầu trời, như được thấy vào ban ngày, ít tối nhanh hơn vào mùa hè so với mùa đông.

– Bầu trời, ngay sau khi mặt trời lặn, tối đi nhanh hơn vào mùa đông so với mùa hè.

– Phần tối nhất của đêm, vào mùa đông, vừa tối nhanh hơn vừa kéo dài lâu hơn so với mùa hè.

Chắc chắn rằng, Trái Đất quay quanh trục của nó, và việc bán cầu của bạn (bắc hoặc nam) nghiêng về phía hoặc xa khỏi Mặt Trời xác định đó là mùa hè hay mùa đông. Mặc dù điều đó giải thích cho việc kéo dài giờ ban ngày vào mùa hè và rút ngắn giờ ban ngày vào mùa đông, nhưng điều đó không hoàn toàn trả lời câu hỏi của tuần này, đến từ Brian Greenberg, người muốn biết:

Tại sao trời có vẻ tối nhanh hơn vào mùa đông? Tôi cần khoa học đằng sau những gì chúng ta thấy.

Tin hay không, thực sự trời tối nhanh hơn vào mùa đông so với mùa hè theo tất cả các tiêu chí này, và bạn có thể hiểu tại sao chỉ bằng cách theo dõi quỹ đạo của Mặt Trời trên bầu trời. Hãy cùng tìm hiểu khoa học về lý do tại sao mùa đông thực sự tối nhanh hơn mùa hè.

Hình ảnh tổng hợp này cho thấy quỹ đạo của Mặt Trời trong ba sự kiện khác nhau: Hạ chí (đường trên cùng), Đông chí (đường dưới cùng), và điểm phân (đường giữa). Mặt Trời kéo dài tương ứng với buổi trưa vào điểm phân.

Những điều cơ bản mà bạn trải nghiệm được mã hóa trong bức ảnh tua nhanh góc rộng này. Khi Trái Đất quay quanh trục của nó, Mặt Trời dường như:

– Mọc ở phía đông.

– Đạt độ cao tối đa trên đầu vào buổi trưa.

– Sau đó lặn ở phía tây.

Với những vòng cung đó đều xuất hiện cao hơn trên bầu trời ở vĩ độ thấp hơn, nhưng thấp hơn trên bầu trời ở vĩ độ cao hơn.

Nếu bạn ở phía bắc của Vòng Bắc Cực (hoặc phía nam của Vòng Nam Cực), các đường cong dường như phẳng ra và hạ thấp đến mức quỹ đạo thấp nhất — quỹ đạo tương ứng với Đông chí — không bao giờ vượt qua đường chân trời, vì không có ánh kéo dài mặt trời vào những ngày đó. Quỹ đạo cao nhất, tương ứng, không bao giờ lặn, vì Hạ chí tương ứng với 24 giờ ánh kéo dài liên tục.

Tất nhiên, nếu bạn ở gần xích đạo hơn, chẳng hạn như ngay phía bắc của Chí tuyến Bắc (hoặc ngay phía nam của Chí tuyến Nam), bạn sẽ thấy Mặt Trời xuất hiện gần như hoàn toàn trên đầu vào buổi trưa vào Hạ chí, trong khi Mặt Trời đạt độ cao thấp hơn nhiều trên đường chân trời vào Đông chí. Từ bất kỳ đâu giữa các chí tuyến và các vòng cực — tức là, ở vĩ độ trung bình, nơi phần lớn dân số thế giới sinh sống — có sự khác biệt đáng kể 47° giữa độ cao tối đa (vào Hạ chí) và tối thiểu (vào Đông chí) của Mặt Trời trên đường chân trời.

Độ nghiêng trục của Trái Đất và ảnh hưởng đến ánh kéo dài ban ngày

Trái Đất, di chuyển trong quỹ đạo quanh Mặt Trời và quay quanh trục của nó, dường như tạo ra một quỹ đạo elip đóng, không thay đổi. Lượng ánh kéo dài ban ngày tại bất kỳ vị trí nào trên Trái Đất phụ thuộc vào cả vĩ độ của người quan sát và độ nghiêng của trục Trái Đất so với Mặt Trời.

Đúng vậy, điều này là do độ nghiêng trục của chúng ta. Nhưng điều bạn có thể không nhận ra là, khi Trái Đất quay quanh trục của nó, quỹ đạo biểu kiến của Mặt Trời phụ thuộc rất nhiều vào vĩ độ của bạn. Nếu bạn nhìn vào sơ đồ trên, bên phải là hướng của Trái Đất vào Đông chí từ quan điểm của bán cầu bắc, trong khi bên trái là hướng của Trái Đất 6 tháng sau: vào Hạ chí. Đúng vậy, nếu bạn sống bên trong Vòng Bắc Cực — ở vĩ độ bắc lớn hơn 66,5° — bạn sẽ không bao giờ thấy Mặt Trời vào Đông chí trong khi bạn sẽ luôn thấy Mặt Trời vào Hạ chí.

Nhưng điều gì xảy ra nếu bạn ở phía nam của Vòng Bắc Cực, nhưng chưa đến vĩ độ xích đạo?

Bởi vì Trái Đất nghiêng 23,5° so với mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời, bạn có thể tự thấy rằng Mặt Trời luôn xuất hiện tạo thành một vòng cung trên bầu trời khi Trái Đất quay, nhưng vòng cung đó chỉ là một phần của một vòng tròn lớn: một vòng tròn 360° hoàn chỉnh quanh Trái Đất. Điểm mấu chốt là giờ ban đêm xảy ra bất cứ khi nào chính Trái Đất cản trở vòng tròn lớn đó.

Trong mùa hè, từ bán cầu bắc, Mặt Trời mọc ở đông bắc, đi qua cao trên đầu (hướng về phía nam), và lặn ở tây bắc, và chỉ là ban đêm khi Mặt Trời hoàn thành vòng cung đó trong khoảng thời gian ngắn khi Trái Đất cản trở. Tuy nhiên, trong mùa đông, Mặt Trời dường như mọc ở đông nam, đi qua thấp trên đường chân trời ở phía nam, và lặn ở tây nam, trong khi toàn bộ phần còn lại của hành trình 360° diễn ra vào ban đêm.

Thời gian bầu trời tối vào mùa hè và mùa đông khác nhau như thế nào?

Bạn cũng có thể nhận thấy, ngay cả khi tính từ lúc Mặt Trời vừa lặn cho đến khi trời hoàn toàn tối bên ngoài, rằng mất nhiều thời gian hơn để bầu trời tối đi — không chỉ hoàn toàn mà thậm chí rõ rệt — và để các ngôi sao xuất hiện vào ban đêm, trong mùa hè so với mùa đông. Cũng có một lý do khoa học cho điều đó.

Khi Mặt Trời chỉ vừa mới khuất dưới đường chân trời, bầu trời vẫn gần như kéo dài như vào ban ngày. Khi nó tiếp tục hạ thấp dưới đường chân trời, chúng ta trải qua ba giai đoạn: hoàng hôn dân dụng, hoàng hôn hàng hải, và hoàng hôn thiên văn, trước khi màn đêm thực sự bắt đầu. Và quá trình hoàng hôn đó diễn ra ngược lại vào đầu ngày mới.

Các mức độ tối khác nhau mà chúng ta trải nghiệm vào ban đêm, sau khi Mặt Trời đã lặn, chủ yếu phụ thuộc vào một yếu tố duy nhất: Mặt Trời thực sự thấp bao nhiêu so với đường chân trời. Mặc dù chúng ta thường phân loại khoảng thời gian giữa bóng tối hoàn toàn của ban đêm và lúc Mặt Trời mọc hoặc lặn là chạng vạng, nhưng thực tế có ba loại chạng vạng khác nhau mà chúng ta trải nghiệm trên Trái Đất.

Có chạng vạng dân dụng, xảy ra ngay trước khi Mặt Trời mọc (bình minh) hoặc ngay sau khi Mặt Trời lặn (hoàng hôn), khi Mặt Trời ở gần đường chân trời nhưng vẫn còn nằm bên dưới: tức là ở giữa 0° và 6° dưới đường chân trời. Ánh kéo dài nhân tạo thường không cần thiết, vì ánh kéo dài còn sót lại từ Mặt Trời đủ cho mắt người nhìn thấy. Thông thường, chỉ có sao Kim – hành tinh kéo dài nhất – là có thể thấy trên bầu trời đêm.

Tiếp theo là chạng vạng hàng hải: khi Mặt Trời nằm giữa 6° và 12° dưới đường chân trời. Những ngôi sao kéo dài nhất và tất cả các hành tinh có thể nhìn thấy bằng mắt thường đều có thể quan sát được vào thời điểm này, và mắt người bắt đầu cần đến ánh kéo dài nhân tạo để nhìn rõ các chi tiết của hầu hết các vật thể trên Trái Đất.

Và cuối cùng là chạng vạng thiên văn, xảy ra khi Mặt Trời nằm giữa 12° và 18° dưới đường chân trời. Tất cả các sao kéo dài, cùng với phần lớn các sao trung bình và nhiều sao mờ hơn cũng dần trở nên khả kiến với mắt người, nhưng hầu hết các thiên thể mở rộng (như tinh vân và thiên hà) cũng như những ngôi sao mờ nhất có thể nhìn thấy bằng mắt thường thì vẫn chưa thể hiện rõ.

Chỉ khi Mặt Trời vượt quá 18° dưới đường chân trời thì bóng tối thực sự – tức là đêm đen hoàn toàn – mới diễn ra.

Bản đồ thế giới này cho thấy sự phụ thuộc theo vĩ độ về các loại chạng vạng có thể xảy ra trong các kỳ chí: Hạ chí đối với bán cầu bắc và Đông chí đối với bán cầu nam. Trên 48 độ vĩ độ, bóng tối thực sự của ban đêm không bao giờ xảy ra trong Hạ chí.

Có một điều sâu sắc mà chúng ta có thể nhận ra ngay lập tức: vì độ nghiêng trục của Trái Đất, bất kỳ ai ở vĩ độ lớn hơn 48,5° sẽ không bao giờ trải nghiệm được bóng tối hoàn toàn vào ngày Hạ chí, vì Mặt Trời sẽ không bao giờ xuống sâu hơn 18° dưới đường chân trời. Vấn đề này trở nên nghiêm trọng hơn ở các vĩ độ cao hơn, cụ thể:

– Trên 54,5°, chạng vạng thiên văn không bao giờ xảy ra vào Hạ chí

– Trên 60,5°, ngay cả chạng vạng hàng hải cũng không xảy ra vào Hạ chí

– Và trên 66,5°, hoàn toàn không có chạng vạng vào Hạ chí – chỉ có 24 giờ ánh kéo dài liên tục

Tuy nhiên, ngay cả ở những vĩ độ ôn hòa hơn, chẳng hạn như trong khoảng 20°, 30° hoặc 40° từ xích đạo về cả hai phía bắc hoặc nam, thời gian của từng giai đoạn chạng vạng đều kéo dài lâu hơn vào gần Hạ chí so với gần Đông chí. Dù phần tối nhất của ban đêm vẫn tối như nhau bất kể mùa nào, nhưng thời lượng của bóng tối không chỉ ngắn hơn vào mùa hè so với mùa đông, mà còn mất nhiều thời gian hơn sau khi Mặt Trời lặn (và lâu hơn trước khi Mặt Trời mọc) để Trái Đất chuyển qua các giai đoạn khác nhau của chạng vạng.

Trong Hạ chí, vòng tròn lớn mà Mặt Trời vạch ra trên bầu trời dành tương đối ít thời gian bên dưới đường chân trời, và mất nhiều thời gian hơn để hạ thấp vượt qua ngưỡng 18 độ so với các điểm phân hoặc Đông chí. Điều này giải thích cho việc màn đêm đến nhanh hơn vào mùa đông và đến chậm hơn vào mùa hè.

Hãy nhìn vào sơ đồ phía trên, được hiển thị lại cho một vị trí nằm ở 50° vĩ độ bắc. Như bạn có thể thấy, khi chúng ta so sánh hai kỳ chí với điểm phân, ta phát hiện rằng Mặt Trời đạt đến độ sâu dưới đường chân trời thấp hơn vào mùa đông so với mùa hè. Cụ thể, với ví dụ này:

– Vào Hạ chí, Mặt Trời đạt đến 16,5° dưới đường chân trời

– Vào điểm phân, Mặt Trời đạt đến 40° dưới đường chân trời

– Vào Đông chí, Mặt Trời đạt đến 63,5° dưới đường chân trời

Độ nghiêng 23,5° của hành tinh chúng ta là nguyên nhân chính cho những sự chênh lệch lớn này. Rõ ràng, có nhiều giờ hơn khi Mặt Trời ở 18° hoặc hơn dưới đường chân trời gần Đông chí hơn là gần điểm phân, và cũng có nhiều giờ hơn như vậy gần điểm phân so với gần Hạ chí.

Sự phẳng của quỹ đạo Mặt Trời tại các vĩ độ cao hơn

Nhưng còn có một điều khác cần nhận ra ở đây: càng ở xa xích đạo trên hành tinh Trái Đất, thì các vòng tròn quỹ đạo của Mặt Trời trông càng phẳng hơn. Điều này có nghĩa là khi bạn ở vĩ độ càng cao và càng gần đến Hạ chí, thì Mặt Trời dành nhiều thời gian hơn trong giai đoạn chạng vạng và ít thời gian hơn trong giai đoạn ban đêm thực sự. (Tương tự, Mặt Trời sẽ dành ít thời gian hơn trong chạng vạng và nhiều thời gian hơn trong đêm thực sự gần Đông chí.)

Như những đường cong nghiêng hơn thể hiện quỹ đạo của Mặt Trời bên dưới đường chân trời cho thấy – được biểu hiện rõ hơn ở các vĩ độ cao hơn (ví dụ 50° thay vì 40°) và gần Hạ chí hơn (so với điểm phân hay Đông chí) – Mặt Trời di chuyển chậm hơn qua các giai đoạn chạng vạng để đạt đến bóng tối hoàn toàn của ban đêm.

Một lần nữa, hãy quan sát sơ đồ phía trên, không chỉ cho thấy đường đi của Mặt Trời trên bầu trời vào ban ngày tại hai vĩ độ khác nhau, mà còn cả phần vô hình khi nó lặn xuống dưới đường chân trời.

Hãy chú ý đặc biệt đến cách quỹ đạo của Mặt Trời trở nên phẳng hơn trong Hạ chí (đường đi cao) so với các điểm phân (đường giữa) hoặc Đông chí (đường thấp). Cũng lưu ý rằng hiệu ứng này càng rõ ràng hơn ở các vĩ độ cao hơn: so sánh 50° với 40°. Ngay cả sự khác biệt tương đối nhỏ này cũng trở nên đáng kể khi gần đến Hạ chí!

Điều này càng trở nên rõ ràng hơn nếu chúng ta không chiếu toàn bộ bầu trời vào một góc toàn cảnh 360°, mà thay vào đó chia ngày và đêm đều nhau theo thời gian, và quan sát quỹ đạo biểu kiến của Mặt Trời nhìn từ Trái Đất trong suốt một ngày.

Bạn có thể thấy rằng, ngay cả khi không ở vào thời điểm chí, thì 6° đầu tiên dưới đường chân trời – đánh dấu chạng vạng dân dụng – trôi qua nhanh hơn (khi Mặt Trời không ở quá sâu bên dưới đường chân trời) so với chạng vạng hàng hải, là giai đoạn tiếp theo kéo dài từ 6° đến 12°, hay so với chạng vạng thiên văn, là giai đoạn từ 12° đến 18° trước khi bóng tối thực sự của đêm bắt đầu.

Hãy nhìn vào sơ đồ dưới đây, mô tả thời lượng của các giai đoạn khác nhau này tại vĩ độ 53° Bắc, tương ứng với Brighton, Anh, trong khoảng thời gian 24 giờ từ ngày 12 đến ngày 13 tháng 8 – tức khoảng 8 tuần sau Hạ chí.

Khi Mặt Trời lặn vào ngày 12 tháng 8 tại vĩ độ 53° Bắc, chạng vạng dân dụng kéo dài 37 phút sau hoàng hôn, chạng vạng hàng hải kéo dài tiếp 49 phút, và chạng vạng thiên văn kéo dài thêm 58 phút nữa, trước khi bóng tối thực sự của đêm chỉ diễn ra trong 4 giờ 32 phút. Sau đó, quá trình ngược lại xảy ra: bình minh thiên văn kéo dài 57 phút, bình minh hàng hải kéo dài 48 phút, và bình minh dân dụng kéo dài 38 phút. Quỹ đạo cong biểu kiến của Mặt Trời chính là nguyên nhân tạo nên điều này.

Kết luận: Mùa hè thật sự kéo dài hơn hơn mùa đông như thế nào?

Và đó là tất cả. Mùa hè thật sự kéo dài hơn mùa đông, không chỉ đơn thuần theo nghĩa nhiều giờ ánh kéo dài hơn so với giờ ban đêm, vốn đã được quyết định bởi độ nghiêng trục của Trái Đất và cách Trái Đất định hướng so với Mặt Trời, mà nó còn kéo dài hơn theo ba cách sâu sắc khác.

Ban ngày kéo dài hơn không chỉ vì có nắng

Ban ngày thật sự kéo dài hơn vào mùa hè không chỉ vì có nhiều nắng, mà còn vì độ cao của Mặt Trời trên bầu trời chiếu kéo dài phần bầu trời thường tối nhất – tức là phần ngay phía trên đầu – rõ rệt hơn nhiều so với mùa đông.

Đêm dài hơn vào mùa đông

Ban đêm kéo dài hơn vào mùa đông so với mùa hè, và đặc biệt là lượng thời gian Mặt Trời nằm dưới ngưỡng 18° so với đường chân trời dài hơn rất nhiều vào mùa đông so với mùa hè.

Thời gian chuyển từ kéo dài sang tối dài hơn vào mùa hè

Thời gian để bầu trời tối dần – qua các giai đoạn chạng vạng dân dụng, hàng hải, và thiên văn trước khi đạt đến bóng tối thực sự – dài hơn vào mùa hè so với mùa đông. Tương tự, thời gian cần để bầu trời kéo dài lên – từ bình minh thiên văn, đến hàng hải, rồi đến dân dụng – cũng dài hơn vào mùa hè.

Mùa hè thật sự kéo dài hơn, và mùa đông thật sự tối nhanh hơn, đối với tất cả những ai sống bên ngoài khu vực nhiệt đới gần xích đạo. Càng đi xa xích đạo, thì sự khác biệt này càng trở nên rõ rệt – với quỹ đạo của Trái Đất và độ nghiêng trục là nguyên nhân chính đứng đằng sau tất cả.