Tại sao phát hiện ra khoảng cách từ trái đất đến mặt trời lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?

Sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ dựa trên hai cơ sở: thứ nhất là khả năng tính toán khoảng cách từ trái đất đến các ngôi sao xa xôi, thứ hai là khả năng phân tích thành phần hóa học của các ngôi sao. Đầu năm 1859, sự ra đời của máy quang phổ đã khẳng định được khả năng của con người trong việc phân tích sự thay đổi thành phần hóa học của các ngôi sao. Khoảng cách từ trái đất đến mặt trời luôn có vai trò quan trọng và cơ bản nhất trong việc đo tính khoảng cách giữa các vì sao trong vũ trụ. Ngay từ năm 1672, Cassini là người đầu tiên đã đưa ra một cách tính chuẩn xác về khoảng cách từ trái đất đến mặt trời.

Kết quả đo tính của Cassini đã làm chấn động giới khoa học, con người lần đầu tiên nhận thức được sự mênh mông vô hạn của vũ trụ cùng sự nhỏ bé của trái đất. Trước đó, đa số các nhà khoa học cho rằng khoảng cách từ các ngôi sao đến trái đất không vượt quá vài triệu dặm. Nhưng sau khi phát hiện của Cassini ra đời, họ mới nhận ra ngay cả ngôi sao gần trái đất nhất cũng có khoảng cách đến vài tỉ (thậm chí gần nghì tỉ) dặm.


Khoảng cách từ trái đất đến mặt trời đã được tính toán như thế nào?

Giovani Cassini sinh năm 1625, ông sinh ra và lớn lên ở Italia. Ngày còn trẻ, Cassini lại đam mê thuật chiêm tinh chứ không phải thiên văn học, và kiến thức sâu rộng về chiêm tinh học đã mang lại sự nổi tiếng cho Cassini. Mặc dù Cassini viết nhiều bài chứng minh việc chiêm tinh học có thể tính đoán trước tương lai là không đáng tin, nhưng vẫn có rất nhiều người cố gắng tìm cách gặp được ông để xin ý kiến.
Năm 1668, Cassini tiến hành một loạt các nghiên cứu về thiên văn học tại Italia và nhận được nhiều đánh giá cao, sau đó đài thiên văn Paris đã mời ông giữ chức phụ trách đài. Một thời gian không lâu sau khi đến Paris, Cassini quyết định nhập quốc tịch pháp và đổi tên thành Jean Dominique Cassini.

Cassini rất cẩn thận chuyển từ Italia đến một chiếc kính viễn vọng tối tân nhiều chức năng, ông tiếp tục một loạt nghiên cứu về thiên văn học, và ông đã nhanh chóng trở thành một trong những nhà khoa học nổi tiếng nhất thế giới thời bấy giờ. Trong các phát hiện của ông còn bao gồm chu kì tự chuyển động của sao Hỏa và sao Thổ, ông còn phát hiện ra một đường khe hở trên vòng sáng của sao Thổ, đường rãnh đó giờ đây vẫn được gọi là khe hở Cassini.

Cassini còn là người đầu tiên cho rằng vận tốc ánh sáng là có giới hạn, nhưng ông lại từ chối công bố chứng cứ. Sau đó ông còn dành khoảng thời gian vài năm liền để chứng minh sự sai lầm trong lý luận đó. Ông là một người sùng đạo, vì thế ông cho rằng ánh sáng là do Thượng đế tạo ra và vì thế ánh sáng là hoàn mỹ và không thể có giới hạn, nó không chịu sự hạn chế của tốc độ truyền. Thế nhưng tất cả các phát hiện của ông lại cho thấy ánh sáng luôn truyền đi với một vận tốc cố định và hữu hạn.

Là một tín đồ trung thành của Thiên chúa giáo, Cassini một mực kiên định lý luận trái đất là trung tâm của vũ trụ. Nhưng cho đến năm 1672, với sự ra đời của lý luận kepler cùng với luận chứng Copernic, đã bắt đầu khiến cho Cassini tin rằng: Có thể mặt trời mới chính là trung tâm của vũ trụ.

Chính ý nghĩ đó đã thúc đẩy Cassini tiến hành đo đạc, xác định khoảng cách từ trái đất đến mặt trời .

Nhưng nếu đo trực tiếp thì quả là khó khăn và cũng thật nguy hiểm (ánh sáng mặt trời có thể làm mất đi thị lực của người đo). Thế nhưng thật may là phương trình Kepler đã giúp Cassini, chỉ cần tính được khoảng cách từ trái đất đến bất kỳ một hành tinh nào trong vũ trụ thì cúng có thể lợi dụng phương trình để tính ra khoảng cách từ trái đất đến mặt trời.

Trong các ngôi sao thuộc hệ mặt trời thì sao Hỏa tương đối gần với trái đất hơn cả, Cassini lại rất quen thuộc với sao Hỏa do đó ông quyết định dùng kính viễn vọng cách tân để đo khoảng cách từ trái đất đến sao Hỏa. Tất nhiên là Cassini không thể đo trực tiếp được nhưng nếu như trong cùng một thời gian có thể tính ra góc từ hai điểm khác nhau trên trái đất đến một điểm bất kì tương đồng trên sao Hỏa thì có thể vận dụng tam giác trong hình học tính ra được khoảng cách từ trái đất đến sao Hỏa.

Để đảm bảo sự chính xác trong tính toán, khoảng cách thẳng giữa hai điểm trên trái đất phải cách nhau thật xa, hơn nữa đó phải là khoảng cách đã được đo tính chính xác thông qua thực tế. Thế là Cassini cử nhà thiên văn học Jean Richer đến Cayenne trong vùng thuộc Pháp Guiana nằm gần bờ biển bắc của Nam Mỹ, bản thân Cassini thì ở Paris.

Vào một buổi tối tháng 8 măm 1672, hai người họ cùng tiến hành đo góc tạo thành với sao Hỏa, đồng thời họ đặt góc đó vào khoảng không bao la của vũ trụ. Sau khi Jean Richer mang các số liệu đo đạc được về Paris, Cassini đã căn cứ vào đó để xác định khoảng cách từ trái đất đến sao Hỏa. Cassini dựa trên phương trình của Kepler và tính ra được khoảng cách từ trái đất đến mặt trời là 8,7 x 107 dặm. Khoa học hiện đại ngày nay đã chứng minh sai số trong kết quả của Cassini là 7% (khoảng cách thực khoản 9,3 x 107 dặm).

Cassini tiếp tục tính ra khoảng cách từ trái đất đến các hành tinh khác, ông phát hiện ra sao Thổ cách trái đất đến 1,6 x 109 dặm. Phát hiện của Cassini đã chứng minh vũ trụ thực sự lớn gấp vài triệu lần so với trí tưởng tượng của con người.

Schoolnet