Vì sao Trái đất có hình cầu?

Nếu đứng trên mặt đất, chúng ta không nhận ra Trái đất có độ cong. Chính vì vậy, trong suốt một thời gian dài, nhiều người tin rằng hành tinh này phẳng. Chỉ khi quan sát kỹ các hiện tượng tự nhiên và từng bước khám phá những quy luật của vũ trụ, con người mới hiểu được vì sao Trái đất có hình dạng gần như một khối cầu.

Vì sao Trái đất có hình cầu?

Đây không phải là đặc điểm riêng của Trái đất mà là quy luật chung của các vật thể có khối lượng lớn như hành tinh và ngôi sao. Nguyên nhân quyết định hình dạng này chính là lực hấp dẫn.

Vật thể càng lớn thì khối lượng càng lớn, đồng nghĩa với lực hấp dẫn càng mạnh. Lực hấp dẫn của một vật luôn hướng về tâm của vật thể.

Khi mới hình thành, các hành tinh chưa có hình dạng xác định, chính lực hấp dẫn đã kéo các vật chất hướng về phía trung tâm, dẫn đến sau hàng triệu, hàng tỷ năm, cuối cùng các hành tinh dần có dạng gần như hình cầu. Tuy nhiên, một vật thể phải thực sự to lớn mới có thể tạo ra một lực hấp dẫn đủ mạnh vượt qua được lực liên kết của vật chất cấu tạo nên nó.

Khi đạt đến trạng thái gần hình cầu này, ta nói hành tinh đang ở trạng thái “cân bằng thủy tĩnh’‘. Nhưng không phải mọi hành tinh đều đạt đến trạng thái đó. Điều còn phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của chúng.

Một vật thể chỉ gồm nước lỏng sẽ dễ đạt trạng thái đó vì các phân tử nước có thể chuyển động tương đối tự do. Trong khi đó, một vật thể được cấu tạo hoàn toàn từ sắt nguyên chất sẽ cần có khối lượng lớn hơn nhiều để lực hấp dẫn thắng được lực liên kết của sắt.

Trong Hệ Mặt trời, các vật thể chủ yếu được cấu tạo từ băng thường bắt đầu có dạng gần cầu khi có đường kính khoảng 400km. Đối với những vật thể chủ yếu được cấu tạo từ vật liệu cứng hơn, ngưỡng này còn lớn hơn.

Hầu hết các vật thể đều tự quay quanh trục. Sự quay này khiến phần xích đạo phình ra một chút, làm cho hình cầu gần như hoàn hảo trở thành dạng gọi là hình cầu dẹt, trong đó đường kính qua xích đạo lớn hơn đường kính qua hai cực.

Điều này đúng với Trái đất của chúng ta, có đường kính xích đạo 12.756km và đường kính từ cực này đến cực kia là 12.712km.

Vì sao người xưa tin Trái đất phẳng?

Hãy quay ngược thời gian về thời kỳ chưa có vệ tinh hay kính thiên văn. Vì sao khi ấy nhiều người tin rằng Trái đất phẳng? Lý do rất đơn giản: Đứng trên mặt đất, bề mặt Trái đất luôn có vẻ phẳng. Trong phần lớn lịch sử, con người hiếm khi đi quá xa nơi mình sinh ra. Những gì họ quan sát mỗi ngày chỉ gói gọn trong một phạm vi nhỏ nên đường chân trời lúc nào cũng hiện ra như một đường thẳng.

Vì vậy, nhiều người cho rằng Trái đất hẳn phải phẳng vì đó là điều mắt thường nhìn thấy. Thực chất, đây chỉ là hệ quả của việc Trái đất quá lớn so với phạm vi quan sát của con người. Độ cong của hành tinh gần như không thể nhận ra khi quan sát từ mặt đất.

Tuy nhiên, không phải ai trong thời cổ đại cũng tin Trái đất phẳng. Ngay từ hơn 2.300 năm trước, một số học giả Hy Lạp đã dựa trên quan sát và lập luận khoa học để đi đến kết luận rằng Trái đất là một khối cầu. Họ không có vệ tinh hay kính thiên văn nhưng vẫn tìm ra những bằng chứng đủ sức thuyết phục.

Pythagoras là một trong những người đầu tiên đề xuất Trái đất có dạng cầu vào khoảng năm 500 trước Công nguyên. Tuy nhiên, giả thuyết của ông chủ yếu dựa trên quan niệm triết học rằng hình cầu là hình dạng hoàn hảo nhất.

Đến khoảng năm 350 trước Công nguyên, triết gia Hy Lạp Aristotle đã đưa ra nhiều lập luận dựa trên quan sát trong cuốn ”On the Heavens“ để chứng minh Trái đất có hình cầu. Ông chỉ ra rằng trong mọi lần nguyệt thực, bóng của Trái đất in trên Mặt trăng luôn có dạng tròn. Theo Aristotle, chỉ một vật thể có dạng cầu mới luôn tạo ra bóng tròn ở mọi góc chiếu.

Trong một lập luận khác, Aristotle nhận thấy vị trí các vì sao thay đổi tùy theo nơi quan sát trên Trái đất. Chẳng hạn, có những ngôi sao có thể nhìn thấy ở Ai Cập nhưng lại không quan sát được từ Cyprus.

Ông viết: ”Điều đó chứng minh Trái đất không chỉ có dạng tròn mà hẳn còn là một khối cầu có kích thước không quá lớn. Nếu không, chỉ cần thay đổi địa điểm một quãng ngắn sẽ không thể tạo ra sự khác biệt rõ rệt như vậy“.