Vì sao Trái đất có hình cầu?

Nếu chỉ đứng trên mặt đất, rất khó nhận ra Trái đất có độ cong. Chính vì vậy, trong suốt một thời gian dài, nhiều người từng tin hành tinh này phẳng. Tuy nhiên, từ những quan sát tự nhiên và các lập luận khoa học, con người đã dần giải thích được vì sao Trái đất có hình dạng gần như một khối cầu, ngay cả khi chưa có vệ tinh hay kính thiên văn.

Vì sao Trái đất có hình cầu?

Đây không phải 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. Yếu tố quyết định hình dạng này chính là lực hấp dẫn.

Vật thể càng lớn thì khối lượng càng lớn, đồng nghĩa lực hấp dẫn càng mạnh. Lực này luôn hướng về tâm của vật thể, kéo mọi vật chất dịch chuyển vào trung tâm.

Khi mới hình thành, các hành tinh chưa có hình dạng cố định. Qua hàng triệu, thậm chí hàng tỷ năm, lực hấp dẫn liên tục kéo vật chất về phía tâm, khiến chúng dần đạt đến dạng gần như hình cầu. Tuy nhiên, điều đó chỉ xảy ra khi vật thể đủ lớn để lực hấp dẫn thắng được lực liên kết của chính vật chất cấu tạo nên nó.

Khi đạt trạng thái gần hình cầu, hành tinh được xem là ở trạng thái "cân bằng thủy tĩnh". Tuy nhiên, không phải vật thể nào cũng đạt được trạng thái này vì còn phụ thuộc vào thành phần cấu tạo.

Một vật thể chỉ gồm nước lỏng sẽ dễ đạt trạng thái cân bằng thủy tĩnh hơn do 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 cần khối lượng lớn hơn nhiều để lực hấp dẫn đủ mạnh 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 đạt đường kính khoảng 400 km. Với những vật thể được cấu tạo từ vật liệu cứng hơn, ngưỡng này còn lớn hơn.

Hầu hết các hành tinh đều tự quay quanh trục. Chuyển động này khiến phần xích đạo phình ra một chút, làm hình cầu gần như hoàn hảo trở thành dạng hình cầu dẹt, trong đó đường kính qua xích đạo lớn hơn đường kính qua hai cực.

Trái đất cũng không ngoại lệ. Đường kính qua xích đạo của hành tinh là 12.756 km, trong khi đường kính từ cực Bắc đến cực Nam là 12.712 km.

Sự chênh lệch này khiến Trái đất không phải hình cầu tuyệt đối, dù nhìn từ không gian vẫn có dạng gần như một khối cầu.

Vì sao người xưa từng tin Trái đất phẳng?

Trước khi có vệ tinh hay kính thiên văn, con người chỉ có thể quan sát thế giới từ mặt đất. Trong phần lớn lịch sử, con người cũng hiếm khi đi quá xa nơi mình sinh sống, nên những gì họ nhìn thấy chỉ gói gọn trong một phạm vi nhỏ.

Ở khoảng cách đó, bề mặt Trái đất luôn có vẻ bằng phẳng và đường chân trời hiện ra như một đường thẳng. Chính vì vậy, nhiều người cho rằng Trái đất hẳn phải phẳng.

Thực tế, 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 đứng trên mặt đất.

Người Hy Lạp cổ đại đã chứng minh Trái đất hình cầu ra sao?

Dù quan niệm Trái đất phẳng từng tồn tại trong một thời gian dài, không phải tất cả học giả thời cổ đại đều có chung suy nghĩ đó.

Khoảng năm 500 trước Công nguyên, Pythagoras là một trong những người đầu tiên đề xuất Trái đất có dạng cầu. 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.

Một trong những bằng chứng ông đưa ra là trong mọi lần nguyệt thực, bóng của Trái đất in lên 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.

Ngoài ra, ông còn nhận thấy vị trí các vì sao thay đổi theo nơi quan sát trên Trái đất. Chẳng hạn, có những ngôi sao nhìn thấy ở Ai Cập nhưng lại không thể quan sát từ Cyprus.

Aristotle 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."