Sự đi qua của Sao Thủy vào ngày 8 tháng 11, năm 2006 với vết đen 921, 922 và 923.Cận cảnh Sao Thủy đang chuyển động qua Mặt Trời vào ngày 8 tháng 11 năm 2006.
Hiện tượng Sao Thủy đi qua Mặt Trời hay Sao Thủy quá cảnh Mặt Trời xảy ra khi Sao Thủyđi qua phía trước Mặt Trời, lúc này Sao Thủy này nằm giữa Mặt Trời và Trái Đất và cùng nằm trên một đường thẳng. Hành tinh này xuất hiện như một chấm tròn nhỏ tối màu di chuyển qua đĩa Mặt Trời khi quan sát từ Trái Đất.
Do mặt phẳng quỹ đạo của Sao Thủy nghiêng khoảng 7 độ so với mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất, nên quỹ đạo hai hành tinh này sẽ cắt nhau tại hai điểm. Mỗi khi hoàn thành một vòng quay quanh Mặt Trời, Sao Thủy đều cắt ngang hai điểm giao nhau quỹ đạo này. Khi Sao Thủy đến điểm giao cắt quỹ đạo mà Mặt Trời, Sao Thủy và Trái Đất nằm thẳng thì sẽ xảy ra hiện tượng này.
Sự đi qua của Sao Thủy khi quan sát từ Trái Đất thường gặp hơn sự đi qua của Sao Kim, vì quỹ đạo của Sao Kim có chu kỳ dài hơn nên mất nhiều thời gian hơn để Sao Kim đến được điểm giao cắt quỹ đạo so với quỹ đạo của Trái Đất. Sự đi qua của Sao Thủy thường xảy ra từ 13 đến 14 lần trong mỗi thế kỷ, và thế kỷ XXI sẽ có 14 lần xảy ra hiện tượng này. Trong khi sự đi qua của Sao Kim chỉ xảy ra 2 lần vào thế kỷ XXI là vào năm 2004 và 2012.
Vào ngày 3 tháng 6 năm 2014, xe tự hành Curiosity trên Sao Hỏa của NASA đã quan sát được Sao Thủy đi qua Mặt Trời, đánh dấu lần đầu tiên hiện tượng hành tinh quá cảnh được quan sát từ một thiên thể khác bên ngoài Trái Đất.[2]
Nhìn chung, hiện tượng Sao Thủy đi qua Mặt Trời xảy ra thường xuyên hơn hiện tượng Sao Kim đi qua Mặt Trời. Hiện tượng này góp phần tạo nên lý thuyết về hành tinh Vulcan nằm giữa Sao Thủy và Mặt Trời được đưa ra bởi nhà toán học Urbain Le Verrier vào thế kỷ XIX. Hiện tượng đi qua cũng tương tự như hiện tượng nhật thực do Mặt Trăng gây ra.
Các quan sát khoa học
Ngoài quan sát về quang học, hiện tượng Sao Thủy quá cảnh Mặt Trời cũng được quan sát khoa học một cách đặc biệt. Các nhà khoa học sẽ ghi lại toàn bộ quá trình Sao Thủy đi qua đĩa Mặt Trời và chia làm 4 pha. Pha thứ 2 và pha thứ 3 khi Sao Thủy vừa lọt vào vùng nằm trọn vẹn trong đĩa Mặt Trời, trong khi pha thứ 1 và pha thứ 4 khó có thể quan sát được vì lúc này Sao Thủy vừa bước vào hoặc vừa rời khỏi đĩa Mặt Trời. Vào khoảnh khắc diễn ra pha thứ 2 và pha thứ 3 sẽ xảy ra hiệu ứng giọt đen, các nhà khoa học sẽ quan sát và tiến hành đưa ra nhận định về sự chiếu xạ và điều kiện khí quyển.
Các pha của hiện tượng Sao Thủy đi qua Mặt Trời quan sát vào năm 1677 và năm 1881 được phân tích trong cuốn sách của S Newcomb[3]. Pha thứ 2 và pha thứ ba của lần Sao Thủy đi qua Mặt Trời năm 1677 và năm 1973 được đề cập đến trong bảng tin của Đài Thiên văn Hoàng gia Greenwich[4].
Một số kết quả khoa học thu được từ quan sát hiện tượng Sao Thủy đi qua Mặt Trời:
Khảo sát sự thay đổi trong sự tự quay của Trái Đất, cũng như sự gia tăng thủy triều của Mặt Trăng[5][6][7]
Đo khối lượng của Sao Kim từ sự thay đổi quỹ đạo của Sao Thủy theo từng thế kỷ[3]
Sự đi qua của Sao Thủy chỉ có thể xảy ra khi Trái Đất nằm thẳng với nút quỹ đạo của Sao Thủy. Vào thời điểm này, sự sắp xếp quỹ đạo giữa hai hành tinh chỉ diễn ra trong vài ngày, điểm nút lên diễn ra vào ngày 8 tháng 5 và điểm nút xuống diễn ra vào ngày 10 tháng 11, với đường kính góc của Sao Thủy vào khoảng 12" cho lần đi qua vào tháng 5 và vào khoảng 10" cho lần đi qua vào tháng 10. Thời gian giãn cách giữa hai lần quá cảnh tăng dần qua mỗi thế kỷ, là kết quả của việc điểm nút quỹ đạo của Sao Thủy tăng lên khoảng 1,1 độ qua mỗi một trăm năm.
Sự đi qua của Sao Thủy diễn ra khá thường xuyên. Theo Newcomb giải thích vào năm 1882[11], thời gian giãn cách giữa hai lần quá cảnh cũng là thời gian để Sao Thủy đi từ điểm nút này đến điểm nút còn lại trên quỹ đạo, là 87,969 ngày, trong khi thời gian để Trái Đất làm điều tương tự là 365,254 ngày. Từ tỷ lệ này, có thể dễ dàng nhận thấy được rằng Sao Thủy sẽ đi qua Mặt Trời mỗi 4, 6, 7, 13, 33, 46, 171 và 217 năm.
Nhà thiên văn Cherois Crommelin vào năm 1894 cũng có phân tích rằng[12] qua mỗi lần diễn ra, đường đi của Sao Thủy qua Mặt Trời sẽ luôn di chuyển về hướng bắc hoặc hướng nam theo luân phiên. Bảng phân tích của ông như sau:
Thời gian giãn cách và hướng đi của Sao Thủy qua Mặt Trời
Thời gian giãn cách
Lần quá cảnh
vào tháng 5
Lần quá cảnh
vào tháng 11
Sau 6 năm
65’ 37" Nam
31' 35" Bắc
Sau 7 năm
48’ 21" B
23' 16" N
Sau 13 năm (6+7)
17’ 16" N
8’ 19" B
Sau 20 năm (1×6 + 2×7)
31’ 05" B
14’ 57" N
Sau 33 năm (2×6 + 3×7)
13’ 49" B
6’ 38" N
Sau 46 năm (3×13 + 7)
3’ 27" N
1’ 41" B
Sau 217 năm (14×13 + 5×7)
0’ 17" B
0’ 14" B
So sánh những chuyển động này với đường kính của Mặt Trời (khoảng 31,7’ trong tháng 5 và 32,4’ trong tháng 11), có thể suy luận về khoảng thời gian giãn cách giữa các lần quá cảnh:
Đối với lần quá cảnh tháng 5, thời gian giãn cách 6 và 7 năm là không thể. Đối với lần quá cảnh tháng 11, thời gian giãn cách 6 năm là có nhưng rất hiếm (lần cuối cùng ghi nhận là vào năm 1993 và 1999), trong khi đó thời gian giãn cách 7 năm vẫn chưa được ghi nhận.
Thời gian giãn cách 13 năm đều có thể xảy ra với lần quá cảnh tháng 5 và tháng 11, nhưng vẫn chưa được ghi nhận.
Thời gian giãn cách 20 năm có thể xảy ra nhưng rất hiếm với lần quá cảnh tháng 5, và lần quá cảnh tháng 11 vẫn chưa được ghi nhận.
Thời gian giãn cách 33 năm đều có thể xảy ra với lần quá cảnh tháng 5 và tháng 11.
Sao Thủy sẽ có đường đi giống hệt trong hai lần quá cảnh cách nhau 46 năm và 171 năm, đối với cả lần xảy ra vào tháng 5 và tháng 11.
Sao Thủy sẽ có đường đi gần giống trong hai lần quá cảnh cách nhau 217 năm, đối với cả lần xảy ra vào tháng 5 và tháng 11.
Tất cả những lần quá cảnh trong 46 năm được gộp lại thành một chuỗi và sẽ lặp lại theo mỗi chu kỳ. Đối với lần quá cảnh tháng 11, cứ 20 lần quá cảnh là sẽ mất 874 năm, lần quá cảnh sau sẽ có đường đi của Sao Thủy qua Mặt Trời xa về hướng bắc hơn so với lần quá cảnh trước đó. Đối với lần quá cảnh tháng 5, cứ 10 lần quá cảnh là sẽ mất 414 năm, lần quá cảnh sau sẽ có đường đi của Sao Thủy qua Mặt Trời xa về hướng nam hơn so với lần quá cảnh trước đó.
Cũng tương tự như vậy, tất cả những lần quá cảnh trong 217 năm được gộp lại thành một chuỗi và sẽ lặp lại theo mỗi chu kỳ. Đối với lần quá cảnh tháng 11, cứ 135 lần quá cảnh là sẽ mất hơn 30.000 năm. Đối với lần quá cảnh tháng 5, cứ 110 lần quá cảnh là sẽ mất hơn 24.000 năm. Trong chu kỳ này, dù là quá cảnh vào tháng 5 hay tháng 11, lần quá cảnh sau sẽ có đường đi của Sao Thủy qua Mặt Trời xa về hướng bắc hơn so với lần quá cảnh trước đó.
Thời gian biểu trong tương lai của các lần quá cảnh Sao Thủy được dự đoán và được đăng tải trên trang của NASA[13], SOLEX[14] và Fourmilab[15].
Sao Thủy quá cảnh một phần
Đôi khi Sao Thủy chỉ đi qua Mặt Trời ở phần rìa đĩa và được gọi là sự quá cảnh Sao Thủy một phần. Có hai trường hợp xảy ra:
Trường hợp thứ nhất. Trên thực tế Sao Thủy vẫn đi trọn vẹn vào đĩa Mặt Trời, nhưng tại những nơi khác nhau trên thế giới, những người quan sát chỉ thấy được Sao Thủy đi vào phần rìa của đĩa Mặt Trời. Lần quá cảnh vào ngày 15 tháng 11 năm 1999[16][17] đã ghi nhận điều này, trong khi phần lớn thế giới đều quan sát được Sao Thủy đi trọn vẹn vào đĩa Mặt Trời, thì ở Úc, New Zealand và Nam Cực chỉ quan sát được một phần. Lần quá cảnh trước đó một chu kỳ vào ngày 28 tháng 10 năm 743 và lần tiếp theo trong một chu kỳ vào ngày 11 tháng 5 năm 2391 cũng sẽ xảy ra tình trạng tương tự, do đường đi của Sao Thủy qua Mặt Trời sẽ giống nhau trong những lần quá cảnh cách nhau đúng chu kỳ. Cá biệt có hai lần quá cảnh như thế diễn ra chỉ cách nhau 2,5 năm, vào tháng 12 năm 6149 và tháng 6 năm 6152[18].
Trường hợp thứ hai. Cũng tương tự như vậy, trên thực tế Sao Thủy đi vào rìa đĩa Mặt Trời vào lúc cực đại của quá cảnh, nhưng một phần của thế giới hoàn toàn không thấy được sự đi qua của Sao Thủy qua Mặt Trời. Lần quá cảnh vào ngày 11 tháng 5 năm 1937, trong khi quá cảnh một phần quan sát được ở nam Châu Phi và nam Châu Á, thì ở Châu Âu và bắc Châu Á không quan sát được lần quá cảnh này. Lần quá cảnh trước đó một chu kỳ vào ngày 21 tháng 10 năm 1342 và lần tiếp theo trong chu kỳ vào ngày 13 tháng 5 năm 2608 cũng xảy ra tình trạng tương tự.
Vào lúc cực đại của quá cảnh, nếu một phần thế giới quan sát được Sao Thủy đi vào phần rìa của đĩa Mặt Trời thì phần còn lại của thế giới sẽ không thấy được quá cảnh. Nhưng nếu một phần thế giới quan sát được Sao Thủy đi vào trọn vẹn đĩa Mặt Trời, thì trường hợp phần còn lại của thế giới không thấy được quá cảnh sẽ không bao giờ xảy ra, lúc này phần còn lại của thế giới sẽ quan sát được quá cảnh một phần.
Những lần quá cảnh trong quá khứ và tương lai
Quan sát đầu tiên về sự đi qua của Sao Thủy được ghi nhận vào ngày 7 tháng 11 năm 1631 bởi Pierre Gassendi. Tuy nhiên, Johannes Kepler đã dự đoán được sự xảy ra của hiện tượng này đối với Sao Thủy và Sao Kim từ lâu trước đó. Gassendi đã không thành công trong nỗ lực theo dõi sự đi qua của Sao Kim vào tháng tiếp theo, nhưng không phải do dự đoán sai, mà do lần quá cảnh đó không quan sát được ở phần lớn Châu Âu, bao gồm cả Paris. Sự đi qua của Sao Kim đã không quan sát được mãi cho đến năm 1639 bởi Jeremiah Horrocks. Bảng dưới đây liệt kê tất cả những lần đi qua của Sao Thủy từ năm 1605.
Quá cảnh toàn phần quan sát được ở Nam Mỹ, phía đông Bắc Mỹ, tây Châu Âu;
quá cảnh một phần quan sát được ở mọi nơi trừ Australia và viễn đông Châu Á.[31]
^Pasachoff, Jay M., Schneider G & Willson RC, (2008), "Total Solar Irradiance at the 2006 Transit of Mercury and Application to Transiting Exoplanet Observations," Cornell DPS Meeting; abstract: Bull. Am. Astron. Soc., 40, #3, 404.
^Newcomb S, APAE, Vol 1 (1882), từ trang 477 đến 487
^Crommelin P, The Observatory, Dec 1894, từ trang 394 đến 397
