Cơ sở thiên văn của lịch

Khái niệm về thời gian của con người được hình thành từ sự cảm nhận tính chu kỳ, lập đi lập lại của các hiện tượng tự nhiên như ngày- đêm, mặt trời mọc lặn, mặt trăng tròn khuyết, mùa đông mùa hè…ở những nền văn minh cổ, con người nhận biết chu kỳ tự nhiên qua quá trình theo dõi chuyển động biểu kiến (là chuyển động được mô tả khi quan sát từ vị trí nào đó - trong trường hợp này là Trái đất - dù trong thực tế đối tượng có di chuyển hay không) của các thiên thể trên bầu trời. Các chu kỳ thiên văn chính là ngày (dựa trên sự quay của trái đất quanh trục của nó), tháng (dựa trên vòng quay của mặt trăng quanh trái đất) và năm dựa trên chuyển động của trái đất xung quanh mặt trời. Ngày,tháng,năm cũng là các đơn vị cơ bản của lịch và vì vậy chuyển động trong không - thời gian của các thiên thể thiên văn học sử dụng hệ toạ độ trời và các thang thời gian khác nhau. Các khái niệm này cùng một số khái niệm hay thuật ngữ thiên văn khác liên quan tới lịch pháp sẽ được trình bày ở mục này và mục các thang thời gian.
Thiên cầu và hệ toạ độ trời:
Để xác định mỗi vị trí nào đó trên mặt Địa Cầu người ta dùng kinh tuyến và vĩ tuyến, chẳng hạn vị trí của Jerusalem là 35.2° kinh độ đông và 31.8° vĩ độ bắc, của Hà Nội là 105.83° kinh độ đông và 21.05° vĩ độ Bắc. Cũng tương tự như vậy, vị trí của thiên thể trong thiên cầu được xác định bằng xích kinh và xích vĩ. Thiên cầu là một mặt cầu tưởng tưởng có bán kính vô cùng lớn, tâm là nơi ta quan sát, hình chiếu của kinh tuyến vĩ tuyến và xích đạo trái đất lên thiên cầu gọi là xích kinh, xĩch vĩ và xích đạo trời. Tuy nhiên để đánh dấuvị trí của mặt trời và mặt trăng các nhà thiên văn thường sử dụng hai đại lượng khác nhau là hoàng kinh và hoàng vĩ trong hệ toạ độ Hoàng đạo. Hoàng đạo chính là hình chiếu quỹ đạo chuyển động của trái đất ( không tính đến nhiễu loạn) lên bầu trời. Hoàng kinh là độ dài góc đo theo hoàng đạo (từ 0° đến 360°) còn hoàng vĩ là độ dài góc tính từ hoàng đạo (từ 0° đến ±90°).
Kinh tuyến và vĩ tuyến trên mặt đất được tính từ kinh tuyến Greenwich và đường xích đạo, còn điểm gốc để bắt đầu tính hoàng kinh (L=0) là giao điểm giữa Hoàng đạo và xích đạo trời, giao điểm này gọi là điểm xuân phân. Xích kinh và xích vĩ là hai toạ độ của hệ toạ độ xích kinh, hệ toạ độ này thích hợp cho việc thành lập bản đồ sao hay mô tả chuyển động của mặt trăng, mặt trời vì xích kinh và xích vĩ không thay đôỉ do nhật động và đều không phụ thuộc vào nơi quan sát . Hệ toạ độ hoàng đạo thường dùng để theo dõi các các thiên thể trong hệ mặt trời. Ngoài ra, cũng thuộc hệ toạ độ trời còn có: Hệ toạ độ chân trời với hai toạ độ là độ cao (h) và độ phương (A), hệ toạ độ góc giờ với hai toạ độ là xĩch vĩ và góc giờ (t)…
Chuyển động biểu kiến của mặt trời. Mặt trời di chuyển giữa các chòm sao dọc theo Hoàng đạo về hướng đông, cùng chiều với chiều quay của trái đất. Một dải băng rộng khoảng 16° trên bầu trời (ở giữa hai dải là Hoàng đạo) chứa các chòm sao mà mặt trời đi qua trong một năm được gọi là Hoàng đới. 12 chòm sao nằm trong Hoàng đới là : Trinh nữ (Virgo), Cái cân (Libra), Thần nông (Scorpicus), nhân mã (Sagitarius), con Hươu (Capricornus), Cái bình (Aquarius), Song ngư (Pisces), Bạch dương (Aries), Kim ngưu (Taurus), Song tử (Gemini), Con cua (Cancer), Sư tử (Leo).* Điểm phân, điểm chí và mùa:
Do trục quay trái đất nghiêng một góc 23°27¢ so với quỹ đạo chuyển động nên Hoàng đạo cũng nghiêng một góc 23°2 so với xích đạo trời. mặt trời ở bán cầu Bắc của Thiên cầu khoảng1/2 năm và 1/2 năm sau đó ở bán cầu Nam, trong một năm xích vĩ của mặt trời (Khoảng cách góc đến xích đạo trời ) sẽ biến đổi từ -23°27¢ ở Nam xích đạo trời đến +23°27¢ ở Bắc xích đạo trời. Điểm trên Hoàng đạo mà xích vĩ mặt trời bằng 23°27¢ (d »23°27¢) gọi là Hạ chí, tại điểm xích vĩ mặt trời bằng -23°27¢(d=0°) gọi là điểm xuân phân và thu phân.
Các mùa trên trái đất không phải do khoảng cách đến mặt trời xa hay gần gây ra như một số người lầm tưởng, thực tế trái đất gần mặt trời nhất vào khoảng đầu tháng 1 (điểm cận nhật) trong khi lúc này ở Bắc bán cầu đang là mùa đông. Nguyên nhân chính tạo ra các mùa là do trục trái đất nghiêng với quỹ đạo chuyển động một goc 23°27¢ dẫn đến thời gian mặt trời nằm trên đường chân trời cũng như độ cao mặt trời thay đổi trong năm. Điều này làm cho ngày dài hơn, đêm ngắn hơn hay ít đi. Khi mặt trời tới điểm xuân phân, vào khoảng 20/3 thì ngày và đêm có độ dài bằng nhau.
Tại điểm Hạ chí khoảng 21/6, mặt trời ở vị trí cao nhất, lúc này ngày dài nhất và đêm ngắn nhất . Vào quãng 22/9 ngày và đêm lại có độ dài bằng nhau, lúc này mặt trời ở điểm thu phân. Tại điểm Đông chí ( vào khoảng 22 tháng 12) mặt trời ở vị trí thấp nhất, ngày ngắn nhất và đêm dài nhất. Hai điểm phân và hai điểm chí là 4 điểm đánh dấu mùa trong năm ( tuỳ theo từng năm mà xê dịch ít nhiều) và có ý nghĩa quan trọng trong lịch, ở Phương Tây bồn ngày trên là khởi đầu cho bốn mùa ( Xuân, Hạ, Thu, Đông) còn ở phương Đông thì bốn ngày này lại là bốn ngày chính giữa của bồn mùa. Lưu ý rằng thời gian xẩy ra 4 điểm Phân và Chí trên chỉ đúng với người quan sát ở Bán Cầu Bắc, còn bán Cầu Nam các sự kiện tương ứng sẽ bị lệch đi 6 tháng.
Tại ngày xuân phân và thu phân trục trái đất không nghiêng với quỹ đạo chuyển động nên ở tất cả mọi nơi trên trái đất ngày và đêm đều dài 12 giờ. ở 20° vĩ Bắc (đi qua gần Hà Nội) vào Hạ chí ngày dài khoảng 13g13¢ và tới đông chí ngày chỉ còn dài 10g47’. Cũng vào Hạ chí tại những nơi trên 66°33’ vĩ Bắc (vòng Bắc cực) thì ngày dài 24g và không có đêm, còn những nơi dưới 66°33’ vĩ Nam thì đêm kéo dài 24g, không có ngày, đến ngày Đông chí thì ngược lại, những điểm nằm trên 66°33’ vĩ Bắc không có ngày và những nơi dưới 66°33’ vĩ Nam lại không có đêm. Tại vùng quanh vòng bắc cực ( như St. Petersburg) vào thời gian Hạ chí mặt trời không lặn hoặc chỉ lặn một ít dưới chân trời, đêm không tối rõ rệt nên được gọi là đêm trắng!
Chuyển động của mặt trăng:
Mặt trăng cũng di chuyển gữa các ngôi sao về phía Đông như mặt trời, trung bình khoảng 13° một ngày và thời gian để mặt trăng quay trở lại cùng một vị trí giữa các ngôi sao là ~27.3 ngày, đây là độ dài của tháng sao. Thời gian mặt trăng trở lại cùng một vị trí tương đối so với mặt trời trong thiên cầu gọi là tháng giao hội, tháng giao hội khoảng 27.5 ngày , dài hơn tháng sao do mặt trăng và mặt trời cùng dịch chuyển về hướng đông. Trong tháng giao hội mặt trăng lần lượt trải qua các pha: Không trăng hay Sóc là thời điểm mặt trăng nằm xấp xỉ thẳng hàng trái đất và mặt trời , bề mặt quay về trái đất bị tối không nhìn thấy, Thượng huyền (hay pha bán nguyệt, nhìn thấy một nửa đĩa mặt trăng ); Trăng tròn (Vọng), thời điểm mặt trăng ở phái đối diện với mặt trời , bề mặt quay về phía trái đất sáng hoàn toàn; Hạ huyền , thời điểm nhìn thấy một nửa đĩa mặt trăng và sau đó quay lại thời điểm sóc.
Quỹ đạo mà mặt trăng quay quanh Trái đất gọi là bạch đạo, Bạch đạo nghiêng với Hoàng đạo một góc ~5°và cắt Hoàng đạo tại hai Tiết điểm đối diện nhau. Do ảnh hưởng nhiễu loạn của lực hấp dẫn từ trường và các thiên thể khác tác dụng lên mặt trăng nên bạch đạo không ổn định trong không gian , hai tiết điểm này dịch chuyển trên Hoàng đạo về hướng tây khoảng 19.4° một năm và đường thẳng nối chúng dao động với chu kỳ ~18.6 năm quanh Hoàng đạo, chuyển động của tiết điểm có ý nghĩa quan trọng trong dự đoán Nhật, Nguyệt thực. (Theo Lịch Việt Nam Thế kỷ XX-XXI, tác giả Thạc sỹ Trần Tiến Bình, ban lịch nhà nước)

Khái niệm về lịch

Mỗi sự kiện, biến cố xẩy ra trong tự nhiên xã hội đều diễn ra trong không gian, thời gian nhất định và ghi chép thời gian đã là nhu cầu của con người từ rất xa xưa. Theo một số từ điển bách khoa thì:Lịch là một hệ thống tổ chức, ghi chép thời gian theo cách thuận tiện cho việc điều tiết cuộc sống dân sự, các lễ nghi tôn giáo cũng như cho các mục đích lịch sử và khoa học.Trong một số ngôn ngữ châu Âu thì từ lịch (Calendar, calendrier…) bắt nguồn từ chữ Calendae (Kalendae) tiếng Latin có nghĩa là ngày đầu tiên của tháng La mã, ngày người ta công bố thời biểu tổ chức các phiên chợ, lễ hội hay các sự kiện khác.Vậy lịch xuất hiện từ khi nào?Hiện chúng ta biết rất ít về việc đo đạc, ghi chép thời gian trong thời tiền sử, nhưng từ các di vật khảo cổ ở mọi nền văn hoá đều phát hiện thấy dấu vết của việc này. Sau đây là một số tư liệu về sự hình thành lịch ở một số vùng trên thế giới:Châu Âu : thời kỳ băng hà cách đây hơn 20 nghìn năm các thợ săn ở châu âu đã khắc các vạch lên thân gỗ và xương, có thể bằng cách này họ dùng để đếm các ngày trong tuần trăng. Các cột đá tại nước Anh (Stonehenge) được xây dựng cách đây hơn 4000 năm có lẽ đã được sắp xếp nhằm xác định một số thời điểm đặc biệt liên quan đến mùa và hiện tượng thiên văn như ngày chí, nguyệt thực… Tại Hy Lạp các bản di vật bằng đất sét thế kỷ 13 trước c.n hay những ghi chép của Homer và Hesiod cho thấy người cổ Hy Lạp sử dụng lịch mặt trăng ( lịch âm), các thangs bao gồm 29 và 30 ngày xen kẽ nhau. Đến thế kỷ thứ 6 trước c.n các nhà thiên văn học Hy Lạp đã đề nghị một lịch chính xác hơn bằng cách chèn thêm 3 tháng vào mỗi chu kỳ 8 năm. lịch chu kỳ 8 năm này vẫn tiếp tục được sử dụng ở Hy Lạp mặc dù sau đó đã có thêm hai pháy hiện đáng chú ý : Khoảng năm 433 trước c.n nhà thiên văn học Meton ở Aten tìm thấy 19 năm mặt trời (chu kỳ meton) vừa bằng 235 tuần trăng và vào năm 130 trước c.n Hipparchus quan sát thấy năm mặt trời không phản ánh chính xác bằng 365.25 ngày. ở La Mã vào khoảng Thế kỷ thứ 7 hoặc thứ 8 trước c.n nhà cai trị thành Rome đầu tiên là Romulus đưa vào sử dụng loại lịch gồm 10 tháng, 6 tháng 30 ngày và 4 tháng 31 ngày, tổng cộng 304 ngày, năm khởi đầu vào tháng 3. Sau này lịch La Mã tiếp tục được cải tiến dưới các thời Numa Pompilus (715-613 trước c.n) và Etruscan Tarquinius Priscus (năm 616-579 trước c.n) và có tên là lịch cộng hoà La Mã. Tuy ở lịch này năm (365.25 ngày) dài hơn năm mặt trời một ngày nhưng nhiều yếu tố của lịch cộng hoà La mã đã được đưa vào lịch Gregorius thông dụng hiện nay.Trung cận đông: tại Ai Cập cách đây hơn 10 nghìn năm, vào thời kỳ đầu nền văn minh của mình, người Ai Cập cổ đã sử dụng lịch bao gồm 12 tháng mỗi tháng 30 ngày (một năm dài 360 ngày). Nhưng sau đó họ nhận ra rằng sao Thiên Lang (Sirius) ở chòm sao Đại Khuyển (Canis Major) cứ sau 365 ngày thì mọc cạnh mặt trời, lúc sông Nin bắt đầu chu kỳ ngập lụt hàng năm, dựa trên điều này Ai Cập làm ra lịch 365 ngày, lịch này có lễ bắt đầu vào năm 4236 trước c.n năm được ghi nhận sớm nhất trong lịch sử. Còn ở vùng Lưỡng Hà, thung lũng sông Tigris- Euphrate (IRăc), cách đây 5 000 năm người xume dùng lịch chia năm thành các tháng 30 ngày, chia ngày thành 12 khoảng (tương đương với 2 giờ) và mỗi khoảng này chia ra 30 phần (bằng 4 phút). Cũng ở I Rắc, vào khoảng 2000 năm trước c.n người Babylon sử dụng lịch mặt trăng gồm 12 tháng xen kẽ 29 và 30 ngày . Sau đó, khoảng năm 380 trước c.n lịch này trở nên tinh xảo hơn khi trong lịch đã có sự kết hợp giữa tuần trăng với thời tiết. Điều này được thực hiện bằng cách chèn thêm 7 tháng nhuận ào chu kỳ 19 năm , chu kỳ 19 năm trùng với chu kỳ Meton của nhà thiên văn học người Hy lạp. Không rõ người Babylon cùng tìm ra chu kỳ Meton hay tiếp thu nó từ người Hy lạp, tuy nhiên lịch này được chấp nhận ở Hy Lạp, tuy nhiên lịch này được chấp nhận ở Hy Lạp và các thuộc địa của La Mã cho đến năm 75 sau c.n. Lịch sớm nhất của người Do Thái có lẽ là lịch Gezer ở thời kỳ vua Solomon, khoảng cuối thế kỷ thứ 10 trước c.n, sau đó người Do thái cổ sử dụng lịch của người Babylon (587 trước c.n).Nam á và Viễn Đông: ở Việt Nam hiện còn lưu giữ một thứ lịch của người mường gọi là lịch tre, lịch này gồm 12 thanh tre ghi lại 12 tháng và trên mỗi thanh tre khắc các vạch ký hiệu ngày, tháng và các hiện tượng khác. Phải chăng đây là một thứ lịch cổ dùng ở nước ta trước khi lịch âm dương được du nhập từ Trung Hoa sang? ở ấn Độ theo ghi chép thì lịch cổ nhất có vào năm 1000 trước c.n . một năm lịch có 360 ngày chia thành 12 tháng Âm bao gồm 27 hoặc 28 ngày, số ngày thiếu được bù bằng cách chèn tháng nhuận sau mỗi 60 tháng. Còn ở Trung Quốc, lịch âm dương có từ Thế kỷ 14 trước c.n (đời thương), theo truyền thuyết thì sớm hơn nữa vào thời Tam Hoàng Ngũ Đế (năm 2637 trước c.n) đã có lịch do hoàng đế sáng tạo ra. Đáng chú ý là đời nhà Thương người Trung Hoa đã biết đến độ dài năm là 365.25 ngày và tuần trăng dài 29.5 ngày.Trung Mỹ : người Maya ở Trung Mỹ không chỉ dưạ trên mặt trăng, mặt trời mà cả sao Kim để tạo ra lịch 260 và 365 ngày. Nền văn hoá Maya hưng thịnh từ khoảng 2000 năm trước c.n đến năm 1500 sau c.n, các chu kỳ thiên văn ghi lại cho thấy họ tin là thế giới được sáng ra vào năm 3114 trước c.n . Các lịch của họ sau này trở thành một phần của lịch đá Aztec.(Theo Lịch Việt Nam Thế kỷ XX-XXI, tác giả Thạc sỹ Trần Tiến Bình, ban lịch nhà nước)