Công cụ mới mô phỏng hiện tượng nguyệt thực trong quá khứ và tương lai

Hiện tượng nguyệt thực đã được ghi chép kĩ lưỡng trong suốt lịch sử loài người. Hiện tượng hiếm hoi và ngoạn mục này xuất hiện khi Mặt Trăng đi vào vùng tối của Trái đất và dường như thay đổi hình dáng, màu sắc, hoặc biến mất hoàn toàn khỏi bầu trời đêm. Hiện tượng này thu hút sự chú ý của tất cả nhân loại, từ nhà thơ, nông dân, nhà lãnh đạo, cho tới các nhà khoa học.

Các nhà nghiên cứu tại viện nghiên cứu Rensselaer Polytechnic đã phát triển một phương pháp mới sử dụng các đồ họa máy tính để mô tả và tạo ra hình ảnh minh họa chính xác của hiện tượng nguyệt thực. Mô hình này sử dụng các dữ liệu hình học của mặt trời, Trái đất, mặt trăng, cùng các dữ liệu về bầu khí quyển Trái đất và các thuộc tính quang học riêng biệt của mặt trăng để tạo ra một hình ảnh minh họa hoàn hảo về hiện tượng nguyệt thực.

Các hình ảnh do máy tính tạo ra hoàn toàn giống hệt các ảnh chụp hiện tượng nguyệt thực trên thực tế, điều này cho phép con người nhìn lại những sự kiện nguyệt thực nổi tiếng trong lịch sử hoặc xem trước những hình ảnh nguyệt thực sẽ xảy ra trong tương lai gần theo dự báo. Mô hình cũng có thể được điều chỉnh để cho ra những hình ảnh khi quan sát nguyệt thực từ các vị trí khác nhau trên Trái đất – nguyệt thực sẽ mang hình ảnh khác nhau ở cùng thời điểm, tùy thuộc vào việc người xem đang ở New York, Seattle, hay Rome.

“Các nhà nghiên cứu khác cũng từng tạo ra công trình mô phỏng bầu trời đêm, mặt trăng, bầu trời lúc hoàng hôn, nhưng đây là thành công đầu tiên trong xây dựng mô hình nguyệt thực,” Barbara Cutler, giảng viên khoa học máy tính tại Rensselaer, người tham gia nghiên cứu, cho biết. “Mô hình của chúng tôi có thể giúp khảo sát các hiện tượng khí quyển trong lịch sử, và cũng có lợi cho các nghệ sĩ có ý định thêm hiệu ứng đặc biệt này vào hộp công cụ của họ.” 

Hàng trên cùng là các ảnh chụp kĩ thuật số từ Troy, New York, về hiện tượng nguyệt thực xảy ra vào ngày 21 tháng 2 năm 2008. Hàng ảnh dưới cùng là các mô tả do máy tính tạo ra trong công trình của các nhà nghiên cứu thuộc Viện nghiên cứu bác khoa Rensselaer. (Ảnh: Viện bách khoa Rensselaer)

Nghiên cứu sinh Theodore C. Yapo đã trình bày kết quả nghiên cứu mang tiêu đề “Trình diễn hiện tượng nguyệt thực” tại hội thảo Giao diện Đồ họa 2009 diễn ra tháng 5 vừa qua.

Màu sắc bên ngoài của nguyệt thực có thể thay đổi đáng kể, từ màu đen gần như không quan sát được tới đỏ đậm, tới màu gỉ sắt (nâu đỏ nhạt), đỏ đồng hoặc da cam. Màu sắc này phụ thuộc vào một vài yếu tố, ví dụ như ánh sáng mặt trời được khúc xạ và phân tán như thế nào trong bầu khí quyển Trái đất. Yapo và Cutler đã kết hợp các yếu tố ánh sáng mặt trời, các nhân tố trong hệ mặt trời, cũng như các lớp và hiệu ứng khác nhau của khí quyển Trái đất để phát triển các mô hình nguyệt thực.

Để phục vụ cho nghiên cứu, Yapo và Cutler so sánh các hình chụp kĩ thuật số hiện tượng nguyệt thực toàn phần ngày 21 tháng 2 năm 2008 với mô hình do máy tính tạo ra của cùng lần nguyệt thực đó. Các hình ảnh nhân tạo gần như không thể phân biệt được với các hình chụp.

Nhóm nghiên cứu cũng tạo ra mô hình trình diễn hiện tượng nguyệt thực sẽ diễn ra năm 2010 theo dự báo. Yapo cho biết ông rất nóng lòng muốn thu được những hình ảnh chụp thực tế sự kiện này để so sánh chúng với những hình lấy từ trình diễn nhân tạo. Một trong những trục trặc có thể xảy ra, theo ông, là sự hoạt động của núi lửa Redoubt tại Alaska vào tháng tư vừa qua – bụi từ vụ phun trào này có thể khiến nguyệt thực trông tối hơn và thiên về màu nâu nhiều hơn. Các mô hình của Yapo và Cutler cũng có khả năng xử lí điều kiện có bụi, nhưng họ đã thực hiện mô hình từ trước khi núi lửa này bắt đầu hoạt động, và khi đó giả thiết của họ là bầu khí quyển ít bụi.

Tham khảo:
Theodore C. Yapo and Barbara Cutler. Rendering Lunar Eclipses. Proceedings of Graphics Interface, 2009