Quy tắc nhất định
Năm 2020 sẽ nhuận tháng 4 âm lịch. Thông thường năm âm lịch có 354 ngày. Nhưng vì năm 2020 âm lịch nhuận nên có tới 384 ngày. Vậy việc tính toán năm nhuận dựa trên cơ sở nào?
Cứ 4 năm, chúng ta lại có một tháng hai có 29 ngày. Những năm như vậy được gọi là năm nhuận dương lịch. Ngày nay, việc xác định nhuận rất dễ dàng và bất cứ cuốn lịch nào cũng có thể cho chúng ta biết chính xác. Nhưng việc có được quy tắc cho những con số đó đã là cả một thành tựu lâu dài của quan sát thiên văn.
Khác với âm lịch sử dụng chu kỳ tuần trăng để xác lập ngày tháng, dương lịch dựa vào chu kỳ của Mặt trời – mà ngày nay chúng ta biết chính là chu kỳ quỹ đạo của Trái đất quanh Mặt trời.
Theo dương lịch thì mỗi chu kỳ của Trái đất được tính là một năm. Và vì khí hậu trên Trái đất hầu hết chịu sự chi phối từ lượng ánh sáng tới từ Mặt trời nên chu kỳ này khớp với chu kỳ biến đổi tuần hoàn của thời tiết trên Trái đất.
Từ hơn 2.000 năm trước, các nhà thiên văn cổ ở nhiều nền văn minh lớn (Hy Lạp, Trung Quốc, Ba Tư…) đã quan sát được sự thay đổi vị trí biểu kiến của Mặt trời trên bầu trời. Họ thấy rằng cùng một giờ trong ngày (chẳng hạn giữa trưa), nhưng mỗi ngày Mặt trời lại có một vị trí khác nhau.
Mặc dù nó vẫn mọc buổi sáng ở phía Đông, lên cao nhất vào giữa trưa và đến chiều tối thì lặn ở phía Tây nhưng đường đi mỗi ngày của nó lại lệch đi một chút so với ngày hôm trước. Họ cũng nhận ra rằng sự lệch đi này không phải ngẫu nhiên mà cứ khoảng 365 ngày thì đường đi của Mặt trời lại lặp lại như cũ.
Chu kỳ này cũng trùng khớp với chu kỳ biến đổi thời tiết theo 4 mùa, và vì thế nhiều nền văn hóa đã lấy chu kỳ này để quy ước cơ sở cho lịch, gọi nó là 1 năm.
Nhờ những quan sát chi tiết hơn, mặc dù vẫn còn sử dụng những công cụ đo thô sơ, các nhà thiên văn cổ sau đó nhận ra rằng chu kỳ để Mặt trời trở lại một vị trí nhất định không phải đúng 365 ngày. Mà là khoảng 365,25 ngày, tức là chênh lệch 1/4 ngày so với ước tính ban đầu.
Sự lệch này khiến cho cứ 4 năm thì lịch sẽ bị thiếu mất 1 ngày. Tức là Mặt trời sẽ bị chậm mất 1 ngày so với lịch để trở về vị trí ban đầu của nó. Để bù vào sự thiếu hụt đó, ngày nhuận ra đời.
Vẫn có sai số
Năm 46 trước Công nguyên, Julius Caesar đưa ra một loại lịch mang tên ông – lịch Julius (Julian Calendar) – được cải biên từ lịch La Mã sử dụng ngay trước đó. Lịch La Mã ban đầu khá giống âm lịch ngày nay. Nó cũng lấy 12 chu kỳ tuần trăng để làm một năm.
Như vậy mỗi năm có 355 ngày. Vì 355 ngày là nhỏ hơn chu kỳ biểu kiến của Mặt trời nên cứ khoảng 2 hoặc 3 năm, lại có một năm được chèn thêm một tháng nhuận có độ dài 22 hoặc 23 ngày vào giữa tháng Hai và tháng Ba. Điều này khiến cho những năm như vậy có độ dài 377 hoặc 378 ngày.
Sự chênh lệch về độ dài của năm không chỉ gây khó khăn cho việc dự đoán chu kỳ thời tiết. Nó còn mang đến một rắc rối là người giữ chức vụ Giáo hoàng của La Mã có quyền tự sắp xếp việc xen kẽ năm nhuận này.
Thậm chí, có thể thay đổi độ dài của tháng nhuận (chẳng hạn cho tháng nhuận dài hơn và để tới 5 hoặc 6 năm mới đưa vào) nhằm kéo dài nhiệm kỳ giữ chức. Nói cách khác, sự xuất hiện của tháng nhuận theo cách này trở thành công cụ phục vụ mục đích chính trị.
Để giải quyết song song việc đó và giữ ổn định chu kỳ năm, Julius Caesar đã cho sử dụng loại lịch mà theo đó mỗi năm đều có 365 ngày và cứ 4 năm thì có một năm nhuận 366 ngày, đáp ứng độ dài trung bình là 365,25 ngày cho mỗi chu kỳ biểu kiến của Mặt trời.
Lịch Julius được sử dụng rộng rãi cho tới thế kỷ 16, khi các nhà thiên văn nhận thấy rằng chu kỳ biểu kiến của Mặt trời thực tế không phải 365,25 ngày. Nhờ quan sát nhiều năm hơn với những phương pháp hoàn thiện hơn, họ đã xác định được chu kỳ này là 365,2425 ngày. Mặc dù nhìn thoáng qua sai số này có vẻ nhỏ - khoảng 10 phút mỗi năm, nhưng nếu nhân lên thì cứ hơn 100 năm cách tính của lịch Julius sẽ bị thiếu 1 ngày.
Cho tới thế kỷ thứ 16, độ lệch đã là 10 ngày. Năm 1582, Giáo hoàng Gregory XIII đã cho ban hành sửa đổi đối với lịch Julius. 10 ngày bị lệch được xử lý bằng cách sau ngày 4/10/1582 là ngày 15/10 chứ không phải ngày 5/10 như thông thường. Đồng thời quy tắc tính năm nhuận được xác lập lại, theo đó năm nhuận là những năm: Số năm chia hết cho 4. Riêng những năm tròn thế kỷ buộc phải chia hết cho 400.
Theo quy ước như vậy, chúng ta thấy rằng các năm như 2004, 2008, 2012, 2016, 2020 là các năm nhuận. Năm 2000 cũng là năm nhuận vì 2000 chia hết cho 400, nhưng năm 1900 hoặc năm 2100 thì không phải năm nhuận vì chúng chỉ chia hết cho 4 nhưng không chia hết cho 400. Lịch tính theo cách này được gọi là lịch Gregory và chính là dương lịch được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới ngày nay.
Một cách hoàn toàn chính xác, ngay cả lịch Gregory vẫn có sai số nhất định so với chu kỳ quỹ đạo của Trái đất. Nhưng sai số đó rất nhỏ và khi kết hợp thêm sự sai lệch do hiện tượng tiến động (xuất phát từ sự dao động trục Trái đất) và sự quay chậm lại của chính Trái đất thì việc tính toán trở nên phức tạp hơn.
Và vì phải mất hàng nghìn năm những sai số này mới gây ra chênh lệch đáng kể nên thay vì làm phức tạp thêm cách tính lịch, các nhà thiên văn lựa chọn một cách khác là đôi khi sẽ có một giây được thêm vào ngày nào đó để cân đối với chu kỳ thực tế của Trái đất. Gần đây nhất, một giây đã được thêm vào sau giây cuối cùng của ngày 31/12/2016.