Báo cáo tiểu luận khoa học về vật chất và năng lượng tìm hiểu về sao chổi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN: KHOA HỌC VỀ VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ SAO CHỔI Giảng viên: Nguyễn Hữu Hà Nhóm sinh viên thực hiện: Ninh Thị Hằng Huế MSSV: 2318099 Lê Thị Tuyết MSSV: Lê Thị Hoài Thân MSSV: Đoàn Thế Tiến MSSV: Lớp: Đại hoạc Giáo dục tiểu học, Tánh Linh Bình thuận, tháng năm 2023 LỜI NÓI ĐẦU Thiên văn học môn khoa học coi đời sớm nhân loại, đời với môn khoa học toán học, triết học,… Thiên văn đời sớm văn minh cổ đại như: Babilon, Trung Quốc, Ai cập, Hy lạp,… Nói đến thiên văn đến vơ vàn tượng, phát mới, số có tượng thấy mắt thường, tiêu biểu số là: chổi Mặc dù người khơng ngừng tìm hiểu chổi mang đầy bí ẩn kỳ quan tự nhiên, thu hút nhà khoa học tìm hiểu, khám phá Và chổi hình thành hay va chạm với thiên thể khác đem đến cho nhà khoa học băn khoăn câu hỏi phải tìm lời giải đáp Vậy chổi gì? có phải lúc đẹp lung linh hay khơng, hay cịn tiềm ẩn mối hiểm nguy với trái đất? – Lịch sử phát theo dõi chổi sao… Trong phạm vi tiểu luận tìm hiểu vấn đề NỘI DUNG I Khái quát chổi 1.1 Khái niệm chổi: Sao chổi thiên thể bay ngồi khơng gian, gần tiểu hành tinh, khơng cấu tạo từ đất đá mà chủ yếu từ băng Sở dĩ chúng có tên chổi thường có hình thù kỳ dị, đầu nhọn, to giống chổi quét nhà Các nhà khoa học mơ tả giống “một bóng tuyết bẩn” chứa carbonic, metan, nước đóng băng lẫn với bụi khoáng chất Một học thuyết đặt bác bỏ thuyết gọi chổi “sao” người ta cho khối khí lạnh chứa đầy mảnh vụn bụi vũ trụ Nó “mẹ” băng rực sáng bầu trời, bị vỡ ra, tạo thành đám băng bụi vũ trụ rơi vào khoảng không Tùy thời điểm vị trí bị vỡ chổi, người ta quan sát đám băng từ trái đất Các nhà nghiên cứu thiên văn chia chổi thành loại, ngắn hạn, dài hạn chổi thống qua Sao chổi ngắn hạn có chu kỳ quỹ đạo 200 năm, chổi dài hạn có chu kỳ lớn Cịn chổi thống qua có quỹ đạo parabol hypecbol, chúng bay qua mặt trời lần mãi sau Mỗi năm có hàng trăm chổi tạo ngồi vũ trụ có chổi lớn có chu kỳ đặc biệt ý, chổi Halley tiếng chẳng hạn Nó phát vào kỷ 18 chổi phát quay trở lại trái đất Các nhà khoa học dự đốn quay trở lại trái đất kỷ 21, khoảng vào năm 2061 Tại sao chổi lại có ? Sao chổi nhân đá bao phủ băng bụi Hiếm đường kính vượt qua 5km Khi chổi bay lại sát mặt trời, nhiệt độ làm nóng chảy phần bên ngồi nó, phần bốc Khí bụi tạo thành đám mây, ánh sáng mặt trời chiếu vào thổi hướng ngược lại Đó đuôi chổi Những chổi thường xuyên bay sát mặt trời nhiều vật chất Đi chúng chứa đựng khí dần nhiều bụi dần 3Vì thường ngơi chổi ln có hai đi, khí bụi Sau vài trăm lần qua gần sát mặt trời, chổi không cịn lại ngồi nhân khơng nhìn thấy Đây số khung xương chổi Năm 1910, trái đất qua chổi Halley Nhưng khơng có thiệt hại xảy hết 1.2.Lịch sử khám phá: Thảm Bayeux, kỷ 11, miêu tả quan sát chổi Halley năm 1066 Theo thẻ khắc xương người Trung Hoa cổ đại, diện chổi người biết đến từ nhiều nghìn năm trước Người Trung Quốc cổ xưa cho chổi mang đến điềm xấu, báo trước nguy hiểm tính mạng cho vua chúa hay quan lại Tuy nhiên sách Thiên luận, Tuân Tử (313-230 TCN) bác bỏ điều mê tín Trong lịch sử văn minh Hy Lạp Ả Rập, chổi coi công thiên đàng xuống trần gian Các ghi chép "sao rơi" sách Gilgamesh, Sách Khải Huyền sách Enoch nói đến chổi hay băng Trong sách đầu tay Khí tượng học, Aristotle nhận xét chổi bay qua bay lại bầu trời phương Tây suốt hai nghìn năm Ơng lật lại quan niệm số nhà triết học trước miêu tả chổi hành tinh, hay tượng liên quan đến hành tinh Ông dựa quan sát chuyển động hành tinh nằm gần mặt phẳng hoàng đạo, chổi xuất từ nơi nào, để đến kết luận chổi tượng xảy tầng cao khí Trái Đất, nơi mà luồng khí nóng khơ tập trung bùng cháy Ông mở rộng chế để giải thích cho băng, cực quang và, chí, Ngân Hà Các nhà hiền triết sau tranh luận quan điểm chổi Seneca Trẻ, sách Các Câu hỏi Tự nhiên, quan sát thấy chổi bay qua lại theo quỹ đạo đặn, không bị ảnh hưởng gió, đặc tính tượng vũ trụ tượng khí Mặc dù ơng đồng ý hành tinh di chuyển gần mặt phẳng hồng đạo, ơng thấy khơng có lý ngăn cản vật thể giống hành tinh di chuyển vùng trời khác, kiến thức người vũ trụ hạn hẹp Tuy nhiên, cách nhìn Aristotle có ảnh hưởng sâu; tận kỷ 16 người ta chứng minh chổi tượng nằm ngồi khí Năm 1577, chổi sáng quan sát suốt vài tháng Nhà thiên văn học Đan Mạch Tycho Brahe sử dụng đo đạc vị trí chổi ông người quan sát nơi cách xa, để thu kết chổi có thị sai nhỏ, đến mức khơng đo Với độ xác phép đo đạc lúc đó, chứng cho thấy chổi phải cách Trái Đất lần khoảng cách Trái Đất Mặt Trăng 1.3 Một vài hình ảnh chụp chổi Sao chổi Halley năm 1986 Sao chổi đuôi Hale Bopp 1997 Sao chổi McNaught 2007 Đáng tiếc Việt Nam ta khơng thấy Ở Miền Bắc thấy phần nó, lại vào mùa mưa bão Đây chổi đẹp lịch sử II Đặc điểm, quỹ đạo, vòng đời chổi 2.1 Đặc điểm Sao chổi cấu tạo từ cácboníc mêtan nước đóng băng lẫn với hợp chất hữu cao phân tử khoáng chất khác Chúng bay quanh Mặt Trời theo quỹ đạo dẹt phần lớn đời nằm xa Mặt Trời, trạng thái đóng băng nhiệt độ thấp Khi chổi tiến gần Mặt Trời, tức vào vòng Hệ Mặt Trời, xạ điện từ Mặt Trời khiến lớp băng bên ngồi bắt đầu thăng hoa Dịng bụi khí bay tạo nên bầu "khí quyển" lớn loãng bao quanh chổi gọi phần đầu chổi Tiến gần thêm, áp suất xạ gió Mặt Trời thổi vào bầu khí kéo dài thành hai khồng lồ Bụi khí tạo hai riêng rẽ, chĩa hai phương lệch nhau; hạt bụi có khối lượng lớn khơng dễ bị gió Mặt Trời tác động, bị tách rời khỏi phần đầu chổi bay chậm lại quỹ đạo sau phần đầu (do bụi cong theo đường cong quỹ đạo) cịn khí (đúng khí bị ion hóa) chứa hạt ion nhẹ, dễ dàng bị gió Mặt Trời thổi theo phương nối thẳng đến Mặt Trời, sau chúng theo đường sức từ không gian thay cho đường quỹ đạo Hạt nhân chổi nằm lại bên khoáng chất nặng, hay chất hữu cao phân tử, có đường kính khoảng 50 km Trong phần đầu chổi lớn Mặt Trời, cịn chổi kéo dài đến cỡ đơn vị thiên văn Cả phần đầu đuôi, hình thành chổi vào vịng Hệ Mặt Trời, chiếu sáng Mặt Trời trở nên rực rỡ cho quan sát từ Trái Đất Đuôi bụi tán xạ trực tiếp ánh nắng theo chế Mie, tạo nên màu trắng, cịn khí bị ion hóa phát photon lượng cao, có quang phổ thiên màu xanh lam Thực tế đa số chổi sáng yếu đến mức quan sát qua kính viễn vọng Mỗi thập kỷ, có vài chổi đủ sáng cho quan sát mắt thường Trước có kính thiên văn, chổi dường đột ngột xuất đột ngột biến bầu trời Một điều gây ngạc nhiên hạt nhân chổi thuộc vào hàng vật thể đen Hệ Mặt Trời Tàu Giotto đo hạt nhân chổi Halley phản xạ lại 4% ánh sáng chiếu đến, cịn tàu Deep Space tìm thấy chổi Borrelly có hệ số phản xạ khoảng 2,4% đến 3%; để so sánh, nhựa đường phản xạ 7% ánh sáng Có thể lý giải bề mặt tối qua cấu tạo hạt nhân gồm chủ yếu hợp chất hữu Sức nóng Mặt Trời làm bốc hợp chất nhẹ, để lại phân tử nặng có chuỗi hữu 9rất dài thường có xu hướng sẫm màu, tro hay dầu thô Màu đen chổi tạo nên khả hấp thụ nhiệt mạnh, tăng cường q trình bốc chất khí Năm 1996, chổi phát có phát tia X Các tia gây ngạc nhiên cho nhà khoa học chưa tiên đốn điều trước Cơ chế phát tia X giải thích dựa vào tương tác chổi gió Mặt Trời: ion bay từ Mặt Trời qua đuôi chổi, chúng va chạm vào nguyên tử hay phân tử đuôi Trong va chạm, ion tích điện dương bắt lấy vài điện tử đuôi chổi Đi chổi bị ion hóa, cịn điện tử bị rơi vào ion đến từ Mặt Trời phát photon có tần số thuộc vùng cực tím hay X quang 2.2 Quỹ đạo Sao chổi có quỹ đạo dẹt Khi đến gần Mặt Trời, chổi tỏa sáng, thể hai đuôi: đuôi bụi (số hình) khí (số hình) Theo quỹ đạo, chổi phân chia thành loại: chổi ngắn hạn có chu kỳ quỹ đạo 200 năm, chổi dài hạn có chu kỳ quỹ đạo lớn hơn, quay trở lại, chổi thống qua có quỹ đạo parabol hay hyperbol bay ngang qua Mặt Trời lần mãi sau Ví dụ chổi ngắn hạn, có chổi Encke có quỹ đạo nhỏ bé, khơng xa Mặt Trời Sao Mộc Như thiên thể chuyển động quỹ đạo tác dụng lực hấp dẫn, chổi chuyển động nhanh cận điểm quỹ đạo chậm viễn điểm quỹ đạo Do chổi có khối lượng nhỏ, chúng bay ngang qua hành tinh lớn, quỹ đạo chúng dễ bị nhiễu loạn Với chổi ngắn hạn, kết nhiễu loạn này, lâu dài, khiến cho viễn điểm quỹ đạo chúng trùng với bán kính quỹ đạo hành tinh lớn, nhóm chổi nằm gần Sao Mộc có số lượng lớn nhất, thể biểu đồ tần xuất Sao Mộc nguồn gây nhiễu loạn mạnh nhất, khối lượng lớn gấp đơi khối lượng tổng cộng hành tinh khác, chuyển động nhanh hành tinh lớn khác Các chổi dài hạn thường xuyên bị nhiễu loạn ngang qua hành tinh lớn 2.3 Vòng đời Các chổi ngắn hạn cho có nguồn gốc từ vành đai Kuiper, chổi dài hạn đến từ đám Oort Có nhiều khả chúng chứa 10 vật chất từ thời kỳ Hệ Mặt Trời khai sinh, đặc biệt chổi dài hạn Sao chổi Shoemaker-Levy 9(SL9) kết thúc đời tan rã thành hàng trăm mảnh vỡ vào năm1992 Để giải thích sao chổi chuyển từ quỹ đạo vành đai Kuiper hay đám Oort sang quỹ đạo méo tiến phía Mặt Trời, nhiều chế gợi ý Các chế chủ yếu dựa nhiễu loạn trường hấp dẫn Đối với chổi dài hạn, nhiễu loạn gây khác Mặt Trời quay quanh tâm Ngân Hà, hay từ gần Mặt Trời Nemesis Đối với chổi ngắn hạn, chuyển động hành tinh lớn, đặc biệt Sao Mộc, hay chí từ hành tinh chưa quan sát hành tinh X, dần phá vỡ vành đai Kuiper gây tụ tập chổi gần hành tinh Các chổi không tồn ổn định quỹ đạo, nguyên nhân từ nhiễu loạn hấp dẫn, cịn có ngun nhân từ hao hụt khối lượng thay đổi cấu trúc lại gần Mặt Trời Một lượng lớn vật chất nhẹ chúng bị thổi bay tạo thành đuôi đun nóng xạ Mặt Trời áp suất gió Mặt Trời, giai đoạn bay gần cận điểm quỹ đạo Thiếu liên kết vật chất nhẹ, vật chất nặng dần bị tan rã, đặc biệt có tác động lực thủy triều từ hành tinh lớn Kết cục sau nhiều vịng quay, quỹ đạo khơng thực ổn định, khối lượng chổi giảm dần, ngày bị nhiễu loạn, tan rã Một số chổi kết thúc đời va chạm với thiên thể khác Năm 1994, nhà thiên văn chứng kiến kết thúc ngoạn mục chổi Shoemaker-Levy 9, tan thành nhiều mảnh đâm vào Sao Mộc Một số chổi không tan rã dần trở thành tiểu hành tinh, với hạt nhân hết khả thăng hoa Trong giai đoạn đầu hình thành Hệ Mặt Trời, người ta đoán số lượng chổi, hay mảnh vật chất bay qua lại hệ lớn Chúng bị dọn dẹp dần sau vụ va chạm, mà dấu tích cịn để lại nhiều bề mặt hành tinh Số lượng chổi trì mức độ ngày nhờ nguồn cung cấp ổn định từ vòng đại Kuiper đám Oort, theo chế nhiễu loạn hấp dẫn Các chổi, mảnh vật chất lang thang thời kỳ đầu Hệ Mặt Trời, cho nguồn cung cấp vật liệu cần thiết cho hình thành sống, chất hữu cơ, hay nước, khơng cho Trái Đất mà cịn cho hành tinh nhỏ khác Sao Hỏa, chúng rơi vào hành tinh III Sao chổi quan sát, nhìn nhận người 3.1 Các ngơi chổi tiếng Mỗi năm có hàng trăm chổi nhỏ bé bay qua gần Mặt Trời, nhiên có vài chổi đủ lớn để cơng chúng biết đến Chừng độ thập kỷ lại xuất chổi đủ sáng để quan sát mắt thường; chổi gọi chổi lớn Sao chổi lớn thường đem lại phản ứng tiêu cực cơng chúng q khứ, người ta nghĩ chúng đem lại điều không lành Trong lần quay trở lại vào năm 1910, đuôi chổi Halley quệt qua Trái Đất, gây nên lo lắng vô chất xyanogen đuôi gây ngộ độc cho lồi người Hay xuất chổi Hale-Bopp năm 1997 gây nên vụ tự tử tập thể nhóm cuồng giáo Cổng Thiên Đàng Tuy nhiên, chổi lớn, đa số, môt tượng thiên nhiên đẹp mắt Halley Hale-Bopp McNaught 10 Kohoutek 11 McNaught 3.2 Sao chổi sống hành tinh Một số ngơi có hoạt động chổi dầy đặc xung quanh điều tiêu diệt sống nẩy mầm hành tinh quay xung quanh ngơi Một nghiên cứu tiến hành để xác định xem số khơng thể trì sống hành tinh hoạt động mạnh mẽ chổi , chiếm tỷ lệ Rất nhiều chổi hệ Mặt trời phát xuất phát từ vành đai Kuiper, đĩa chứa đầy mảnhh vụn đất đá, kéo dài từ quỹ đạo Neptune (30 AU) vươn xa tới gần gấp đôi giá trị khoảng cách Ở ngơi khác, người ta thấy có vành đai Kuiper tương tự bao quanh Jane Greaves thuộc ĐHTH St Adnrew Scotland nói:” Các vành đai cấu tạo từ bụi mảnh đất đá vỡ từ vụ va chạm tiểu hành tinh chổi” Theo số liệu Kính thiên văn vũ trụ Spitzer gần 20 phần trăm ngơi giống thuộc lân cận Mặt trời có vành đai vật chất bao quanh chí cịn dầy dặc vành đai Kuiper hệ Mặt trời Càng nhiều bụi vụn đất đá có nghĩa nhiều chổi, liệu điều có đồng nghĩa với việc có nhiều vụ va chạm huỷ diệt tiểu hành tinh chổi chúng bắn phá hành tinh giống Trái đất bay quanh quỹ đạo xa xơi kia? Đó câu hỏi đặt nhà nghiên cứu 12 Câu trả lời phụ thuộc vào liệu hệ mặt trời xa lạ có tồn hành tinh khí khổng lồ bay vịng ngồi hay khơng Thật may hệ Mặt trời có hành tinh khí Sao Mộc biết đóng vai trị làm chắn cho Trái đất cách làm chệch hưóng nhiều chổi lái chúng không cho xâm nhập vào khu vực bên hệ Mặt trời Tuy nhiên vào năm 2007, nhà khoa học Mộc lại “tạo điều kiện” cho số chổi vào quỹ đạo Trái đất Trên thực tế, kích thước Mộc mà Thổ, hẳn số vụ va chạm với chổi Trái đất phải nhiều đáng kể Greaves lập mơ hình mơ q trình chổi bị ảnh hưởng hành tinh khí khổng lồ Những kết ban đầu bà cho thấy vấn nạn chổi hiểm hoạ lớn cho vài phần trăm hệ giống với Mặt trời Sao chổi gieo mầm sống trái đất ? “Những yếu tố làm nên sống trái đất có nguồn gốc từ vũ trụ” Quan điểm có thêm sức nặng nhóm nghiên cứu Mỹ tuyên bố: Các phân tử hữu chổi tồn sau va chạm với trái đất khơi nguồn sống hành tinh Tại họp Hiệp hội Hóa học Mỹ, bà Jennifer Blank cộng Đại học California, cho biết họ tái tạo vụ va chạm mạnh trái đất chổi bay với tốc độ cao Thí nghiệm tiến hành cách bắn viên đạn cỡ lớn vào mục tiêu kim loại chứa nước hòa với axit amin Kết phần lớn axit amin tồn sau vụ va chạm, không thế, chúng cịn "polymer hóa" để trở thành chuỗi 2-4 phân tử, gọi peptit, vật chất giai đoạn đầu trình tạo protein Đặc biệt hạ nhiệt độ vật thể để mô chổi băng giá có nhiều axit amin tồn Vụ va chạm “giả” phịng thí nghiệm dội cú đâm xiên chổi vào bề mặt trái đất Có thể hình dung rằng, vào thời tiền sử (khoảng tỷ năm trước), có chổi lao vào trái đất theo góc lệch 25 độ Theo bà Blank, góc hẹp vậy, nước đá từ chổi rơi xuống giữ đầy đủ phân tử hữu - điều kiện lý tưởng để hình thành sống Bên cạnh phân tử hữu cơ, nước lượng hai thành phần thiết yếu cho sống 3.3 Mối hiểm nguy từ chổi Không phải lúc chổi mang vẻ đẹp lung linh bầu trời mà tiềm ẩn nguy đối bay gần quỹ đạo trái đất Ở hành tinh nào, chổi bị lực hấp dẫn hút vào vụ va chạm trái đất với thiên thể ngồi vũ trụ khơng thể tránh khỏi Nó tạo nên rung động mạnh bề mặt trái đất, chí tạo thành trận động đất, lở tuyết hay đợt sóng thần cao hàng trăm mét Theo nhà khoa học, ngày, trái đất phải hứng chịu hàng chục mảnh thiên thạch nhỏ hay bụi từ vũ trụ, có mảnh thiên thạch lớn chổi nguy hiểm trái đất Tuy nhiên, 13 nhà khoa học ln tính tốn để trái đất tránh xa vụ va chạm 16 Một tên lửa đẩy có mang đầu đạn hạt nhân phá vỡ làm chệch quỹ đạo bay chổi Ông K.Harpher, thuộc NASA cho biết, cấu tạo từ carbonic, metan, nước đóng băng, hợp chất hữu cao phân tử khoáng chất nguồn gốc chổi lại nằm hạt nhân Hạt nhân chổi gồm khống chất nặng hay chất hữu cao phân tử, bao phủ bề mặt tối đen, có khả hấp thụ nhiệt mạnh, nhờ bốc khí tạo thành đám bụi xung quanh, có lên đến trăm nghìn km, tạo thành vệt kéo dài Nhờ ánh sáng mặt trời mà ta nhìn từ trái đất thấy vết sáng giống hình chổi Một điều gây ngạc nhiên cho giới khoa học thiên thể phát tia X, tương tác gió mặt trời chổi Mặc dù người khơng ngừng tìm hiểu chổi mang đầy bí ẩn kỳ quan tự nhiên, thu hút nhà khoa học tìm hiểu, khám phá Và chổi hình thành hay va chạm với thiên thể khác đem đến cho nhà khoa học băn khoăn câu hỏi tìm lời giải đáp 14 KẾT LUẬN Trên ta tìm hiểu vấn đề chổi có khái niệm nhìn nhận khái quát chổi Để hoàn thành tiểu luận này, em xin thay mặt nhóm gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến thầy Nguyễn Hữu Hà, hướng dẫn chúng em trình làm tiểu luận Mặc dù đầu tư công sức, cố gắng cẩn thận điều kiện thời gian, hạn chế kiến thức nên chắn tiểu luận cịn nhiều thiếu sót Em kính mong nhận ý kiến đóng góp chân tình q thầy bạn để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 15 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .2 NỘI DUNG I Khái quát chổi 1.1 Khái niệm chổi: .3 1.2.Lịch sử khám phá: 1.3 Một vài hình ảnh chụp chổi II Đặc điểm, quỹ đạo, vòng đời chổi 2.1 Đặc điểm .6 2.2 Quỹ đạo 2.3 Vòng đời .8 III Sao chổi quan sát, nhìn nhận người 3.1 Các chổi tiếng 3.2 Sao chổi sống hành tinh 12 3.3 Mối hiểm nguy từ chổi 13 KẾT LUẬN .15 MỤC LỤC 16 16