mặt trời và hệ mặt trời

Và cũng biết rằng chúng ta đang sống trên trái đất, một vệ tinh quay xung quanh Mặt Trời, nhưng không phải chỉ có riêng Trái đất của chúng ta quay xung quanh Mặt Trời mà xung quanh mặt trời có một hệ, gồm nhiều hành tinh gọi là hệ Mặt Trời. Trái Đất của chúng ta chỉ là một trong số các hành tinh đó. Vậy hệ Mặt Trời là gì? Và được hình thành như thế nào? Trong đề tài này chúng ta sẽ đi tìm hiểu khái quát về mặt trời và hệ mặt trời, giải thích những hiên tượng, vấn đề quay xung quanh Mặt Trời và hệ Mặt Trời.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊNĐẠI HỌC KHOA HỌC

BỘ MÔN VẬT LÝ - -

BÀI TIỂU LUẬN

ĐỀ TÀI: Mặt Trời và hệ Mặt Trời

Giáo viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Văn Đăng

Người thực hiện: Lê Thị Phương Hiền

Nguyễn Thị Huyền Trang

Thái nguyên, ngày 30 tháng 4 năm 2011

MỤC LỤC

Trang

Mục lục 2

Mở đầu 4

Chương I: Mặt Trời 6

I.Nhận thức ban đầu của con người về Mặt Trời 6

II Mặt Trời theo quan điểm khoa học 7

1 Giới thiệu qua về Mặt Trời 7

2 Sự tiến hoá của Mặt Trời 8

3 Cấu tạo của Mặt Trời 10

3.1 Phần lõi 10

3.2 Tầng bức xạ 11

3.3 Tầng tối ưu 12

3.3.1 Phần quyển sáng 12

3.3.2 Phần quyển sắc 13

3.3.3 Vầng hào quang 13

4.Một số hiện tượng 14

4.1 Vết đen Mặt Trời 14

4.2 Nhật thực và nguyệt thực 15

Chương II: Hệ Mặt Trời 19

I Hệ Mặt Trời và các hành tinh .19

1 Hệ Mặt Trời 19

2 Các hành tinh trong hệ Mặt Trời 21

II Sự hình thành hệ Mặt Trời 27

1 Lý thuyết cổ điển 27

2 lý thuyết hiện đạ 28

Kêt luận 32

Tài liêu tham khảo 33

MỞ ĐẦU

Mặt Trời rất gần gũi và quen thuộc với chúng ta, trong cuộc sống hàng ngày cũng như trong lao động sản suất Hàng ngày, mặt trời soi sáng sưởi ấm cho chúng ta, đó như là một điều hiển nhiên Tuy nhiên đã bao giờ

bạn tự hỏi rằng nếu như không có mặt trời thì chúng ta sẽ thế nào? Hay bao

giờ thì Mặt Trời biến mất?Hoặc có thể đơn giản như Mặt Trời từ đâu đến?

Từ xa xưa con người ở mỗi quốc gia, mỗi dân tộc đã có những nhận thức khác nhau về mặt trời Hình ảnh mặt trời thường gắn liền với các vị thần, có một nguồn năng lượng siêu nhiên nào đó Ngày nay, khi khoa học phát triển người ta đã nghiên cứu ra hiểu rõ hơn về mặt trời và quan niệm rằng:

Chúng ta sống trên trái đất, một khối cầu lơ lửng trong không trung và lăn tròn Hàng đêm bầu trời của chúng ta sáng lên nhờ những đốm sáng mà

chúng ta vẫn thường gọi là những vì sao hay những ngôi sao Và mỗi đốm

sáng nhỏ bè đó đều là các khối cầu khí khổng lồ, có khả năng tự phát sáng

và phát nhiệt, các đốm sáng đó rất lớn và cách rất xa chúng ta Trong số hàng tỉ các ngôi sao đó, có một ngôi sao đã mang đến cho chúng ta sự sống Thực tế một ngôi sao không bao giờ suất hiện vào ban đêm, bởi vì bản thân

sự hiện diện của nó đã đồng nghĩa với ánh sáng ban ngày, và chúng ta cũng không gọi nó là một ngôi sao mà chúng ta goi đó là Mặt Trời

Và cũng biết rằng chúng ta đang sống trên trái đất, một vệ tinh quay xung quanh Mặt Trời, nhưng không phải chỉ có riêng Trái đất của chúng ta quay xung quanh Mặt Trời mà xung quanh mặt trời có một hệ, gồm nhiều hành tinh gọi là hệ Mặt Trời Trái Đất của chúng ta chỉ là một trong số các

hành tinh đó Vậy hệ Mặt Trời là gì? Và được hình thành như thế nào?

Trong đề tài này chúng ta sẽ đi tìm hiểu khái quát về mặt trời và hệ mặt trời, giải thích những hiên tượng, vấn đề quay xung quanh Mặt Trời và

hệ Mặt Trời

Chương I: MẶT TRỜI

I Nhận thức ban đầu của con người về Mặt Trời

Từ thời xa xưa, khi khoa học kĩ thuật còn chưa phát triển, nhận thức của con người còn rất sơ khai về các

hiện tượng tự nhiên như: gió, mưa, sấm

chớp,… Họ đã gắn các hiện tượng thới

tiết đó vào một hình tượng siêu nhiên

đó là các vị thần linh, có khi ôn hoà che

chở, có khi lại nổi giận để rồi có những

tai ương Mặt Trời cũng tương tự như

vậy, cũng được gắn với một vị thần ở

trên cao hàng ngày mang ánh sáng đến

Thần Helios cà chiếc xe tứ mã cho con người Mỗi dân tộc đều có những hình

tượng về Mặt Trời riêng với những truyền thuyết

riêng Nhưng tất cả đều gắn Mặt Trời với một vì

thần, như một đáng tối cao, hay là một vị thần

đáng kình nhất hàng ngày soi sáng cho cuộc

sống của họ Một truyện thần thoại rất tiêu biểu

mà đếnnay chúng ta vẫn con được biết tới hình

ảnh của vị thần Mặt Trời trong trí tưởng tượng

của con người trước đây là thần thoại Hy Lạp

Tượng thần Helios

Cho đến nay, vẫn còn rất nhiều hình ảnh được giữ lai về vị thần Mặt Trời Helios trong thần thoại này Theo trí tưởng tượng của người Hy Lạp xa xưa, Helios là vị thần hàng ngày ngồi trên cỗ xe vàng tứ mã Mặt Trời được thần đặt trên xe này và đưa đi dọc theo bầu trời Đông - Tây theo lệnh của thần Zeus.

II Mặt Trời theo quan điểm khoa học

1 Giới thiệu qua về Mặt Trời

Mặt Trời là một quả cầu khí nóng

khổng lồ, là một sao cỡ trung bình trong

số các sao trong thiên hà của chúng ta

(Ngân Hà hay còn gọi là Milkyway) Nó

nằm cách dìa củ Milkyway 14000 năm

ánh sáng và cách trung tâm của nó

2 Sự tiến hoá của Mặt Trời

Trước khi đi tìm hiểu về sự tiến hoá của Mặt Trời thì chúng ta nói sơ qua về sự hình thành của Mặt Trời Mặt Trời hình thành cách đây 5,1 tỷ năm từ một đám khí bụi khổng lồ, đám khí này co lại và quay nhanh dần do hấp dẫn bản thân và phần trung tâm khối khí tụ lại tạo thành Mặt Trời.

Vậy quá trình tiến hoá của Mặt Trời diễn ra như thế nào? Có khi nào Mặt Trời ngừng toả sáng?

Từ những hiểu biết về sự hình thành và xuất hiện của hệ Mặt Trời Chúng ta có thể biết rằng Mặt Trời đã tồn tại được hơn 5 tỷ năm Mặt Trời cũng là một ngôi sao trong số hàng ngàn các ngôi sao khác Vì vậy sự tiến hoá của Mặt Trời cũng sẽ tuân theo quy luật chung của các ngôi sao, nó phụ thuộc vào khối lượng và mật độ (hay là kiểu sao) của mỗi ngôi sao

Trước hết chúng ta sẽ tìm hiểu về tiến trình tiến hoá chung của một ngôi sao với các khối lượng tương ứng khác nhau kể từ sau khi chúng bắt đầu toả sáng: Thời gian tồn tại của mỗi ngôi sao tuỳ theo khối lượng của chúng Các sao càng nặng thì càng cần nhiều năng lượng để chống lại lực hấp dẫn nên nhiên liệu nhanh bị đốt cháy hết Do đó sao càng nặng thì tuổi thọ càng ngắn ngủi

Mặt Trời là một sao lùn vàng G2V Các sao cỡ như Mặt Trời có tuổi thọ khoảng 10 tỷ năm các sao khổng lồ 10- 15 triệu năm còn các sao lùn đỏ

là 20 triệu năm, các sao siêu khổng lồ chỉ thọ vài triệu năm Sau khi hêt nhiên liệu Ngôi sao không thể tiếp tục chống lại hấp dẫn bản thân Phần trong co lại về phía lõi còn vỏ ngoài phồng to và phát ra ánh sáng đỏ Ngôi sao trở thành sao khổng lồ đỏ trong khoảng 100 triệu năm (với sao cỡ Mặt Trời) hoặc sao siêu khổng lồ đỏ trong vài triệu năm Phần nõi trong co lại

và tiếp tục nóng lên Đây là lúc phản ứng xảy ra kết hợp hạt nhân Heli thành hạt nhân Cacbon Khi áp suất giải phóng ra cân bằng với hấp dẫn, lõi ngôi sao ngừng co lại

Đối với các sao nhỏ cỡ Mặt Trời, sau quá tình trên, lõi sao co lại thành sao lùn trắng còn lớp ngoài phóng ra tạo thành tinh vân hành tinh

Với các sao có khối lượng lớn, nhiệt độ ở lõi sẽ tăng đủ lớn dể xảy ra các quá trình tổng hợp hạt nhân tạo ra các nguyên tố năng như C, O, Mg, Al, P, S, Fe Ngôi sao có lõi sắt trong cùng và các nguyên tố nhẹ dần ra phía ngoài

Giai đoạn kết thúc: khi nhiên liệu hoàn toàn cạn kiệt, ngôi sao bước vào thời kì suy sập do hấp dẫn

 Các sao có khối lượng < 1,4 lần khối lượng Mặt Trời (giới hạn Chandrasekhar) co laị thành sao lùn trắng và cuối cùng là một sao lùn đen mất hút trong vũ trụ

 Các sao khối lượng 1,4 - 1,5 khối lượng Mặt Trời co lại mạnh hơn, vượt qua kích thước sao lùn trắng xuống mức đường kính 20km gây ra một vụ nổ sao siêu mới Cuối cùng, khi lực đẩy tĩnh điện giữa các neutron và proton chống lại được lực hấp dẫn, sao ngừng co và trở thành sao neutron

 Các sao có khối lượng lớn hơn Mặt Trời 4-5 lần co lại hêt sức manh mẽ, cũng tạo ra một vụ nổ sao siêu mới Tuy nhiên do khối lượng lớn, hấp dẫn lớn đến mức làm triệt tiêu lực đẩy giữa các neutron, tạo thành lỗ đen

Hiện nay, các nhà khoa học đã tính toán và dự đoán: giai đoạn kết thúc của Mặt Trời có lẽ sẽ bắt đầu vào khoảng 4 tỷ năm nữa Sau thời gian này, nhiên liệu của Mặt Trời không còn đủ để tạo ra các phản ứng chống lại hấp dẫn của bản thân nó nữa và trong lõi trong co lại để dần tạo thành sao lùn trắng thì cái vỏ ngoài sẽ phình to và tất cả chúng ta cũng như các hành tinh nhóm trong sẽ bị nuốt chửng và khi đó chúng ta hãy hi vọng rằng con

người đã tìm được một nơi khác để ở hay ít ra là vẫn còn nơi nào trong vũ trụ giống chúng ta (tức là sự sống vẫn còn tồn tại)

3 Cấu tạo của Mặt Trời

Cũng giống như Trái đất, Mặt trời cũng có nhiều lớp khác nhau tạo nên cấu trúc của nó Nhưng Mặt Trời không giống Trái Đất ở chỗ, nó hoàn toàn là một quả cầu khí, không có một bề mặt chất rắn nào cả Mặc dù Mặt Trời hoàn toàn được tạo ra bằng các khí, nhưng tỷ trọng và nhiệt độ của các khí có sự khác biệt rất lớn từ phần trung tâm cho đến phần xa nhất Ở phần trung tâm của Mặt trời, tỷ trọng bằng 150 gam/cm3 (gấp 10 lần tỷ trọng của vàng hoặc chì) Càng xa trung tâm Mặt trời, nhiệt độ và tỷ trọng càng giảm

Mặt trời có cấu tạo gồm 3 phần: Phần lõi, bức xạ và tầng đối lưu:

3.1 Phần lõi:

Phần lõi của Mặt trời là khu vực trung tâm, có độ dày gần bằng 25%

bán kính Mặt trời, là nơi các phản ứng hạt nhân tổng hợp hyđro để hình thành Heli Những phản ứng này giải phóng năng lượng mà về sau nó đi ra khỏi mặt trời dưới dạng các ánh sáng nhìn được Tại đây, trọng lực sẽ hút tất cả mọi vật hướng vào trong và tạo ra một áp lực rất lớn Chính áp lực này đã tác động khiến cho các nguyên tử khí Hyđro kết hợp với nhau để tạo ra phản ứng hạt nhân Hai nguyên tử Hyđro được kết hợp để tạo ra nguyên tử Heli-4 và năng lượng theo các bước sau:

 Hai proton kết hợp với nhau tạo ra một Đơ-te-ri (nguyên tử Hyđro kết hợp với một nơtron), một pozitron (phần rất nhỏ của vật chất có điện tích dương và có cùng khối lượng với electron) và một nơtrinô

 Một proton kết hợp với một nguyên tử Đơ-te-ri để tạo ra một nguyên

tử Heli-3 (hai proton kết hợp với một nơtron) và một tia gam-ma

 Hai nguyên tử Heli-3 phản ứng với nhau tạo thành một Heli-4 (hai proton và hai nơtron) và hai proton

Những phản ứng này tạo ra 85% nguồn năng lượng Mặt trời 15% còn lại được tạo ra từ các phản ứng dưới đây:

 Một nguyên tử Heli-3 và một nguyên tử Heli-4 kết hợp với nhau tạo thành một nguyên tử Berili-7 (bốn proton và 3 nơtron) và một tia Gam-ma

 Một Berili-7 hút một electron để tạo thành một Lithi-7 (ba proton

và bốn nơtron) và một nơtrinô

 Một Lithi-7 kết hợp với một proton tạo thành hai nguyên tử Heli-4 Nguồn năng lượng được phát ra dưới nhiều dạng ánh sáng (tia cực tím, các tia X, ánh sáng có thể nhìn thấy được, tia hồng ngoại, các sóng ngắn

và sóng radio) Mặt trời cũng phát ra các hạt mang năng lượng (nơtron và proton) tạo ra gió Mặt trời Nguồn năng lượng chiếu xuống Trái đất giúp sưởi ấm hành tinh này, tác động lên sức khỏe của con người và cung cấp các nguồn năng lượng cho đời sống Chúng ta hầu như không bị các bức xạ và gió Mặt trời làm hại bởi vì đã có bầu khí quyển bảo vệ

3.2 Tầng bức xạ: là phần tiếp theo phần lõi, chiếm 55% bán kính Mặt

trời Ở khu vực này, năng lượng từ phần lõi được truyền đi xa hơn nhờ các

photon (lượng tử ánh sáng) Khi một lượng tử ánh sáng được hình thành, nó

sẽ di chuyển được khoảng 1 micromet (một phần triệu mét) trước khi bị hút bởi các nguyên tử khí Sau khi hút các photon, các phân tử khí sẽ bị đốt nóng

và lại tiếp tục phát ra các lượng tử ánh sáng khác với bước sóng tương tự Các lượng tử ánh sáng được tái phát đó cũng đi thêm được một quãng đường

là 1 micromet và cũng bị các phân tử khí khác hấp thụ, chu trình này được lặp lại liên tục, mỗi sự tương tác giữa lượng tử ánh sáng và các phân tử khí đều mất một lượng thời gian nhất định Quá trình hấp thụ và tái phát này diễn ra khoảng 1025 lần trước khi một lượng tử ánh sáng đi đến được bề mặt, vì vậy khoảng thời gian để một lượng tử ánh sáng được tạo ra ở phần lõi và sau đó đi đến được bề mặt là rất đáng kể

3.3 Tầng đối lưu:

nằm trong khoảng 30% bán kính còn lại, nơi có các dòng đối lưu hoạt động và mang năng lượng đi ra khỏi bề mặt của Mặt trời Các dòng đối lưu này làm tăng hoạt động của các khí nóng bên cạnh đó làm giảm hoạt động của các dòng khí lạnh Các dòng đối lưu mang các lượng tử ánh sáng ra khỏi

bề mặt của mặt trời nhanh hơn quá trình chuyển giao các bức xạ xẩy ra giữa phần lõi và phần bức xạ Với rất nhiều sự tương tác diễn ra giữa các lượng tử ánh sáng và phân tử khí trong các tầng bức xạ và đối lưu, một lượng tử ánh sáng mất gần 100000 đến 200000 năm để tới bề mặt

Phía trên bề mặt của Mặt trời là bầu khí quyển bao gồm 3 phần:

3.3.1 Phần quyển sáng:

là khu vực thấp nhất trong bầu khí quyển Mặt trời mà tại đó có thể nhìn thấy Trái đất, rộng khoảng 300-400 km và có nhiệt độ trung bình là

5.800oK Nó xuất hiện dưới dạng bong bóng hoặc kết tạo thành hạt, giống với bề mặt của một bình nước đang sôi Khi đi ra khỏi quyển sáng thì nhiệt

độ sẽ giảm và các khí sẽ trở nên lạnh hơn, do vậy nó không phát ra nguồn năng lượng ánh sáng nữa Vì thế, rìa ngoài cùng của quyển sáng sẽ tối lại và một hiệu ứng rìa tối đã chiếm toàn bộ phần xung quanh Mặt trời

3.3.2 Phần quyển sắc:

nằm phía trên và cách phần quyến

sáng khoảng 2000 km, Nhiêt độ chảy dọc

phần quyển sắc tăng từ 4.500oK đến

10.000oK Người ta cho rằng phần quyển sắc

bị đốt nóng là do sự đối lưu xẩy ra phía dưới

tầng quyển sáng Khi các chất khí chuyển

động hỗn loạn trong vùng

Quyển sắc quyển sáng, chúng sẽ tạo ra các sóng làm đốt nóng các khí xung quanh và phóng chúng vào vùng quyển sắc dưới dạng các tia khí nóng nhỏ gọi là các gai nhỏ Mỗi cái gai cách quyển sáng khoảng 5.000km và tồn tại một vài phút Những cái gai này cũng kéo theo sau một đường từ trường của Mặt trời mà nó được tạo ra bởi sự chuyển động của các khí bên trong Mặt trời

3.3.3 Vầng hào quang:

là lớp cuối cùng của Mặt trời và trải dài hàng triệu km phía ngoài vùng quyển sáng Chúng ta có thể quan sát nó rõ nhất vào thời điểm nhật

thực và trong các bức ảnh của mặt trời được chụp bằng tia X Nhiệt độ của quầng trung bình là 2 triệu độ K, mặc dù không có ai có thể giải thích vì sao quầng lại nóng như vậy, nhưng theo một số phỏng đoán thì nguyên nhân là

ta có thể quan sát được trực tiếp bằng mắt thường khi nhìn lên Mặt Trời

Người đầu tiên quan sát lên các vết đen này bằng một kính thiên văn 30x (chiếc kính viễn vọng đầu tiên của loài người) Các quan sát của Galilei cho thấy các vết đen Mặt Trời xuất hiện và tồn tại khá lâu trên Mặt Trời, chúng chuyển động từ từ trên bề mặt này và dần biến mất sau khi bị che khuất Từ

đó ông đi đến kết luận rằng các vết đen

này cũng là một phần của Mặt Trời và

chuyển độn quay cùng thiên thể, và quan

sát các vết đen Mặt Trời cho phaeps

Galilei tự rút ra kết luận Mặt Trời có chu

kỳ tự quay là 28 ngày

Vết đen Mặt Trời

Các vết đen Mặt Trời có đường kính khoảng 1000 km và tồn tại khoảng 2 tháng, tức là đủ thời gian để chúng chuyện động trên bề mặt Mặt Trời, biến mất và lại xuất hiện 2 tuần sau đó Các vết đen này bản thân chúng là các vùng có nhiệt độ thấp hơn trên bề mặt ngôi sao, chúng ta biết rằng bề mặt Mặt Trời có nhiệt độ khoảng 5800k, còn các vết đen thì chỉ khoảng 4800k, sự chênh lệch nhiệt độ này là chúng ta nhìn lên thấy chúng

có vẻ tối, và cũng do sự chênh lệch nhiệt độ nhất thời này dẫn đến các chênh lệch áp suất và biến các vết đen trở thành các vùng hoạt động mạnh mẽ mỗi khi chúng xuất hiện, sự hoạt động này gây ra nhiều ảnh hưởng đến Trái Đất

mà chủ yếu là các hieuj ứng từ Chúng có thể làm kim lam châm chỉ sai hướng và có thể là ảnh hưởng đến hoạt động của nhiều thiết bị khĩ thuật Chu kỳ của các vết đen vào khoảng 11-17 năm, cũng có chu kỳ 22 năm, 64 năm và cả 100 năm Thông thường, chu kỳ của chúng là 11 năm hoặc 22 năm, vào những thời kỳ có sự trùn của các chu kỳ, giống nhu sự cộng hưởng của nhiều hiệu ứng Mặt Trời hoạt động dữ dội và gây ra nhiều chấn động

4.2 Nhật thực và nguyệt thực

Nhật thực và nguyệt thực là hiện tượng xảy ra khi Mặt Trời , Trái Đất

cà Mặt Trăng cùng nằm trên một đường thẳng và che khuất lẫn nhau

Ngày xưa, khi chưa có nhiều nhận thức về vũ trụ, con người không hiểu về hai hiện tượng này và thường đưa ra nhiều cách gải thích khác nhau:

 Có câu chuyện thần thoại phương đông kể rằng 2 nữ thần Mặt Trời và Mặt Trăng là do Ngọc Hoàng sinh ra có nhiệm vụ thay nhau

đi giám sát dân cư ở từng vùng Chồng của hai nữ thần này là một con Gấu Khi gấu đi với một trong hai người vợ thì khi đó dưới hạ

giới thấy Mặt Trời hoặc Mặt Trăng bị che khuất và người ta phải đuổi Gấu đi bằng cách gõ mạnh vào chiêng, trống, hay là cối giã gạo,…

 Có chuyện lại cho rằng khi đó Mặt Trời hoặc Mặt Trăng bị gấu ăn mất

 Có nơi lai cho rằng sự biến mất tạm thời của Mặt Trời hay Mặt Trăng

là điềm dự báo cho một sự thay đổi lớn của một đất nước hay một dân tộc

 Ở Thổ Nhĩ kỳ, Vào năm 1877, người ta đã chĩa súng về phía Mặt Trời bắn liên tiếp vì cho rằng quỷ Satan đã ăn mất Mặt Trời của họ

Khi có nhật thực toàn phần, trên mặt đất xuất hiện những bóng nhỏ như những làn sóng lướt đi, còn chân trời thì loé lên những vầng hào quang rực lửa Sử gia Herodot đã ghi lại một trận đánh kết thưc bất ngờ giữa quân Lidia và Midia vì các binh sĩ hai bên đều kinh hoàng khi thấy hiện thượng này Nhờ sự phát triển của ngành thiên văn học người ta có thể tính được trận đánh đó diễn ra vào ngày 28/5/585 (trước công nguyên)

Ngày nay nhờ vào những hiểu biết và khoa học kỹ thuật, chúng ta có thể giả thích hiện tượng nhật thực và nguyệt thực như sau:

Vi quỹ đạo chuyển động của Mặt trăng quanh Trái Đất là một mặt phẳng nghiêng so với quỹ đạo chuyển động quanh Mặt Trời của Trái Đất nên hai mặt phẳng này cắt nhau tạo thành một giao tuyến trong đó có 2 điển nối tâm gọi là 2 tiết điểm của bạch đạo Nhật thực hay nguyệt thực sẽ xảy ra khi Mặt Trăng năm tại một trong hai tiếp điểm