Giới thiệu về vũ trụ

Chương I: Trái đất Khái niệm vũ trụ Hình dạng cấu trúc mặt trời Hình dạng cấu trúc trái đất Hệ vận động Trái Đất Khái niệm vũ trụ Các mô hình vũ trụ  Mô hình Vũ trụ địa tâm Ptôlêmê  Mô hình vụ trụ nhật tâm Côpecnic đề xướng năm 1543 (1473 – 1543)  Vũ trụ theo nhận thức kỷ XX Giả thuyết nguồn gốc vũ trụ  Thuyết Bic Bang hình thành vũ trụ Giả thuyết tinh vân Mặt Trời • Do Claude Ptolemee nhà thiên văn học người Hy lạp đề xuất (100170 năm sau CN) Mô hình Vũ trụ địa tâm Ptôlêmê • Do Claude Ptolemee nhà thiên văn học người Hy lạp đề xuất (100-170 năm sau CN) • Trái đất trung tâm vũ trụ • Vũ trụ giới hạn mặt cầu chứa cố định • Mặt cầu quay xung quanh trục qua tâm trái đất • Mặt trời, Mặt trăng hành tinh quay xung quanh trái đất • Côpecnic đề xướng năm 1543 (14731543) Mô hình Vũ trụ nhật tâm • Côpecnic đề xướng năm 1543 (1473-1543) • Mặt trời trung tâm vũ trụ • Các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời theo quỹ đạo tròn, chiều gần mặt phẳng • Càng xa Mặt Trời hành tinh có chu kỳ lớn • Trái Đất quay quanh Mặt Trời tự quay quanh • Mặt Trăng chuyển động tròn quanh Trái Đất Vũ trụ theo nhận thức kỷ XX Vũ trụ Các thiên hà Trăm tỷ thiên thể Vũ trụ theo nhận thức kỷ XX • Vũ trụ khoảng không gian bao la vô tận • Trong khoảng không gian bao la chứa hàng triệu Thiên Hà • Mỗi Thiên Hà tập hợp hàng triệu, hàng tỷ thiên thể sao, hành tinh, vệ tinh, tiểu hành tinh, chổi, thiên thạch khí, bụi xạ điện từ trường • Các thiên thể vũ trụ luôn vận động, kết hợp với tạo nên hệ thống phức tạp với quy luật riêng Dải Ngân hà (The Milky Galaxy) • Đó thiên hà xoắn ốc có cánh tay tỏa từ trung tâm • Trong Ngân Hà có đủ loại sao, thiên thể khí bụi vũ trụ Các chuyển động quanh tâm thiên hà thiên hà quay tròn vũ trụ • Chu kỳ quay Ngân hà 180 triệu năm • Tất mà nhìn thấy nằm Ngân Hà – 9000 – 200 tỷ Hệ Mặt Trời • Được hình thành cách khoảng 4,6 tỷ năm, từ đám mây bụi khí khổng lồ dải Ngân hà • Nằm khoảng cách 2/3 tính từ tâm mặt trời • Gồm có Mặt Trời trung tâm, với thiên thể quay xung quanh (như hành tinh, tiểu hành tinh, vệ tinh, chổi, thiên thạch) đám mây bụi khí • Quỹ đạo hành tinh vệ tinh nằm mặt phẳng • Quỹ đạo chuyển động xoay hầu hết hành tinh vệ tinh theo hướng • Ngoài chuyển động xung quanh Mặt Trời, hành tinh tự quay quanh trục với hướng ngược chiều kim đồng hồ (trừ Kim tinh Thiên Vương tinh) Trục quay hầu hết hành tinh vệ tinh gần vuông góc với mặt phẳng hoàng đạo • Mặt Trời: đơn • Các hành tinh • Các hành tinh lùn • Các tiểu hành tinh • Các vệ tinh • Thiên thạch chổi • Khí bụi vũ trụ Các thiên thể hệ Mặt Trời • Mặt Trời: đơn • Các hành tinh • Các vệ tinh • Các hành tinh lùn • Các tiểu hành tinh • Thiên thạch chổi • Khí bụi vũ trụ Mặt trời • Mặt Trời (The Sun) sao, • sinh cách xấp xỉ 4,6 tỷ năm, từ đám mây bụi khí lớn có bán kính 10³ đơn vị thiên văn • Kích thước nhỏ trung bình (đường kính trung bình khoảng 1,4 triệu km) • cách trung tâm Ngân Hà chừng 30.000 năm ánh sáng • Không thể nhìn trực diện nguồn xạ cực mạnh • Bề mặt MT không đồng tai lửa hay bướu • Vết đen vùng tối bật bề mặt mặt trời Gần vết đen vùng sáng gọi vệt sáng quang cầu Các hành tinh Theo định nghĩa Hiệp hội Thiên văn quốc tế (2006): • Hành tinh thiên thể không phát sáng • Quỹ đạo gần tròn quay xung quanh Chuyển động theo chiều thiên văn • Quỹ đạo phải tách bạch với vật thể khác • Mặt phẳng quỹ đạo hành tinh gần trùng • Có lực hấp dẫn đủ lớn để tạo thành hình khối cầu • Lực hấp hẫn phải "hút sạch" thiên thể khác quỹ đạo • Từ định nghĩa trên, “hành tinh” Diêm vương chuyển thành hành tinh lùn Hệ Mặt Trời có hành tinh, chia làm nhóm: – Nhóm hành tinh kiểu Trái Đất – Nhóm hành tinh kiểu Mộc tinh Các hành tinh Các hành tinh • Nhóm hành tinh kiểu Trái đất • Các hành tinh bé có kích thước không lớn, khối lượng riêng lớn, cấu tạo chủ yếu từ nguyên tố nặng (đá sắt, silicat) – Thủy tinh – Kim tinh – Trái Đất – Hỏa tinh Các hành tinh • Nhóm hành tinh kiểu Mộc Tinh (gas giants) Nhóm hành tinh lớn có kích thước lớn, khối lượng riêng nhỏ, cấu tạo chủ yếu từ khí Hyđro, Hêli, Cacbonđioxit, khí Metal, ammonia • nhiệt độ thấp -100º, bề mặt bị mây mù bao phủ • Nhóm hành tinh lớn gồm: – Mộc Tinh (bán kính gấp 11 lần bán kính Trái Đất) – Thổ Tinh – Thiên Vương Tinh – Hải Vương Tinh Các hành tinh lùn (dwarf planets) • • • • • Hành tinh lùn thiên thể không phát sáng có quỹ đạo quay xung quanh Có lực hấp dẫn đủ lớn để tạo thành hình khối cầu, Lực hấp hẫn không hút tất thiên thể khác quỹ đạo Quỹ đạo không tách bạch với vật thể khác, quỹ đạo hình gần tròn hành tinh lùn: Diêm Vương (pluto), Ceres, Eris: Các tiểu hành tinh (asteroids) • Kích thước không lớn, vài km đến vài trăm km Tiểu hành tinh lớn (Zerera) có kích thước 770km • Thường có dạng hình khối, cấu tạo từ mảnh đá có nguồn gốc hệ mặt trời • Có hàng nghìn tiểu hành tinh, phần lớn chuyển động khoảng không Hoả Mộc (vành đai tiểu hành tinh) Các vệ tinh • Vệ tinh thiên thể quay xung quanh hành tinh: – Trái đất có vệ tinh mặt trăng, – Sao Hỏa có vệ tinh, – Mộc có đến 16 vệ tinh, – Thiên vương có 15 vệ tinh, – Thổ có 21 vệ tinh vành gọi “vành Thổ” bao gồm hàng tỷ “vi thể” 10 Thiên thạch (Meteoroids) chổi Thiên thạch • Thiên thạch: khối vật chất rắn nhỏ có nguồn gốc vũ trụ, bay với vận tốc lớn khoảng không hành tinh • Khi thâm nhập khí hành tinh bị hút khiến tốc độ ma sát tăng cao(4060km/s) – Phần lớn bị bốc cháy tạo băng hay đổi – Nếu không bốc cháy hết lớn, chúng rơi xuống tạo tiếng nổ lớn hố sâu, rộng 11 Sao chổi (commets) • Là thiên thể đặc biệt quay quanh Mặt trời theo quỹ đạo ellip, tâm sai độ xích vĩ lớn • • • • Sao chổi thiên thể gần giống tiểu hành tinh cấu tạo từ đất đá, băng Nó miêu tả "quả bóng tuyết bẩn" chứa cácbonníc, mêtan nước đóng băng lẫn với bụi khoáng chất Một chổi gồm phần: nhân (nucleus), đầu chổi (coma) đuôi (tail) chổi Khi gần mặt trời, vật chất bị bùng nổ mãnh liệt Dưới áp suất gió Mặt Trời, tạo nên đuôi bụi đuôi khí Đôi khi, gió mặt trời không đẩy hết đám mây bụi khí phía sau mà đầu chổi ngắn Các chổi không tồn ổn định quỹ đạo – Nhiễu loạn hấp dẫn, – hao hụt khối lượng thay đổi cấu trúc lại gần Mặt Trời – Liên kết vật chất lỏng lẻo, dần bị tan rã, đặc biệt có tác động lực hút từ hành tinh lớn 12 Sau nhiều vòng quay, quỹ đạo không thực ổn định, khối lượng chổi giảm dần, ngày bị nhiễu loạn, tan rã - Sao chổi chia làm loại theo thời gian tồn tại: Short – period (ít 200 năm) and long – period khoảng 20 triệu năm - Một số chổi kết thúc đời va chạm với thiên thể khác - Một số chổi không tan rã dần trở thành tiểu hành tinh, với hạt nhân hết khả thăng hoa Thuyết Big Bang hình thành vũ trụ Giả thuyết tinh vân Mặt Trời • Vũ trụ hình thành cách chừng 15 tỷ năm sau vụ nổ lớn từ "nguyên tử nguyên thủy" có kích thước vô nhỏ, nhiệt độ tỷ trọng vô lớn: • Chúng ta khám phá từ thời điểm 10 -43 giây sau vụ nổ Khi vũ trụ có đường kính 10-33cm, nóng tới 1032K có tỷ trọng tới 1099kg/m3 • Theo mức độ thời gian vũ trụ giãn nở lạnh (từ 10 -35 giây đến 10-32 vũ trụ giãn nở gấp 1050 lần.) • Và vậy, vụ nổ xảy làm tung không gian đám bụi khí khổng lồ có mật độ không • Mãi lâu sau, đám bụi khí tập hợp tác động lực hấp dẫn, chuyển động theo hình xoáy, vật chất tập trung trung tâm, hình thành sao, thiên hà vũ trụ 13 Sự hình thành sao: – Sao hình thành từ đám mây lớn bụi khí gọi Tinh vân (stellar nebula) – Dưới tác dụng lực hấp dẫn nguyên tử, thiên thể bắt đầu co lại chuyển động theo chiều thiên văn, theo hình xoáy ốc – Ở phần trung tâm vật chất tập trung ngày đậm đặc – Khi vật chất va chạm vào tạo lực ma sát Vật chất đậm đặc, ma sát lớn Khi động biến thành nhiệt làm nhiệt độ tâm xoáy tăng dần – Ở tâm xoáy, nơi tập trung vật chất, nhiệt độ tăng cao đến mức độ đủ điều kiện, xảy phản ứng nhiệt hạnh Đám mây khí phát sang trở thành Cuộc sống Các sống hàng tỷ năm: sinh lớn lên, già chết: Đám mây vật chất: chủ yếu gồm Hydro Heli Đám mây tích tụ: tác dụng lực hấp dẫn vật chất tích tụ lại, thu nhỏ kích thước, đồng thời nhiệt độ tăng dần Thời kỳ tiền sao: Lực hấp dẫn tiếp tục nén đám mây Nhiệt độ trung tâm tiền vào khoảng 150.000K phía vào khoảng 3500K Một phần động chuyển sang nhiệt quang năng,làm trở nên sang loáng – Nếu khối lượng không đủ lớn: trở thành hành tinh khổng lồ chứa khí nóng – Nếu khối lượng tiền lớn không đủ tạo phản ứng nhiệt hạch, trở thành lùn nâu – Nếu khối lượng đủ lớn, tâm tiền nhiệt độ đủ cao để tạo phản ứng nhiệt hạch (15triệu độ) tiền phát triển thành môi thực 14 Thời kỳ trẻ Thời kỳ trưởng thành: Là giai đoạn ổn định Hydro tiếp tục bị đốt cháy tạo lượng tỏa cực lớn để giữ cân cho khối khí nóng bỏng tồn chế độ gần cân thủy tĩnh cân động lực Thời gian tồn thời đoạn phụ thuộc vào kích thứớc Mặt trời – tồn khoảng 10 tỷ năm Thời kỳ Kềnh đỏ (the Red Giants): Khi lượng Heli nhiều – nặng – bị tích tụ vào tâm – lượng Hydro bị đẩy làm cho phản ứng nhiệt hạch giảm Khi phản ứng nhiệt hạnh giảm đi, nhiệt độ giảm Đến khoảng 3000K, trở nên đỏ trước Đây thời kỳ giãn nở mạnh làm cho nhiệt độ hạ thấp Sao trở thành đỏ lớn Thời kỳ bùng nổ heli: Thời kỳ Heli tích tụ ngày đậm đặc Nhiệt độ phần lõi tăng liên tục – xảy phản ứng nhiệt hạch Hydro miền kề lõi – nhiệt độ tăng – xảy bùng nổ Heli lõi chứa heli Độ sáng tăng cách đột ngột Thời kỳ kéo dài khoảng 10h Thời kỳ Heli: Thời kỳ nguyên tố nặng tích tụ vào lõi Một lần lại biến thành Kềnh đỏ 15 Thời kỳ hấp hối (sao lùn trắng, siêu mới) – – – Đối với nhỏ nhẹ: nhiên liệu cạn kiệt, nguội gọi lùn trắng Đối với có khối lượng trung bình: Do lượng Carbon bị nén chặt, chưa đủ để tổ hợp thành nguyên tố nặng Thời kỳ xảy vụ nổ cacbon tương tự vụ nổ Heli ( vụ bùng nổ siêu loại II), phóng hết vật chất vào không gian, phần lại lõi nhỏ bị nén chặt Đối với có khối lượng lớn: tổ hợp nguyên tố nặng, lại xảy vụ bùng nổ siêu loại II 10 Thời kỳ tàn dư: Sao lùn đen, punxa, nơtron hố đen: – – – Sao lùn trắng nguội biến thành lùn đen Siêu loại II: Tạo thành Nơtron, lõi toàn nơtron, bán kính khoảng 10 đến 20km, chứa lượng vật chất đậm đặc, tỷ trọng= 1tỷ tấn/1cm3 Sao siêu nặng: Do phần lõi có nhiều nguyên tố nặng Fe, bị nén chặt chuyển sang trạng thái giữ lại vật, thông tin truyền đến, gọi hố đen 16