Thiên văn học cơ bản.

Thiên văn học đại cương.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ - 2003 “The most incomprehensible thing about the Universe is that it is comprehensible” Albert Einstein Dch : “Điều bí ẩn nhất của tự nhiên là ở chỗ chúng ta có thể nhận thức được nó” Anbe - Anhxtanh “Ai không biết tí gì về thiên văn học hiện đại, người đó không thể được coi là đã học hành đầy đủ” “Mười vạn câu hỏi vì sao” NXB Khoa học & kỹ thuật LỜI MỞ ĐẦU Thế giới tự nhiên, xét về mặt vật lý, là một bức tranh gồm ba phần: Vi mô, vĩ mô và siêu vĩ mô. Siêu vĩ mô có nghĩa là vô cùng to lớn theo không gian và thời gian. Thiên văn là một môn học về thế giới siêu vĩ mô đó. Cùng với các phần học khác của vật lý, thiên văn giúp chúng ta có được một bức tranh toàn diện về thế giới tự nhiên. Thiên văn là một môn học rất cổ đ iển, nhưng đồng thời cũng rất hiện đại. Lượng kiến thức của nó rất đồ sộ. Thiên văn từ lâu đã bước ra khỏi khuôn khổ của vật lý. Nó là một trong những môn cơ sở của nhận thức luận và hiện nay đang là một ngành khoa học mũi nhọn. Tuy nhiên ở nước ta ngành thiên văn còn chưa được phát triển. Thiên văn chỉ được dạy ở bậ c đại học của các trường sư phạm ở mức độ bắt đầu với thời lượng rất ít ỏi, tài liệu sách vở nghèo nàn. Điều đáng mừng là gần đây tình hình giảng dạy có được cải thiện đáng kể, vị trí môn học được nâng cao, tài liệu mới có nhiều hơn, các quan hệ quốc tế được mở rộng. Chính vì vậy việc biên soạn giáo trình cho môn học là một vi ệc rất cần thiết và có nhiều thuận lợi. Mục đích của cuốn giáo trình này là: - Chắt lọc những vấn đề cơ bản nhất của thiên văn và cấu trúc lại cho phù hợp với thời lượng được giao, nhưng đồng thời có thêm phần mở rộng, cập nhật những thông tin mới nhất để mở rộng tầm nhìn của sinh viên và đề ra những hướng suy nghĩ thêm về vấn đề được nghiên cứu. - Nhấn mạnh các nội dung vật lý của các vấn đề thiên văn, theo sát chương trình vật lý phổ thông để phù hợp với đối tượng học là các thầy giáo vật lý tương lai. Cùng với cuốn giáo trình thiên văn của GS. Phạm Viết Trinh - Nguyễn Đình Noãn vốn đã rất chuẩn mực, cuốn giáo trình này ra đời nhằm giúp cho sinh viên có thêm tài liệu tham khảo để nắm bài học được dễ dàng hơ n. Tuy nhiên, việc biên soạn giáo trình cho một môn học đồ sộ và phức tạp như thiên văn là một vấn đề hết sức khó khăn do đó không tránh khỏi sai sót. Tác giả rất mong nhận được ý kiến nhận xét của các em sinh viên và các đồng nghiệp xa gần để giúp giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn. ThS. Trần Quốc Hà PHẦN NHẬP MÔN I. THIÊN VĂN HỌC LÀ GÌ. 1. Đối tượng, nội dung nghiên cứu. Thiên vn hc là môn khoa hc v các thiên th - nhng vt th tn ti trên tri. ó là cách nói nôm na. Thc ra, nh ngha mt cách chính xác hn là: Thiên vn là môn khoa hc v cu to, chuyn ng và tin hóa ca các thiên th (k c Trái t), v h thng ca chúng và v v tr nói chung. Ni dung nghiên cu có th chia làm 3 phn chính : * V qui lu t chuyn ng ca các thiên th trong mi quan h gia Trái t và bu tri. * V cu trúc và bn cht vt lý ca các thiên th và các quá trình xy ra trong v tr. * V ngun gc hình thành và phát trin ca các thiên th, ca h thng ca chúng và ca v tr. Vic phân chia các ni dung này rt trùng khp vi lch s phát trin ca môn thiên vn hc. S phc tp c a ni dung tng dn cùng vi s phát trin ca môn hc. i tng nghiên cu ca thiên vn cng c xác nh ngày càng rng ra và phc tp hn. T “thiên th” chung chung, ch các vt trên bu tri, c m rng ra, c th hn, a dng hn. T mt tri, mt trng, các hành tinh, các thiên thch . n các v tinh nhân to, các sao, bi sao (Tinh vân) các qun sao, các thiên hà. Càng ngày ngi ta càng phát hi n ra nhiu vt th l (có nhng vt c tiên oán trc bng lý thuyt) nh sao n trôn (pun xa), các quaza, các l en v.v . Nh vy ta thy thiên vn không phi thun túy là môn khí tng hc hay môn chiêm tinh nh ngi ta thng nhm. 2. Phương pháp nghiên cứu. Do i tng nghiên cu là nhng vt th rt to ln và  trong v tr xa xôi (tr Trái t) nên phng pháp nghiên cu ca thiên vn cng r t c bit, thm chí không ging bt k mt môn khoa hc nào. Phng pháp ch yu ca thiên vn c in là quan sát và quan trc. Ngi ta không th làm thí nghim vi các thiên th (tc không th bt chúng tuân theo nhng iu kin mà ta to ra), cng không th trc tip “s mó” c chúng. Ngun thông tin ch yu là ánh sáng t các thiên th. Do nh hng ca khí quyn, do chuyn ng c a Trái t và do chính tính ch quan ca vic quan sát làm cho kt qu nghiên cu có th b hn ch, thm chí dn n nhng kt lun sai lm. (Ví d: Vic quan sát chuyn ng biu kin ca Mt tri và các hành tinh dn n kt lun v h a tâm ca Ptolemy). Mt khó khn na phi k n ca vic quan sát là các hin tng thiên vn xy ra trong mt th i gian rt dài so vi i sng ngn ngi ca con ngi và ôi khi không lp li. Tuy vy, khi khoa hc càng phát trin thì vic nghiên cu thiên vn càng tr nên d dàng hn. Ngun thông tin chính gi n trái t là bc x in t c khai thác trit   c hai vùng kh kin và vô tuyn ã giúp cho s hiu bit v v tr c phong phú hn. ng th i, cùng vi s phát trin ca ngành du hành v tr (cng là mt thành tu ca thiên vn) con ngi ã bc ra khi s ràng buc, hn ch ca Trái t  có c nhng thông tin khách quan hn v v tr. Vic x lý thông tin bng k thut tin hc ã giúp thiên vn phát trin vt bc. Khác hn vi thiên vn c in là kiên trì thu thp s liu quan tr c và suy lun  tìm ra qui lut, thiên vn hin i s dng phng pháp mô hình hóa,  ra nhng thuyt có tính cht dn ng và vic quan sát thiên vn là tìm kim nhng bng chng  kim nh s úng n ca lý thuyt. Nhìn chung phng pháp nghiên cu khoa hc ca thiên vn cng nm trong khuôn kh nhng phng pháp lun khoa hc nói chung, nó luôn phát trin và s còn c hoàn thin mãi. 3. Các nội dung vật lý chính của thiên văn. Các giáo viên vt lý không th bit ht các phng pháp nghiên cu thiên vn, các phng tin, dng c v.v . Nhng h cn phi bit nhng nguyên tc c bn và các kt qu nghiên cu thiên vn  có c cái nhìn y , tng quát v th gii t nhiên. Nhng ni dung vt lý chính mà thiên vn có liên quan là: - C hc c in - in t - Quang - Vt lý cht rn - Vt lý thng kê và nhit ng hc - Vt lý Plasma - C hc lng t - Vt lý nguyên t ht nhân, ht c bn, vt lý nng lng cao - Thuyt tng i (hp, rng) - Thuy t thng nht ln v.v . Trong khuôn kh giáo trình này ta s c bit chú ý n các phn: - C hc - in t - Quang - Nhit - Nguyên t ht nhân, ht c bn - C hc lng t - Thuyt tng i 4. Đặc điểm của việc dạy và học thiên văn. Th gii t nhiên tn ti mt cách khách quan. Nhng nhn thc c a con ngi v t nhiên li mang tính ch quan. Do ó, s phn ánh t nhiên qua nhn thc ca con ngi và c úc kt thành các môn khoa hc dù sao cng ch là nhng ng tim cn vi chân lý. Thiên vn hc cng vy. Nó cng luôn phát trin nh tt c nhng n lc ca con ngi trong vic tìm hiu t nhiên. Vì vy, không phi tt c nhng s liu, nh ng kt lun trong thiên vn hin nay u là úng n và bt bin. Còn rt nhiu vn  ca t nhiên mà thiên vn cha bit hoc cha gii thích c. Mt khác, t nhiên là vô tn nên môn thiên vn cng rt phong phú. Không mt cun sách giáo khoa nào có th  cp c mt cách chi tit và y  mi vn  trong thiên vn. Do vy, vic dy và hc thiên vn th c ra là rt lâu dài và phi luôn cp nht. Ta cng cn nhiu thi gian  nghiên cu, ging dy, hc tp thiên vn vì hu ht các i tng ca môn hc u rt xa l vi i thng, rt tru tng (con ngi mt c ngàn nm mi hiu úng v H Mt tri). Cng cn phi có nhiu thi gian suy ngm  th ng c các nh kin sai lm v t nhiên mà mi ngi t tích ly trong mình. Th nhng chúng ta li ch có rt ít thi gian cho vic ging dy. iu này òi hi s n lc rt ln ca ngi dy và hc. Chúng ta nên bit iu ó. Ngoài ra, thiên vn là môn hc òi hi s quan sát. Trong iu kin hin nay ta cha làm tt  c. ây cng là mt vn  ta cn tìm cách khc phc trong vic dy và hc môn này. 5. Mối liên hệ của thiên văn với các môn khoa học khác và ý nghĩa của việc nghiên cứu, giảng dạy thiên văn. Thiên vn có liên h vi rt nhiu ngành khoa hc. Vn là mt môn khoa hc xut hin rt sm, ngay t trong các nn vn minh c, thiên vn là ni dung chính ca các cuc àm o c a các nhà thông thái. Dn dn, khi khoa hc ã có s phân hóa rõ rt, thiên vn là môn khoa hc góp phn c lc nht vào vic tr li nhng câu hi ln ca trit hc nh: Th gii c to ra nh th nào? Vt cht có trc hay tinh thn có trc? Th gii là “kh tri” hay “bt kh tri?” Cuc u tranh t tng gia hai trng phái trit hc xoay quanh nhng câu hi ó là cuc u tranh gay go, khc lit và còn cha ngã ng. Thiên v n luôn ng trong hàng u ca cuc u tranh ó. Trong phn lch s phát trin thiên vn ta s thy rõ iu này. Mi quan h ca thiên vn vi vt lý là quá rõ ràng. Trong quá trình hc thiên vn ta s thy rõ iu này. Các nh lut vt lý c ng dng trong thiên vn, em li phng tin  gii quyt nhng vn  ca thiên vn. Nhng ng th i chính thiên vn thng dn ng và nêu ra nhng ý tng mi cho vt lý. Công c tính toán ca thiên vn là toán hc, nht là phn thiên vn tính toán. Rt nhiu nhà thiên vn ng thi là các nhà toán hc. Trc kia môn thiên vn cng thng c dy trong khoa toán. Trong quá trình tìm hiu cu to ca các thiên th ta không th không bit n hóa hc. Ngày nay trong thiên vn có riêng ngành hóa hc thiên vn. Sinh vt hc cng tìm c cách lý gii rt nhiu vn  ca mình nh thiên vn. c bit trong sinh hc, mi quan h Thiên - a - Nhân ngày càng c chú ý.  hiu rõ bn cht ngun gc và s tin hóa ca s sng không th không bit gì v thiên vn. i vi a lý môn thiên vn chính là ngi anh em. i tng nghiên cu ca a lý t nhiên là Trái t, mt thành viên ca h Mt tri. Không th hiu rõ c Trái t nu không n m c mi quan h ca nó vi các thành viên trong h nói riêng và trong toàn v tr nói chung. Ngay c lch s, vn là môn khoa hc xã hi tng nh xa l vi thiên vn, nhng  xác nh chính xác các s kin trong lch s phi bit cách tính thi gian trong thiên vn. Nhiu công trình c ca các nn vn minh ln ca loài ngi u ghi li các kin thc thiên vn thi ó. Làm sao có th hiu  c nu không có kin thc thiên vn? V tr là mt phòng thí nghim thiên nhiên vô cùng v i cho tt c các ngành khoa hc. Chính thiên vn kích thích các ngành k thut khác phát trin theo. Tm quan trng ca vic nghiên cu và ging dy thiên vn là rt rõ ràng. ó không ch là vn  hc thut, mà còn là vn  xây dng nhân sinh quan, th gii quan úng n cho con ngi. Hy vng thiên vn s có mt ch ng xng  áng trong nn giáo dc - ào to ca nc nhà. Tuy nhiên, thiên vn là môn hc da trên c s vt lý và toán cao cp, nên vic a thiên vn vào dy  các bc hc ph thông là vn  còn rt khó khn, cn phi nghiên cu nhiu. II. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH THIÊN VĂN HỌC. Thiên vn xut hin t rt lâu.  ây ta ch có th k s lc mt s mc chính trong s phát trin ca nó. T thi hng hoang, khi con ngi còn sng trong cnh màn tri chiu t h ã có nhng nhn xét v v tr, lý gii nó mt cách ngây th trong các câu chuyn thn thoi. Hu nh không có mt dân tc nào li không có nhng thn thoi nh vy (thn thoi Hy Lp, chuyn thn tr tri  Vit Nam, các chuyn thn thoi Ai Cp, n , Trung Quc .). Dn dn các quan trc v bu tri tr nên rt cn thit cho vic canh tác nông nghip và i bin (qui lut mùa màng, con nc, xác nh v trí trên bin bng các sao). Engels ã tng nói v s xut hin ca khoa hc: “Trc tiên là thiên vn hc… Nh ng ngi dân du mc và nông dân làm nông nghip rt cn thiên vn hc  xác nh thi v” *. Trong các công trình kin trúc ca các nn vn minh c nh : Ai Cp, Maya . u lu li nhng kin thc thiên vn rt sâu sc ca ngi c i. Lch s phát trin ca thiên vn nh mt mt môn khoa hc có th chia làm ba giai on chính: C i, c in và hi n i. Thiên văn cổ đại (Ancient Astronomy): Từ những năm 2000 trc công nguyên con ngi ã có nhng ghi nhn rt chính xác v thiên vn nh v trí các chòm sao, ng i ca các hành tinh, ng hoàng o, chu k Saros. Nhng nc có nn vn minh c áng lu ý là: Ai Cp, n , Trung Quc, các nc  Rp, nhng c bit là Hy Lp. Ngi áng chú ý nht là Aristotle (khong nm 350 trc công nguyên) vi các ý tng áng lu ý nh: Ý tng v h a tâm, v 4 nguyên t cu thành v tr: t, không khí, la, nc, v s bt bin ca v tr, s phân chia th gii phía di Mt trng và bên trên Mt trng v.v . Cùng vi s ra i ca Thiên chúa giáo vi ý tng Chúa (Thng ) sáng to ra th gii và con ngi là trung tâm u ái, h a tâm Ptolemy ra i (nm 150 trc công nguyên). Nó ã thng tr trong thiên vn trong sut mt thi gian rt dài. Ch bng nhng cuc u tranh kiên trì ca bit bao nhiêu nhà thiên vn dng cm mi làm thay i c cái nhìn sai lm v H Mt tri mà nó a ra. Thiên văn c ổ điển (Classical Astronomy): Từ thế kỷ 16, mặc dù b giám sát cht ch ca nhà th, các nhà thiên vn vn không chu công nhn h a tâm Ptolemy và kiên trì u tranh cho nhng t tng mi. H nht tâm do nhà thiên vn Ba Lan Nicolaus Copernicus (1473 - 1543) a ra trong tác phm “V s quay ca thiên cu” ã m ra cho thiên vn hc mt k nguyên mi. Sau ó, nhà thiên vn c Iohan Kepler (1571 - 1630) ã tìm ra 3 nh lut v s chuyn  ng ca các hành tinh trong H mt tri. ây là thi k u tranh khc lit cho s thng li ca thuyt nht tâm. Tm gng chin u tiêu biu là cái cht trên dàn ha thiêu ca nhà khoa hc Ý G. Bruno ti Roma và s kiên nh ca nhà thiên vn Ý G. Galileo (1564 - 1642). Galileo còn là cha  ca kính thiên vn, mt công c không th thiu c trong vic quan sát bu tri. Nhng c bit nht trong giai on này là các công trình nghiên cu v  c hc ca nhà bác hc Anh I. Newton vi tác phm “Principia ( Các nguyên lý” (1643(1727). Ông ã t nn móng vng chc cho môn c hc thiên th cng nh thiên vn quang hc. Các phng pháp tính toán ca Newton ã óng góp rt nhiu cho toán hc. Sau ông, các nhà toán hc nh: Lagranges, Laplace, Le Verrier (Pháp) ã tính toán tìm c thêm mt s hành tinh mi ca H Mt tri, ánh du s toàn thng ca thiên vn c in. Thiên văn hiệ n đại (Modern Astronomy). Vào cuối thế kỷ XVIII bng nhng n lc hoàn thin công c quan sát (kính thiên vn) F.W. Herschel ngi Anh (1738(1822) ã khai sinh thiên vn hc hng tinh (sao). Ông ã nhn thy Mt tri không ng yên mt ch mà tham gia chuyn ng trong mt h thng sao gi là Ngân hà (Our Galaxy). Ông là ngi u tiên thu c mô hình kt cu ca Ngân hà. Sau ó, nhà thiên vn M Shapley ã chng minh c Mt tri không nm ti tâm Ngân hà, nó không phi là tâm ca v  tr. Mt ln na con ngi nhn thc chính xác hn v ch ng ca mình trong v tr. ng thi trong quãng thi gian này nhng nghiên cu v quang hc cng phát trin vt bc, vi s phát hin quang ph vch Mt tri ca Fraunhofer, các lý thuyt v bc x ca vt en tuyt i ca Kirchhoff . Cui th k XIX cuc tranh lun v  bn cht ca ánh sáng ã chm dt và ã óng góp rt nhiu cho vic hiu các quá trình thu nhn thông tin (ánh sáng) t các thiên th. Các nh lut v bc x ca Boltzmann, Plank, Einstein . làm c s cho môn thiên vn vt lý. Các phép trc quang (Photometry) và quang ph nghim (Spectroscopy) cho phép ta hiu sâu v bn cht ca các quá trình vt lý trong các thiên th. u th k XX E.P. Hubble (1889 - 1953), nhà thiên vn M, ngi sáng lp ra thiên vn hc tinh h, ã nh n thy qua hiu ng Doppler là các tinh h (thiên hà) là ang ri xa chúng ta: v tr không có tâm, tt c ang dãn n. Và ông ã tìm ra nh lut v s dãn n ó. Cùng vi các thuyt tng i rng và hp ca A. Einstein v i (1879 - 1955) v bn cht ca không thi gian, nhng phát kin ca Hubble ã làm cho môn v tr lun (Cosmology) tin thêm mt bc, vi thuyt v n ln (Big - Bang) n i ting hin nay. T nm 1945 thiên vn vô tuyn ra i, góp phn c lc cho vic tìm hiu v tr. Trong th k XX ta thy có s kt hp hài hòa gia hai lnh vc nghiên cu khác nhau ca vt lý: vi mô và siêu v mô. Các vt th v tr dù to ln n my cng c cu to t nhng thành phn rt nh là nguyên t và ht nhân. Vt lý ht nhân - nguyên t cho phép gii thích ngun gc nng lng ca các thiên th. Các nh lut ca th gii vi mô trong c hc lng t làm cho ngi ta hiu rõ c ch ca các quá trình hình thành, tin hóa ca các vt th trong v tr (Nguyên lý Pauli, Gii hn Chandrasekhar, Nguyên lý bt nh Heisenberg, Nhng k d toán hc (Singularity) ca S. Hawking .). Thiên vn ã t ra nhiu vn  cho vt lý hc hin i và vt lý cng góp phn gii quyt nhiu vn  ca thiên vn. c bit trong vic gii thích ngu n gc ca v tr rt cn s kt hp gia các lý thuyt vt lý hin i thành mt lý thuyt thng nht hoàn chnh mà hin nay vt lý cha tìm ra c. Do ó thiên vn vt lý ang là mt ngành mi nhn trong khoa hc. Không th không k n vic t nhng nm 60 ca th k này con ngi ã thành công trong vic bc ra khi chic nôi Trái  t bé bng ca mình, ã t nhng bc chân u tiên vào v tr. ó chính là nhng bc si dài trong lch s thiên vn. Nh có ngành hàng không v tr thiên vn ca th k XX ã thu c nhiu thành tu rt ln. Tuy nhiên, v tr là mênh mông vô tn, so vi s tn ti ca nó thì lch s phát trin ca môn thiên vn ch cha y mt tích tc. Thiên vn v n còn cha vit on kt cho rt nhiu vn  ca mình. III. TỔNG QUAN VỀ VŨ TRỤ. 1. Những quan sát đầu tiên từ Trái đất. T Trái t ngc mt nhìn lên bu tri ta s thy mt vòm cu trong sut úp xung mt t bng phng, ni ta ng s là trung tâm. Vì vy ta có cm giác tri tròn, t vuông và ta là trung tâm ca v tr (!). Thc ra, vòm cu mà ta nhìn thy ch là o giác. V tr là vô tn, không có ng biên là vòm cu, không có ni tip giáp gia tri và t nh ng chân tr i mà ta nhìn thy. Ta gi vòm cu tng tng ó là thiên cu. Ban ngày, Mt tri xut hin rc r t ng chân tri phía ông, lên cao trên nn tri trong xanh và ln xung chân tri tây. êm bt u, bu tri ti en thm thm, ri rác trên vòm cu là các sao, v trí gia chúng dng nh không i mà nu nh kt ni chúng li ta s có c vô s hình nh lý thú. Ng i xa ã t tên cho chúng theo nhng nhân vt thn thoi nh chòm sao Hercules (V tiên); Orion (Lp h) hoc các con vt nh Ursa (Gu), Canis (chó), Leo (s t). Mt thng ta có th thy rõ 88 chòm sao trên bu tri. Mt trng xut hin trên bu tri êm vi hình dng và thi im luôn thay i nh mt cô gái ng nh, nhng là mt thiên th sáng nht, p nht và áng chú ý nh t ca bu tri êm. Hình 1. Bng nhng ng ni tng tng gia các ngôi sao sáng trong một chòm sao, người ta có được hình tượng nhân vật Tráng sĩ trong thần thoại Hy Lạp để đặt tên cho chòm sao là chòm sao Tráng sĩ (Lạp hộ) - Orion Quan sát k ta có cm giác nh Mt tri, Mt trng, sao u quay quanh mt trc xuyên qua ni ta ng, ni vi mt ngôi sao gn nh nm yên gi là sao Bc cc. Ta gi trc quay này là thiên cc và hin tng quay quanh tr c ca các thiên th trong mt ngày ờm l nht ng. Ngi ta qui c thiờn cc bc l thiờn cc m nhỡn v ú thỡ thy cỏc thiờn th nht ng (quay) ngc vi chiu kim ng h (nu ng bỏn cu bc ca Trỏi t). Theo qui nh ny thỡ nu ta ng nh vy tay phi l phng ụng, trỏi l tõy, trc mt l bc, sau lng l nam. Bu tri nht ng theo chiu t ụng sang tõy (cỏc thiờn th mc phớa ụng, l n phớa tõy). Quan sỏt k c nm ta s thy c im chuyn ng ca cỏc thiờn th nh sau: a) Mt tri ( ) mt nm Mt tri ch mc ỳng hng ụng v ln ỳng hng tõy vo 2 ngy: xuõn phõn (20 hoc 21 thỏng ba); thu phõn (23 hoc 24 thỏng chớn). Sau xuõn phõn im mc ca Mt tri lch dn v phớa ụng bc, ngy lch cc i l h chớ (22 thỏng 6) 23o27 so vi chớnh ụng. im ln cng lch v phớa tõy bc theo qui lut y. Sau ú, im mc dch dn v phớa nam v t ỳng chớnh ụng vo thu phõn. Qua thu phõn im mc dch dn v phớa ụng nam (im ln tõy nam), t lch cao nht vo ngy ụng chớ (22 thỏng 12) khong 23o27 ri li dch dn v phớa bc cho ti ngy xuõn phõn. Nh vy im mc ca Mt tr i cú th lch nhau ti 46o54 trong mt nm (minh ha h.2). Hỡnh 2 : S thay i im mc ca Mt tri trong nm Ngoi ra, trong nm v trớ Mt tri trờn nn tri sao cng thay i. Mt tri t t dch chuyn i vi cỏc sao theo ngc chiu nht ng (tõy qua ụng), trn mt vũng ht khong 365 ngy. Mt tri d ch chuyn in hỡnh lờn cỏc chũm sao v mi thỏng gn nh vo mt chũm. ng i ny gi l Hong o v i cu bao gm 12 chũm sao gi l hong i. Ban ngy ta khụng nhỡn thy sao, song ban ờm ta cú th xỏc nh nh c chũm sao m Mt tri ang in vo nh s xut hin ca chũm sao i din. Vớ d : Thỏng ba i din thỏng chớn, ờm ta thy Mt tri ln, chũm Trinh n xut hin (nht ng i din vi M t tri trờn thiờn cu). Vy Mt tri ang in lờn chũm Song ng. (xem bng 1) Bng 1 : Cỏc chũm sao trờn hong i Thỏng Tờn chũm sao Mt tri in lờn Thỏn g Tờn chũm sao Mt tri in lờn 1 2 3 4 5 6 Con hu Cỏi bỡnh Song ng Con dờ Con trõu Song t Capricornus Aquarius Pisces Aries Taurus Gemini 7 8 9 10 11 12 Con tụm S t Trinh n Cỏi cõn Thn nụng Nhõn mó Cancer Leo Virgo Libra Scorpius Sagittarius ẹoõng nam ẹoõng chớ ẹoõng Baộc Haù chớ Chớnh ủoõng Xuaõn phaõn Thu phaõn 23 o 27 23 o 27 b) Mt trng ( ) cng t t dch chuyn i vi các sao ngc chiu nht ng, trn 1 vòng gn 27 ngày. ng thi hình dáng ca Mt trng cng thay i (lúc tròn, lúc khuyt, lúc không xut hin). c) Các sao dng nh ch tham gia nht ng, v trí tng i gia chúng không i trong mt nm, to nên các chòm c nh. d) Tuy vy có mt s sao i lang thang gia các sao khác (hành tinh). Ngi xa tìm th y 5 hành tinh là Thy, Kim, Ha, Mc, Th. Các hành tinh nói chung dch chuyn i vi các sao ngc vi chiu nht ng, nhng có thi gian chúng dch chuyn ngc li to nên qu o hình nút. ng i ca chúng gn vi Hoàng o. c bit Thy tinh, Kim tinh thng  gn Mt tri (Thy tinh: 280, Kim tinh : 480). Ngi xa ã da trên nhng quan sát v qui lut chuyn ng ca M t tri, Mt trng .  xác nh thi gian, làm lch và xác nh phng hng. H ã nhn thy Mt tri, Mt trng, Trái t và các hành tinh kt hp thành mt h mà ta gi là H Mt tri sau này. 2. Bức tranh toàn cảnh về vũ trụ. T nhng quan sát ban u, ngi xa ã có kt lun v v tr gm mt h cha Trái  t, Mt tri, Mt trng, các hành tinh. Gii hn ca v tr là mt vòm cu trong sut có gn các sao. Ngày nay, con ngi ã nhn thc c v tr là vô tn. Phn v tr mà con ngi tìm hiu c cng ã vô cùng ln (c 3.1026m) trong ó có hàng t t các ngôi sao. Các ngôi sao thng tp hp li thành h gi là thiên hà, hay tinh h (galaxy), ta thng nhìn thy di dng nhng vt sáng nhòe yu t nên còn gi là tinh vân. Thiên hà ca chúng ta (là ch Galaxy vit hoa) gi là Ngân hà, là mt di sáng vt ngang bu tri êm, có khong 6000 sao nhìn c bng mt thng và hàng trm t ngôi sao khác. Mt tri là mt ngôi sao trung bình nm ngoài rìa ca Ngân hà. Mt tri kéo theo mt “bu oàn thê t” gm các hành tinh, tiu hành tinh, sao chi quay xung quanh, tp hp thành H Mt tri. Kích thc ca các thiên th rt ln, nhng khong không v tr gi a chúng còn ln hn nhiu. Trong khong không ó còn có vt cht tn ti di dng bi, khí, ht c bn, trng . làm cn tr tm quan sát. Chúng ta tht ngc nhiên trc kh nng tìm hiu v tr ca con ngi. Ta th làm mt phép so sánh  tng tng ra mc  v i ó. Trc ht là Trái t, có ng kính c hàng ngàn km.  i c vòng quanh Trái t con ngi mt ht hàng na nm, nu i b và Trái t hoàn toàn bng phng. Trong thc t, cách ây 500 nm Magellan ã phi mt 3 nm trên bin mi i ht c mt vòng Trái t và kt lun Trái t hình cu. Ngày nay bng máy bay ta cng mt c 30 gi  bay vòng quanh Trái t. Trái t v i tht nhng ch thm vào âu so vi v tr. Mt tri, mt ngôi sao trung bình  gn Trái t nht, có ng kính gp trm ln ng kính Trái t. Mt tri có th cha hàng triu Trái t [(100)3 ln]. Khong cách t Trái t n Mt tri c hàng trm triu km. Nu con ngi có th i b c n Mt tri thì cng mt hàng ngàn nm. Ánh sáng, vt th có vn tc nhanh nht (c 300.000 km/s), i t M t tri xung Trái t ht 8 phút. Nhng ánh sáng i t Mt tri ra n rìa H Mt tri (v trí ca Diêm vng tinh) ht 5,2 gi. Có ngha là gp 40 ln quãng ng t Trái t lên Mt tri. y vy mà n ngôi sao gn ta nht, sao Cn tinh, ánh sáng phi i ht 4,3 nm. Kích thc phn v tr ta có th quan sát c là c 1010 nm ánh sáng. Có ngha là nhng s kin ta quan sát c t rìa v tr ã xy ra cách ây hàng chc t nm! Tht khó kim c mt t l thích hp  mô t v tr. Ngay i vi H Mt tri nh bé nu ta ly úng t l (ngha là thu nh kích thc và khong cách theo cùng mt t l) thì: Nu Mt tri là mt khi cu ng kính 1,4m t ti tng Phù  ng Thiên vng trên giao l Cách mng tháng Tám - Nguyn Trãi - Lý T Trng, Trái t s là mt hòn bi ng kính 1,3 cm t cách ó 150m. Khi ó Diêm vng tinh (gii hn ca H Mt tri) nm ti ngã t By Hin (cách c 6km) là mt ht u c 2mm. Tht là khó có t l nh hn  thu vào [...]... đến Newton Nhưng trước tiên phải điểm qua cơng lao to lớn của Galileo đối với thiên văn và cơ học nói chung IV GALILEO VÀ KỶ NGUN MỚI TRONG THIÊN VĂN Khơng thể khơng nhắc tới Galileo trong giáo trình thiên văn được Vì chính ơng là người góp cơng đầu cho việc xây dựng nền thiên văn hiện đại Ơng là người đầu tiên trong lịch sử biết sử dụng các dụng cụ quang học vào việc quan sát bầu trời Nhờ sự phóng... của khoa học V NEWTON VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA CƠ HỌC CỔ ĐIỂN Các vấn đề về chuyển động của các thiên thể chỉ được sáng tỏ sau Newton Ơng chính là người khai sinh mơn cơ học thiên thể trong Thiên văn Đồng thời, trong q trình hồn thiện các dụng cụ quang học để quan sát bầu thời ơng đã khai sinh mơn quang hình Newton là nhân vật vĩ đại nhất trong khoa học Tư tưởng của ơng ảnh hưởng rất mạnh mẽ lên Thế... lý cơ bản của cơ học mà những nhà bác học thế hệ sau đặt tên là ngun lý tương đối Galileo, phép biến đổi Galileo Đó là những ngun lý cơ bản của cơ học cổ điển (xem Lương Dun Bình ( Vật lý đại cương tập 1) Ơng là người nhiệt tình khẳng định thuyết Nhật tâm Copernicus dù bị Nhà thờ xét xử, giám sát chặt chẽ Ơng là biểu tượng cho sức mạnh khơng thể bị khuất phục của khoa học V NEWTON VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ... vậy từ các truyền thuyết sơ khai về vũ trụ đến Aristotle vũ trụ đã có tâm là Trái đất với các định luật cơ học được hiểu một cách trực quan, thiếu chính xác Hình 3: Hệ địa tâm Aristotle 2 Hệ địa tâm của Ptolemy Tới thế kỷ III TCN Thiên văn bắt đầu tách thành một khoa học riêng biệt Các nhà Thiên văn đã thực hiện các quan sát về chuyển động của các hành tinh (Xem lại phần nhập mơn) Họ đưa ra lý thuyết... trong thực tế) chả là gì so với thang thời gian này Một giờ học về thiên văn ở trên lớp để hiểu về những việc xảy ra trong cả tỷ năm, quả thật là q ít ỏi! PHẦN A THIÊN VĂN (Astronomy) Chương I: HỆ MẶT TRỜI (CẤU TRÚC VÀ CHUYỂN ĐỘNG) I QUAN NIỆM CŨ VỀ HỆ MẶT TRỜI: HỆ ĐỊA TÂM 1 Quan niệm của Aristotle về vũ trụ (384(322 TCN) Aristotle là một nhà triết học vĩ đại thời cổ Những tư tưởng của ơng có ảnh hưởng... gặp bài tốn xét chuyển động của 2 vật dưới tác dụng của lực tương hỗ giữa chúng (Ta có thể tham khảo trong giáo trình cơ học hoặc cơ lý thuyết) Ở đây ta chỉ chú ý đến những kết luận có liên quan đến chuyển động của các thiên thể Trong thực tế khơng thể có chỉ hai thiên thể tồn tại cơ lập và tương tác lẫn nhau Nhưng để đơn giản ta hãy xét trường hợp hệ hai vật đã Ta biết chuyển động của hai vật m1,... chuyển động của một thiên thể quanh một thiên thể khác với tổng khối lượng của chúng và lập phương bán trục lớn là một đại lượng 4π 2 ) và đối với mọi cặp vật đều có giá trị như nhau : khơng đổi (bằng G T2 (M + m) 4π2 = = const G a3 2 Một số ví dụ về áp dụng định luật Kepler trong thiên văn a) Xác định vận tốc vũ trụ của thiên thể: - Từ định luật 1 của Kepler ta thấy một vật trên một thiên thể có thể... làm qũi đạo Mặt trăng trở nên phức tạp hơn Trong cơ học ta biết để giải một bài tốn một hệ n vật ta phải lập một hệ gồm 3 bậc tự do cho mỗi vật, tức hệ 3n phương trình Việc giải hệ nhiều phương trình là rất phức tạp Trong cơ học thiên thể người ta có thể giải gần đúng bằng cách phân cấp các nhiễu loạn, xem cái nào ảnh hưởng nhiều đến chuyển động của thiên thể để từ có thể giải bài tốn theo mức độ chính... của sự chuyển động hay ơng đã khai sinh mơn Động lực học - Định luật 2 còn được gọi là phương trình cơ bản của cơ học → → (1) F = ma - Hay có thể phát biểu như một định lý về động lượng → d(m v ) → = F dt Trong đó m khối lượng của chất điểm (2) → v : vận tốc của chất điểm → m v : là một đại lượng vật lý đặc trưng cho chuyển động về mặt động lực học, chỉ khả năng truyền động, gọi là động lượng → → -Có... trình cơ bản của động lực học chất điểm và có thể phát triển như sau: Độ biến thiên động lượng của chất điểm trong một đơn vị thời gian bằng lực tác dụng lên nó Hay độ biến thiên của động lượng từ K1 đến K2 trong khoảng thời gian từ t1 đến t2 là : t2 ∆ K = K 2 − K1 = ∫ Fdt t1 → Đại lượng F dt gọi là xung lượng của lực, đặc trưng cho tác dụng lực theo thời gian Định luật 2 sẽ phát biểu: Độ biến thiên