Tìm hiểu các giả thuyết về cấu trúc của vũ trụ và sự hình thành của hệ mặt trời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ - - Đề tài TÌM HIỂU CÁC GIẢ THUYẾT VỀ CẤU TRÚC CỦA VŨ TRỤ VÀ SỰ HÌNH THÀNH CỦA HỆ MẶT TRỜI Giảng viên hướng dẫn : TH.S TRƯƠNG THÀNH Sinh viên thực : NGUYỄN THỊ LOAN PHƯƠNG Lớp : 11CVL Khóa : 2011 – 2015 Ngành : VẶT LÝ HỌC Đà Nẵng, tháng 04 năm 2015 GHVD : Th.S Trương Thành Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp: “Tìm hiểu giả thuyết cấu trúc Vũ trụ hình thành hệ Mặt Trời”, bên cạnh cố gắng, nổ lực học hỏi thân, nhận nhiều quan tâm, đóng góp ý kiến quý thầy cô khoa Vật lý, người thân, bạn bè Tôi xin chân thành cảm ơn tất người tạo điều kiện giúp đỡ suốt khóa học Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Trương Thành, người tận tình hướng dẫn, bảo cho tơi suốt q trình học tập hồn thành khóa luận Tuy có nhiều cố gắng để thực khóa luận khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý phê bình bạn đọc để viết hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, tháng 04 năm 2015 Nguyễn Thị Loan Phương SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương GHVD : Th.S Trương Thành Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC A PHẦN MỞ ĐẦU .1 B NỘI DUNG .4 CHƢƠNG I: SƠ LƢỢC VỀ VŨ TRỤ 1.1 Tổng quan cấu trúc Vũ Trụ 1.2 Mơ hình Vũ Trụ Big Bang .5 1.2.1 Lịch sử hình thành mơ hình Vũ Trụ Big Bang .5 1.2.2 Lí thuyết BIG BANG CHƢƠNG II: CÁC GIẢ THUYẾT VỀ VŨ TRỤ 11 2.1 Những ý tưởng vũ trụ vật – Giả thuyết Aristotle 11 2.1.1 Khái quát ý tưởng ban đầu 11 2.1.2 Giả thuyết Aristotle 12 2.1.2.1 Khái quát giả thuyết 12 2.1.2.2 Ưu nhược điểm thuyết Aristotle 14 2.2 Giả thuyết Ptolemy 15 2.2.1 Đặc điểm mơ hình địa tâm Ptolemy .15 2.2.2 Ưu nhược điểm mơ hình Ptolemy .16 2.3 Mơ hình nhật tâm Copernic .17 2.3.1 Nội dung hệ vũ trụ nhật tâm 17 2.3.2 Sự đắn học thuyết Copernic 19 2.3.3 Mặt Trời 22 2.3.3.1Công suất, nhiệt độ áp suất Mặt Trời 23 2.3.3.1.1 Công suất xạ Mặt Trời 23 2.3.3.1.2 Xác định nhiệt độ bề mặt Mặt Trời 23 2.3.3.1.3 Sự phân bố áp suất nhiệt độ trung bình Mặt Trời 24 2.3.3.2 Cấu trúc mặt Mặt trời 25 SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Khóa luận tốt nghiệp GHVD : Th.S Trương Thành 2.3.3.2.1 Quang cầu (photosphere) 25 2.3.3.2.2 Các lớp quang cầu .25 2.3.3.2.3 Sắc cầu (chromosphere) 26 2.3.3.2.4 Nhật hoa (corona) 26 2.3.4 Trái Đất .27 2.3.4.1 Trái Đất không gian Vũ Trụ 27 2.3.4.2 Từ trường Trái Đất 27 2.3.4.3 Khí 28 2.3.4.4 Sự chuyển động Trái Đất 30 2.3.4.5 Trái Đất - hành tinh có sống 31 2.3.4.6 Vệ tinh Trái Đất 32 2.3.4.6.1 Nhật – Nguyệt thực 33 2.3.4.6.1.1 Nhật thực .33 2.3.4.6.1.2 Nguyệt thực 35 2.3.4.6.2 Thủy triều .35 CHƢƠNG III: SỰ HÌNH THÀNH HỆ MẶT TRỜI - GIẢ THUYẾT TINH VÂN 38 3.1 Lịch sử phát triển Giả thuyết Tinh vân 38 3.2 Đặc trưng hệ Mặt Trời 40 3.3 Giả thuyết tinh vân 41 3.4 Sự đổ sập hấp dẫn 42 3.5 Sự hình thành hành tinh 42 3.6 Sự hình thành tiểu hành tinh 45 3.7 Sự hình thành chổi 46 C KẾT LUẬN 49 D TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương GHVD : Th.S Trương Thành Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Tổng quan vũ trụ Hình George Gamov .7 Hình Vụ nổ Big Bang Hình Hình ảnh mơ tả Vũ trụ………………………………………………… ….9 Hình Aristotle………………………………………………………… …………12 Hình 2 Mơ hình Aristotle…………………………………………… ……………13 Hình Ptolemy .……………15 Hình Mơ hình địa tâm Ptolemy…………… ………………………………… 16 Hình Nicolas Copernic………………………… ……………………………….17 Hình Mơ hình nhật tâm Copernic………………………… ………………… 18 Hình 2.7 Mơ Mặt Trời………………………………… …………………… 22 Hình Minh họa quỹ đạo hành tinh……………… ……………… 22 Hình Mơ tả chiều quay hành tinh…………………… ……………… 23 Hình Hình ảnh mơ lớp ngồi quang cầu………… ………………26 Hình 10 Mơ tả từ trường Trài Đất…………………………… ………………28 Hình 11 Các tầng khí (mơ tả) ………………………… …………… 29 Hình 12 Trái Đất…………………………………………………… …………… 31 Hình 13 Mặt Trăng quay quanh Trái Đất…………………………… .…………33 Hình 14 Hiện tượng nhật thực (mơ tả) ………………………………… ……….34 Hình 15 Hiện tượng nguyệt thực (mơ tả) ………………………………… …….35 Hình 16 Hiện tượng thủy triều (mô tả) ……………………………………… …37 Hình Các giai đoạn hình thành hệ Mặt Trời……………………………… .….38 Hình Cấu trúc hệ Mặt Trời…………………………………………………… 39 Hình 3 Sự đời Mặt Trời………………………………………………… .41 Hình Quá trình hình thành hệ Mặt Trời……………………………………… 42 Hình Sự hình thành hành tinh…………………………………………… .43 Hình Các hành tinh kiểu Trái Đất…………………………………………… .43 Hình Các hành tinh kiểu Mộc Tinh…………………………………………… 44 Hình Sự hình thành tiểu hành tinh (mơ tả) ………………………………… 45 Hình Sự hình thành chổi……………………………………………… … 46 Hình 10 Sự hình thành Mặt Trăng……………………………………………… 47 Hình 11 Hai vệ tinh Hỏa Tinh……………………………………………… 47 SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương GHVD : Th.S Trương Thành Khóa luận tốt nghiệp A PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thời xưa, chưa có lịch q trình sản xuất nơng nghiệp, chăn nuôi, nhân dân lao động thời cổ đại cổ biết lợi dụng tượng tự nhiên để định hướng thời vụ gieo trồng Con người biết quan sát chòm trời nhằm xác định phương hướng, quan sát Mặt Trăng để nắm bắt thủy triều lên xuống… “ Ánh nắng rực rỡ, ánh trăng dịu dàng, ánh lấp lánh, nhật thực tráng lệ… Những tượng muôn màu muôn vẻ bầu trời kích thích óc tị mị trí tưởng tượng nhiều người” Vũ trụ cấu tạo nào? Trái Đất mà sinh sống nào? Có mối quan hệ bầu trời Trái Đất? Làm Mặt Trời phát tia nắng rực rỡ? Ngoài Trái Đất ra, hành tinh khác có sống hay không? Một loạt, nhiều câu hỏi từ đời thường câu hỏi khó ln khiến người trăn trở Chính ngành Thiên văn học đời ngày phát triển mạnh mẽ Thiên văn học môn khoa học nghiên cứu thiên thể, cấu trúc hệ thiên thể quy luật tiến hóa nói chung vật chất Vũ Trụ Bộ môn khoa học đời sớm bậc mũi nhọn khoa học đại Vật Lý có vai trị quan trọng mơn thiên văn học, đặc biệt ngành Vật Lý thiên văn dùng để giải thích trình xảy vũ trụ định luật Vật Lý Vì vậy, tất nhà thiên văn học có tảng vững Vật Lý Tuy nhiên, Thiên văn học ngành khoa học bình dân hấp dẫn nên bên cạnh nhà thiên văn lại có nhiều người hoạt động nghiệp dư Là sinh viên Vật lý trường Đại Học Sư Phạm học Thiên văn đại cương kiến thức Thiên văn đại, đặc biệt vấn đề liên quan đến vũ trụ mẻ ỏi Tuy nhiên, khơng mà tơi khơng thấy điểm thú vị môn học, mà ngược lại tơi lại u thích mơn học Và học cịn hạn hẹp nên tơi muốn biết nhiều chưa biết, hiểu nhiều chưa hiểu Trong môn thiên văn học mà học giảng đường, nắm thành phần cấu tạo, chất vật lý quy luật chuyển động thiên thể Đồng thời biết rõ hình thành SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang Khóa luận tốt nghiệp GHVD : Th.S Trương Thành tiến hóa dạng tồn vật chất vũ trụ…Tuy nhiên tò mò thân không cho phép dừng lại, chấp nhận với kiến thức học Tơi muốn đào sâu nghiên cứu nhiều hệ Mặt Trời, lý thuyết mô tả vũ trụ qua cột mốc lịch sử…về nơi mà sống sinh hoạt ngày Chính lẽ mà tơi định: “Tìm hiểu giả thuyết cấu trúc Vũ trụ hình thành hệ Mặt Trời” Hy vọng tài liệu bổ ích cho bạn đọc cho có niềm yêu thích thiên văn Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu nguồn gốc đời hệ Mặt Trời; giả thuyết cấu trúc vũ trụ, ưu nhược điểm thuyết, sâu vào tìm hiểu giả thuyết xem đắn áp dụng nhiều Nội dung nghiên cứu  Khái quát sơ lược Vũ trụ  Tìm hiểu ý tưởng vũ trụ vật – Giả thuyết Aristotle hệ Mặt Trời  Tìm hiểu giả thuyết Ptolemy  Tìm hiểu mơ hình nhật tâm Copernic  Tìm hiểu hình thành hệ Mặt Trời Phƣơng pháp nghiên cứu  Tra cứu, đọc xử lý thông tin thu thập từ sách vở, báo chí, internet tài liệu liên quan đến đề tài  Trao đổi, thảo luận với bạn bè thông tin thu  Trao đổi lắng nghe ý kiến giáo viên hướng dẫn để kiểm tra tính xác thơng tin thu thập Mục đích nghiên cứu  Tìm hiểu hệ thống q trình hồn thiện cấu trúc vũ trụ, hình thành hệ Mặt Trời nhân loại  Nâng cao hiểu biết vũ trụ, giới thiên văn học  Tập làm công tác hoạt động khoa học Kết đạt đƣợc  Giới thiệu vũ trụ SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang Khóa luận tốt nghiệp GHVD : Th.S Trương Thành Tổng quan cấu trúc vũ trụ Giới thiệu mơ hình Vũ trụ Big Bang  Tìm hiểu số giả thuyết vũ trụ Trình bày đặc điểm, nội dung thuyết Nêu lên ưu, nhược điểm thuyết Giới thiệu Mặt Trời, Trái Đất Mặt Trăng  Mơ tả hình thành hệ Mặt Trời – Giả thuyết tinh vân Trình bày đời Mặt Trời, hành tinh, tiểu hành tinh, chổi Lý giải số trường hợp ngoại lệ hệ Mặt Trời Cấu trúc khóa luận gồm phần chính:  Phần A: Mở đầu  Phần B: Phần nội dung Chương I: Sơ lược vũ trụ Chương II: Các giả thuyết vũ trụ Chương III: Sự hình thành hệ Mặt Trời – Giả thuyết tinh vân  Phần C: Kết luận  Phần D: Tài liệu tham khảo SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang GHVD : Th.S Trương Thành Khóa luận tốt nghiệp B NỘI DUNG CHƢƠNG I: SƠ LƢỢC VỀ VŨ TRỤ [1], [2], [6], [9], [10] 1.1 Tổng quan cấu trúc Vũ Trụ Với kính thiên văn đại nhìn vào vũ trụ với khoảng cách 15 triệu năm ánh sáng mà chưa thấy “bức tường” cuối vũ trụ, nên vũ trụ xem vô tận, khơng gian trống rỗng khơng có biên giới Trong khơng gian phân bố rộng rãi không Chúng tập trung thành hình dạng xác định gồm hàng trăm tỉ gọi thiên hà Các thiên hà thường có dạng elipxoit, dạng đĩa xoắn… với đường kính từ hàng chục đến hàng trăm ngàn năm ánh sáng Những thiên hà phân bố Hình 1 Tổng quan vũ trụ không đồng đều, đa số tập trung vào mặt phẳng xác định gọi mặt phẳng thiên hà Măt Trời ta nằm thiên hà gọi ngân hà Ngân hà bao gồm mà ta nhìn thấy mắt thường (khoảng sáu ngàn sao) trăm tỉ khác quan sát qua kính thiên văn Ta thấy số thiên hà khác (những thiên hà gần thiên hà chúng ta) dạng vết sáng nhòe yếu SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang Khóa luận tốt nghiệp GHVD : Th.S Trương Thành ớt mà chúng cịn gọi tinh vân Qua kính thiên văn cực mạnh ta nhìn thấy số riêng biệt cấu tạo nên tinh vân Trong khoảng không cịn có vật chất tồn dạng bụi, khí, hạt bản, trường điện từ trường hấp dẫn Vì đám bụi khí vũ trụ làm cản trở khả nhìn xa Mặt Trời số cấu tạo nên thiên hà Quanh Mặt Trời có hành tinh chuyển động quanh hành tinh cịn có vệ tinh Các kết quan trắc cho biết xung quanh nhiều ngơi khác có hành tinh chuyển động, tương tự hệ Mặt Trời Các thành tựu đạt mà thiên văn học đem lại khẳng định vật chất vũ trụ vận động biến đổi không ngừng Các hành tinh chuyển động quanh sao thiên hà quay quanh trục thiên hà Ngoài thiên hà chuyển động vũ trụ với vận tốc lớn ngày xa Quá trình nghiên cứu vũ trụ người trình cần mẫn, lâu dài, tỉ mỉ để dần dần, người ta nhìn xa hơn, sâu vào vũ trụ tưởng vơ biên này, dự đốn cho tương lai vũ trụ, sống người Và vũ trụ rộng lớn chúng ta, vũ trụ mà người xuất có nó, người khơng chứng kiến hình thành vũ trụ lại ln muốn nghiên cứu vũ trụ Để làm điều người nhìn khứ, nhìn thời điểm mà vũ trụ bắt đầu hình thành Đã có nhiều giả thuyết hình thành vũ trụ, thuyết đối lập nhau, nối tiếp để dựng lại q trình hình thành vũ trụ Cái có sở để tồn phát triển Vũ trụ phải vậy, sở vũ trụ thuyết (điều công nhận) 1.2 Mơ hình Vũ Trụ Big Bang 1.2.1 Lịch sử hình thành mơ hình Vũ Trụ Big Bang Vũ trụ bí hiểm, ln địi hỏi óc tìm tịi, khám phá người “vũ trụ xuất tiến hoá nào?” câu hỏi gây khơng tranh cãi cho nhà khoa học, mà nhiều học thuyết đời nhằm trả lời câu hỏi Tuy nhiên, đến lí thuyết nhiều người ủng hộ để giải thích nguồn gốc tiến hố vũ trụ lí thuyết “Vụ nổ lớn” hay gọi Big Bang Lí thuyết đưa dựa SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang Khóa luận tốt nghiệp GHVD : Th.S Trương Thành dấu trừ chứng tỏ nước B dâng lên.Vì nước A B dâng lên nên C D hạ xuống, triều xuống Qua cho ta thấy triều lên vào thời điểm trăng trịn khơng trăng c Những điểm cần lƣu ý - Hình 17 Hiện tƣợng thủy triều (mô tả) Triều cường: Vào thời kỳ không trăng; Mặt Trời, Mặt Trăng Trái Đất giao hội góp thêm lực hút Mặt Trời làm cho thuỷ triều dâng lên cao mức thuỷ triều bình thường, người ta gọi triều cường - Trong thực tế ma sát nên triều lên chậm so với Mặt Trăng qua kinh tuyến - Hiện tượng thuỷ triều không xảy với đại dương nước mà xảy khí lục địa Các tính tốn cho thấy Mặt Trăng mà lục địa dâng lên hạ xuống cỡ vài dm (“Đất triều”) SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 37 GHVD : Th.S Trương Thành Khóa luận tốt nghiệp CHƢƠNG III: SỰ HÌNH THÀNH HỆ MẶT TRỜI GIẢ THUYẾT TINH VÂN [3], [7], [9], [11], [13] Hình Các giai đoạn hình thành hệ Mặt Trời 3.1 Lịch sử phát triển Giả thuyết Tinh vân Tới kỉ XVII, XVIII có giả thuyết khác hình thành Hệ Mặt trời: Immanual Kant (1724 - 1804) nhà khoa học triết học Đức, năm 1755 sách “Lịch sử khái quát tự nhiên học thuyết mặt trời”, dựa sở học thiên văn ơng giải thích hình thành thiên thể chuyển động ban đầu chúng Bốn mươi năm sau nhà thiên văn tiếng người Pháp Pierre Simon - Laplace (1749 - 1827) phát triển ý tưởng Kant Theo Kant, Mặt Trời hành tinh hình thành từ (khối khí) đám mây bụi vũ trụ dày đặc, chất khí hay vật chất rắn nguội đặc Theo Laplace hành tinh hình thành từ khối khí lỗng nóng xung quanh Mặt Trời Vật chất gần Mặt Trời sức hút, va chạm (theo Kant) nguồn SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 38 GHVD : Th.S Trương Thành Khóa luận tốt nghiệp lạnh đơng đặc lại (theo Laplace) mà sinh vận động xốy ốc hình thành vành đai vật chất đặc quay xung quanh Mặt Trời Sau đó, phần lớn khối lượng vành đai kết tụ lại thành khối cầu hành tinh, cịn lại trở thành vệ tinh Tuy nhiên giả thuyết không đầy đủ, chưa cho phép giải thích đầy đủ cấu trúc đặc trưng hệ Mặt trời Với giả thuyết Tinh vân Laplace đa số nhà khoa học chấp nhận lại bị số nhà khoa học trích khơng giải thích vấn đề bảo tồn momen động lượng toàn hệ Mặt trời Trong thập kỷ cuối kỷ XX, nhờ thám hiểm vũ trụ tàu xuyên hành tinh, khoa học thu thập thêm nhiều kiện hành tinh hệ Mặt Trời, với vệ tinh chúng thiên thạch Những công nghiên cứu thực nghiệm Mặt Trăng phân tích hóa học thiên thạch, cho Hình Cấu trúc hệ Mặt Trời phép ước tính xác tuổi Mặt Trời hành tinh, chừng khoảng 4,6 tỷ năm Đồng thời dựa quan sát mới, đặc biệt nghiên cứu trẻ chúng bao quanh đám mây khí bụi SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 39 Khóa luận tốt nghiệp GHVD : Th.S Trương Thành giả thuyết Tinh vân dự đốn, khẳng định tính đắn giả thuyết Tinh vân Chính điều khiến nhà nghiên cứu cần xem xét lại giả thuyết “Tinh vân Mặt Trời” Laplace trước Theo mơ hình có nay, hình thành hệ Mặt trời tập trung vào giả thuyết Tinh vân Ngồi ra, cịn có giả thuyết khác hình thành hệ Mặt trời phổ biến, giả thuyết va chạm Giả thuyết cho hành tinh hình thành mảnh vụn tách từ vụ va chạm mặt trời với khác Giả thuyết Tinh vân hay giả thuyết khác hình thành hệ Mặt Trời phải giải thích đặc trưng hệ Mặt trời 3.2 Đặc trƣng hệ Mặt Trời Hệ Mặt Trời có đặc trưng sau: • Đặc trưng thứ chuyển động thiên thể lớn: - Các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời ngược chiều kim đồng hồ (nếu nhìn từ cực bắc Mặt Trời), gần hết chiều với chiều quay Mặt Trời - Quỹ đạo hành tinh elip gần nằm mặt phẳng - Hầu hết vệ tinh hành tinh chuyển động theo chiều chuyển động hành tinh gần mặt phẳng xích đạo hành tinh - Khoảng cách nhật tâm đến hành tinh tuân theo quy tắc đặn, nghĩa khoảng cách nhật tâm hành tinh gần gấp đôi khoảng cách nhật tâm hành tinh trước - Mặt Trời có khối lượng lớn có mơmen động lượng bé so với hành tinh, khối lượng Mặt Trời chiếm tới 99,9% khối lượng toàn Thái Dương Hệ, động lượng lại 2% mơmen động lượng toàn hệ (nghĩa Hành tinh chiếm tới 98% động lượng toàn hệ khối lượng Hành tinh chiếm có 1% hệ) • Đặc trưng thứ hai phân loại hành tinh hệ Mặt Trời - Hành tinh kiểu Trái đất (Terrestrial Planet) - Hành tinh kiểu Mộc tinh (Jovian Planet) SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 40 GHVD : Th.S Trương Thành Khóa luận tốt nghiệp • Đặc trưng thứ ba tiểu hành tinh chổi - Tiểu hành tinh thiên thể nhỏ, rắn chuyển đông xung quanh Mặt Trời, tập trung chủ yếu vành đai tiểu hành tinh - Sao chổi thiên thể nhỏ, đóng băng, dành hầu hết quãng đời chuyển động phía xa quỹ đạo Pluto tập trung đám mây Oort - Chúng ta quan sát chúng, khoảng thời gian ngắn mà chúng chuyển động gần Mặt Trời • Đặc trưng thứ tư trường hợp ngoại lệ - Quỹ đạo Thủy tinh elip có tâm sai lớn - Xích đạo Kim tinh Hải Vương tinh có góc nghiêng lớn so với quỹ đạo, hai hành tinh có chiều tự quay ngược chiều thuận - Vệ tinh số hành tinh có đặc điểm hình dạng kích thước khác biệt Từ đặc trưng chuyển động thiên thể lớn, đưa ta mô hình đám tinh vân 3.3 Giả thuyết tinh vân Hệ Mặt Trời hình thành từ đám mây khí bụi tự quay… …tạo thành đĩa dẹt khí bụi, cịn gọi đĩa tiền hành tinh (protoplanetary disk), bao xung quanh phôi Mặt Trời (protosun) trung tâm đĩa Mặt Trời hình thành tâm Các hành tinh hình thành từ bụi khí đĩa Hình 3 Sự đời Mặt Trời SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 41 GHVD : Th.S Trương Thành Khóa luận tốt nghiệp 3.4 Sự đổ sập hấp dẫn Tinh vân mặt trời lúc đầu có hình cầu, đường kính vài năm ánh sáng Nó chứa bụi khí, lỗng, lạnh xoay chậm Nhận “cú hích” từ tác động bên mà ngày nhiều nhà thiên văn giả thiết sóng xung kích phát từ bùng nổ siêu tân tinh gần Từ tinh vân co lại, lực hấp dẫn tăng gây đổ sập hấp dẫn Tinh vân bị phẳng tạo thành phôi mặt trời trung tâm đĩa hành tinh (vành phôi hành tinh) xung quanh Đồng thời trình đổ sập tinh vân, hấp dẫn chuyển hóa thành nhiệt, tinh vân quay nhanh Mặt trời hình thành trung tâm tinh vân nhiệt độ mật độ vật chất đủ cao để xảy phản ứng hạt nhân (nhiệt hạch) Các hành tinh thiên thể khác hình thành đĩa hành tinh Khi phôi mặt trời đạt tới khối lượng riêng đủ lớn trao đổi momen động lượng với vành phôi hành tinh diễn chậm Điều xóa bỏ mâu thuẫn phân bố momen động lượng hệ Mặt trời Hình Quá trình hình thành hệ Mặt Trời 3.5 Sự hình thành hành tinh Các hành tinh khác tạo từ tinh vân Mặt Trời, đám mây bụi khí dạng đĩa cịn lại sau Mặt Trời hình thành, ngưng tụ tạo thành vật chất rắn SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 42 GHVD : Th.S Trương Thành Khóa luận tốt nghiệp lỏng từ đám tinh vân Qúa trình xảy đĩa hành tinh (protoplanetary disk) có vai trị tảng trình hình thành nên hành tinh Vật chất đám tinh vân chia làm loại dựa vào nhiệt độ ngưng tụ chúng: Kim loại, đá rắn, hợp chất chứa Hidro, khí nhẹ Hình Sự hình thành hành tinh Trong vùng với khoảng cách nhật tâm nhỏ AU (bên đường đóng băng Frost Line), ấm cho phân tử dễ bay nước metan ngưng tụ, vi thể hành tinh sinh tạo từ hợp chất có điểm nóng chảy cao kim loại vật chất rắn Bên ngồi đường đóng băng, hợp chất chứa hidro, vật chất rắn kim loại ngưng tụ Với bồi tụ (Accretion): Quá trình lớn lên hạt vật chất va chạm kết dính va chạm lực hút hấp dẫn tạo thành “Vật thể hành tinh” (Planetestimal), mà vật thể tiếp tục lớn dần thông qua va chạm, với tốc độ cỡ vài cm năm khoảng vài triệu năm Hình Các hành tinh kiểu Trái Đất sau tiếp theo, từ hình thành nên SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 43 Khóa luận tốt nghiệp GHVD : Th.S Trương Thành hành tinh kiểu Trái đất (đất đá) gồm Mercury, Venus, Earth, Mars Các dạng hợp chất vũ trụ, chiếm 0,6% khối lượng tinh vân, hành tinh đất đá phát triển lớn Các vật thể phôi thai (tức tiền hành tinh) hành tinh đất đá lớn lên cỡ 0,05 khối lượng Trái Đất ngừng tích tụ vật chất khoảng 100.000 năm sau Mặt Trời hình thành; va chạm kết hợp sau vật thể kích thước hành tinh cho phép chúng lớn lên thành kích thước Khi hành tinh đất đá hình thành, chúng ngập chìm đĩa khí bụi Chất khí chịu ảnh hưởng áp suất không quay quanh Mặt Trời nhanh hành tinh Sức cản sinh chúng gây nên truyền mơ men động lượng, Hình Các hành tinh kiểu Mộc Tinh khiến cho hành tinh dịch chuyển vào quỹ đạo Các mô hình cho thấy thay đổi nhiệt độ đĩa chi phối tốc độ dịch chuyển, với xu hướng tổng thể hành tinh phía dịch chuyển phía đĩa tiêu tán hình thành quỹ đạo ổn định ngày Với bắt giữ tinh vân (Nebula Capture): xảy phía ngồi đường đóng băng Frost line, nơi có nhiệt độ đủ thấp để hợp chất dễ bay tồn thể rắn, hình thành nên băng đá Sự tích tụ từ băng đá làm vật thể hành tinh (planetestimal) đủ lớn để bắt giữ (capture) khí nhẹ Hidro Heli Điều lý giải hành tinh kiểu Mộc tinh (hành tinh khí) có kích thước lớn mật độ vật chất nhỏ Đặc biệt kiểu hành tinh khí tất hành tinh có vành đai Các vi thể hành tinh phía ngồi đường đóng băng kết tụ lên tới lần khối lượng Trái Đất khoảng triệu năm Ngày nay, bốn hành tinh khí khổng lồ, với tổng khối SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 44 Khóa luận tốt nghiệp GHVD : Th.S Trương Thành lượng 445,6 khối lượng Trái Đất, chiếm soát 99% tổng khối lượng vật thể quay quanh Mặt Trời 3.6 Sự hình thành tiểu hành tinh Các vật thể hành tinh đá rắn (rocky planetestimal) không bồi tụ thành hành tinh trở thành tiểu hành tinh (Asteroid) Các tiểu hành tinh cho cịn sót lại hành tinh kiểu Trái Đất, nhỏ khơng thể kết hợp lại Hình Sự hình thành tiểu hành tinh (mơ tả) từ Hệ Mặt Trời hình thành, gây nhiễu lực hấp dẫn từ Mộc tinh Rìa ngồi vùng hành tinh đá, khoảng từ AU tới AU, tới Mặt Trời, gọi vành đai tiểu hành tinh Vành đai ban đầu chứa đủ vật chất để hình thành 2-3 hành tinh cỡ Trái Đất, thực có nhiều vi thể hành tinh hình thành Cũng phía trong, vi thể hành tinh kết tụ thành cỡ 20 – 30 hành tinh phôi thai có kích thước từ cỡ Mặt Trăng tới Hỏa tinh; nhiên, gần Mộc tinh sau hành tinh khổng lồ hình thành, tức khoảng triệu năm sau Mặt Trời xuất hiện, khu vực chịu tác động mạnh mẽ Cộng hưởng quỹ đạo với Mộc tinh Thổ tinh đặc biệt mạnh vành đai tiểu hành tinh, tương tác hấp dẫn với phôi thai nặng phân tán nhiều vi thể hành tinh vào miền cộng hưởng Lực hấp dẫn Mộc tinh làm tăng vận tốc vật thể miền cộng hưởng, khiến chúng vỡ vụn sau va chạm thay dính vào hợp SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 45 GHVD : Th.S Trương Thành Khóa luận tốt nghiệp Hầu hết tiểu hành tinh tập trung vành đai tiểu hành tinh nằm quỹ đạo Hỏa tinh Mộc tinh Có số tiểu hành tinh có quỹ đạo vượt ngồi vùng Hỏa tinh Mộc tinh, phía Trái đất Thổ tinh Hình Sự hình thành chổi 3.7 Sự hình thành chổi Các vật thể hành tinh băng (icy planetestimals) cịn lại khơng bồi tụ thành hành tinh kiểu Mộc tinh trở thành Sao chổi Đây thiên thể gần giống tiểu hành tinh không cấu tạo từ đất đá Nó miêu tả số chuyên gia cụm từ “quả bóng tuyết bẩn” chứa cacbonnic, mêtan nước đóng băng lẫn với bụi khống chất Các chổi ngắn hạn có nguồn gốc từ vành đai Kuiper, chổi dài hạn đến từ đám Oort Một số chổi không tan rã dần trở thành tiểu hành tinh, với hạt nhân hết khả thăng hoa 3.8 Giải thích trƣờng hợp ngoại lệ SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 46 GHVD : Th.S Trương Thành Khóa luận tốt nghiệp - Thuyết tinh vân đưa giả thuyết Va chạm để giải thích trường hợp ngoại lệ: Trong thời kì cuối trình hình thành Hệ Mặt trời, vật thể hành tinh cịn sót lại va chạm mạnh với thiên thể khác nguyên nhân gây biến đổi quỹ đạo, thay đổi góc nghiêng xích đạo số thiên thể Hệ Mặt trời - Mặt trăng Trái đất kết vụ va chạm lớn, điều làm tách lượng vật chất lớn từ vỏ Trái đất, lượng vật chất bắt đầu chuyển động với quỹ đạo xung quanh Trái đất, bồi tụ thành Mặt trăng Hình 10 Sự hình thành Mặt Trăng - Một số vệ tinh có quỹ đạo khác thường - quay lệch hướng có góc nghiêng lớn so với xích đạo hành tinh Những vệ tinh khác thường vật thể Hình 11 Hai vệ tinh Hỏa Tinh SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 47 Khóa luận tốt nghiệp GHVD : Th.S Trương Thành hành tinh bị bắt giữ hấp dẫn hành tinh lớn trở thành vệ tinh hành tinh Chúng gọi vệ tinh bị bắt giữ (Captured Moons)  Q trình mơ tả xác hình thành hệ Mặt Trời theo “Giả thuyết tinh vân” SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 48 GHVD : Th.S Trương Thành Khóa luận tốt nghiệp C KẾT LUẬN Thiên văn học nước ta phát triển sớm, khoảng 1.000 năm trước, câu hỏi đặt ngành Thiên văn học nước ta lại chưa trọng phát triển nước giới? Nhiều nguyên nhân đưa ra, chủ quan có mà khách quan có, theo thống kê ngun nhân sâu xa điều kiện kinh tế địa hình nước ta khơng thuận lợi, nước ta cịn khó khăn để trang bị xây dựng sở vật chất cho việc nghiên cứu nên phát triển ngành không đầu tư, cịn đa số sinh viên cho rằng: Chọn ngành Thiên văn làm nghiệp phát triển cho thân lựa chọn khó sau tốt nghiệp họ khơng có việc làm thích đáng họ có lịng u thích, đam mê muốn tìm hiểu khám phá bí ẩn giới bên lồi người Họ nên bỏ suy nghĩ đất nước muốn phát triển Thiên văn học lĩnh vực quan trọng, cần trọng, đặt lên hàng đầu; Mở rộng hiểu biết thiên văn giúp cho nhân loại ngày lên, trước hết cho ta nhìn khách quan giới, sau ứng dụng áp dụng rộng rãi lĩnh vực khác Ở thời đại thời du hành Vũ trụ, chinh phục Vũ trụ mục tiêu người nên Thiên văn học ngành thiếu; Điều cho thấy việc trang bị tri thức thiên văn việc làm quan trọng bỏ qua cho hệ trẻ nước ta – đất nước phát triển, bước hội nhập Quốc tế lên Nó cần lưu truyền phổ biến đưa vào chương trình bậc học Phổ thơng khơng phải bậc Đại học, nhiên để làm điều cân nổ lực lớn từ nhiều phía chức năng, cần đầu tư phát triển xuất nhiều tài liệu sách báo, cần trang bị kiến thức tin học cho giáo viên để tạo mơ hình ảo Thiên văn nhằm bổ trợ cho việc quan sát…vì đặc trưng mơn phải quan sát thực tế đối tượng nghiên cứu trừu tượng khơng thể sờ, khơng thể nắm, khơng thể tác động trực tiếp bắt chuyển động theo ý ta… Tóm lại, tơi mong muốn ngành Thiên văn ngày vươn cao hơn, khơi nguồn cho khám phá thú vị sau Bản thân muốn nghiên cứu thêm nhiều kiến thức thiên văn học Tuy nhiên với giới hạn cho phép đề tài, thời gian tiến hành, tơi tìm hiểu số khía SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 49 Khóa luận tốt nghiệp GHVD : Th.S Trương Thành cạnh vũ trụ như: sơ lược vũ trụ, số giả thuyết vũ trụ giải thích hình thành hệ Mặt Trời, viết tài liệu nói vũ trụ, hệ Mặt Trời tơi mong giúp ích cho thích tìm tịi, khám phá có sở tài liệu vấn đề ngành Thiên văn – dù Internet thông tin không thiếu, nguồn thông tin bổ ích cho quí độc giả yêu thích ngành Thiên văn… Mục đích thời gian làm khóa luận không dài, phương pháp học tập nghiên cứu bước đầu bỡ ngỡ nên bên cạnh kết đạt nội dung khơng thể tránh khỏi thiếu sót mắc phải nhiều hạn chế Cuối cùng, hy vọng nội dung phong thái thể viết đề tài khiến người đọc thích thú, từ tiếp tục nghiên cứu góp phần làm phong phú cho nội dung luận văn nói riêng lượng tài liệu ngành Thiên văn nói chung kiến thức khơng cạn kiệt ước muốn chinh phục người khơng kết thúc SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 50 GHVD : Th.S Trương Thành Khóa luận tốt nghiệp D TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Viết Trinh – Nguyễn Đình Nỗn, giáo trình Thiên Văn, NXB Giáo Dục 1997 [2] ThS Trương Thành, giảng Thiên Văn Học, ĐHSP – ĐHĐN [3] Lê Đình Qùy, Giả thuyết nguồn gốc hệ Mặt Trời, NXB Thông Tấn 2004 [4] Donat G.wentzel- Nguyễn Quang Riệu, thiên văn vật lý, NXB Giáo dục 2000 [5] Đào Văn Phúc, lịch sử vật lý, NXB Giáo dục 2003 [6] Nguyễn Quang Riệu, vũ trụ - phịng thí nghiệm thiên nhiên vĩ đại, NXB giáo dục 1995 * Các Wesbsite: [7] http://voer.edu.vn [8] http://vatlysupham.hnue.edu.vn [9] http://thienvanvietnam.org [10] http://vi.wikipedia.org/wiki [11] http://doc.edu.vn [12] http://www.bachkhoatrithuc.vn [13] http://www.universetoday.com SVTH : Nguyễn Thị Loan Phương Trang 51 ... …37 Hình Các giai đoạn hình thành hệ Mặt Trời? ??…………………………… .….38 Hình Cấu trúc hệ Mặt Trời? ??………………………………………………… 39 Hình 3 Sự đời Mặt Trời? ??……………………………………………… .41 Hình Quá trình hình thành hệ Mặt Trời? ??……………………………………... tách từ vụ va chạm mặt trời với khác Giả thuyết Tinh vân hay giả thuyết khác hình thành hệ Mặt Trời phải giải thích đặc trưng hệ Mặt trời 3.2 Đặc trƣng hệ Mặt Trời Hệ Mặt Trời có đặc trưng sau:... hệ Mặt Trời Cấu trúc khóa luận gồm phần chính:  Phần A: Mở đầu  Phần B: Phần nội dung Chương I: Sơ lược vũ trụ Chương II: Các giả thuyết vũ trụ Chương III: Sự hình thành hệ Mặt Trời – Giả thuyết