Mặt trời - Tìm hiểu và quan sát qua kính thiên văn Takahashi

Mặt trời - Tìm hiểu và quan sát qua kính thiên văn Takahashi.

Mở đầu Lý chọn đề tài Từ xa xưa người biết quan sát bầu trời, biết dựa vào tượng xảy bầu trời để giải thích vận dụng chúng vào sống Ơng cha ta có câu “Trời vàng gió, trời đỏ mưa”, “Trăng quầng hạn, Trăng tán mưa”,… Đó câu tục ngữ nói lên mối quan hệ bầu trời bao la huyền bí với tượng quan sát Trái đất Bầu trời cịn gắn với câu chuyện thần thoại Nữ Oa vá trời, hình thành giới chúa Giexu, tích chị Hằng Nga Cuội… mà lúc nhỏ em nghe Bà kể Tuy nhiên Bà giải thích lại thế, kể từ em ln muốn trở thành người biết thật nhiều chuyện, có thật nhiều kiến thức giải thích tất vật tượng giới Đến lớn lên tí nữa, ánh nắng Mặt trời hay ánh trăng em lại đặt câu hỏi: Tại Mặt trăng Mặt trời lại theo mình nhỉ? Và dừng lại khơng nữa? Tại ban đêm lại có trăng ban ngày lại khơng có? Đến năm bước vào cấp II, làm quen với nhiều môn khoa học tự nhiên Vật lý mơn để lại em niềm đam mê thích học hỏi nhiều giải thích nhiều tượng tự nhiên ví dụ là: Tại mặc nhiều áo mỏng lại ấm mặc áo dày? Tại chải đầu lược lại bị nhiễm điện? Tại lại xuất cầu vòng sau mưa? ….Niềm đam mê khơng dừng lại mà tiếp tục lớn theo em Tiếp tục học phổ thông, với nhiều định luật lý thuyết câu hỏi giải đáp thích tìm tịi, thích học hỏi, thích chinh phục mà người khơng dễ lịng với có biết Thế giới vốn muôn màu muôn vẽ, khoa học ngày phát triển nên chấm dứt tuổi học trò em mang nhiều câu hỏi sao? Chính lẽ mà em đến với ngành sư phạm Vật lý, mong đem lại thật nhiều, thật nhiều điều thú vị cho học sinh Sự phát triển khoa học, kỹ thuật cơng nghệ khơng chờ đợi ai, mở kỷ nguyên cho loài người Vật lý học phát triển vũ bảo, thiên văn học tiến lên bước mới, lĩnh vực “Thiên văn cao không” bước vào giai đoạn phát triển rực rỡ, nhiệm vụ nghiên cứu tất tượng trên bầu trời từ giới vi mô đến siêu vĩ mô giải tất vấn đề bí ẩn thiên văn Vật lý, trở thành ngành mũi nhọn khoa học đại Tuy nhiên môn học cịn nước ta, địi hỏi phải có quan sát thực tế, với trang thiết bị dụng cụ thiên văn đại… mà nước ta khơng đủ điều kiện để phát triển rộng rải Chính vậy, mơn học chưa thể đưa vào chương trình phổ thơng, đưa vào số trường đại học sư phạm nhằm giúp giáo viên nghiên cứu khoa học giảng dạy cho sinh viên, nhiên mức độ bắt đầu với thời lượng ỏi, tài liệu sách lại nghèo nàn Năm IV đại học đến với môn học em lại có thêm hội để tìm hiểu giới huyền bí gần gũi với chúng ta: Nguyên nhân để Mặt trời chiếu sáng? Sự vận động vật chất bên Mặt trời sao? Sự hình thành, phát triển chết Ngôi diễn nào? Lý thuyết Vũ trụ đại gì?… Chính điều đó, làm luận văn em định chọn đề tài nghiên cứu THIÊN VĂN HỌC nhằm có hội tìm hiểu khám phá sâu hơn, nhiều chủ đề mà u thích Đồng thời qua góp phần lý thuyết tổng hợp nghiên cứu cho thích thú đam mê chủ đề Nhưng khoảng thời gian ngắn em khơng thể tìm hiểu, giới thiệu, tổng kết quan sát hết tất điều huyền bí bầu trời lựa chọn cuối em nghiên cứu phần nhỏ giới huyền bí đó, Ngơi gần luôn chiếu sáng: “Mặt trời” với đề tài MẶT TRỜI: TÌM HIỂU VÀ QUAN SÁT QUA KÍNH THIÊN TAKAHASHI hội để học tập nghiên cứu Trong đề tài, em dành phần nhỏ để giới thiệu giới sao: Cấu tạo sống chúng trước vào nghiên cứu Mặt trời Với nội dung: Sự hình thành, phát triển tiến hóa Mặt trời theo giả thuyết khoa học; cấu trúc ảnh hưởng Mặt trời lên Trái đất; đặc biệt chu kỳ hoạt động có liên quan mật thiết đến sinh tồn phát triển người Trái đất Qua đề tài em mong đem đến nhìn tổng quát sinh động Mặt trời, lượng kiến thức nhỏ Vũ trụ bao la Mặc dù đề tài yêu thích, với nổ lực lớn việc tìm kiếm thu thập tài liệu thêm tận tình, chu đáo Thầy hướng dẫn khoảng thời gian ngắn, đề tài lại mang tính rộng lớn mà lượng kiến thức em cịn hạn hẹp nên khơng tránh khỏi sai xót hạn chế Vì em mong góp ý hội đồng xét duyệt, quý thầy cô ý kiến bạn đọc để luận văn ngày hoàn thiện Những kinh nghiệm quý báo hành trang để em tiếp tục phát huy sáng tạo đường nghiệp sau Phương pháp nghiên cứu • Nghiên cứu lí luận: Đọc xử lí thơng tin từ sách, báo, wesite, luận văn tốt nghiệp… có liên quan đến đề tài Trao đổi, xin ý kiến GVHD để hồn thiện kiểm tra tính xác lý thuyết • Thực hành: Tiến hành quan sát Mặt trời vào ngày khác khoảng thời gian khác nhau, lưu lại hình ảnh quan sát để kiểm chứng lý thuyết so sánh với kết tìm từ trước Lấy đo giá trị quang học cho Mặt trời qua hệ thấu kính kính thiên văn TAKAHASHI Sử dụng phương pháp giải toán Vật lý để xử lý số liệu vừa thu từ thực nghiệm từ tính lại kích thước bán kính Mặt trời Kết đạt • Lí luận: Qua việc tìm kiếm, đọc, tổng hợp kiến thức từ nhiều nguồn liệu khác sau trình bày thành nội dung luận văn luận văn đề cập đến vấn đề sau: Trình bày đặc tính đặc điểm chung tất bầu trời + Cấu tạo chung Ngôi + Các đại lượng đặc trưng cho Ngôi như: Cấp sao, độ trưng, màu sắc nhiệt độ + Cuộc đời Ngôi sao: Quá trình sinh ra, phát triển già đi, sau chết Từ sinh chết nó trải qua chặng đường dài với nhiều biến đổi, thời gian chặng đường phụ thuộc vào khối lượng chúng Sau tìm hiểu chi tiết Ngơi mang đến sống cho tồn nhân loại gần lồi người Mặt trời: + Các loại quỹ đạo chuyển động Mặt trời + Sự tiến hóa Mặt trời, cấu trúc ảnh hưởng gây Trái đất + Giải thích câu hỏi Mặt trời lại tỏa sáng? Nguyên nhân đâu? thời gian bao lâu? + Đặc biệt là: Có thể quan sát vết đen bề mặt Mặt trời, xuất vết đen có liên quan đến hoạt động Mặt trời, diễn ln theo chu kỳ trùng với chu kỳ hoạt động Mặt trời • Thực tiễn: Nắm cấu tạo nguyên tắc hoạt động kính thiên văn, biết muốn tạo kính thiên văn khơng phải khó để sử dụng quan sát Mặt trời cho tốt khơng đơn giản Biết cách điều chỉnh sử dụng kính thiên văn TAKAHASHI để quan sát Mặt trời Chụp ảnh Mặt trời qua kính thiên văn, qua so sánh nhận xét rút kết luận rằng: Hầu ảnh chụp hoàn toàn giống với ảnh mà đài thiên văn lớn chụp Từ ảnh chụp giúp nhìn thấy vết đen Mặt trời, biết ln ln chuyển động quang cầu Như từ thực nghiệm giúp khẳng định kiến thức lý thuyết học, Mặt trời chuyển động quanh trục (theo kết luận Galile – người quan sát vết đen Mặt trời vào năm 1609) Tính bán kính Mặt trời số vết đen Mặt trời Sử dụng phần mền AutoCAD để xác định tọa độ vết đen Mặt trời từ số hình ảnh chụp từ ngày 01/03/10 đến 04/04/10 đài thiên văn, qua vẽ hệ trục tọa độ đồ thị thể quỹ đạo chuyển động vết đen Mặt trời Chương 1- Các 1.1 Ngơi Từ xưa xưa, lồi khủng long ngự trị, đến thời kỳ kim tự tháp Ai Cập bắt đầu xây dựng mọc bầu trời Ban đầu chúng vật đường cho nhà hàng hải Phênixi tàu buồm Coulomb, Ngôi nằm im bầu trời để nhìn ngắm người, chiến tranh kéo dài hàng kỷ, ngắm vụ nổ bom nguyên tử Hiroshima Nagasaki Nhật tổng thống Harru S Truman Hoa kỳ định chiến tranh giới thứ hai Vì có nhiều quan điểm cách nhìn nhận Ngơi sao, quan điểm thể quan niệm sống, lượng tri thức mà lồi người chiếm lỉnh vào thời điểm Có số người nhìn nhận Ngơi ánh mắt thần linh, đơi họ cịn gắn với vị thần; có người lại xem đinh bạc, đẹp quý gắn bầu trời đêm; có người lại cho lỗ thủng để ánh trời lọt qua truyền đến Chính mà thời Ngơi coi vừa mang tính bất biến vừa mang tính bất khả tri (khơng nhận biết được) Cho nên, người Ai Cập cổ đại cho người đốn bí ẩn Ngơi đến ngày tận thế, cịn số dân tộc khác cho đời sống Trái đất chấm dứt chịm Chó săn đuổi kịp Gấu lớn Như theo họ bên cạnh việc ln ln đổi thay cịn thứ bất biến với thời gian, Ngôi họ nghĩ biến đổi Ngơi ln gắn liền với kiện xảy Vũ trụ + Theo kinh thánh cho rằng: Một Ngôi bừng sáng dấu hiệu cho đời chúa Giêxu, Ngôi khác xuất dấu hiệu cho ngày tận đến + Các nhà chiêm tinh cho rằng: Một Ngơi định đoạt số phận người riêng lẻ hay mơt quốc gia Nhưng khơng định đoạt cách tuyệt đối, khuyên ta không lệnh cho ta Antoine de Saint – Exupéry người cho Ngôi tinh tú lãng mạn người nghĩ từ trước đến nay, Ơng xem vật thể phải dựa vào định luật tự nhiên giải thích Đến người Hy Lạp cổ đại họ nhận biết rằng: Các Ngơi có thay đổi độ sáng (sau gọi biến quang) Các nhà khoa học thời cận đại cho rằng: Những thay đổi mang tính chất nhiều khác nhau, nhiều Ngôi xảy tượng Cho nên đến thời cận đại mà Ngôi coi bất động người ta gọi định tinh Đến năm 1718 nhà thiên văn học Edmond Halley (1652 – 1742) người Anh phát Ngôi sao: Sirius, Procyon, Arcturus dịch chuyển chậm chạp so với Ngôi khác Đến cuối kỷ XIX, nhà thiên văn người Anh khác Uyliam Hecsen cho rằng: Tất Ngôi phát lượng ánh sáng đến Trái đất có khác khoảng cách chúng đến Trái đất khác nhau, khẳng định ơng khơng cịn vào năm 1837 người ta đo khoảng cách từ Ngôi đến Trái đất Những hạn chế dẫn đến kết luận sai lầm nhà thiên văn do: Tầm nhìn đến Ngơi người hạn hẹp, nhìn thấy Ngơi gần khoảng vài parsec mà (1ps =3,26 light year =30.109 Km = 206265 đvtv), cịn giới huyền bí đa dạng bị che khuất Cho đến dụng cụ thiên văn đời câu hỏi “Ngơi gì?” mới lên đầy đủ trước mắt nhà khoa học Nhưng ban đầu câu trả lời để trả lời cho Ngơi gần Mặt trời Mặc dù ngành thiên văn bắt đầu hình thành phát triển quan niệm cũ vốn ăn sâu vào người nên khơng dễ dàng xóa bỏ triệt để quan niện lúc Chính mà người Hy Lạp cổ đại gắn Mặt trời với lửa vĩnh cửu Dẫn đến sai lầm giải thích nguồn lượng Mặt trời lấy từ đâu ra? + Cuối kỷ XIX người ta cịn cho bên ngồi Mặt trời nóng cịn bên Mặt trời lạnh qua vết đen Mặt trời Với quan niệm người ta đặt giả thuyết nguồn gốc lượng Mặt trời thiên thạch chổi liên tiếp rơi xuống Mặt trời + Sau người ta đưa giả thuyết Mặt trời lửa cháy phát lượng nhờ vào phản ứng hóa học Nhưng giả thuyết không tồn lâu theo số liệu nhà địa chất cho biết Trái đất hình thành lâu nhiều so với thời gian phát lượng Mặt trời + Vào năm 1953 nhà thiên văn người Đức H L F von Helmholtz đưa giả thuyết ông cho rằng: Nguồn lượng Mặt trời Ngơi khác có co lại chúng Tuy nhiên, nguồn lượng có lớn chưa đủ Mặt trời hoạt tỉ năm Sự bế tắc đòi hỏi phải giải quyết, nhiệm vụ đặt cho ngành khoa học Cho đến đầu kỷ XX từ cơng trình nghiên cứu nhà thiên văn người Anh Athơ Eđinhtơn người ta xây dựng hồn chỉnh câu trả lời Ngơi gì? Ngơi cầu lửa nóng rực chứa lịng chúng nguồn lượng khổng lồ có từ tổng hợp hạt nhân Hydro phản ứng nhiệt hạch, ngồi chúng cịn tổng hợp nên nguyên tố hóa học nặng Với Ngơi nhẹ ánh sáng yếu Ngôi nặng 1.2 Cấu tạo Ngôi Trong Ngôi chứa hạt (electron, neutron, proton), nguyên tố hóa học giống hệt nguyên tố hạt Trái đất Một ngơi cầu khí khổng lồ, mà điểm bên Ngơi có lực áp suất khí tác động làm cho có xu hướng nở đồng thời chịu tác dụng trọng lực từ lớp bên tác dụng lên làm cho có xu hướng bị nén lại, điểm bên chịu tác dụng hai lực ngược chiều điểm bên Ngôi chịu tác dụng hai lực mà có độ lớn ngơi tồn bền vững khoảng thời gian dài có nghĩa khơng giãn không co lại Nhưng vào bên trọng lực lớn làm cho áp suất nhiệt độ tăng lên dẫn đến Ngơi xạ lượng, vùng tâm Ngôi Nhiệt độ Ngôi phân bố cho lớp nào, thời điểm nào, lượng nhận từ lớp phía lượng truyền cho lớp phía Có lượng sinh có nhiêu lượng xạ bề mặt Như tồn áp suất xạ, áp suất Mặt trời Ngơi nhỏ Mặt trời phần nhỏ so với áp suất khí, Ngơi khổng lồ lại lớn Vật chất khơng suốt để truyền lượng từ tâm đến lớp bề mặt đơi cịn phải hết nghìn năm Sự xạ phát bề mặt khác chất so với xạ sinh lịng Ngơi khơng khác lượng (ở bề mặt xạ chủ yếu tia ánh sáng nhìn thấy hồng ngoại cịn lịng Ngơi xạ gamma tia Rơnghen chủ yếu) Nồng độ vật chất bên đặc đặc vật rắn tồn Trái đất Điều giải thích sau: Với nhiệt độ ước lượng lịng Ngơi từ khoảng 107K – 3.107K nguyên tử nguyên tố hóa học bị lớp vỏ electron bên ngồi trở thành hạt nhân nguyên tử electron riêng biệt Tiết diện hạt nhỏ, nhỏ hàng vạn lần so với loại hạt khác nên thể tích giả sử chất chứa hàng chục ngun tử Ngơi lại chứa hàng tỉ hạt nhân nguyên tử electron riêng biệt này, mà vật chất bên đặc (mật độ vật chất tâm Mặt trời lớn gấp 100 lần so với mật độ nước) Nhưng mang đầy đủ tính chất chất khí lý tưởng Chất khí tạo thành từ nguyên tử Hydro, Heli, Natri Sắt ngun tử có khối lượng ln ln không đổi nồng độ hạt nguyên tử lớn khối lượng trung bình nhỏ dẫn đến nhiệt độ khối khí thấp Khi bị ion hóa phân tử Hydro có lớp vỏ electron ngồi bị tách khỏi hạt nhân trở thành hạt: Một hạt nhân nguyên tử, electron riêng biệt khối lượng trung bình phân tử Hydro bị ion hóa ½ , tương tự khối lượng trung bình Heli 4/3 (2 electron nguyên tử hạt nhân), Natri 23/12 (11 electron nguyên tử hạt nhân), Sắt 56/27 (26 electron nguyên tử hạt nhân), Ngôi chứa khí Hydro Heli nhiệt độ thấp Ngơi chứa khí Natri Sắt người ta ước tính Mặt trời chứa tồn Hydro nhiệt độ tâm khoảng 10.106K, chứa tồn khí Heli nhiệt độ tâm 26.106K, cịn tồn khí nặng nhiệt độ tâm đạt đến 46.106K Dựa vào việc phân tích độ trưng phát dựa vào mối quan hệ chất khí với nhiệt độ người ta ước tính đa số Ngôi chứa không 98% khối lượng khí Hydro Heli Như Ngơi cầu khí khổng lồ, ln nóng sáng, nơi vật chất tồn dạng plasma, phát lượng dạng ánh sáng, nhiệt lượng loại tia xạ Cấu tạo chủ yếu từ Hydrovà Heli, liên kết với lực hấp dẫn bị nén chặt nhân Ngôi Nguồn lượng khổng lồ Ngôi hầu hết xuất phát từ phản ứng hạt nhân tổng hợp Hydro thành Heli nguyên tố nặng khác như: C,O, Si, S, Ar, Fe diễn nhân Ngơi sau giải phóng bề mặt Ngôi 10 ... sử dụng kính thiên văn TAKAHASHI để quan sát Mặt trời Chụp ảnh Mặt trời qua kính thiên văn, qua so sánh nhận xét rút kết luận rằng: Hầu ảnh chụp hoàn toàn giống với ảnh mà đài thiên văn lớn chụp... dụng thiên văn học, quan trọng nhà thiên văn phát thiên thể Như bầu trời nhà thiên văn tìm thấy 20 Ngơi sáng nhất, họ đem so sánh với Mặt trời họ thấy Ngôi sáng nhiều so với Mặt trời, chúng lớn Mặt. .. đen Mặt trời, biết ln chuyển động quang cầu Như từ thực nghiệm giúp khẳng định kiến thức lý thuyết học, Mặt trời chuyển động quanh trục (theo kết luận Galile – người quan sát vết đen Mặt trời vào