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 ... …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? ??……………………………………... 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. .. 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