Hệ mặt trời ( phần III) pdf

Hệ mặt trời ( phần III)
Trong dải Ngân Hà
Hệ Mặt Trời là một phần của thiên hà có tên gọi là Ngân Hà (Sông sao)
hay Milky Way (dòng sữa) (trong văn chương còn gọi là sông Ngân), đây
là một thiên hà xoắn ốc với đường kính khoảng 100.000 năm ánh sáng
chứa khoảng 200 tỷ ngôi sao, trong đó Mặt Trời của chúng ta là một ngôi
sao thông thường điển hình.
Hệ Mặt Trời nằm trong Bông Địa phương ở cánh tay của chòm sao Lạp
Hộ thuộc Ngân Hà. Khoảng cách từ Hệ Mặt Trời tới tâm của Ngân Hà
khoảng từ 25.000 đến 28.000 năm ánh sáng. Vận tốc của hệ Mặt Trời trên
quỹ đạo là khoảng 220 km trên s, và nó hoàn thành một chu kỳ quay
khoảng 226 triệu năm. Tại vị trí của Hệ Mặt Trời trong dải Ngân Hà thì
vận tốc vũ trụ cấp bốn là khoảng 1.000 km/s (tính theo người quan sát ở
Trái Đất).


Các sao trong khoảng cách 15 năm ánh sáng
Xem thêm: Danh sách các sao gần nhất
Xung quanh hệ Mặt Trời, trong vòng bán kính cách chúng ta (Trái Đất) 5
parsec (khoảng dưới 17 năm ánh sáng) hiện các nhà khoa học đang thống
kê được 49 hệ sao, trong đó có 65 sao sáng và 4 sao lùn nâu


Proxima Centari
Ngôi sao gần hệ Mặt Trời nhất trong dải Ngân Hà là sao lùn đỏ Proxima
Centauri trong chòm sao Bán Nhân Mã, cách chúng ta khoảng
4.243±0.002 năm ánh sáng. Cạnh đó là sao đôi Alpha Centauri
4.365±0.007 năm ánh sáng. Sau đó là sao Barnard với khoảng cách 5.98
± 0.003 năm ánh sáng.
Xem thêm: :en:List of nearest stars
Hệ Mặt Trời có quỹ đạo rất không bình thường trong dải Ngân Hà. Nó

vừa rất gần với quỹ đạo tròn vừa gần với khoảng cách chính xác mà từ đó
vận tốc quỹ đạo phù hợp với vận tốc của các bước sóng nén tạo ra các
nhánh xoắn ốc. Hệ Mặt Trời thuộc về nhánh trong các nhánh xoắn ốc có
thể tạo thành sự sống giống như trên Trái Đất. Bức xạ từ các siêu tân tinh
trong các nhánh xoắn ốc trên lý thuyết có thể tiêu diệt hay ngăn cản mọi
sự sống trên bề mặt các hành tinh. Khác với các phần còn lại của các
nhánh xoắn ốc, Trái Đất có thể là một sự khác thường do nó có khả năng
tạo thành các hình thái khác nhau của sự sống trên bề mặt của nó.
Nguồn gốc và sự tiến hoá
Xem thêm bài Lịch sử Hệ Mặt Trời
Lịch sử Hệ Mặt Trời bắt đầu từ cách đây khoảng 5 tỷ năm, với sự hình
thành từ một đám mây thể khí gọi là đám bụi Mặt Trời, theo giả thuyết
được đưa ra lần đầu tiên năm 1755 bởi Immanuel Kant và được trình bày
một cách độc lập bởi Pierre-Simon Laplace.
Để tính ra tuổi Hệ Mặt Trời, có thể đo lượng còn lại của các đồng vị
phóng xạ không bền vững không có nguồn sinh ra liên tục sau khi Hệ
Mặt Trời hình thành. Bằng cách quan sát xem các đồng vị này đã suy
giảm đến mức độ nào, đồng thời biết được chu kỳ bán rã của chúng, có
thể tính ra tuổi của chúng. Những hòn đá cổ nhất trên Trái Đất ước tính
3,9 tỷ năm tuổi, tuy nhiên rất khó để tìm được những hòn đá đó vì Trái
Đất đã hoàn toàn thay đổi bề mặt của nó. Các thiên thạch, vốn được hình
thành trong giai đoạn ban đầu của đám bụi mặt trời, được tìm thấy có tuổi
già nhất là 4.6 tỷ năm, suy ra Hệ Mặt Trời đã được hình thành từ cách đây
ít nhất 4.6 tỷ năm.
Đám bụi Mặt Trời ban đầu có hình dáng gần giống hình cầu, đường kính
100 AU và có khối lượng bằng 2 đến 3 lần khối lượng Mặt Trời. Theo
thời gian, một sự nhiễu loạn, có thể một sao siêu mới bên cạnh, gây sóng
hấp dẫn xung kích vào không gian của đám bụi, làm nén đám bụi này,
đẩy vật chất của nó sâu vào bên trong, tới lúc lực hấp dẫn vượt qua áp
suất khí bên trong và nó bắt đầu sụp đổ.

Khi đám bụi sụp đổ, nó giảm kích thước, điều này làm nó xoay tròn
nhanh hơn để giữ mô men động lượng bảo toàn. Các định luật cơ học cho
thấy kết quả của các lực hấp dẫn, áp suất khí, và lực ly tâm trong chuyển
động quay khiến cho đám bụi bắt đầu trở nên dẹt thành hình một cái đĩa
quay tròn với một chỗ phình lên ở giữa, gọi là đĩa bụi Mặt Trời. Mặt
phẳng trung bình của đĩa bụi này rất gần với mặt phẳng hoàng đạo sau
này.
Khi đĩa bụi Mặt Trời trở nên đặc hơn, một hình thức đầu tiên của sao
trung tâm (tức Mặt Trời sau này) được tạo thành ở giữa, gọi là tiền Mặt
Trời. Hệ này được sự ma sát của các viên đá va chạm vào nhau làm nóng
lên. Những nguyên tố nhẹ hơn như hydro và heli thoát khỏi phần tâm và
tràn ra phía rìa ngoài của đĩa, để lại các nguyên tố nặng tập trung bên
trong, hình thành bụi và đá ở trung tâm. Các nguyên tố nặng hơn kết
thành khối với nhau để tạo thành các tiểu hành tinh và các tiền hành tinh.
Ở vùng ngoài của tinh vân này, băng và các khí dễ bay hơi còn tồn tại, và
như một kết quả, các hành tinh bên trong là đá và các hành tinh bên ngoài
có đủ khối lượng để giữ lại lượng lớn các khí nhẹ, như hydro và heli.
Sau 100 triệu năm, áp suất và sự cô đặc hydrô ở trung tâm của đĩa bụi sụp
đổ trở lên đủ lớn để tiền Mặt Trời duy trì các phản ứng nhiệt hạch. Kết
quả của việc này, hydro bị biến thành heli trong các phản ứng đó, và một
lượng lớn nhiệt được toả ra.
Trong thời gian đó, tiền Mặt Trời biến thành Mặt Trời và các tiền hành
tinh và tiền tiểu hành tinh biến thành các hành tinh thông qua sự tập trung
dần dần khối lượng. Tất cả các hành tinh được hình thành trong một thời
gian ngắn, khoảng vài triệu năm. Chúng đều có quỹ đạo nằm gần mặt
phẳng trung bình của đĩa bụi ban đầu; nghĩa là mặt phẳng hoàng đạo (mặt
phẳng quỹ đạo của Trái Đất) cũng nằm gần mặt phẳng trung bình này và
gần với các mặt phẳng quỹ đạo của các hành tinh khác.
Khám phá và thám hiểm
Lịch sử

Các hành tinh bên trong Sao Thổ từng được các nhà thiên văn ngày xưa
biết đến, họ quan sát sự di chuyển của những vật thể đó so với những
vùng có vẻ đứng im gồm các ngôi sao. Sao Kim và Sao Thuỷ vốn đã
được quan sát là hai vật thể riêng biệt dù có khó khăn trong việc kết nối
"Sao hôm" và "Sao mai". Họ cũng biết rằng hai vật thể không phải một
điểm, Mặt Trời và Mặt Trăng, di chuyển trên cùng một cái nền đứng im.
Tuy nhiên, sự hiểu biết về trạng thái của những vật thể đó hoàn toàn thiếu
chính xác.
Trạng thái và cấu trúc của Hệ Mặt Trời vẫn còn bị hiểu biết chưa chính
xác vì ít nhất là hai lý do. Trái Đất đã bị coi là đứng im, và sự di chuyển
của các vật thể trên trời vì thế cũng chỉ là bên ngoài. Mặt Trời đã bị coi là
quay quanh Trái Đất, giống như các hành tinh hay thiên thể khác. Quan
niệm này về vũ trụ, với Trái Đất ở trung tâm, được goi là hệ địa tâm.
Nhiều vật thể trong hệ mặt trời và các hiện tượng không được nhận thức
đầy đủ nếu không có trợ giúp của kỹ thuật.
Trong vài trăm năm qua, các tiến bộ về nhận thức và kỹ thuật đã giúp con
người hiểu thêm nhiều về hệ mặt trời. Sự nhận thức đầu tiên và có tính
nền tảng là cuộc cách mạng của Nicolaus Copernicus cho rằng các hành
tinh quay quanh Mặt Trời - hệ nhật tâm - với Mặt Trời ở trung tâm. Điều
đã gây sốc nhất và gây ra nhiều tranh cãi nhất không phải là việc Mặt
Trời ở trung tâm mà là Trái Đất thuộc ngoại biên, và có quỹ đạo. Các
hành tinh vốn chỉ bị coi đơn giản là các điểm trên bầu trời, nhưng nếu
chính Trái Đất là một hành tinh, có lẽ những hành tinh khác, giống như
Trái Đất, chỉ là những hình cầu to lớn và cứng chắc.
Về mặt triết học, có một số sự chống đối thuyết nhật tâm. Tình trạng tự
nhiên của các vật khoáng, nặng giống như Trái Đất được tin rằng sẽ nằm
im. Các hành tinh được cho rằng được cấu tạo từ vật liệu riêng biệt, phù
du (sớm nở tối tàn) và nhẹ. Mọi người từng tin rằng sự chuyển động của
Trái Đất quanh Mặt Trời làm cho không khí biến mất khỏi bề mặt. Nếu
Trái Đất đang chuyển động, các nhà thiên văn học đã có thể quan sát thị

sai của các ngôi sao, như việc các ngôi sao xuất hiện và thay đổi vị trí so
với các vật thể ở xa hơn vì lý do Trái Đất thay đổi vị trí.
Sự phát minh ra kính viễn vọng cho phép một sự tiến bộ căn bản về kỹ
thuật trong việc khám phá Hệ Mặt Trời, với kính viễn vọng đã được cải
tiến của Galileo Galilei đã cho phép nhiều lợi ích trong việc khám phá
các vệ tinh của các hành tinh khác, đặc biệt là bốn vệ tinh lớn của Sao
Mộc. Điều này cho thấy tất cả các vật thể trong vụ trụ không quay quanh
Trái Đất. Tuy nhiên, có thể phát minh lớn nhất của Galileo là việc hành
tinh Sao Kim có các pha giống như Mặt Trăng, chứng minh rằng nó phải
quay quanh Mặt Trời.
Sau đó, vào năm 1678, Isaac Newton dùng định luật vạn vật hấp dẫn của
mình giải thích lực vừa giữ Trái Đất quay quanh Mặt Trời vừa giữ không
khí không bị cuốn đi mất.
Cuối cùng, năm 1838, nhà thiên văn Friedrich Wilhelm Bessel đã thành
công trong việc đo đạc thị sai của ngôi sao 61Cygni, chứng minh một
cách thuyết phục rằng Trái Đất đang chuyển động.
Ngày nay
Với sự khởi đầu thời đại vũ trụ, một thời đại vĩ đại trong thám hiểm đã
được thực hiện bởi các chuyến thăm dò vũ trụ không người lái được tổ
chức và thực hiện bởi nhiều cơ quan vũ trụ. Tàu thăm dò vũ trụ đầu tiên
hạ cánh xuống một vật thể trong Hệ Mặt Trời là tàu thám hiểm Luna 2
của Liên Xô, nó hạ cánh xuống Mặt Trăng năm 1959. Từ đó, ngày càng
có nhiều hành tinh khác ở xa hơn được khám phá, với việc tàu vũ trụ đáp
xuống Sao Kim năm 1965, Sao Hoả năm 1976, tiểu hành tinh 433 Eros
năm 2001, và vệ tinh Titan của Sao Thổ năm 2005. Các tàu vũ trụ cũng
đã tiến gần tới các hành tinh khác như Mariner 10 đi qua Sao Thuỷ năm
1973.
Tàu vũ trụ đầu tiên khám phá các hành tinh vòng ngoài là Pioneer, bay
qua Sao Mộc năm 1973. Pioneer 11 là tàu đầu tiên đến Sao Thổ năm
1979. Các tàu vũ trụ Voyager đã làm một cuộc hành trình vĩ đại đến các

hành tinh vòng ngoài sau khi chúng được phòng lên năm 1977, với hai
tàu bay qua Sao Mộc năm 1979 và Sao Thổ năm 1980-1981. Voyager 2
sau đó tiến sát đến Sao Thiên Vương năm 1986 và Sao Hải Vương năm
1989. Các tàu Voyager hiện đang ở bên ngoài quỹ đạo của Sao Diêm
Vương, và đến tháng 6 năm 2006, tàu Voyager 1 đã vượt qua ranh giới
của Hệ Mặt Trời.
Sao Diêm Vương vẫn chưa được thăm viếng bởi một tàu vũ trụ nào của
con người dù việc NASA phóng tàu New Horizons vào tháng 1 năm 2006
có thể làm thay đổi điều này. Tàu dự tính sẽ bay qua Sao Diêm Vương
vào tháng 7 năm 2015 và sau đó sẽ nghiên cứu thêm càng nhiều càng tốt
về các vật thể trong vành đai Kuiper.
Thông qua những vụ khám phá không người lái đó, con người đã có thể
có những ảnh chụp gần hơn về đa số các hành tinh và trong trường hợp có
thể hạ cánh, tiến hành các xét nghiệm về đất đá và khí quyển của chúng.
Các cuộc thám hiểm có người lái, dù sao, cũng chỉ đưa con người tới
được Mặt Trăng, trong chương trình Apollo. Lần cuối con người đáp tàu
lên Mặt Trăng là vào năm 1972, nhưng những sự khám phá gần đây về
băng trong những miệng núi lửa sâu ở các vùng cực của Mặt Trăng đã gợi
nên ý tưởng suy đoán rằng tàu vũ trụ có người lái có thể quay lại Mặt
Trăng trong thập kỷ tới hoặc sau đó. Chương trình phòng tàu vũ trụ có
người lái đến Sao Hoả đã được dự đoán từ nhiều thế hệ những người yêu
thích thiên văn. Châu Âu (ESA) hiện đang đặt kế hoạch phóng tàu có
người lái khám phá Mặt Trăng và Sao Hoả như một phần của Chương
trình thám hiểm Aurora được xác nhận vào năm 2001. Hoa Kỳ cũng có
một chương trình tương tự gọi là Tầm nhìn Thám hiểm Vũ trụ năm 2004.
Giả thuyết sao đôi
Có giả thuyết cho rằng Mặt Trời có thể là một phần trong một hệ sao đôi,
với một ông bạn đồng hành được gọi là Nemesis. Nemesis được cho là có
thể giải thích một số trạng thái đều đặn về thời gian của sự tuyệt chủng
của cuộc sống trên Trái Đất. Các lý thuyết cho rằng Nemesis tạo ra các

xáo trộn định kỳ trong đám mây Oort gồm các sao chổi bay quanh Hệ
Mặt Trời, gây ra các "cơn mưa sao chổi". Một số chúng va chạm với Trái
Đất, gây ra sự huỷ diệt sự sống. Lý thuyết này không còn được nhiều nhà
khoa học cho là nghiêm túc, phần lớn bởi vì các quan sát hồng ngoại
không thể tìm thấy bất kỳ một vật thể nào như vậy, vốn phải dễ nhận thấy
với các bước sóng đó.