Bài giảng Thiên Văn Học

bµi gi¶ng
Thiªn v¨n häc

đối t ợng
Các thiên thể:
Các sao (mặt trời), các hành tinh,
các vệ tinh, sao chổi, sao băng,
các Thiên hà, các tinh vân
NộI DUNG
Qui luật
chuyển động
của các thiên
thể trong mối
quan hệ giữa
Trái đất và
bầu trời
Cấu trúc và
bản chất vật
lý của các
thiên thể và
các quá trình
xảy ra trong
vũ trụ.
Nguồn gốc
hình thành và
sự phát triển
của các thiên
thể cũng nh
của toàn vũ
trụ.

Nội dung thứ nhất :xác định đ ợc vị trí và qui luật chuyển động
của thiờn th trong không gian.

Nội dung thứ hai đ ợc nghiên cứu khoảng từ 500 năm trở lại
đây. Bằng ph ơng pháp quan trắc thực nghiệm nh ph ơng pháp
quang phổ, vô tuyến, từ giữa thế kỷ 20 con ng ời đã có khả
năng nghiên cứu lý tính các Thiên thể và phát hiện ra những
Thiên thể ở trạng thái đặc biệt nh pun xa, quaza

Nội dung thứ ba bắt đầu đ ợc nghiên cứu trong thế kỷ vừa
qua. Phải có những số liệu quan trắc rất lâu dài và có những
hiểu biết sâu sắc hơn rất nhiều, con ng ời mới có thể có những
kết luận đúng đắn về nguồn gốc hình thành và sự phát triển
của các thiên thể cũng nh của toàn vũ trụ.
Gồm hai phần:

Phần 1: Thiên văn đại c ơng (nội dung thứ nhất)

Phần 2: Thiên văn Vật lý (nội dung thứ hai và thứ ba)
Cấu trúc ch ơng trình
Ch ơng I: Hệ Mặt trời trong vũ trụ
Ch ơng 2: Trái đất - Hệ toạ độ địa lý
Ch ơng 3: Qui luật chuyển động của các Thiên thể
Ch ơng 4: Thiên cầu - nhật động
Ch ơng 5: Bốn mùa - Thời gian - Lịch
Ch ơng 6: Tuần trăng - Nhật, Nguyệt thực - Thuỷ triều
Ch ơng 7: Cơ sở của Thiên văn Vật lý
Ch ơng 8: Nguồn gốc và sự tiến hoá của vũ trụ
Ph ơng pháp nghiên cứu

Chủ yếu là quan sát và quan trắc từ xa (nguồn
thông tin chính là ánh sáng từ các thiên thể).

Ngày nay những nghiên cứu của Thiên văn học đã
phần nào mang tính thực nghiệm, đó là các kính
Thiên văn đ ợc đặt trên các vệ tinh nhân tạo, các tàu
vũ trụ và cả việc đổ bộ lên các Hành tinh.

Thiên văn hiện đại dùng ph ơng pháp mô hình hoá,
đề ra những thuyết có tính chất dẫn đ ờng và việc
quan sát Thiên văn là tìm kiếm những bằng chứng
để kiểm định tính đúng đắn của thuyết .

1. Giáo trình v t lý thiên vănậ Nguy n ình   
Noãn (ch biên) NXB Giáo d c  
2. Bài t p Thiên vănậ Ph m Vi t Trinh (ch    
biên) NXB Giáo d c 
3. Giáo trình thiên văn Ph m Vi t Trinh,   
Nguy n ình Noãn NXB Giáo d c   
4. Thiên văn V t líậ Donat G.Wentzel et al 
NXB Giáo d c
5. An Introduction to Modern Astrophysics
Braley W. Carroll - NXB ADDISON - WESLEY
 !
-
Tachỉ biết đến 10- 43 sau Big – Bang" vật chất trong vũ trụ trở
thành H và He.

Các thiên hà đầu tiên hình thành lúc 2 giờ sáng.


Khoảng 6 giờ sáng các sao trong thiên hà của chúng ta được hình
thành. Trong quá trình tiến hóa, nhiều ngôi sao nổ tung, bắn ra
các nguyên tố C, N, O, Fe. Sau đó chúng lại hợp thành các ngôi
sao mới.

Mặt trời hình thành lúc 5 giờ chiều#$Trái đất và các hành
tinh.
Khoảng 6 giờ tối Trái đất bị va chạm dữ dội bởi các tiểu hành tinh
và có lẽ Mặt trăng bị văng ra từ đây. Chậm hơn một tí đã có sự
sống nguyên thủy. Nhưng cứ sau 1/4 giờ lại cónhững vụ va chạm
với tiểu hành tinh, hủy diệt tất cả.
Đến 9 giờ tối sự sống đã tiến triển và để lại hóa thạch đến nay.
 Khoảng 6 phút trước 12 giờ đêm động vật có vú xuất hiện. Sự
tiến hóa đưa đến sự xuất hiện con người vào lúc 18 giây trước 12
giờ đêm. Đức Phật, Chúa Giêsu, sống trước nửa đêm được 0,01
giây!
Ch ơng I: Hệ Mặt trời trong vũ trụ

Vũ trụ là vô tận.

Vật chất trong vũ trụ tồn tại chủ yếu d ới dạng các
sao, đó là các vật thể khổng lồ nóng sáng (còn gọi
là các mặt trời).

Các sao trong không gian phân bố không đều,
chúng th ờng tập trung thành các hệ có hình dạng
xác định gọi là các thiên hà, hay tinh hệ (galaxy).
Đ1. Tổng quan về cấu tạo vũ trụ
%&'()*'+,%
Hệ Mặt Trời

Ngân Hà
Ngân Hà
Đ2. Quan sát bầu trời từ Trái đất
I. Nhật động của bầu trời:

Ngày đêm nhìn lên bầu trời ta có cảm giác Vũ trụ đ ợc giới hạn
bởi một vòm cầu trong suốt, trên có gắn các thiên thể, nơi ta
đứng là trung tâm. Vòm cầu t ởng t ợng này đ ợc gọi là Thiên
cầu.

Ban ngày, Mặt trời quay đều trên Thiên cầu, ban đêm toàn bộ
Trăng, sao cũng quay theo chiều đó. Ta có cảm giác nh toàn
bộ Thiên cầu quay đều xung quanh một trục xuyên qua nơi ta
đứng và quay trọn một vòng trong một ngày một đêm. Hiện t
ợng quay này đ ợc gọi là nhật động. Trục quay t ởng t ợng này
cắt Thiên cầu ở hai điểm đ ợc gọi là hai Thiên cực.

Quan sát bầu trời chúng ta sẽ thấy khi toàn bộ
Thiên cầu trên có gắn Mặt trời, Mặt trăng và các
sao tham gia nhật động, các thiên thể sẽ vẽ nên
những vòng tròn nằm trên các mặt phẳng vuông
góc với trục quay của Thiên cầu, các vòng tròn
này đ ợc gọi là các vòng nhật động. Các sao càng
ở gần Thiên cực có bán kính quay càng nhỏ. Nếu
sao nằm ở ngay Thiên cực chúng ta sẽ thấy nó
nằm yên.
Vßng nhËt ®éng cña c¸c sao quanh thiªn cùc
(a): nh×n vÒ thiªn cùc B¾c
(b): nh×n vÒ thiªn cùc Nam
II. Xác định ph ơng h ớng

Để xác định ph ơng h ớng trong không gian ng ời ta qui ớc thiên
cực Bắc là thiên cực mà đứng nhìn về đó thì thấy các thiên
thể nhật động (quay) ng ợc chiều kim đồng hồ.
Theo quy định này thì nếu đứng nh vậy tay phải là h ớng
Đông, trái là Tây, tr ớc mặt là Bắc, sau l ng là Nam. Nh vậy
bầu trời nhật động theo chiều từ Đông sang Tây, các thiên
thể mọc ở phía Đông, lặn ở phía Tây.
Có một ngôi sao rất gần thiên cực Bắc, đó là sao trong
chòm Bắc đẩu nhỏ.
Có thể xác định vị trí Thiên
cực Bắc thông qua sao .
Muốn tìm sao Bắc cực, tr ớc
hết phải tìm chòm Bắc đẩu
lớn. Chòm này có 7 ngôi sao
khá sáng nếu kéo dài đoạn
rồi ớc l ợng đoạn kéo dài
khoảng 5 lần đoạn thì
đầu mút của đoạn kéo dài t
ởng t ợng này trùng với sao
Bắc cực. Nếu do nhật động,
chòm Gấu lớn lặn d ới đ ờng
chân trời thì có thể tìm sao
bắc cực qua chòm Thiên hậu.
Đ3. Đặc điểm chuyển động nhìn thấy của
Mặt trăng, Mặt trời
và các hành tinh trên nền trời sao
1. Mặt trời, Mặt trăng từ từ dịch chuyển đối với các sao theo chiều ng ợc với
chiều nhật động (từ Tây sang Đông). Mặt trời chuyển động trọn một vòng
hết khoảng 365 ngày, Mặt trăng chuyển động trọn một vòng hết khoảng
27 ngày.

2. Các hành tinh cũng dịch chuyển đối với các sao theo chiều từ Tây sang
Đông, nh ng cũng có thời kỳ chúng dịch chuyển theo chiều ng ợc lại, vạch
trên nền trời sao các đ ờng có dạng nút.
3. Mặt trời, Mặt trăng và các hành tinh dịch chuyển với các sao gần nh
trong một mặt phẳng.
4. Có hai hành tinh là Thuỷ tinh và Kim tinh không bao giờ chuyển động xa
Mặt trời quá. Thuỷ tinh dao động quanh Mặt trời với biên độ 28
0
, còn Kim
tinh dao động quanh Mặt trời với biên độ 48
0
.
Quĩ đạo dạng nút của Thuỷ tinh (đ ờng chấm chấm) và Kim tinh (đ
ờng liền nét) giữa các sao (từ tháng 1 đến tháng 7 năm 1977)
Đ4. Hệ mặt trời - cấu trúc và chuyển động
I. Quan niệm cũ về Hệ mặt trời: hệ Địa tâm
1. Quan niệm của Aristole về vũ trụ (384-322 TCN)
Vũ trụ đ ợc cấu thành bởi 4 yếu tố cơ bản là: đất, n ớc, không
khí và lửa.
Ptolemy
/00102

34#567489
 #$ 8 :
;<%67= #>>
5

?:@67A9B:
= #>C#$ :;<
$D8

CÁC HỆ ĐỊA TÂM
Mô hình này tồn tại đến tận thế
kỷ thứ 16
2. Hệ địa tâm của Ptolemy (87-165) H
Vũ trụ: gồm Mặt trời, Mặt trăng, các hành tinh: Kim, Thuỷ, Hoả, Mộc,
Thổ và Trái đất theo cấu trúc nh sau:
- Trái đất nằm yên ở trung tâm vũ trụ.
-
Giới hạn của vũ trụ là một vòm cầm trên có gắn các sao. Vòm cầu
này quay đều quanh một trục xuyên qua Trái đất.
-
Mặt trăng, Mặt trời chuyển động đều quanh Trái đất cùng với chiều
quay của vòm cầu nh ng với chu kỳ khác nhau nên chúng dịch chuyển
đối với các sao.
-
Các hành tinh chuyển động đều theo những vòng tròn phụ (Nội luân);
tâm của vòng tròn nhỏ này chuyển động theo các vòng tròn lớn
(Ngoại luân) quanh Trái đất.
-
Trái đất, Mặt trời, tâm vòng tròn nhỏ của Kim tinh, Thuỷ tinh luôn
nằm trên một đ ờng thẳng.
HÖ ®Þa t©m cña Ptolemy
II. Hệ nhật tâm Copernic - cuộc cách mạng lớn trong thiên vănH:
- Mặt trời là trung tâm của vũ trụ.
- Các hành tinh (Thuỷ, Kim, Trái đất, Hoả, Mộc, Thổ) chuyển động
đều quanh mặt trời theo quỹ đạo tròn, cùng chiều và gần nh ở trong
cùng một mặt phẳng. Càng ở xa mặt trời chu kỳ chuyển động của
hành tinh càng lớn.
- Trái đất cũng là một hành tinh chuyển động quanh Mặt trời, đồng
thời tự quay quanh một trục xuyên tâm.

-
Mặt trăng chuyển động tròn quanh trái đất (Vệ tinh của Trái đất)
-
Thuỷ tinh, Kim tinh ở gần Mặt trời hơn Trái đất (có quỹ đạo chuyển
động bé hơn) Hoả tinh, Mộc tinh, Thổ tinh có quỹ đạo lớn hơn (ở xa
Mặt trời hơn).
- ở một khoảng rất xa là mặt cầu có chứa các sao bất động.
Vậy cấu trúc của hệ là: Mặt trời ở tâm và các hành tinh theo thứ tự xa
dần là: Thuỷ, Kim, Trái đất, Hoả, Mộc, Thổ quay quanh Mặt trời.
HÖ NhËt t©m Cpernic
III. Kepler và sự hoàn thiện hệ Nhật tâm H
Kepler một nhà thiên văn và toán học ng ời Đức đã xây dựng 3
định luật nổi tiếng sau:

Định luật 1 (1609): Định luật về quỹ đạo: Các hành tinh
chuyển động quanh Mặt trời theo những quỹ đạo elip mà Mặt
trời nằm tại một trong hai tiêu điểm của elip quĩ đạo
Biểu thức toán học trong hệ toạ độ cực của định luật 1:
(1.1)

cos e 1
p
r
+
=
* Định luật 2 (1609): Định luật diện tích:
Bán kính vectơ của hành tinh quét đ ợc những diện tích bằng nhau
trong những khoảng thời gian bằng nhau.
Hay: Tốc độ diện tích mà bán kính vectơ của hành tinh quét đ ợc một
là hằng số.

Biểu thức toán học của định luật 2:
(1.2)

Nh vậy theo định luật này thì hành
tinh sẽ không chuyển động đều trên
quỹ đạo. Vận tốc của hành tinh ở
cận điểm lớn hơn ở viễn điểm.
C=
dt
d
r
2