tìm hiểu về mặt trời và những ảnh hưởng của mặt trời lên trái đất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM
BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành Sư phạm Vật Lý

TÌM HIỂU VỀ MẶT TRỜI VÀ NHỮNG ẢNH HƯỞNG
CỦA MẶT TRỜI LÊN TRÁI ĐẤT

Giáo viên hướng dẫn:
ThS DƯƠNG BÍCH THẢO

Sinh viên thực hiện:
KIM THỊ LUYẾN
MSSV: 1100228
Lớp: SP Vật Lý K36

Cần Thơ, 5/2014


LỜI CÁM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài, tôi đã gặp rất
nhiều khó khăn, nhưng với sự chỉ bảo tận tâm của
quý thầy cô, sự nỗ lực của bản thân và sự động viên
của gia đình, bạn bè. Tôi đã hoàn thành tốt đề tài
luận văn của mình.
Vì vậy tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô
Dương Bích Thảo, cô đã tận tình hướng dẫn giúp tôi
định hướng đề tài.

Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ
môn sư phạm vật lý, khoa sư phạm, trường Đại Học
Cần Thơ đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức,
kỹ năng và phương pháp sư phạm trong bốn năm học
tập. Với vốn kiến thức tiếp thu được trong quá trình
học tập đã giúp tôi làm nền tảng cho quá trình nghiên
cứu và hoàn thành tốt luận văn này.
Tuy đã cố gắng hết sức nhưng không tránh khỏi
những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến
chân thành của quý thầy cô và các bạn để đề tài được
hoàn chỉnh hơn.
Kim Thị Luyến

Trang ii


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
...........................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................

Cần Thơ ngày……tháng ……năm 2014

ThS. Dương Bích Thảo

Trang iii


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
...........................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................

Trang iv


Trang v


MỤC LỤC
Phần 1. MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 3
1. Lý do chọn đề tài. ........................................................................................................ 3
2. Mục đích nghiên cứu. ..................................................................................................3
4. Đối tượng nghiên cứu. .................................................................................................4

5. Phạm vi nghiên cứu. ....................................................................................................4
6. Bố cục nghiên cứu. ...................................................................................................... 4
Phần 2. NỘI DUNG ....................................................................................................... 5
1. TÊN VÀ TỪ NGUYÊN ............................................................................................. 5
2. ĐẶC ĐIỂM CỦA MẶT TRỜI.................................................................................. 5
2.1. Lõi. ............................................................................................................................ 8
2.2. Vùng bức xạ của Mặt Trời...................................................................................... 10
2.3. Vùng đối lưu của Mặt Trời. .................................................................................... 11
2.4. Quang quyển Mặt Trời. .......................................................................................... 11
2.5. Khí quyển Mặt Trời. ............................................................................................... 12
2.6 Từ trường. ................................................................................................................ 16
3. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA MẶT TRỜI ..................................................... 17
3.1. Các nguyên tố sắc bị ion hóa. ................................................................................. 18
3.2. Quan hệ sự phân tầng khối lượng giữa hành tinh và Mặt Trời .............................. 19
4. SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA MẶT TRỜI ..................................................................... 19
Vết đen, số Wolf và chu kỳ hoạt động của Mặt Trời .................................................... 19
5. CÁC GIAI ĐOẠN SỐNG CỦA MẶT TRỜI ........................................................ 24
5.1. Quá trình hình thành Mặt Trời................................................................................ 24
5.2. Giai đoạn chính của Mặt Trời. ................................................................................ 24
5.3. Khi nguồn hydro trong lõi cạn kiệt......................................................................... 25
5.4. Số phận của Trái Đất .............................................................................................. 25
6. MÀU CỦA MẶT TRỜI .......................................................................................... 25
7. ÁNH SÁNG MẶT TRỜI ......................................................................................... 28
9. CÁC VẤN ĐỀ VỀ CÁC HỌC THUYẾT ............................................................. 32
9.1. Neutrino Mặt Trời...................................................................................................32
9.2. Nhiệt độ vành nhật hoa ........................................................................................... 33
9.3. Sao trẻ ..................................................................................................................... 34
9.4. Các dị thường hiện tại............................................................................................. 34
10. THÁM HIỂM MẶT TRỜI ................................................................................... 35
10.1. Những hiểu biết trước đây .................................................................................... 35

10.2. Sự hiểu biết cùng với tiến bộ khoa học ................................................................ 35
10.2.1. Trước công nguyên ............................................................................................ 35
10.2.2. Công nguyên ...................................................................................................... 36
10.2.3. Thuyết nhật tâm .................................................................................................37
10.2.4. Thiên văn học hiện đại....................................................................................... 37
10.3. Những thiết bị giúp chúng ta thu thập số liệu về Mặt Trời ..................................38
11. MẶT TRỜI VÀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG KHỔNG LỒ ..................................39
13. QUAN SÁT VÀ CÁC HIỆU ỨNG ....................................................................... 49
14. MẶT TRỜI VÀ TÁC HẠI ĐẾN MẮT ................................................................ 52
15. GIÓ MẶT TRỜI .................................................................................................... 53
15.1. Gió Mặt Trời là gì? ............................................................................................... 53
15.2. Đặc điểm ............................................................................................................... 54
Trang 1


15.3. Ảnh hưởng của gió Mặt Trời ................................................................................ 55
15.3.1. Bão từ Trái Đất ..................................................................................................55
15.3.2. Hiện tượng cực quang........................................................................................ 57
16. BÃO MẶT TRỜI ................................................................................................... 58
16.1. Bão Mặt Trời là gì?............................................................................................... 58
16.2. Ảnh hưởng của bão Mặt Trời ............................................................................... 59
Phần 3. KẾT LUẬN..................................................................................................... 61
1. Những kết quả đạt được............................................................................................. 61
2. Hạn chế. ..................................................................................................................... 61
DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................... 62
DANH SÁCH HÌNH .................................................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 64

Trang 2

Phần 1. MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài.
Thiên văn luôn là một môn khoa học lí thú và mới lạ, mặt dù đã tồn tại từ rất lâu.
Những ham muốn khám phá về lĩnh vực này khởi đầu từ việc quan sát các hiện tượng xảy
ra trên bầu trời.
Vào giữa thế kỷ XX, kính thiên văn vô tuyến ra đời, cho phép ta quan sát các thiên
thể mà không phụ thuộc vào thời tiết. Trong các thập kỷ cuối của thế kỷ XX, các trạm vũ
trụ bay quanh Trái Đất có người điều khiển, kính thiên văn vũ trụ Hubble đã phát hiện
được nhiều đối tượng thiên văn ở rất xa và rất nhỏ mà ở trên Trái Đất không thể quan sát
được. Việc cho con người đổ bộ lên Mặt Trăng, phóng các trạm tự động lên các hành
tinh….đã làm cho ngành khoa học thiên văn có thêm khả năng nghiên cứu mới có tính chất
thực nghiệm.
Trong đó Mặt Trời là ngôi sao gần gũi và quyết định nhất đến sự ra đời và tồn vong
của Trái Đất, của muôn loài sống trên hành tinh đặc biệt này, nên từ lâu đã được nhân loại
để tâm nghiên cứu. Nhiều đặc điểm và hiện tượng lý thú diễn ra ở phần ngoài của Mặt Trời
khá dễ dàng quan trắc và lý giải được trong khuôn khổ nhận thức và năng lực kỹ thuật của
nhân loại trên Trái Đất. Bên cạnh đó vẫn còn nhiều điều tỏ ra khá bí ẩn đến kỳ lạ, do đó
những mô hình nhằm mô tả cấu trúc, mô tả sự xuất hiện các hiện tượng đặc trưng của Mặt
Trời, có lẽ còn lâu mới phản ánh hết mọi chi tiết của các dữ liệu do quan trắc đưa đến.
Trong thế giới sao, Mặt Trời chỉ là ngôi sao trung bình yếu cả về khối lượng, kích
thước và tuổi đời, tuy nhiên do nó ở vị trí đắc địa là gần chúng ta nhất và nó lại thuộc dãy
sao chính (theo cách phân loại của Russel-Hertgsprung), nên nhân loại đã nhìn được rõ
nhất các chi tiết bề mặt. Vì lẽ đó, nghiên cứu Mặt Trời ngoài ý nghĩa để hiểu đúng hiện
tượng, để vận dụng hiểu biết đó vào việc bảo vệ môi trường sống trên Trái Đất, mà còn có
ý nghĩa quan trọng giúp chúng ta có cơ sở để hiểu thế giới vô vàn các sao trong vũ trụ.
Trên tinh thần đam mê học hỏi em chọn đề tài “Tìm hiểu về Mặt Trời và những ảnh
hưởng của Mặt Trời lên Trái Đất” đề tài này đề cập đến các vấn đề xoay quanh Mặt Trời.
2. Mục đích nghiên cứu.
Nghiên cứu một số đặc điểm của Mặt Trời, cũng như quá trình hình thành của Mặt

Trời.
3. Phương pháp nghiên cứu.
Trong quá trình thực hiện đề tài em đã thực hiện nhiều phương pháp khác nhau để
nghiên cứu. Ở đây, chủ yếu em sử dụng phương pháp tổng hợp, khái quát các nguồn tài
liệu sưu tầm được. Trên cơ sở đó chọn lọc, thống kê lại theo một số hệ thống logic sao cho
phù hợp. Bên cạnh đó còn sưu tầm, tham khảo các bài báo cáo, các luận văn khác có liên
Trang 3


quan. Nhất là tham khảo cách trình bày, cách bố trí từng đề mục của những bài nghiên cứu
khác sẽ góp phần giúp cho luận văn thật logic và khoa học.
4. Đối tượng nghiên cứu.
Mặt Trời.
5. Phạm vi nghiên cứu.
Vì thời gian thực hiện đề tài tương đối ngắn và song song với việc thực hiện nhiều
học phần khác nên đề tài chỉ đề cập đến một số đặc điểm, cũng như quá trình hình thành và
một số vấn đề khác xoay quanh Mặt Trời.
6. Bố cục nghiên cứu.
Mục lục
Phần 1. Mở đầu.
Phần 2. Nội dung.
1. Tên và từ nguyên.
2. Đặc điểm.
3. Thành phần hóa học.
4. Các chu kỳ trên bầu trời.
5. Giai đoạn sống của Mặt Trời.
6. Màu của Mặt Trời
7. Ánh sáng Mặt Trời.
8. Vị trí và chuyển động trong giải ngân hà.
9. Các vấn đề về các học thuyết.

10. Thám hiểm Mặt Trời.
11. Mặt Trời và nguồn năng lượng khổng lồ.
12. Thời gian biểu tiến hóa của Mặt Trời và Hệ Mặt Trời.
13. Quan sát và các hiệu ứng.
14. Mặt Trời và tác hại đến mắt.
15. Gió Mặt Trời.
16. Bão Mặt Trời.
Phần 3. Kết luận.
Tài liệu tham khảo

Trang 4


Phần 2. NỘI DUNG
1. TÊN VÀ TỪ NGUYÊN
Danh từ Sun phát triển từ tiếng Anh cổ là Sunne (trong khoảng 725 trước công
nguyên, được chứng thực trong Beowulf) và có thể liên quan đến người nam. Có cùng
nguồn gốc tiếng Anh xuất hiện trong ánh nắng Mặt Trời. Khác với ngôn ngữ Đức, bao
gồm Old Frisian sunne, Sonne, Old Saxon Sunna, trung Hà Lan Sonne, hiện đại Hà Lan
Zon, Old Cao Đức Sunna, hiện đại Đức Sonne, Old Norse Sunna và Gothic Sunno.[5]
Trong mối quan hệ, Mặt Trời giống như một nữ thần trong Đức ngoại giáo
Sol / Sunna . Các học giả đưa ra giả thuyết rằng Mặt Trời, như một nữ thần Đức, có thể
đại diện cho một phần mở rộng của một đầu Proto-Indo-châu Âu thần Mặt Trời do Ấn Độngôn ngữ châu Âu kết nối giữa Old Norse Sol, tiếng Phạn Surya, Gaulish Sulis, Lithuania
Saule và Slavic Solntse.[5]
Các ngày trong tuần trong tiếng Anh, tên ngày chủ nhật được chứng thực trong
tiếng Anh cổ (Sunnanceg nghĩa là “ngày của Mặt Trời”, từ trước năm 700). Tên Latin của
các ngôi sao la sol, nó được biết đến rộng rãi nhưng không phải là phổ biến trong sử dụng
chung với ngôn ngữ tiếng Anh, một tính từ liên quan đến năng lượng Mặt Trời. Các Sol
cũng được sử dụng bởi nhà thiên văn học hành tinh để tham khảo với thời gian của một
ngày năng lượng Mặt Trời trên một hành tinh khác, chẳng hạn như sao Hỏa.[5]

2. ĐẶC ĐIỂM CỦA MẶT TRỜI
Mặt Trời là ngôi sao ở trung tâm và nổi bật nhất trong Thái Dương Hệ. Khối lượng
khổng lồ của nó (332.900 lần khối lượng Trái Đất) tạo ra nhiệt độ và mật độ đủ lớn
tại lõi để xảy ra phản ứng tổng hợp hạt nhân, làm giải phóng một lượng năng lượng khổng
lồ, phần lớn phát xạ vào không gian dưới dạng bức xạ điện từ, với cực đại trong dải quang
phổ từ 400 tới 700 nm mà chúng ta gọi là ánh sáng khả kiến.[10]
Mặt Trời được phân loại thành sao lùn vàng kiểu G2V, nhưng tên gọi này hay gây
ra sự hiểu nhầm khi so sánh nó với đại đa số các sao trong Ngân Hà, Mặt Trời lại là một
ngôi sao lớn và sáng. Các ngôi sao được phân loại theo biểu đồ Hertzsprung-Russell, biểu
đồ thể hiện độ sáng của sao với nhiệt độ bề mặt của nó. Nói chung, các gosao sáng hơn thì
nóng hơn. Mặt Trời nằm ở bên phải của đoạn giữa một dải gọi là dải chính trên biểu đồ.
Tuy nhiên, số lượng các sao sáng hơn và nóng hơn Mặt Trời là hiếm, trong khi đa phần là
các sao mờ hơn và lạnh hơn, gọi là sao lùn đỏ, chúng chiếm tới 85% số lượng sao trong
dải thiên hà.[1][10]
Người ta tin rằng với vị trí của Mặt Trời trên dải chính như vậy thì đây là một ngôi
sao đang trong "cuộc sống mãnh liệt", nó vẫn chưa bị cạn kiệt nguồn nhiên liệu hyđrô cho

Trang 5


các phản ứng tổng hợp hạt nhân. Mặt Trời đang sáng hơn; trong buổi đầu của sự tiến hóa
nó chỉ sáng bằng 70% so với độ sáng ngày nay.[10]
Mặt Trời còn là sao loại I về đặc tính kim loại; do nó sinh ra trong giai đoạn muộn
của sự tiến hóa vũ trụ, và nó chứa nhiều nguyên tố nặng hơn hyđrô và heli (trong thiên văn
học, những nguyên tố nặng hơn hyđrô và heli được gọi là nguyên tố "kim loại") so với các
ngôi sao già loại II. Các nguyên tố nặng hơn hyđrô và heli được hình thành tại lõi của các
sao già và sao nổ tung, do vậy thế hệ sao đầu tiên đã phải chết trước khi vũ trụ được làm
giàu bởi những nguyên tố nặng này. Những sao già nhất chứa rất ít kim loại, trong khi
những sao sinh muộn hơn có nhiều hơn. Tính kim loại cao được cho là yếu tố quan trọng
cho sự phát triển thành một hệ hành tinh quay quanh Mặt Trời, do các hành tinh hình thành

từ sự bồi tụ các nguyên tố "kim loại".[1][10]
Mô hình cấu trúc Mặt Trời:
1. Lõi
2. Vùng bức xạ
3. Vùng đối lưu
4. Quang quyển
5. Sắc quyển
6.Vành nhật hoa
7. Vết đen Mặt Trời
8. Hạt quang quyển
9. Vòng plasma

Hình 2.1: Mô hình cấu trúc Mặt Trời
Từ Trái Đất ta luôn thấy Mặt Trời hiện lên như đĩa sáng có đường kính góc   0,5o .
Điếu này cho ta kêt luận Mặt Trời là khối cầu nóng sáng. Nhờ các thiết bị đo góc chính xác
và nhờ nâng cao độ chính xác của phép đo thị sai chân trời, đến nay người ta đo được góc
mà tâm Mặt Trời nhìn bán kính Trái Đất, nó có giá trị p= 8,794 “±0,007” . Nếu coi bán
kính Trái Đất Rđ = 6400 km ta tính được khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời là
D = Rd/p = 150 triệu kilômét (chính xác là 149.597.870 km = 1 đơn vị thiên văn, viết tắt
1
2

là 1 đ.v.t.v). Do đó ta biết thêm bán kính Mặt Trời R   D  696.000km , tức là gấp 109
lần bán kính Trái Đất.[1]
Biết Trái Đất hằng ngày quay quanh Mặt Trời với chu kỳ gần 365,25 ngày trên
đường elip gần tròn với bán kính 150 triệu kilômét, áp dụng định luật III Kepler tổng
quát:[1]

Trang 6

a3 G(md  M )

T2
4 2

(2.1)

Ta tính được tổng khối lượng Mặt Trời và Trái Đất (md + M)  2.1013 kg . Chúng ta
đã biết khối lượng Trái Đất md  6.1024 kg , nên suy ra khối lượng Mặt Trời M  2.1030 kg
xấp xỉ 330 nghìn lần khối lượng Trái Đất. Tính trung bình mật độ khối lượng của Mặt Trời
là   1,14.103 kg / m3 chỉ nặng gần gấp rưỡi nước và bằng 1/4 khối lượng riêng trung bình
của Trái Đất.[1]
Coi rằng khối lượng Mặt Trời phân bố đối xứng cầu, ta tính được gia tốc trọng
trường tại bề mặt của nó là g R 

GM
R

2

 272m / s 2 , tại đó một vật muốn thoát ra khỏi sức

hút Mặt Trời phải có vận tốc tối thiểu là:[1]
v  vII 

2GM
R

 620km / s

(2.2)

Đứng trên Trái Đất, ta nhìn thấy Mặt Trời có cấp sao nhìn thấy m  26,7 và cho
rằng Mặt Trời có tuổi thọ không ít hơn tuổi thọ Trái Đất. Điều đó buộc ta phải nghĩ đến
nguồn năng lượng nào đã duy trì cuộc đời dài như vậy của Mặt Trời? Qua phép đo năng
lượng bức xạ Mặt Trời gửi đến 1cm2 ở Trái Đất đặt vuông góc với phương tia sáng đến
trong thời gian 1 phút, sau khi đã hiệu chỉnh mất mát trên đường đi, người ta nhận được
giá trị 8,15 Jun. Giá trị đó được đo liên tục trog nhiều năm, ở nhiều nơi cho thấy nó tỏ ra
không thay đổi đáng kể. Do đó nó có tên gọi là hằng số Mặt Trời a. Như vậy
a  9,05J .cm2 .min 1 . Nếu coi rằng Mặt Trời bức xạ đẳng hướng, nó cách Trái Đất gần
150 triệu kilômét, nên ta tính được công suất bức xạ toàn phần của Mặt Trời là:[1]
W = 4 D2.a = 3,9.1026 W (2.3)
Công suất này do quả cầu nóng sáng có bán kính R  696.000km phát ra, nên mật
độ công suất phát ra của bề mặt Mặt Trời sẽ là:[1]
  W / 4 R 2  6,5.1015 W / m2

Trang 7

(2.4)


2.1. Lõi.

Hình 2.2: Cấu trúc của lõi Mặt Trời
Lõi của Mặt Trời chiếm khoảng 0,2 tới 0,25 bán kính Mặt Trời. Nó có mật độ lên
tới 150g/cm³ (150 lần mật độ nước trên Trái Đất) và có nhiệt độ gần 13.600.000 độ K (so
với nhiệt độ bề mặt Mặt Trời khoảng 5.800 K). Những phân tích gần đây của phi
vụ SOHO cho thấy tốc độ tự quay của lõi cao hơn vùng bức xạ. Trong hầu hết vòng đời
của Mặt Trời, năng lượng được tạo ra bởi phản ứng tổng hợp hạt nhân thông qua một loạt

bước được gọi là dãy p – p (proton – proton) (xem hình bên dưới) để biến hydro thành heli.
Chưa tới 2% heli được tạo ra trong Mặt Trời có từ chu trình CNO (Cacbon-Nitơ-Ôxy).[5][8]
Lõi là vùng duy nhất trong Mặt Trời tạo ra một lượng đáng kể nhiệt thông qua phản
ứng tổng hợp, 99% năng lượng được tạo ra do trong 24% bán kính của Mặt Trời, phản ứng
tổng hợp phải ngừng như hoàn toàn. Phần còn lại của ngôi sao được đốt nóng bởi năng
lượng truyền ra ngoài từ lõi. Sau đó năng lượng được tạo ra bởi sự hợp nhất trong lõi phải
đi qua nhiều lớp kế tiếp để chiếu sáng Mặt Trời trước khi trốn thoát vào không gian như
ánh sáng Mặt Trời hoặc năng lượng động học giữa các hạt.[5][8]

Hình 2.3: Phản ứng tổng hợp hạt nhân

Trang 8


Các chuỗi proton - proton xảy ra xung quanh 9,2.1037 lần trong lõi. Từ phản ứng
này sử dụng bốn proton (hạt nhân hydro), nó chuyển đổi khoảng 3,7.1038 proton hạt alpha
(hạt nhân heli) mỗi giây (trong tổng số  8,9.1056 proton tự do trong Mặt Trời), hoặc
khoảng 6,2.1011 Kg. Từ phản ứng hydro thành heli tạo ra 0,7% khối lượng hợp nhất như
năng lượng. Mặt Trời tạo ra năng lượng với tốc độ chuyển đổi năng lượng 4.260.000 tấn
mỗi giây. Sản xuất năng lượng bằng phản ứng tổng hợp trong lõi khác nhau với khoảng
cách từ trung tâm năng lượng Mặt Trời. Tại trung tâm của Mặt Trời, các mô hình lý thuyết
ước tính nó sẽ có khoảng 276,5 watt / m 3, một mật độ sản xuất điện mà xấp xỉ như một
quả bom nhiệt hạch. Công suất đỉnh trong Mặt Trời đã được so sánh với thể tích nóng tạo
ra trong một hoạt động phân đống . Sản lượng điện rất lớn của Mặt Trời không phải là do
công suất cao của nó cho mỗi khối lượng, nhưng thay vì do kích thước lớn của nó. [5][8]
Tỷ lệ phản ứng tổng hợp trong lõi là một trạng thái cân bằng tự điều chỉnh:
một tỷ lệ cao hơn một chút phản ứng tổng hợp sẽ gây ra cốt lõi để làm nóng hơn và mở
rộng một chút so với trọng lượng của các lớp bên ngoài, giảm tỷ lệ phản ứng tổng hợp và
gây ra các nhiễu loạn, và một tỷ lệ thấp hơn sẽ gây ra cốt lõi để làm mát và giảm nhẹ, tăng
tốc độ phản ứng tổng hợp và một lần nữa quay trở lại đến mức hiện tại. [5][8]

Các tia gamma (photon năng lượng cao) trong phản ứng nhiệt hạch được hấp thu
trong chỉ một vài milimét plasma năng lượng Mặt Trời và sau đó lại phát ra một lần nữa
trong một hướng ngẫu nhiên và năng lượng thấp hơn một chút. Do đó phải mất một thời
gian dài đối với bức xạ để đạt được bề mặt của Mặt Trời. Theo ước tính, khoảng thời gian
đi của photon từ 10.000 đến 170.000 năm. Ngược lại, nó chỉ mất 2,3 giây cho các neutrino,
trong đó chiếm khoảng 2% tổng sản lượng năng lượng của Mặt Trời, để đạt được bề
mặt. Kể từ khi vận chuyển năng lượng trong Mặt Trời là một quá trình liên quan đến trạng
thái cân bằng nhiệt động lực học photon trong với vật chất, quy mô thời gian vận chuyển
năng lượng trong Mặt Trời dài hơn, vào thứ tự của 30.000.000 năm. Đây là thời gian nó sẽ
có Mặt Trời để trở lại trạng thái ổn định nếu tỷ lệ năng lượng trong cốt lõi của nó đột nhiên
thay đổi.[5][8]
Tốc độ phản ứng tổng hợp hạt nhân phụ thuộc nhiều vào mật độ và nhiệt độ, vì tốc
độ phản ứng tổng hợp hạt nhân diễn ra ở lõi trong trạng thái cân bằng tự điều chỉnh: nếu
tốc độ phản ứng hơi lớn hơn sẽ khiến lõi nóng lên nhiều và hơi mở rộng chống lại trọng
lượng của các lớp bên ngoài, làm giảm tốc độ phản ứng và điều chỉnh sự nhiễu loạn, và
nếu tốc độ hơi nhỏ hơn sẽ khiến lõi lạnh đi và hơi co lại, làm tăng tốc độ phản ứng và một
lần nữa lại đưa nó về mức cũ. Các photon (tia gamma) nhiều năng lượng phát ra trong các
phản ứng tổng hợp hạt nhân bị hấp thụ trong một plasma Mặt Trời chỉ vài milimét, và sau
đó tái phát xạ theo hướng ngẫu nhiên (và ở mức năng lượng khá thấp). Vì thế cần một thời
gian dài các bức xạ mới lên tới bề mặt Mặt Trời. Những ước tính về thời gian di chuyển
Trang 9


của photon trong khoảng từ 10.000 tới 170.000 năm. Sau chuyến du hành cuối cùng qua
lớp đối lưu bên ngoài để tới bề mặt trong suốt của quang quyển, các photon thoát ra
như ánh sáng khả kiến. Mỗi tia gamma trong lõi Mặt Trời được chuyển thành hàng triệu
photon ánh sáng nhìn thấy được trước khi đi vào không gian. Các neutrino cũng được phát
sinh từ các phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi, nhưng không giống như photon, chúng
hiếm khi tương tác với vật chất, vì thế hầu như toàn bộ chúng thoát khỏi Mặt Trời ngay lập
tức. Trong nhiều năm những đo đạc về số lượng neutrino do Mặt Trời tạo ra cho kết

quả thấp hơn các dự đoán lý thuyết khoảng 3 lần. Sự không nhất quán này gần đây đã được
giải quyết thông qua sự khám phá các hiệu ứng dao động neutrino. Vì trên thực tế Mặt
Trời toả ra số lượng neutrino như các lý thuyết dự đoán, nhưng các máy dò tìm neutrino để
lọt mất 2/3 trong số chúng bởi vì các neutrino đã thay đổi hướng.[5][8]
2.2. Vùng bức xạ của Mặt Trời.
Trong khoảng từ 0,25 tới khoảng 0,7 bán kính Mặt Trời, vật liệu Mặt Trời đủ nóng
và đặc đủ để bức xạ nhiệt chuyển nhiệt độ từ trong lõi ra ngoài. Trong vùng này không
có đối lưu nhiệt, tuy các vật liệu lạnh đi khi độ cao tăng lên (từ 7.000.000 °C tới khoảng
2.000.000 °C) làm gradient nhiệt độ này nhỏ hơn giá trị tỷ lệ khoảng đoạn nhiệt (adiabatic
lapse rate) và vì thế không thể gây ra sự đối lưu. Nhiệt được truyền bởi sự bức xạ - ion của
hydro và heli phát ra các photon, nó chỉ di chuyển một khoảng cách ngắn trước khi bị tái
hấp thụ bởi các ion khác. Các photon thực tế bật lên rất nhiều lần xuyên qua vật chất đặc
này tới mức của một photon riêng lẻ mất khoảng một triệu năm để tới được lớp bề mặt và
vì thế, năng lượng chuyển ra ngoài rất chậm. Mật độ giảm sút hàng trăm lần (từ 20 g/cm³
xuống chỉ 0,2 g/cm³) từ đáy lên đỉnh vùng bức xạ.[5][8]
Giữa vùng bức xạ và vùng đối lưu là một lớp chuyển tiếp được gọi là tachocline.
Đây là vùng, nơi có sự thay đổi mạnh giữa chuyển động xoay đồng tốc của vùng bức xạ và
chuyển động chênh lệch của vùng đối lưu dẫn tới một sự trượt mạnh - một điều kiện nơi
các lớp ngang giáp nhau trượt trên nhau. Các dạng chuyển động giống chất lỏng trong
vùng đối lưu bên trên dần biến mất từ đỉnh của lớp này xuống đáy của nó, phù hợp với các
đặc điểm yên tĩnh của vùng bức xạ trên đáy. Hiện tại, có giả thuyết cho rằng một nguồn
phát điện từ bên trong lớp này tạo ra từ trường của Mặt Trời.[5][8]

Trang 10


2.3. Vùng đối lưu của Mặt Trời.
Trong lớp ngoài của Mặt Trời, từ bề mặt nó xuống xấp xỉ 200.000 km
(hay 70% bán kính Mặt Trời), plasma Mặt Trời không đủ đặc hay đủ nóng để chuyển năng
lượng nhiệt từ bên trong ra ngoài bằng bức xạ. Vì thế, đối lưu nhiệt diễn ra khi các cột

nhiệt mang vật liệu nóng ra bề mặt (quyển sáng) của Mặt Trời. Khi vật liệu lạnh đi ở bề
mặt, nó đi xuống dưới đáy vùng đối lưu, để nhận thêm nhiệt từ đỉnh vùng bức xạ. Ở bề mặt
nhìn thấy được của Mặt Trời, nhiệt độ đã giảm xuống 5.700K và mật độ chỉ còn 0,2 g/m³
(khoảng 1/10.000 mật độ không khí ở mực nước biển).[5][8]
Các cột nhiệt trong vùng đối lưu tạo nên một dấu vết trên Mặt Trời, dưới hình
thức hột Mặt Trời (solar granulation) và siêu hột. Sự hỗn loạn đối lưu của bộ phận phía
ngoài này của phần bên trong lòng Mặt Trời hình thành một máy phát điện tỷ lệ nhỏ xuất
hiện tạo ra từ trường bắc và nam cực trên toàn bộ bề mặt Mặt Trời. Các cột nhiệt của Mặt
Trời là các pin Bénard và vì thế thường có hình lăng trụ năm cạnh.[5][8]
2.4. Quang quyển Mặt Trời.
Bề mặt nhìn thấy được của Mặt Trời hay quang quyển là lớp mà ở bên dưới nó, Mặt
Trời trở nên mờ đục với ánh sáng nhìn thấy được. Trên quang quyển ánh sáng khả kiến
của Mặt Trời tự do đi vào không gian, và năng lượng của nó thoát hoàn toàn khỏi Mặt
Trời. Sự thay đổi trong độ mờ đục xảy ra vì sự giảm số lượng ion H −, mà chúng dễ dàng
hấp thụ ánh sáng. Trái lại, ánh sáng khả kiến mà chúng ta nhìn thấy được tạo ra khi các
electron phản ứng với các nguyên tử hydro để tạo ra các ion H−. Quang quyển thực tế dày
từ hàng chục tới hàng trăm kilômét, mờ hơn chút ít so với không khí trên Trái Đất. Bởi vì
phần phía trên của quang quyển lạnh hơn phần phía dưới, hình ảnh Mặt Trời hiện lên sáng
hơn ở trung tâm so với ở cạnh hay rìa của đĩa Mặt Trời trong một hiện tượng được gọi là
rìa tối (limb darkening). Ánh sáng Mặt Trời có phổ gần giống với quang phổ vật đen cho
thấy nhiệt độ khoảng 6.000K (các vùng sâu có nhiệt độ tới 6.400K trong khi những vùng
nông hơn là 4.400K), rải rác với các vạch hấp thụ nguyên tử từ các lớp loãng trên quang
quyển. Quang quyển có mật độ hạt ~1023/m3 (khoảng 1% mật độ hạt của khí quyển Trái
Đất ở mực nước biển).[5][8]
Những nghiên cứu ban đầu về phổ quang học của quang quyển, một số đường hấp
thụ được tìm ra không tương ứng với bất kỳ một nguyên tố hoá học nào từng biết trên Trái
Đất khi ấy. Năm 1868, Norman Lockyer đưa ra giả thuyết rằng các đường hấp thụ đó là
bởi một nguyên tố mới mà ông gọi là "heli", theo tên thần Mặt Trời Hy Lạp Helios. Mãi
đến 25 năm sau, heli mới được phân lập trên Trái Đất.[5][8]

Trang 11


2.5. Khí quyển Mặt Trời.

Hình 2.4: Vùng bí ẩn nằm trong khí quyển thấp của Mặt Trời
Khác với các thiên thể không tự phát sáng, Mặt Trời là một quả cầu khí nóng sáng.
Các lớp khí ngoài gồm quang cầu, sắc cầu, nhật hoa hợp thành một lớp gọi là khí quyển
Mặt Trời. Tại lớp này bức xạ do chúng phát ra mới có khả năng trực tiếp đi đến Trái Đất
chúng ta. Quan niệm này hơi khác với trước đây người ta chỉ xem sắc cầu và nhật hoa mới
là khí quyển Mặt Trời. Theo tôi, cách phân chia này hợp lý hơn, vì rằng vật chất trên
Mặt Trời đều ở trạng thái khí, nhưng do khối lượng toàn bộ Mặt Trời rất lớn nên mật độ
khí tại đó rất cao, nhất là càng đi gần tâm của nó. Do mật độ khí lớn, nên hệ số hấp thụ bức
xạ điện từ, đặc biệt là bức xạ vùng quang học rất lớn. Do đó ánh sáng do Mặt Trời phát ra
dọi trực tiếp vào mắt ta phải đi từ những lớp ngoài cùng của Mặt Trời. Lớp này được xem
là khí quyển Mặt Trời với hàm ý nó trong suốt đối với bức xạ quang học. Chụp ảnh
Mặt Trời qua ánh sáng trắng (có gắn bộ phận giảm độ dọi) và chụp bằng máy ghi hình
Mặt Trời trong ánh sáng đơn sắc (spectroheliograph) H ; CaII, tia X của đài quan sát
thiên văn quốc gia Hoa Kỳ năm 1978 cho kết quả ứng với ảnh Mặt Trời ở những mức khác
nhau trong khí quyển của nó.[1]
a. Quang cầu (Photosphere)
Lớp dưới cùng của khí quyển Mặt Trời đúng theo nghĩa đen của từ “quang cầu” là
lớp “cầu sáng” (light sphere) phân bố đối xứng qua tâm Mặt Trời có độ dày khoảng 300
đến 500km. Đáy của lớp là mặt cầu chứa những điểm sâu nhất mà ta có thể nhìn được,
đỉnh lớp cầu chứa những điểm từ đó các photon của ánh sáng có thể thoát ra khỏi Mặt
Trời. Như vậy, quang cầu là lớp đối xứng cầu bao quanh tâm Mặt Trời trong suốt đối với
ánh sáng nhìn thấy. Chụp ảnh quang cầu trong ánh sáng nhìn thấy, ta được một đĩa sáng có
độ sáng trung bình giảm dần từ tâm ra phía mép đĩa. Các nhà thiên văn gọi đó là hiện
tượng tối dần về mép đĩa. Nó là bằng chứng nói lên rằng nhiệt độ trong lòng Mặt Trời tăng
dần từ ngoài vào trong. Thật vậy, giả sử ta có thể nhìn sâu vào trong lòng Mặt Trời một

Trang 12


khoảng mà ta gọi là khoảng trình l kể từ bên ngoài của quang cầu. Khi đó nếu nhìn thẳng
vào tâm đĩa ta nhìn thấy điểm A0, nhìn hơi xa tâm ta lần lượt đến điểm A1, A2… trong mặt
phẳng kinh tuyến.[1]

lA2
l A1
l A0

Tia nhìn

2
1
O

Hình 2.5: Hình ảnh minh họa
Rõ ràng A0 gần tâm O hơn A1, A2…. Vị trí ảnh của A0, A1, A2,…ứng với các điểm
0, 1, 2, … Do đó độ sáng ảnh quang cầu phải giảm dần từ tâm tới đĩa. Nếu chụp có đô
phân giải cao ta sẽ phát hiện những hạt sáng kích cỡ 700km nằm rãi rác khắp trên nền sẫm
tối hơn. Đây là hiện tượng tạo thành hạt sáng trong quang cầu (granulation). Qua phân tích
phổ ánh sáng phát ra từ các hạt sáng và miền sẫm tối kề cạnh người ta thấy rằng quang phổ
của bức xạ đi từ hạt sáng dịch về phía tím, trong khi đó bức xạ đi từ miền sẫm kế đó lại
 vr

dịch về phía đỏ. Áp dụng công thức
ta thấy vr  (1  2)km / s . Qua đây có thể thấy

c

dòng vật chất trong hạt sáng đang được dâng lên cao còn vật chất ở miền tối kề cạnh đang
được hạ xuống vào tâm Mặt Trời. Hiệu ứng tạo thành hạt sáng trên nền quang cầu là biểu
hiện của sự đối lưu của vật chất nằm ngay phần dưới quang cầu. Chính sự đối lưu này đã
làm cho quang cầu luôn bị dòng vật chất đi từ dưới lên làm nhiễu động gây ra dao động cơ
học lan truyền trên mặt quang cầu tựa như sóng âm trong khí quyển Trái Đất. Các máy đo
thái dương chấn của GONG đã ghi được dao động này.[1]
Vật chất trong quang cầu ở thể khí, nhưng do mật độ cao (từ 10 16-1017hạt/cm3), nên
nó phát ra bức xạ phổ liên tục tuân theo gần đúng quy luật bức xạ của vật đen ở nhiệt đô
6000K. Tuy nhiên quang cầu có độ dày đáng kể, lớp xa tâm ở nhiệt độ thấp hơn lớp ở gần.
Do đó bức xạ phổ liên tục đi từ lớp dưới khi đi qua lớp khí ở phía trên của quang cầu, do
lớp này thưa hơn, nguội hơn nên nó hấp thụ một số bức xạ đơn sắc của bức xạ dọi tới. Kết
quả ta được phổ vạch hấp thụ Fraunhoper. Nhờ máy ghi phổ Mặt Trời hiện đại, người ta
ghi được hơn 30000 vạch phổ hấp thụ trên bức ảnh phổ dài 13m. Đối chiếu với phổ chuẩn
các nguyên tố có mặt ở Trái Đất, và các kiến thức về quang phổ học, người ta đã tìm được
các vạch Fraunhoper đó ứng với vạch hấp thụ của nguyên tố hyđro, natri, canxi, sắt …
Trang 13


Bằng cách đó đến nay đã tìm được ít nhất 82 nguyên tố có trong số 92 nguyên tố bền ở
Trái Đất đều có mặt trong miền khí quyển Mặt Trời. Tuy nhiên đại bộ phận là hyđro, hêli,
các nguyên tố khác nặng hơn hêli chỉ chiếm 2% tổng khối lượng quang cầu. (Lý thuyết
bức xạ của nguyên tử, phân tử; phương trình Boltzmann, phương trình Saha mô tả điều
kiện cân bằng nhiệt động của khí trung hoà và khí ion hoá sẽ cho ta sơ đồ để phân tích
định hướng nhờ nghiên cứu phổ vạch hấp thụ).[1]
b. Sắc cầu (chromosphere)
Sắc cầu là lớp kế tiếp quang cầu có độ dày khoảng 2000km, vật chất tại đó có mật
độ quá thấp, chủ yếu là hyđrô, nên hằng ngày nhìn bằng mắt thường hay kính thiên văn
thông thường ta không thấy được nó bởi quang cầu ở phía dưới quá sáng. Chỉ khi xảy ra
nhật thực toàn phần ta mới thấy sắc cầu sáng lên và có màu hơi đỏ. Nếu cho ánh sáng đó
o

qua máy ghi phổ ta sẽ được phổ vạch phát xạ tương ứng với đường H (6563 A ) của hyđrô
trung hoà, tiếp đến là những đường ứng với nguyên tố Na, Ca, Mg và của ion He. Qua máy
đó còn thấy rằng vị trí vạch phát xạ có nhiều đường trùng với những đường của vạch hấp
thụ xuất hiện ở lớp phía trên quang cầu mà ta đề cập ở phần trước. Vì lẽ đó sắc cầu có tên
gọi là lớp đảo sắc.[1]
Phân tích chi tiết phổ vạch phát xạ người ta thấy nhiệt độ của khí trong sắc cầu tăng
theo độ cao được thể hiện qua hình (2.6) trong phạm vi từ 4500K đến 400000K.[1]

Hình 2.6: Phân tích chi tiết phổ vạch phát xạ
Từ hình vẽ này ta thấy rằng tại lớp dưới cùng của sắc cầu khí loãng, lại ở nhiệt độ
thấp hơn nhiệt độ quang cầu nên tại đó sẽ có phổ hấp thụ Fraunhofer đặc biệt là phổ hấp
thụ của dãy Balmer. Tại vùng ở phía trên của sắc cầu, những nơi nhiệt độ là 104K trở lên,
khi đó khí sẽ cho phổ vạch phát xạ. Tại sao nhiệt độ sắc cầu càng lên cao càng tăng lên.
Điều này được lý giải nếu ta nghiên cứu chi tiết về sự hấp thụ bức xạ đi từ quang cầu lên

Trang 14


sự truyền sóng xung kích của sóng âm và sóng âm từ do dao động của vật chất trong quang
cầu gây ra.[1]
Nếu chụp ảnh Mặt Trời từ máy ghi ảnh trong bức xạ đơn sắc cho thấy hình dạng
phía trên của sắc cầu hiện lên trên tia sáng và chi tiết hơn còn sẽ thấy trong sắc cầu tồn tại
những thớ sáng hình răng cưa trải ra tận miền tiếp giáp giữa sắc cầu và nhật hoa.[1]
c. Nhật hoa (Corona)
Nhật hoa là lớp khí quyển cao nhất của Mặt Trời, nó trải dài từ lớp tiếp giáp với sắc
cầu đến tận miền không gian chứa các hành tinh như Trái Đất. Tuy nhiên, phía ngoài của
nhật hoa không có hình dạng ổn định mà tuỳ thuộc rất nhiều vào mức độ hoạt động của
Mặt Trời. Bình thường ta không nhìn thấy nhật hoa vì độ sáng của nó quá yếu so với
quang cầu, sắc cầu. Nếu che được ánh sáng đi từ hai lớp ở dưới nó thì nhật hoa sẽ hiện lên

như vàng sáng trắng màu ngọc trai. Ảnh chụp Mặt Trời lúc nhật thực toàn phần cho hình
ảnh đó. Nếu dùng thiết bị chụp ảnh nhật hoa (coronagraph) ta ghi được phổ nhật hoa trong
ánh sáng trắng. Nó chia làm hai phần là nhật hoa dưới (K- Corona) và nhật hoa trên (FCorona). Trong đó phổ liên tục của nhật hoa dưới chứa các thành phần đơn sắc khá giống
với phổ liên tục của quang cầu nhưng độ sáng chỉ bằng 10 -6 so với độ sáng tương ứng với
bức xạ do quang cầu phát ra. Đây là kết quả ánh sáng do quang cầu gửi tới nó bị các
electron trong nhật hoa làm tán xạ gây ra. Phổ liên tục của nhật hoa trên (F- Corona) là do
ánh sáng trắng từ quang cầu gửi tới bị các hạt vật chất trong không gian giữa các hành tinh
làm tán xạ gây ra, nó chứa vạch hấp thụ và nó trùng với phổ của ánh sáng hoàng đạo
(zodiacal light). Những khi Mặt Trời hoạt động mạnh, thành phần phổ nhật hoa dưới biến
đổi rất mạnh, độ sáng của nó tăng nhanh và hình dạng nhật hoa trong như những chùm tia
sáng trải rộng tạo thành các dòng suối nhật hoa (Corona streamers). Vào những năm Mặt
Trời tĩnh, suối nhật hoa quy tụ vùng xích đạo Mặt Trời, nó trải dài xa tâm hơn so với suối
ở vùng cực. Phân tích chi tiết phổ liên tục của nhật hoa dưới, người ta xác định được nồng
độ electron tự do trong đó khá lớn, nó chiếm ½ nồng độ tổng cộng các hạt tại K-corona.
Tuy nhiên, không thấy vạch phổ hấp thụ xuất hiện trên nền phổ tán xạ, mọi sự nhoè của
vạch phổ chỉ có thể do hiệu ứng Doppler vì chuyển động nhiệt của các electron tự do. Điều
này cho ta đi đến kết luận là nhiệt độ của nhật hoa vào thời kỳ Mặt Trời tĩnh đạt tới vài
triệu độ. Kết quả này khá phù hợp với phương pháp xác định phổ nhật hoa qua phổ bức xạ
ở miền sóng vô tuyến. Một đặc điểm là trong phổ vạch của nhật hoa xuất hiện một số vạch
ứng với sự chuyển giữa các mức siêu bền, các vạch phổ này là bị cấm theo cơ học lượng
tử, đồng thời có những vạch ứng với phổ đặc trưng của các nguyên tố nặng bị ion hoá bậc
cao phát ra ví dụ Fe X, Fe XIV hay Ca XV. Điều này cũng chứng tỏ mật độ các hạt trong
nhật hoa rất gần đạt đến chân không lý tưởng và nhiệt dộ khí ion trong nhật hoa đạt đến
một vài triệu độ Kenvin.[1]
Trang 15


Nếu chụp ảnh nhật hoa trong bức xạ Roentgen, ta thấy nhật hoa có chứa những
“vòng sáng” và những “hố tối” được gọi tương ứng là vòng xoắn nhật hoa và hố nhật hoa.
Phép trắc phổ đi từ những miền này cho thấy vật chất trong vòng xoắn nhật hoa chạy dọc

theo đường sức từ trường hình vòng cung rồi lại men theo phía bên kia của đường đó để
trở lại bề mặt xuất phát, khí ion bị nhốt trong ống đường sức từ trường hình vòng cung
đó.[1]
Tại những miền có mặt hố nhật hoa, khí ion ở đó thưa hơn, nguội hơn. Các hố nhật
hoa thường xuất hiện ở gần miền cực thì tỏ ra ít biến đổi. Nhưng nếu ở những miền ngay
trên miền hoạt động của quang cầu (nơi xuất hiện các vết đen) lại tỏ ra biến đổi nhanh.
Những miền phát xạ mạnh tia X ở trong nhật hoa chỉ tồn tại trong vòng vài giờ, sau đó nó
hoà tan vào trong hố nhật hoa.[1]
Các nhà vật lý Mặt Trời cho rằng những chỗ xuất hiện hố nhật hoa đánh dấu những
miền tại đó từ trường từ Mặt Trời vươn ra xa tâm Mặt Trời hơn là chảy ngược trở lại. Do
đó khí nhật hoa có xu hướng thoát khỏi Mặt Trời chứ không chạy ngược xuống, từ đó hình
thành nên gió Mặt Trời, tức là các dòng hạt điện tích đi ra khỏi nhật hoa với tốc độ v = 300
km/s đến 700 km/s tại miền cách nơi phóng ra khoảng 2 lần bán kính Mặt Trời. Gió Mặt
Trời đi vào không gian giữa các hành tinh gặp từ trường của hành tinh gây ra hiện tương
bão từ, còn khi gặp tầng ion trong khí quyển hành tinh, chúng sẽ tương tác với tầng ion.
Đây là vấn đề mà địa vật lý phải quan tâm. [1]
2.6 Từ trường.

Hình 2.7: Hình ảnh mô phỏng từ trường của Mặt Trời
Mặt Trời là một sao có hoạt động của từ trường. Nó có từ trường biến đổi mạnh mẽ
hàng năm và đổi hướng sau 11 năm. Từ trường của Mặt Trời tăng lên gây ra một số hiệu
ứng gọi chung là hoạt động của Mặt Trời bao gồm vết đen trên bề mặt của Mặt Trời, vết
sáng Mặt Trời, và các bức xạ trong gió Mặt Trời, chúng mang vật chất vào trong Hệ Mặt
Trời. Các ảnh hưởng của hoạt động bức xạ này lên Trái Đất như cực quang ở các vĩ độ
trung bình đến cao, và sự gián đoạn việc truyền sóng radio và điện năng. Hoạt động của
Mặt Trời có vai trò rất lớn trong sự hình thành và tiến hóa của Hệ Mặt Trời và làm thay
đổi cấu trúc tầng điện ly của Trái Đất.[5][8]
Trang 16

Tất cả vật chất trong Mặt Trời đều ở thể khí và plasma do có nhiệt độ cao. Điều này
có thể làm cho vận tốc quay ở vùng xích đạo (khoảng 25 ngày) nhanh hơn ở các vùng có vĩ
độ cao hơn (khoảng 35 ngày ở gần các cực). Vận tốc quay khác nhau ở các vĩ độ của Mặt
Trời tạo ra các đường sức từ xoắn vào nhau theo thời gian, tạo ra các vòng hoa từ
trường phun ra từ bề mặt của Mặt Trời và tạo ra các vết đen Mặt Trời. Sự xoắn vào nhau
này làm tăng quá trình phát sinh từ trường của Mặt Trời và gây ra sự đảo từ của Mặt Trời
theo chu kỳ 11 năm.[5][8]
Từ trường của Mặt Trời mở rộng ra ngoài ranh giới của nó. Plasma trong gió Mặt
Trời bị từ hóa mang từ trường của Mặt Trời vào không gian tạo ra từ trường giữa các hành
tinh. Vì plasma chỉ có thể chuyển động trên các đường sức từ, từ trường giữa các hành tinh
được mở rộng xuyên tâm từ Mặt Trời ra ngoài không gian. Do từ trường ở trên và dưới
xích đạo khác nhau về cực hướng vào và hướng ra khỏi Mặt Trời, nên tồn tại một lớp dòng
điện mỏng trên mặt phẳng xích đạo được gọi là dải dòng điện nhật quyển (heliospheric
current sheet). Ở khoảng cách lớn, sự quay của Mặt Trời xoắn từ trường và dải dòng này
thành cấu trúc giống xoắn ốc Archimedes gọi là xoắn ốc Parker. Từ trường giữa các hành
tinh mạnh hơn từ trường ở hai cực của Mặt Trời. Từ trường ở hai cực của Mặt Trời
50–400 μT (trong quang quyển) giảm theo hàm mũ bậc ba của khoảng cách và đạt 0,1 nT
ở Trái Đất. Tuy nhiên, theo các thăm dò từ tàu không gian cho thấy từ trường giữa các
hành tinh ở vị trí của Trái Đất cao hơn khoảng 100 lần so với con số trên, vào khoảng
5 nT. Sự khác biệt này là do từ trường tạo ra bởi dòng điện trong plasma xung quanh Mặt
Trời.[5][8]
3. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA MẶT TRỜI
Vào năm 1814 lần đầu tiên Joseph Von Fraunhofer (1787 – 1826) đã ghi được ảnh
vạch phổ hấp thụ của Mặt Trời.[1]
Theo quy tắc hấp thụ Kirchoff, ta thấy rằng phổ vạch phát xạ hoặc hấpthụ là cơ sở
để ta nhận biết sự có mặt của nguyên tố đã sản sinh ra phổ vạch đó. Kết hợp với cơ học
lượng tử và vật lý thống kê ta biết thêm giá trị số lượng các hạt đã tham gia bức xạ, từ đó
biết được độ phổ biến tỷ đối của các nguyên tố có mặt trong môi trường vật chất.

Trang 17

Kết quả phân tích phổ vạch hấp thụ cho ta kết quả ở bảng 3.1 [1]
Tên nguyên tố

Ký hiệu

Nguyên tử số

nguyên tố

Số hạt trong

Độ phổ cập

cùng một thể

tương đối

tích

ni/N (%)

Hyđrô

H

1

106

Hêli

He

2

98.000

Ôxy

O

8

850

Cacbon

C

6

400

Nêôn

Ne

10

120

Nitơ

N

7

100

Sắt

Fe

26

47

Magiê

Mg

12

38

Silic

Si

14

35

Lưu huỳnh

S

16

16

Acgon

Ar

18

04

Nhôm

Al

13

03

Canxi

Ca

20

02

Natri

Na

11

02

Niken

Ni

28

02

Bảng 3.1 : Kết quả phân tích phổ vạch hấp thụ
Từ bảng này có thể sơ bộ kết luận rằng Mặt Trời là khối khí trong đó độ phổ cập
tương đối của hyđrô chiếm 94%, hêli chiếm 5,87% còn lại 0,13% là các nguyên tố khác
nặng hơn hêli có tên chung là nguyên tố kim loại (the metal elecment). Nếu tính theo tỷ lệ
phần trăm khối lượng toàn bộ Mặt Trời thì ta có bảng sau :[1]
Hyđrô

Hêli

Ôxy

Cácbon

Sắt

Các nguyên
tố khác

78,5%

19,7%

0,86%

0,4%

0.14%

0,54%

Bảng 3.2 : Thành phần hóa học của Mặt Trời
3.1. Các nguyên tố sắc bị ion hóa.
Trong thập niên 1970, nhiều nghiên cứu tập trung vào sự phong phú của các nguyên
tố nhóm sắt trong Mặt Trời. Mặc dù các nghiên cứu này mang lại nhiều ý nghĩa, nhưng
Trang 18

việc xác định sự phong phú của các nguyên tố nhóm sắt (như coban và mangan) vẫn còn là
khó khăn vào thời điểm đó do các cấu trúc siêu mịn của chúng.
Một bộ hoàn chỉnh về độ mạnh dao động đầu tiên của các nguyên tố nhóm sắt bị ion
hóa riêng lẻ được thực hiện thành công vào thập niên 1960, và được nâng cấp vào năm
1976. Năm 1978, sự phong phú về các nguyên tố thuộc nhóm sắt bị ion hóa đã được nhận
dạng.[5][8]
3.2. Quan hệ sự phân tầng khối lượng giữa hành tinh và Mặt Trời
Nhiều tác giả khác nhau đề cập đến sự tồn tại của mối quan hệ phân tầng khối lượng
giữa các thành phần đồng vị của Mặt Trời và khí trơ trên các hành tinh, ví dụ như sự tương
quan giữa thành phần đồng vị của hành tinh và Mặt Trờ là Ne và Xe. Tuy nhiên, người ta
tin rằng toàn bộ Mặt Trời có cùng thành phần như nhau trong khi bầu khí quyển của Mặt
Trời vẫn trải rộng và ít nhất là đến năm 1983. Năm 1983, người ta cho rằng có sự phân tầng
trên Mặt Trời, chính vì vậy đã tạo ra mối quan hệ phân tầng giữa các thành phần đồng vị
của hành tinh và gió Mặt Trời là các khí hiếm.[5][8]
4. SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA MẶT TRỜI
Vết đen, số Wolf và chu kỳ hoạt động của Mặt Trời
Vết đen là những miền trên quang cầu, có nhiệt độ thấp hơn miền bao quanh
(ở cùng một khoảng cách đến tâm Mặt Trời) khoảng vài nghìn độ, có kích thước 10 4km.
Vết đen càng rộng có thời gian tồn tại trên quang cầu càng dài, dài nhất khoảng vài tháng.
Đặc điểm này lần đầu tiên đã được Galileo sử dụng để phát hiện sự tự quay của quang cầu
Mặt Trời. Theo Galieo Mặt Trời tự quay quanh trục với chu kỳ trung bình 28 ngày. Những
quan sát chính xác hơn cho thấy Mặt Trời tự quay quanh trục với chu kỳ thay đổi theo vĩ độ
B của điểm đó trong hệ toạ độ vật lý Mặt Trời. Sự thay đổi đó thoả mãn biểu thức:
  14o ,37  2o60sin 2 B
(4.1)
B

Trong đó B là góc quay được trong một ngày của những điểm có vĩ độ B.
Nếu quan sát kỹ một vết ta sẽ thấy: thoạt đầu nó xuất hiện như một chấm mờ sau đó
lan rộng ra và ngày càng mờ dần so với miền kề cạnh. Qua chụp phổ và phân tích phổ bức

xạ đi từ vết đen ta thấy rằng vết đen bức xạ như một vật đen có nhiệt đô 4000K. Các vạch
phổ vạch hấp thụ trên nền phổ liên tục đều bị tách ra một số vạch kề cạnh, độ rộng vạch
phổ cũng nới rộng ra chứng tỏ nó chịu hiệu ứng Zeemann và hiệu ứng Doppler. Qua đo đạc
dộ tách hiệu ứng Zeemann thấy rằng từ trường vết đen có giá trị 0,1 – 0,2 T, hướng gần
thẳng góc với bề mặt vết đen và định xứ trong vùng quanh tâm vết, có đường kính hàng
nghìn kilômét. Trong quá trình phát triển các vết đen, từ trường tăng dần đến cực đại. Vết
đen thường xuất hiện thành từng nhóm, bao gồm nhiều nhóm đôi nhỏ. Trong nhóm đôi, cực
từ của hai vết kề cạnh nhau bao giờ cũng ngược nhau. Lý thuyết từ thuỷ động MHD
(Magnet hyđrôdynamic theory) do Cawling và Alfven đề xướng giúp ta giải thích một cách
Trang 19


định tính sự xuất hiện vết đen. Theo Alfven do có nhiễu động nào đấy làm xuất hiện miền
plasma có mật độ electron và nhiệt độ khác nhau, từ đó hình thành các dòng điện có cường
độ lớn và kéo theo sinh ra từ trường lớn ở vúng lân cận. Nếu có cơ chế nào đó để chuyển
động năng của khối plasma  v 2 / 2 thành năng lượng từ có mật độ B 2 / (8 2 ) thì cảm ứng
từ B ở địa phương sẽ tăng dần. Vì plasma có độ dẫn điện lớn nên dường như từ trường bị
“đóng keo” vào vật chất đó. Nếu khối plasma đứng yên thì mọi biến thiên của từ trường
đều bị từ trường của dòng cảm ứng ngăn lại và từ trường chỉ có thể biến đổi khi các đường
sức cảm ứng từ cùng dịch chuyển với dòng vật chất đó. Chính dòng đối lưu trong lòng Mặt
Trời đã “nắn thẳng” các đường sức từ, kéo dài nó, dồn nó lại, làm cho từ trường mạnh hơn.
Theo cơ chế đại từ trường trong plasma do Fermi đề xướng thì quá trình khuếch đại sẽ
dừng lại khi thoả mãn:
B2 / 8 2   v2 / 2

(4.2)

Tại vùng đối lưu  = 3.10-1kgm-3, v = 0,5kms-1, do đó B đạt đến giá trị gấp hàng
trăm lần từ trường Trái Đất chúng ta.[1]
Gần đây có người đã cho rằng có thể xem mỗi vết đen như một cuộn dây sôlenôit,

“dây” cuốn quanh ống có tiết diện cỡ tiết diện vết đen. Do đó đường kính của ống dây cỡ
103km. Coi rằng “ống dây” dài vô hạn, khi đó trong lòng “ống dây” cảm ứng từ
B  4 .107 nI với n là số vòng dây trên một đơn vị chiều dài. Nếu lưu ý tiết diện ống dây

cỡ 107km2, có độ dẫn của plasma Mặt Trời nên ta có thể coi đó là cuộn nam châm điện siêu
dẫn, do đó nó có thể duy trì mãi từ trường của vết đen cho đến khi có lực khác làm vết đen
biến mất, nghĩa là vết đen có thời gian tồn tại khá dài trên quang cầu. Chính từ trướng
mạnh ở trong plasma thuộc vùng đối lưu đã ngăn cản sự đối lưu theo phương thẳng đứng
làm chậm khả năng di chuyển plasma từ dưới lên trên so với vùng lân cận làm cho nhiệt độ
vật chất trong vết đen thấp hơn nhiệt độ quang cầu.[1]
Một điểm khá lý thú là tại điểm vết đen tụ lại thành nhóm lớn, khi các vết đen kề
cạnh nhau đến mức nào đó, những chỗ B ngược dấu nhau sẽ xảy ra vụ nổ đột ngột làm tăng
cường độ bức xạ đến hàng triệu lần trong vài chục phúc rồi từ từ giảm xuống ở khắp mọi
bước sóng của thang sóng điện từ kèm theo phóng ra các tia vũ trụ năng lượng thấp hơn các
electron, proton, với tốc độ cỡ (500  600) kms-1. Dòng hạt này thực sự là mối nguy hiểm
cho các nhà du hành vũ trụ khi đi ra ngoài khoang tàu bảo vệ và có ảnh hưởng lớn đến tầng
ion của khí quyển Trái Đất. Vụ nổ ta vừa đề cập có tên gọi là bùng nổ sắc cầu. Công suất
bức xạ của một bùng nổ sắc cầu lớn gấp nhiều lần các vụ nổ hạt nhân mà ta đã biết ở Trái
Đất. Nếu cơ chế tương tự nhưng xảy ra ở miền nhật hoa ở phía trên nơi có nhóm vết đen có
tính chất đã nêu thì ta gọi là bùng nổ nhật hoa. Bùng nổ nhật hoa diễn ra ở vùng bức xạ cực
ngắn, vùng tia X của sóng điện từ. Phép đo nhiệt đô cho thấy T  2.107 K tức là gấp 10 lần
nhiệt độ vật chất quanh đó. Đây thực sự là vụ nổ cực lớn ở nhật hoa mà cho đến nay vẫn
Trang 20