Giáo trình thiên văn học năng lượng mặt trời nguyễn trung hoa

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

"Don't study, don't know - Studying you will know!"
NGUYEN TRUNG HOA


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Chỉång 1: V TRỦ V HÃÛ MÀÛT TRÅÌI
1.1. Cáúu tảo, chuøn âäüng v sỉû dn nåí ca v trủ
1.1.1. Cáúu tảo ca v trủ
V trủ m ta biãút bao gäưm vä säú cạc vç sao. Mäùi vç sao l mäüt thiãn
thãø phạt sạng, nhỉ màût tråìi ca chụng ta.
Quay quanh mäùi vç sao cọ cạc hnh tinh, cạc thiãn thảch, sao chäøi,
theo nhỉỵng qu âảo ellip láúy sao lm tiãu âiãøm, nhåì tỉång tạc ca lỉûc
háúp dáùn. Quay quanh mäùi
hnh tinh cọ cạc vãû tinh,
cạc vnh âai hồûc âạm
bủi. Mäùi vç sao tảo ra
quanh nọ mäüt hãû màût tråìi,
nhỉ hãû màût tråìi ca chụng
ta.
Hng t hãû màût tråìi tủ
lải thnh mäüt âạm, do lỉûc
háúp dáùn, tảo ra mäüt thiãn
HÃÛ MÀÛT TRÅÌI
30000nas
h. Thiãn h ca chụng ta
âỉåüc gi l Ngán h hay
15000nas
Milky Way, l mäüt trong

säú hng t thiãn h trong
45000nas
v trủ quan sạt âỉåüc,
thiãn h ca chụng ta
gäưm 1011 ngäi sao, cọ hçnh
Hinh 1.1. Ngán h v hãû màût tråìi
âéa dẻt xồõn äúc, bạn kênh
khong = 45.000nas
(nas = nàm ạnh sạng = 365,25x24x60x60x300.000 =9,5.1012km).
Mäùi hãû màût tråìi quay quanh tám thiãn h våïi täúc âäü hng tràm km/s.
Hãû màût tråìi ca chụng ta nàòm trãn rça ngoi ca Ngán h, cạch tám
khong 30.000nas, v quay quanh tám Ngán h våïi váûn täúc:
vMT= 230km/s.
V trủ m ta quan sạt âỉåüc hiãûn nay chỉïa khong 10 t thiãn h, cọ
bạn kênh 3.1025m, chỉïa khong 1020 ngäi sao våïi täøng khäúi lỉåüng khong
1050kg.

1


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

1.1.2. Sỉû váûn âäüng v dn nåí ca v trủ
Âãø täưn tải dỉåïi tạc dủng ca lỉûc háúp dáùn, cạc thiãn thãø trong v trủ
phi chuøn âäüng khäng ngỉìng. Cạc hnh tinh tỉû xoay quanh mçnh v
quay quanh màût tråìi våïi täúc âäü vi chủc km/s, cạc màût tråìi quay quanh
tám thiãn h våïi täúc âäü hng tràm km/s, cạc thiãn h quay quanh tám âải
thiãn h våïi täúc âäü hng nghçn km/s.
Nàm 1923, khi sỉí dủng kênh thiãn vàn vä tuún ghi phäø bỉïc xả
phạt ra tỉì cạc thiãn h, Edwin Hubble nháûn tháúy cạc vảch quang phäø ln

dëch chuøn vãư phêa bỉåïc sọng λ di, phêa mu â. Hiãûn tỉåüng dëch vãư
phêa â ca bỉïc xả âỉåüc gii thêch bàòng hiãûu ỉïng Doppler, l do cạc thiãn
thãø phạt bỉïc xả âang chuøn âäüng ra xa nåi thu bỉïc xả, chuøn âäüng råìi
xa nhau ca cạc thiãn h âỉåüc phạt hiãûn tháúy theo mi phỉång, våïi váûn
täúc tàng dáưn theo khong cạch giỉỵa chụng. Nhỉ váûy, cạc thiãn thãø trong
v trủ âang råìi xa nhau, v v trủ âang dn nåí nhỉ qu bọng âang âỉåüc
thäøi càng ra.
1.1.3. Âënh lût Hubble
Dỉûa vo thỉûc nghiãûm, Edwin Hubble mä t sỉû dn nåí ca v trủ
bàòng âënh lût sau: Mi thiãn thãø trong v trủ âang chuøn âäüng ra xa
ρ
ρ
ρ
nhau våïi váûn täúc ω t lãû thûn våïi khong cạch r giỉỵa chụng: ω = -H. r ,
våïi H≈ 25km/s.106nas l hàòng säú Hubble.
Thỉûc tãú hàòng säú Hubble chỉa thãø xạc âënh chênh xạc, chè biãút nọ
nàòm trong khong (15÷30)km/s.106nas.
1.2. Sỉû hçnh thnh v trủ v hãû màût tråìi
1.2.1. Thuút Big Bang
Thỉûc nghiãûm cho biãút v trủ âang dn nåí, cạc thiãn thãø âang råìi xa
nhau. Váûy nãúu âi ngỉåüc lải thåìi gian, cạc thiãn thãø s tiãún lải gáưn nhau,
thãø têch v trủ s co dáưn lải. Tải mäüt thåìi âiãøm no âọ, ton bäü v trủ s
co lải thnh mäüt cháút âiãøm, cọ khäúi lỉåüng, nàng lỉåüng v nhiãût âäü vä
cng låïn.
Dỉûa trãn l lûn ny, George Lemaitre ngỉåìi Bè v sau âọ George
Gamow cng Alexandre Priedmann ngỉåìi Nga, bàòng cạc phẹp tênh cọ cå
såí váût l âụng âàõn, â nãu ra hc thuút vãư sỉû hçnh thnh ca v trủ, gi
l thuút Big Bang. Thuút ny cho ràòng v trủ âỉåüc sinh ra cạch âáy
khong 15 t nàm tỉì mäüt qu trỉïng cỉûc nh, cọ khäúi lỉåüng (M), nàng
lỉåüng (E) v nhiãût âäü (T) cỉûc låïn båíi mäüt vủ näø låïn gi l Big Bang. Vủ

2


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

näø ny tảo ra khäng gian - thåìi gian v ton bäü V trủ, theo quạ trçnh dn
nåí nhỉ sau:
Bng 1.1. Tọm tàõt lëch sỉí ca V trủ
Thåìi gian Nhiãût âäü
Thnh pháưn ca V trủ
Âàûc âiãøm ca V trủ
T (K)
τ
τ ≤10-43s T≥1032K Mäüt cháút âiãøm cọ M, E, T cỉûc 1 siãu lỉûc, r = 10-35m
låïn
10-35s
1027K Chán khäng lỉåüng tỉí, trỉåìng 2 lỉûc: Âiãûn hảt nhán
nàng lỉåüng âäưng nháút
(HN), háúp dáùn (HD)
-32
25
10 s
10 K Dn nåí tảo khäng gian, ngỉng 3 lỉûc: HN, âiãûn tỉì (ÂT)
kãút
v HD
-12
15
10 s
10 K Nhiãût âäü gim, tảo hảt quarks

3 lỉûc: HN, ÂT v HD
10-6s
1013K Tảo photon, âiãûn tỉí, lepton
4 lỉûc: HN, ÂT, Tỉì
trỉåìng ú v HD
3phụt
106K
Tảo proton, neutron
P = uud, n = udd
5
4
3.10 nàm
10 K
Tảo nhán H, He
He = 2p2n, hảt nhán H
9
2
10 nàm
10 K
Tảo khê H2, He, tinh ván v cạc Cọ khê H2, tinh ván
thiãn h
10
10 nàm
10 K
Tảo màût tråìi, hãû MT, tảo cạc Cọ thiãn h, cạc sao,
ngun täú nàûng
hnh tinh
9
12.10 n
7K

Tảo khê quøn, lủc âëa, nụi
Tảo ngun täú nàûng, sao
thỉï cáúp, nụi
9
14.10 n
5K
Tảo nỉåïc, âải dỉång, vi khøn, Cọ nỉåïc, âải dỉång, sinh
to, sinh váût
váût
15.109n
3K
Tảo âäüng váût, khè, ngỉåìi
Sinh váût cao, khè, ngỉåìi
1.2.2. Sỉû hçnh thnh hãû màût tråìi
Mäüt t nàm sau vủ näø Big Bang, V trủ dn nåí lm nhiãût âäü gim
âãún 100K. Lục ny cạc nhán H, He kãút håüp våïi âiãûn tỉí tảo ra phán tỉí khê
H2, He. Cạc khê ny qy tủ thnh tỉìng âạm trong thiãn h. Tỉì mäùi âạm
bủi ny, do tạc dủng ca lỉûc háúp dáùn, s dáưn dáưn hçnh thnh mäüt hãû màût
tråìi.
Hãû màût tråìi ca ta thüc thãú hãû thỉï 3, âỉåüc sinh ra tỉì mäüt âạm máy
bủi v khê cọ kêch thỉåïc hng ngn t kilämẹt.

3


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

(a)

(b)

(c)

Hçnh 1.2. Sỉû hçnh thnh hãû màût tråìi.
Dỉåïi tạc dủng ca lỉûc háúp dáùn, âạm máy bàõt âáưu co lải, dẻt âi, v
tám ca nọ tråí nãn âàûc v nọng dáưn, âãún mỉïc cọ thãø khåíi phạt cạc phn
ỉïng hảt nhán v tråí thnh màût tråìi. Khê v bủi êt âàûc hån phêa ngoi s
quay quanh màût tråìi, kãút thnh cạc vnh âai, ngỉng tủ thnh cạc hnh tinh
v tiãøu hnh tinh. Pháưn khê long quanh hnh tinh cng ngỉng kãút theo
cạch tỉång tỉû âãø tảo ra cạc vãû tinh quay quanh hnh tinh.
1.2.3. Cáúu tảo v cạc thäng säú ca hãû màût tråìi
Hãû màût tråìi gäưm cọ màût tråìi v 9 hnh tinh quay quanh nọ, theo cạc
qu âảo ellip gáưn trn. Vng trong cọ 4 hnh tinh dảng ràõn l sao Thy,
sao Kim, qu Âáút, sao Ha, vng ngoi cọ 5 hnh tinh dảng khê l sao
Mäüc, sao Thäø, sao Thiãn Vỉång, sao Hi Vỉång, sao Diãm Vỉång.
Giỉỵa sao Ha v sao Mäüc cọ mäüt vnh âai gäưm cẳc tiãøu hnh tinh
våïi âỉåìng kênh tỉì vi chủc mẹt tåïi vi tràm kilämẹt.

4


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Cạc hnh tinh âãưu cọ tỉì 1 âãún 22 vãû tinh, trỉì sao Thy v sao Kim.
Ngoi ra cn cọ mäüt säú sao chäøi, gäưm mäüt nhán ràõn chỉïa bủi v nỉåïc âạ
våïi mäüt âi håi nỉåïc kẹo di hng triãûu kilämẹt quay quanh màût tråìi
theo qu âảo ellip ráút dẻt.
Bng 1.2 .Cạc thäng säú ca cạc thiãn thãø trong hãû màût tråìi
Tãn thiãn thãø

M
10

ρ

d
24

kg
6

r

t

3

10

m

kg/m3

m

1391

1,4

0

6000

10

6

10

11

0

C

g

τn

τN

v

Thnh

Säú

m/s

ngy

nàm

km/h

pháưn

vãû

(n)

(N)

274

26n

-

(618)

H, He

(65)

tinh

Màût tråìi-Sun

2.10

Thy - Mercury

0,33

4,88

5,7

0,58

173

3,78

58n

88n

48

Fe, Si

0

Kim - Venus

4,57

12,1

5,3

1,08

54

8,60

243n

225n

35

Fe Si

0

Âáút - Earth

5,98

12,76

5,5

1,50

5

9,81

1n

365,25n

30

Fe Si

1

Ha - Mars

0,64

6,79

4,0

2,27

-50

3,72

1n

687n

24

Fe Si

2

Mäüc - Jupiter

1900

143

1,3

7,77

-150

22,8

9h

11N

13

H, He

16

Thä ø- Saturn

598

121

0,7

14,3

-180

9,05

10h

30N

10

H, He

22

ThVỉång-Uranus

87

51

1,6

28,7

-214

7,77

10h

84N

7

H, He

15

HVỉång-Neptune

103

50

1,7

45,0

-220

11,0

15h

165N

5

CH4,NH3

8

DVỉång-Pluto

5,5

2,3

2,03

59,1

-230

4,37

6n

248N

4,7

H2O,Si

1

Tràng-Moon

0,073

3,47

3,4

3,74

-170

1,63

27n

365,25

(1)

Fe Si

-

.10-3

+130

7h43’

1.2. 4. Tỉång lai ca v trủ
Trãn cå såí ca váût l thiãn vàn hiãûn âải, cọ thãø dỉû bạo tỉång lai
ca v trủ theo mäüt trong ba këch bn sau v phủ thüc vo máût âäü trung
bçnh ρ ca v trủ, l mäüt thäng säú hiãûn nay chỉa xạc âënh chênh xạc, so
våïi máût âäü tåïi hản ρ0= 5.10-27 kg/m3, bàòng cåỵ ba ngun tỉí hidro trong 1
m3 .
1- Nãúu ρ < ρ0 thç váût thãø dn nåí khäng giåïi hản, bạn kênh r tàng âãún vä
cng, nhiãût âäü tiãún tåïi 0oK, gi l mä hçnh váût thãø måí.
Theo këch bn ny, Màût tråìi ca chụng ta s tàõt hàón sau hån 5 t nàm
nỉỵa, biãún thnh mäüt xạc sao sàõt hçnh cáưu. Cạc thãú hãû sao liãn tiãúp âỉåüc
sinh ra, tiãu hy hãút cạc hảt nhán nhẻ.
Sau 1012 nàm, táút c mi ngäi sao âãưu tàõt, v trủ s l mäüt khäng gian
bao la, âen täúi v lảnh lo, chỉïa cạc xạc sao dảng qu cáưu sàõt, neutron
hồûc läù âen v cạc hnh tinh lảnh.

5


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Sau 1018 nm, dổồùi taùc õọỹng lỏu daỡi cuớa lổỷc hỏỳp dỏựn, mọựi thión haỡ seợ bở
phỏn huớy thaỡnh caùc xaùc sao tổỷ do vaỡ mọỹt lọự õen thión haỡ, coù õổồỡng
kờnh haỡng tyớ km vaỡ khọỳi lổồỹng cồợ 109.M0 (Mo = 2.103kg laỡ khọỳi lổồỹng

mỷt trồỡi)
Sau 1027 nm, caùc lọự õen trong caùc õaùm thión haỡ seợ phỏn huớy thaỡnh caùc
sióu thión haỡ. Vuợ truỷ tióỳp tuỷc daợn nồớ, nhióỷt õọỹ haỷ thỏỳp õóỳn 10-10 K, õuớ
laỷnh õóứ caùc lọự õen bừt õỏửu bay hồi. Caùc lọự õen cồợ mỷt trồỡi seợ bay hồi
hóỳt sau 1062 nm, lọự õen thión haỡ bióỳn mỏỳt sau 1092 nm, vaỡ lọự õen sióu
thión haỡ seợ bay hồi hóỳt thaỡnh aùnh saùng sau 10100 nm. Luùc naỡy Vuợ truỷ
chố coỡn caùc quaớ cỏửu sừt, neutron vaỡ caùc haỡnh tinh lổu laỷc trong khọng
gian bao la, õen tọỳi, nhióỷt õọỹ cồợ10-60 K.
Sau 101500 nm, nhióỷt õọỹ vuợ truỷ laỡ 10-1000 K, toaỡn bọỹ vỏỷt chỏỳt ồớ ngoaỡi
caùc sao neutron seợ co laỷi thaỡnh caùc quaớ cỏửu sừt. Tióỳp theo õoù, caùc sao
neutron vaỡ quaớ cỏửu sừt seợ co laỷi thaỡnh caùc lọự õen. Caùc lọự õen cuọỳi cuỡng
seợ bay hồi hóỳt thaỡnh aùnh saùng sau 1010exp70 nm. Hỗnh boùng cuọỳi cuỡng
cuớa Vuợ truỷ laỡ mọỹt khoaớng khọng vọ haỷn chổùa caùc haỷt photon vaỡ
neutrino, coù mỏỷt õọỹ vaỡ nhióỷt õọỹ tióỳn dỏửn tồùi khọng.
Theo nhổợng thọng tin mồùi nhỏỳt, Vuợ truỷ cuớa ta coù thóứ phaùt trióứn theo
kởch baớn naỡy.
2- nóỳu = 0 thỗ Vuợ truỷ seợ daợn nồớ chỏỷm dỏửn, tióỳn tồùi mọỹt baùn kờnh ọứn
õởnh sau thồỡi gian lỏu vọ haỷn goỹi laỡ mọ hỗnh Vuợ truỷ phúng. Caùc quaù
trỗnh trong Vuợ truỷ phúng tổồng tổỷ nhổ trong Vuợ truỷ mồớ, nhổng xaớy ra
chỏỷm dỏửn vaỡ tióỳn tồùi ọứn õởnh luùc thồỡi gian tióỳn õóỳn vọ cuỡng.
3- Nóỳu > 0 thỗ Vuợ truỷ seợ daợn nồớ chỏỷm dỏửn, õaỷt baùn kờnh r cổỷc õaỷi, sau
õoù co laỷi ngaỡy caỡng nhanh, taỷo ra vuỷ suỷp õọứ lồùn, goỹi laỡ Big Crunch.
Kởch baớn naỡy goỹi laỡ mọ hỗnh Vuợ truỷ kờn. Gia tọỳc vaỡ thồỡi gian nồớ - co seợ
phuỷ thuọỹc tố sọỳ /0. Theo tờnh toaùn, Vuợ truỷ coù /0=2 seợ xaớy ra caùc
quaù trỗnh sau :
Quaù trỗnh daợn nồớ chỏỷm dỏửn, xaớy ra trong khoaớng 50 tyớ nm. Mỷt trồỡi
cuớa ta seợ dióựn tióỳp kởch baớn nhổ trong Vuợ truỷ mồớ. Caùc vỗ sao tióỳp tuỷc
sinh ra vaỡ chóỳt õi, nhióỷt õọỹ Vuợ truỷ giaớm dỏửn.
Vaỡo nm thổù 50 tyớ, Vuợ truỷ coù baùn kờnh cổỷc õaỷi, gỏỳp ba lỏửn hióỷn nay,
nhióỷt õọỹ bũng 1 K, luùc naỡy lổỷc hỏỳp dỏựn cỏn bũng vồùi lổỷc daợn nồớ do Big

Bang taỷo ra, quaù trỗnh daợn nồớ dổỡng laỷi. Sau õoù quaù trỗnh co laỷi õổồỹc
khồới õọỹng, caùc thión thóứ bừt õỏửu rồi vóử phờa nhau, vồùi gia tọỳc tng dỏửn.
Nm thổù 99 tyớ, Vuợ truỷ co laỷi coỡn 1/5 kờch thổồùc hióỷn nay, luùc õoù caùc
õaùm thión haỡ seợ hồỹp laỷi thaỡnh mọỹt õaùm duy nhỏỳt. Vuợ truỷ co tióỳp 900
trióỷu nm sau õoù, caùc thión haỡ hồỹp nhỏỳt, taỷo ra mọỹt khọng gian bũng

6


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

1/100 kờch thổồùc Vuợ truỷ hióỷn nay, vồùi nhióỷt õọỹ nóửn T 300K, chổùa õỏửy
caùc sao. Sau õoù 99 trióỷu nm, Vuợ truỷ co laỷi coỡn 1/1000 kờch thổồùc hióỷn
nay vaỡ nhióỷt õọỹ nóửn T=3000K. Sau 900.000 nm nổợa, nhióỷt õọỹ Vuợ truỷ
õaỷt T=104K, caùc sao bừt õỏửu bay hồi, caùc nguyón tổớ bở phỏn huớy thaỡnh
caùc haỷt nhỏn vaỡ õióỷn tổớ, chióỳm õỏửy khọng gian. Vuợ truỷ luùc naỡy laỡ mọỹt
vỏỷt õuỷc duy nhỏỳt, nhổ luùc 300.000 nm õỏửu tión cuớa noù. 90.000 nm
tióỳp theo, vuợ truỷ õaỷt nhióỷt õọỹ 107K, gỏy phaớn ổùng haỷt nhỏn trong caùc
sao, laỡm nọứ trong caùc sao. Nhióỷt õọỹ tióỳp tuỷc tng laỡm caùc haỷt nhỏn
phỏn huớy thaỡnh proton vaỡ neutron, caùc lọự õen huùt nhau vaỡ huùt caùc vỏỷt
chỏỳt xung quanh.
Sau 103 nm tióỳp theo, nhióỷt õọỹ Vuợ truỷ õaỷt T >1012K, phaù huyớ caùc
proton, neutron õóứ taỷo ra moùn xuùp noùng gọửm caùc haỷt quarks, neutrino
vaỡ caùc phaớn haỷt. Mọỹt nm sau õoù, laỡ nm cuọỳi cuỡng, Vuợ truỷ co laỷi õóỳn
õổồỡng kờnh r =10-30cm, nhióỷt õọỹ T=1032K, nhổ luùc khồới õỏửu Big Bang,
taỷo ra vuỷ Big Crunch. Caùc quaù trỗnh sỏu xa hồn khọng thóứ ngoaỷi suy
theo caùc õởnh luỏỷt vỏỷt lyù õaợ bióỳt.
Rỏỳt coù thóứ, sau khi co tồùi traỷng thaùi tồùi haỷn cổỷc nhoớ naỡo õoù, Vuợ truỷ laỷi
buỡng phaùt mọỹt phaớn ổùng tổùc thồỡi bióỳn toaỡn bọỹ vỏỷt chỏỳt thaỡnh nng
lổồỹng, taỷo ra vuỷ Big Bang mồùi, lỷp laỷi chu kyỡ tióỳp theo cuớa Vuợ truỷ.

[10

9

nas]

ồớ
m
VT
<

VT phúng
=

VT kờn
=2

0

15
Big bang

100
Big crunch

50

Hỗnh 1.3 - Tổồng lai cuớa vuợ truỷ

7

[10 nm]
9


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

1.3. Mỷt trồỡi, cỏỳu taỷo cuớa mỷt trồỡi
Mỷt trồỡi laỡ mọỹt khọỳi khờ
hỗnh cỏửu coù õổồỡng kờnh
1,390.106km (lồùn hồn 110 lỏửn
õổồỡng kờnh traùi õỏỳt), caùch xa traùi
õỏỳt 150.106km (bũng mọỹt õồn vở
thión vn AU aùnh saùng mỷt trồỡi
cỏửn khoaớng 8 phuùt õóứ vổồỹt qua
khoaớng naỡy õóỳn traùi õỏỳt). Khọỳi
lổồỹng mỷt trồỡi khoaớng Mo =
2.1030kg. Nhióỷt õọỹ To trung tỏm
mỷt trồỡi thay õọứi trong khoaớng tổỡ
10.106K õóỳn 20.106K, trung bỗnh
Hỗnh 1.4 Bóử ngoaỡi cuớa Mỷt trồỡi
khoaớng 15600000 K. nhióỷt õọỹ
nhổ vỏỷy vỏỷt chỏỳt khọng thóứ giổợ
õổồỹc cỏỳu truùc trỏỷt tổỷ thọng thổồỡng gọửm caùc nguyón tổớ vaỡ phỏn tổớ. Noù trồớ
thaỡnh plasma trong õoù caùc haỷt nhỏn cuớa nguyón tổớ chuyóứn õọỹng taùch bióỷt
vồùi caùc electron. Khi caùc haỷt nhỏn tổỷ do coù va chaỷm vồùi nhau seợ xuỏỳt hióỷn
nhổợng vuỷ nọứ nhióỷt haỷch. Khi quan saùt tờnh chỏỳt cuớa vỏỷt chỏỳt nguọỹi hồn
trón bóử mỷt nhỗn thỏỳy õổồỹc cuớa mỷt trồỡi, caùc nhaỡ khoa hoỹc õaợ kóỳt luỏỷn
rũng coù phaớn ổùng nhióỷt haỷch xaớy ra ồớ trong loỡng mỷt trồỡi.

Vóử cỏỳu truùc, mỷt trồỡi coù thóứ chia laỡm 4 vuỡng, tỏỳt caớ hồỹp thaỡnh mọỹt
khọỳi cỏửu khờ khọứng lọử. Vuỡng giổợa goỹi laỡ nhỏn hay loợi coù nhổợng chuyóứn
õọỹng õọỳi lổu, nồi xaớy ra nhổợng phaớn ổùng nhióỷt haỷt nhỏn taỷo nón nguọửn
nng lổồỹng mỷt trồỡi, vuỡng naỡy coù baùn kờnh khoaớng 175.000km, khọỳi
lổồỹng rióng 160kg/dm3, nhióỷt õọỹ ổồùc tờnh tổỡ 14 õóỳn 20 trióỷu õọỹ, aùp suỏỳt
vaỡo khoaớng haỡng trm tyớ atmotphe. Vuỡng kóỳ tióỳp laỡ vuỡng trung gian coỡn
goỹi laỡ vuỡng õọứi ngổồỹc qua õoù nng lổồỹng truyóửn tổỡ trong ra ngoaỡi, vỏỷt
chỏỳt ồớ vuỡng naỡy gọửm coù sừt (Fe), can xi (Ca), naùt ri (Na), stronti (Sr),
crọm (Cr), kóửn (Ni), caùcbon ( C), silờc (Si) vaỡ caùc khờ nhổ hiõrọ (H2), hóli
(He), chióửu daỡy vuỡng naỡy khoaớng 400.000km. Tióỳp theo laỡ vuỡng õọỳi lổu
daỡy 125.000km vaỡ vuỡng quang cỏửu coù nhióỷt õọỹ khoaớng 6000K, daỡy
1000km ồớ vuỡng naỡy gọửm caùc boỹt khờ sọi suỷc, coù chọự taỷo ra caùc vóỳt õen, laỡ
caùc họỳ xoaùy coù nhióỷt õọỹ thỏỳp khoaớng 4500K vaỡ caùc tai lổớa coù nhióỷt õọỹ tổỡ
7000K -10000K. Vuỡng ngoaỡi cuỡng laỡ vuỡng bỏỳt õởnh vaỡ goỹi laỡ khờ quyóứn
cuớa mỷt trồỡi.

8


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Hçnh 1.5. Cáúu trục ca màût tråìi.
Nhiãût âäü bãư màût ca màût tråìi khong 5762K nghéa l cọ giạ trë â låïn
âãø cạc ngun tỉí täưn tải trong trảng thại kêch thêch, âäưng thåìi â nh âãø åí
âáy thènh thong lải xút hiãûn nhỉỵng ngun tỉí bçnh thỉåìng v cạc cáúu
trục phán tỉí. Dỉûa trãn cå såí phán têch cạc phäø bỉïc xả v háúp thủ ca màût
tråìi ngỉåìi ta xạc âënh âỉåüc ràòng trãn màût tråìi cọ êt nháút 2/3 säú ngun täú
tçm tháúy trãn trại âáút. Ngun täú phäø biãún nháút trãn màût tråìi l ngun täú
nhẻ nháút Hydro. Váût cháút ca màût tråìi bao gäưm chỉìng 92,1% l Hydro v
gáưn 7,8% l Hãli, 0,1% l cạc ngun täú khạc. Ngưn nàng lỉåüng bỉïc xả

ch úu ca màût tråìi l do phn ỉïng nhiãût hảch täøng håüp hảt nhán Hydro,
phn ỉïng ny âỉa âãún sỉû tảo thnh Hãli. Hảt nhán ca Hydro cọ mäüt hảt
mang âiãûn dỉång l proton. Thäng thỉåìng nhỉỵng hảt mang âiãûn cng dáúu
âáøy nhau, nhỉng åí nhiãût âäü â cao chuøn âäüng ca chụng s nhanh tåïi
mỉïc chụng cọ thãø tiãún gáưn tåïi nhau åí mäüt khong cạch m åí âọ cọ thãø kãút
håüp våïi nhau dỉåïi tạc dủng ca cạc lỉûc hụt. Khi âọ cỉï 4 hảt nhán Hrä
lải tảo ra mäüt hảt nhán Hãli, 2 neutrino v mäüt lỉåüng bỉïc xả γ.
4H11 → He24 + 2 Neutrino + γ
Neutrino l hảt khäng mang âiãûn, ráút bãưn v cọ kh nàng âám xun ráút
låïn. Sau phn ỉïng cạc Neutrino láûp tỉïc råìi khi phảm vi màût tråìi v
khäng tham gia vo cạc “biãún cäú” sau âọ.
9


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Trong quaù trỗnh dióựn bióỳn cuớa phaớn ổùng coù mọỹt lổồỹng vỏỷt chỏỳt cuớa
mỷt trồỡi bở mỏỳt õi. Khọỳi lổồỹng cuớa mỷt trồỡi do õoù mọựi giỏy giaớm chổỡng
4.106 tỏỳn, tuy nhión theo caùc nhaỡ nghión cổùu, traỷng thaùi cuớa mỷt trồỡi vỏựn
khọng thay õọứi trong thồỡi gian haỡng tyớ nm nổợa. Mọựi ngaỡy mỷt trồỡi saớn
xuỏỳt mọỹt nguọửn nng lổồỹng qua phaớn ổùng nhióỷt haỷch lón õóỳn 9.1024kWh
(tổùc laỡ chổa õỏửy mọỹt phỏửn trióỷu giỏy mỷt trồỡi õaợ giaới phoùng ra mọỹt lổồỹng
nng lổồỹng tổồng õổồng vồùi tọứng sọỳ õióỷn nng saớn xuỏỳt trong mọỹt nm
trón traùi õỏỳt).
1.3. Caùc phaớn ổùng haỷt nhỏn vaỡ sổỷ tióỳn hoùa cuớa mỷt trồỡi
1.3.1. Phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ vaỡ aùp suỏỳt trong mỷt trồỡi
Dổồùi taùc duỷng cuớa lổỷc hỏỳp dỏựn, hổồùng vóử tỏm khọỳi khờ hỗnh cỏửu cuớa
mỷt trồỡi, aùp suỏỳt, nhióỷt õọỹ vaỡ mỏỷt õọỹ khờ quyóứn seợ tng dỏửn.
óứ tỗm caùc haỡm phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ T(r), aùp suỏỳt p(r) vaỡ khọỳi lổồỹng
rióng (r) taỷi baùn kờnh r, ta seợ xeùt mọỹt phỏn tọỳ hỗnh truỷ dV=S.dr khờ Hydro

cuớa mỷt trồỡi, thoớa maợn caùc giaớ thióỳt sau:
(1) Laỡ khờ lyù tổồớng, nón coù quan hóỷ pv=RT.
(2) Laỡ õổùng yón, nón coù cỏn bũng giổợa troỹng lổỷc vaỡ caùc aùp lổỷc lón 2
õaùy :
p.S - (p + dp).S - gSdr =0
(3) Laỡ õoaỷn nhióỷt, nón theo õởnh luỏỷt nhióỷt õọỹng 1, coù:
q = CpdT - vdp = 0
Theo (3) coù

dT
v
,
=
dp C p

p+dp
S

dp
= .g ,
dr
dT dT dp vg g
=
.
=
=
dr dp dr
Cp
Cp

theo (2) coù
do õoù coù
T

Suy ra

r

g

dT = Cp dr

To

hay T(r) = T0 -

0

dp
g gp
Vaỡ tổỡ
= g =
=
dr
v
RT

dr
r T

g
r
Cp

p
gSdr
O Topovo

bũng caùch lỏỳy tờch phỏn:

Hỗnh 1.6 - óứ tỗm T(r),p(r)
gr

khi coi T = const

p
RT
r
dp
p
g

r
p p = ln p0 = 0 RT dr = g dr = Cp ln(1 g r )
R
g
0
R
CpT0
0 T

r

0
Cp


10


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Tổỡ õoù suy ra:

gr
Khi coi T = T0 = const
p 0 exp
RT
0



Cp
p (r ) =
g
gr R


r
p
Khi coi T = T0

1
0
CpT
Cp
0


Phỏn bọỳ khọỳi lổồỹng rióng (r) seợ coù daỷng:
(r) =

p
p(r )
gr
= 0 1
RT (r ) RT0 CpT0





Cv
R

Nhióỷt õọỹ T0 taỷi tỏm mỷt trồỡi coù thóứ tờnh theo nhióỷt õọỹ bóử mỷt:
T(r =
Gia tọỳc troỹng lổỷc:

D
= 7.108m) = 5762K

2
M
2.10 30
= 274m / s 2
g = G 2 = 6,673.10 11
2
8
r
7.10

(

Nhióỷt dung rióng cuớa hydro Cp=

)

i + 2 Rà 7 8314
= .
= 14550 J / kgK ,
2 à
2 2

Nhióỷt õọỹ tỏm mỷt trồỡi coù thóứ xaùc õởnh theo cọng thổùc:
T0 = T (r ) +
Gbar

K T
13,200

p

g
r = 13,2.10 6 K
Cp
Tg/m

250



2,1

10,000

5,76
0

1,7

r

r

r
7 10 m
8

0

0

Hỗnh 1.7. Phỏn bọỳ T(r), p(r) vaỡ khọỳi lổồỹng rióng (r)
1.3.2. Caùc phaớn ổùng haỷt nhỏn trong mỷt trồỡi
1.3.2.1. Phaớn ổùng tọứng hồỹp haỷt nhỏn Hóli
Trong quaù trỗnh hỗnh thaỡnh, nhióỷt õọỹ bón trong mỷt trồỡiseợ tng dỏửn.
Khi vuỡng tỏm mỷt trồỡi õaỷt nhióỷt õọỹ T 107K, thỗ coù õuớ õióửu kióỷn õóứ xaớy ra
phaớn ổùng tọứng hồỹp Hóli tổỡ Hydrọ, theo phổồng trỗnh : 4H1 He4 + q.
ỏy laỡ phaớn ổùng sinh nhióỷt q = m.c2, trong õoù c = 3.108m/s laỡ vỏỷn
tọỳc aùnh saùng trong chỏn khọng, m = (4mH - mHe) laỡ khọỳi lổồỹng bở huỷt,
11


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

âỉåüc biãún thnh nàng lỉåüng theo phỉång trçnh Einstein. Mäùi 1kg hảt nhán
H1 chuøn thnh He4 thç bë hủt mäüt khäúi lỉåüng ∆m = 0,01kg, v gii
phọng ra nàng lỉåüng:
q = ∆m.c2 = 0,01.(3.108)2 = 9.1014 J
Lỉåüng nhiãût sinh ra s lm tàng ạp sút khäúi khê, khiãún màût tråìi phạt
ra ạnh sạng v bỉïc xả, v nåí ra cho âãún khi cán bàòng våïi lỉûc háúp dáùn. Mäùi
giáy màût tråìi tiãu hy hån 420 triãûu táún hydro, gim khäúi lỉåüng ∆m = 4,2
triãûu táún v phạt ra nàng lỉåüng Q = 3,8.1026W.
Mún âảt nhiãût âäü tải tám â cao âãø thnh mäüt ngäi sao, thiãn thãø
cáưn cọ khäúi lỉåüng M ≥ 0,08M0, våïi M0 = 2.1030kg l khäúi lỉåüng màût tråìi.
Thåìi gian xy ra phn ỉïng täøng håüp Heli nàòm trong khong
8
(10 ÷1010)nàm, gim dáưn khi khäúi lỉåüng ngäi sao tàng. Khi khäúi lỉåüng
sao cng låïn nhiãût âäü v ạp sút ca phn ỉïng â cán bàòng lỉûc háúp dáùn
cng låïn, khiãún täúc âäü phn ỉïng tàng, thåìi gian chạy Hydro gim. Giai
âoản âäút Hydro ca màût tråìi âỉåüc khåíi âäüng cạch âáy 4,5 t nàm, v cn

tiãúp tủc trong khong 5,5 t nàm nỉỵa.
1.3.2.2. Phn ỉïng täøng håüp Cạcbon v cạc ngun täú khạc
Khi nhiãn liãûu H2 dng sàõp hãút, phn ỉïng täøng håüp He s úu dáưn, ạp
lỉûc bỉïc xả bãn trong khäng â mảnh âãø cán bàòng lỉûc nẹn do háúp dáùn,
khiãún thãø têch co lải. Khi co lải, khê He bãn trong bë nẹn nãn nhiãût âäü tàng
dáưn, cho âãún khi âảt tåïi nhiãût âäü 108K, s xy ra phn ỉïng täøng håüp nhán
Cacbon tỉì He :
3He4 → C12 + q
Phn ỉïng ny xy ra åí nhiãût âäü cao, täúc âäü låïn, nãn thåìi gian chạy
He chè bàòng1/30 thåìi gian chạy H2 khong 300 triãûu nàm. Nhiãût sinh ra
trong phn ỉïng lm tàng ạp sút bỉïc xả, khiãún ngäi sao nåí ra hng tràm
láưn so våïi trỉåïc. Lục ny màût ngoi sao nhiãût âäü khong 4000K, cọ mu
â, nãn gi l sao â khäøng läư. Vo thåìi âiãøm l sao â khäøng läư, màût tråìi
s nút chỉíng sao Thy v sao Kim, nung trại âáút âãún 1500K thnh 1
hnh tinh nọng chy, kãút thục sỉû säúng tải âáy.
Kãút thục quạ trçnh chạy Heli, ạp lỉûc trong sao gim, lỉûc háúp dáùn ẹp
sao co lải, lm máût âäü v nhiãût âäü tàng lãn, âãún T= 5.106K s xy ra phn
ỉïng tảo Oxy:
4C12→ 3O16 + q
Quạ trçnh chạy xy ra nhỉ trãn, våïi täúc âäü tàng dáưn v thåìi gian
ngàõn dáưn. Chu trçnh chạy - tàõt - nẹn - chạy âỉåüc tàng täúc, liãn tiãúp thỉûc
hiãûn cạc phn ỉïng tảo ngun täú måïi O16 -> Ne20 -> Na22 -> Mg24 -> Al26 > Si28 -> P30 -> S32 ->... -> Cr52 -> Mn54 -> Fe56

12


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Cạc phn ỉïng trãn â tảo ra hån 20 ngun täú, táûn cng l sàõt Fe56
(gäưm 26 proton v 30 netron), ton bäü quạ trçnh âỉåüc tàng täúc, xy ra chè

trong vi triãûu nàm.
Sau khi tảo ra sàõt Fe56, chùi phn ỉïng hảt nhán trong ngäi sao kãút
thục, vç viãûc täøng håüp sàõt thnh ngun täú nàûng hån khäng cọ âäüü hủt khäúi
lỉåüng, khäng phạt sinh nàng lỉåüng, m cáưn phi cáúp thãm nàng lỉåüng.
1.3.3. Sỉû tiãún họa cu màût tråìi
Sau khi tảo ra sàõt, cạc phn ỉïng hảt nhán sinh nhiãût tàõt hàón, lỉûc háúp
dáùn tiãúp tủc nẹn màût tråìi cho âãún “chãút”. Quạ trçnh hoạ thán ca màût tråìi
phủ thüc cỉåìng âäü lỉûc háúp dáùn, tỉïc l tu thüc vo khäúi lỉåüng ca nọ,
theo mäüt trong ba këch bn nhỉ sau:
1- Cạc sao cọ khäúi lỉåüng M∈ (0,7 ÷ 1,4)M0:
Sau khi hãút nhiãn liãûu, tỉì mäüt sao â khäøng läư âỉåìng kênh 100.106
km co lải thnh sao ln tràõng âỉåìng kênh cåỵ 1500 km, l trảng thại dỉìng
khi lỉûc háúp dáùn cán bàòng våïi ạp lỉûc tảo ra khi cạc ngun tỉí â ẹp sạt lải
nhau, cọ khäúi lỉåüng riãng cåỵ 1012 kg/m3. Nhiãût sinh ra khi nẹn lm nhiãût
âäü bãư màût sao âảt tåïi 6000K, sau âọ ta nhiãût v ngüi dáưn trong mäüt tè
nàm thnh sao ln âen hay sao sàõt, nhỉ mäüt xạc sao khäng tháúy âỉåüc lang
thang trong v trủ. Màût tråìi hoạ kiãúp theo kiãøu ny.
2- Cạc sao cọ khäúi lỉåüng M ∈ (1,4 ÷5)M0:
Lỉûc háúp dáùn â mảnh âãø ẹp nạt ngun tỉí, ẹp cạc hảt nhán lải sạt
nhau, lm trọc hãút låïp v âiãûn tỉí, tảo ra mäüt khäúi gäưm ton neutron ẹp sạt
nhau v gi l sao neutron, cọ âỉåìng kênh cåỵ 15 km v máût âäü
1018kg/m3.
Quạ trçnh co lải våïi gia täúc låïn v bë chàûn âäüt ngäüt tải trảng thại
neutron, tảo ra mäüt cháún âäüng dỉỵ däüi, gáy ra vủ näø siãu sao måïi, gi l
supernova, phạt ra nàng lỉåüng bàòng tràm triãûu láưn nàng lỉåüng màût tråìi,
lm bàõn tung ton bäü cạc låïp ngoi ca sao gäưm â cạc loải ngun täú.
Låïp váût liãûu bàõn ra s tảo thnh cạc âạm bủi v trủ thỉï cáúp, âãø hçnh thnh
cạc sao thỉï cáúp sau âọ. Sao neutron måïi tảo ra, cn gi l pulsar, s tỉû
quay våïi täúc âäü khong 630 vng/s v phạt bỉïc xả ráút mảnh dc trủc, phạt
tạn hãút nàng lỉåüng sau vi triãûu nàm v s hãút quay, tråí thnh mäüt xạc

chãút trong v trủ.
3- Cạc sao cọ khäúi lỉåüng M≥ 5M0:
Quạ trçnh täøng håüp cạc hảt nhán nàûng âỉåüc gia täúc, xy ra ráút
nhanh. Sau khi hãút nhiãn liãûu, do lỉûc háúp dáùn quạ låïn, sao sủp âäø våïi gia
täúc låïn, co lải liãn tủc, khäng dỉìng lải åí trảng thại neutron, âảt tåïi bạn
kênh Schwarzschild R =

2GM
, tảo thnh mäüt läù âen, km theo mäüt vủ näø
C2
13


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

siãu sao måïi. Läù âen cọ khäúi lỉåüng riãng khong 1023 kg/m3, tảo ra trỉåìng
háúp dáùn ráút mảnh, lm cong khäng gian xung quanh tåïi mỉïc váût cháút kãø
c ạnh sạng cng khäng thãø thoạt ra âỉåüc. Mi thiãn thãø âãún gáưn âãưu bë
cún hụt nhỉ mäüt xoạy nỉåïc khäøng läư. Nãúu âỉåüc nẹn âãún trảng thại läù
âen, âảt tåïi bạn kênh háúp dáùn, thç bạn kênh Qu âáút chè bàòng 3cm, bạn
kênh màût tråìi l 3 km.
1.4. Tr¸i ®Êt, cÊu t¹o cđa tr¸i ®Êt
Trại âáút âỉåüc hçnh thnh cạch âáy gáưn 5 t nàm tỉì mäüt vnh âai
bủi khê quay quanh màût tråìi, kãút tủ thnh mäüt qu cáưu xäúp tỉû xoay v
quay quanh màût tråìi. Lỉûc háúp dáùn ẹp qu cáưu co lải, khiãún nhiãût âäü näø
tàng lãn hng ngn âäü, lm nọng chy qu cáưu, khi âọ cạc ngun täú nàûng
nhỉ Sàõt v Niken chçm dáưn vo tám tảo li qu âáút, xung quanh l magma
lng, ngoi cng l khê quøn så khai gäưm H2, He, H2O, CH4, NH3 v
H2SO4. Trại âáút tiãúp tủc quay, ta nhiãût v ngüi dáưn. Cạch âáy 3,8 t
nàm nhiãût âäü â ngüi âãø Silicat näøi lãn trãn màût magma räưi âäng cỉïng

lải, tảo ra v trại âáút dy khong 25km, våïi nụi cao, âáút bàòng v häú sáu.
Nàng lỉåüng phọng xả trong lng âáút våïi bỉïc xả màût tråìi tiãúp tủc gáy ra
cạc biãún âäøi âëa táưng, v tảo ra thãm H2O, N2, O2, CO2 trong khê quøn.
Khê quøn ngüi dáưn âãún
âäü nỉåïc ngỉng tủ, gáy ra
mỉa kẹo di hnh triãûu
nàm, tảo ra säng häư, biãøn
v âải dỉång.
Cạch âáy gáưn 2 t
nàm, nhỉỵng sinh váût âáưu
tiãn xút hiãûn trong nỉåïc,
sau âọ phạt triãøn thnh
sinh váût cáúp cao v tiãún
hoạ thnh ngỉåìi.
Tr¸i ®Êt, hµnh tinh thø
3 tÝnh tõ mỈt trêi, cïng víi
mỈt tr¨ng mét vƯ tinh duy
nhÊt t¹o ra mét hƯ thèng
Hçnh 1.8. Trại âáút
hµnh tinh kÐp ®Ỉc biƯt.
Tr¸i ®Êt lµ hµnh tinh lín nhÊt trong sè c¸c hµnh tinh bªn trong cđa hƯ mỈt
trêi víi ®−êng kÝnh ë xÝch ®¹o 12.756 km. Nh×n tõ kh«ng gian, tr¸i ®Êt cã
mµu xanh, n©u vµ xanh l¸ c©y víi nh÷ng ®¸m m©y tr¾ng th−êng xuyªn

14


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

thay đổi. Bề mặt trái đất có một đặc tính mà không một hành tinh nào

khác có: hai trạng thái của vật chất cùng tồn tại bên nhau ở cả thể rắn và
thể lỏng. Vùng ranh giới giữa biển và đất liền là nơi duy nhất trong vũ trụ
có vật chất hiện hữu ổn định trong cả 3 thể rắn, lỏng và khí.
3
300

Nhỏn rừn - Fe, Ni

1000
Nhỏn loớng - Fe, Ni
2000

Lồùp bao (magma) - Fe, Ni
4000
Lồùp voớ - SiO,

HO
2

1300

3500

0
Khờ quyóứn -

N 2 , O 2 , H O,
CO
2

7200

6375
6750

km
r

2

Hỗnh 1.9. Cỏỳu taỷo bón trong traùi õỏỳt
Vóử cỏỳu taỷo, bón trong traùi õỏỳt õổồỹc chia ra 4 lồùp. Trong cuỡng laỡ nhỏn
trong, coù baùn kờnh r 1300km, nhióỷt õọỹ T 4000K, gọửm Sừt vaỡ Niken bở
neùn cổùng. Tióỳp theo laỡ nhỏn ngoaỡi, coù r (1300 ữ 3500)km, nhióỷt õọỹ T
(2000 ữ 4000)K, gọửm Sừt vaỡ Niken loớng. Kóỳ tióỳp laỡ lồùp magma loớng, chuớ
yóỳu gọửm SiO vaỡ Sừt, coù r (3500 ữ 6350)km, nhióỷt õọỹ T (1000 ữ
2000)K. Ngoaỡi cuỡng laỡ lồùp voớ cổùng daỡy trung bỗnh 25 km, coù nhióỷt õọỹ T
(300 ữ 1000)K, chuớ yóỳu gọửm SiO vaỡ H2O. Lồùp voớ naỡy gọửm 7 maớng lồùn
vaỡ hồn 100 maớng nhoớ gheùp laỷi, chuùng trọi trổồỹt vaỡ va õỏỷp nhau, gỏy ra
õọỹng õỏỳt vaỡ nuùi lổớa, laỡm thay õọứi õởa hỗnh.
Hành tinh trái đất di chuyển trên một quỹ đạo gần ellip, mặt trời
không ở tâm của ellip, mà là tại một trong 2 tiêu điểm. Trong thời gian
một năm, có khi trái đất gần, có khi xa mặt trời đôi chút, vì quỹ đạo ellip
của nó gần nh hình tròn. Hàng năm, vào tháng giêng, trái đất gần mặt
trời hơn so với vào tháng 7 khoảng 5 triệu km, sự sai biệt này quá nhỏ so
với khoảng cách mặt trời đến trái đất. Chúng ta không cảm nhận đợc sự
khác biệt này trong một vòng quay của trái đất quanh mặt trời, hay trong
một năm, sự khác biệt về khoảng cách này hầu nh không ảnh hởng gì

15

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

đến mùa đông và mùa hè trên trái đất, chỉ có điều là vào mùa đông chúng
ta ở gần mặt trời hơn so với mùa hè chút ít.
Trái đất chuyển động quanh mặt trời, đồng thời nó cũng tự quay
quanh trục của nó. Trong thời gian quay một vòng quanh mặt trời, trái đất
quay 365 và 1/4 vòng quanh trục. Chuyển động quay quanh mặt trời tạo
nên bốn mùa, chuyển động quay quanh trục tạo nên ngày và đêm trên trái
đất. Trục quay của trái đất không thẳng góc với mặt phẳng quỹ đạo, bởi
thế chúng ta có mùa đông và mùa hè. Trái đất quay, vì thế đối với chúng
ta đứng trên trái đất có vẻ nh các vì sao cố định đợc gắn chặt với quả
cầu bầu trời quay xung quanh chúng ta. Chuyển động quay của trái đất
không quá nhanh để lực ly tâm của nó có thể bắn chúng ta ra ngoài không
gian. Lực ly tâm tác dụng lên mọi vật cùng quay theo trái đất, nhng vô
cùng nhỏ. Lực ly tâm lớn nhất ở xích đạo nó kéo mọi vật thể lên phía trên
và làm chúng nhẹ đi chút ít. Vì thế, mọi vật thể ở xích đạo cân nhẹ hơn
năm phần ngàn so với ở hai cực. Hậu quả của chuyển động quay làm cho
trái đất không còn đúng là quả cầu tròn đều nữa mà lực ly tâm làm cho nó
phình ra ở xích đạo một chút. Sự sai khác này thực ra không đáng kể, bán
kính trái đất ở xích đạo là 6.378.140km, lớn hơn khoảng cách từ 2 cực đến
tâm trái đất là gần 22km.
Sự sống và các đại dơng có khả năng tạo ra sự sống chỉ hiện hữu
duy nhất trên trái đất. Trên các hành tinh khác gần chúng ta nhất nh sao
Kim thì quá nóng và sao Hỏa quá lạnh. Nớc trên sao Kim nay đã bốc
thành hơi nớc, còn nớc trên sao Hoả đã đóng thành băng bên dới bề
mặt của nó. Chỉ có hành tinh của chúng ta là phù hợp cho nớc ở thể lỏng
với nhiệt độ từ 0 đến 100oC.
Xung quanh traùi õỏỳt coù lồùp khờ quyóứn daỡy khoaớng H = 800 km

chổùa N2, O2, H2O, CO2, NOx, H2, He, Ar, Ne. Aẽp suỏỳt vaỡ khọỳi lổồỹng rióng
cuớa khờ quyóứn giaớm dỏửn vồùi õọỹ cao y theo quy luỏỷt:
p(y) = p0.(1 - (g/(Cp.T0)).y)Cp/R
(y) = 0(1 - (g/(Cp.T0)).y)Cv/R.
Khí quyển tác động đến nhiệt độ trên hành tinh của chúng ta. Các vụ
phun trào núi lửa cùng với các hoạt động của con ngời làm ảnh hởng
đến các thành phần cấu tạo của khí quyển. Vì thế, hệ sinh thái trên hành
tinh chúng ta là kết quả của sự cân bằng mong manh giữa các ảnh hởng
khác nhau. Trong quá khứ, hệ sinh thái này là một hệ thống cân bằng tự
điều chỉnh, nhng ngày nay do tác động của con ngời có thể đang là
nguyên nhân làm vợt qua trạng thái cân bằng này.

16


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Lớp không khí bao quanh trái đất có thể tích khoảng 270 triệu km3
và nặng khoảng 5.300 tỷ tấn đè lên thân thể chúng ta. Những gì mà chúng
ta cảm nhận đợc chỉ xảy ra trong tầng thấp nhất, cao khoảng 18km của
cột không khí khổng lồ này, tuy nhiên, phần nhỏ này lại đóng vai trò quan
trọng nhất đối với sự sống trên hành tinh của chúng ta.
Trong không khí chứa khoảng 78% phân tử nitơ và 21% oxy cùng
với 1% argon và một số chất khí khác và hơi nớc trong đó có khoảng
0,03% khí cácbonic. Mặc dầu hàm lợng khí cácbonic rất nhỏ, nhng lại
đóng một vai trò quan trọng đối với sự sống trên trái đất.
Càng lên cao áp suất không khí giảm và nhiệt độ cũng thay đổi rất
nhiều, tuy nhiên nhiệt độ của không khí không hạ xuống một cách đơn
giản khi chúng ta tiến ra ngoài không gian, nhiệt độ không khí giảm và
tăng theo một chu trình nhất định. Nhiệt độ ở mỗi tầng tơng ứng với mức

tích tụ và loại năng lợng tác động trong tầng đó.
Khí quyển của trái đất có thể chia làm 4 tầng, trong đó mỗi tầng
có một kiểu cân bằng năng lợng khác nhau. Tầng dới cùng nhất gọi là
tầng đối lu (Troposphere) tầng này bị chi phối bởi ánh sáng khả kiến và

Hỗnh 1.10. Sổỷ thay õọứi nhióỷt õọỹ theo õọỹ cao cuớa caùc tỏửng khờ quyóứn

17


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

tia hồng ngoại, gần 95% tổng số khối lợng và toàn bộ nớc trong khí
quyển phân bố trong tầng này tầng đối lu cao chỉ khoảng 14km. Gần nh
toàn bộ sự trao đổi năng lợng giữa khí quyển và trái đất xảy ra trong tầng
này. Mặt đất và mặt biển bị hâm nóng lên bởi ánh nắng mặt trời. Nhiệt độ
trung bình trên bề mặt trái đất khoảng 15oC, bức xạ nhiệt đóng vai trò điều
tiết tự nhiên để giữ cho nhiệt độ trên mặt đất chỉ thay đổi trong một dải
tầng hẹp.
Theo lý thuyết, càng lên cao nhiệt độ càng giảm T(y) = T0 - (g/Cp).y,
nhng trong thực tế thì không đúng nh vậy. Trên tầng đối lu là tầng
bình lu (Stratosphere), tại đây nhiệt độ bắt đầu tăng trở lại. Nhiệt độ tại
vùng chuyển tiếp giữa vùng đối lu và vùng bình lu khoảng -50oC, càng
lên cao nhiệt độ lại tăng dần, tại ranh giới của tầng bình lu có độ cao
khoảng 50km nhiệt độ tăng lên khoảng 0oC. Nguyên nhân gây ra hiện
tợng này là vì các phân tử oxy (O2) và ozon (O3) hấp thụ một phần các tia
cực tím đến từ Mặt trời (90% ozon trong khí quyển chứa trong tầng bình
lu). Nếu tất cả các tia cực tím này có thể đến mặt đất thì sự sống trên trái
đất có nguy cơ bị hủy diệt. Một phần nhỏ tia cực tím bị hấp thụ bởi O2
trong tầng bình lu, quá trình này tách một phân tử O2 thành 2 nguyên tử

O, một số nguyên tử O phản ứng với phân tử O2 khác để tạo thành O3.
Mặc dầu chỉ một phần triệu phân tử trong khí quyển là ozon nhng các
phân tử ít ỏi này có khả năng hấp thụ hầu hết ánh sáng cực tím trớc khi
chúng đến đợc mặt đất. Các photon trong ánh sáng cực tím chứa năng
lợng lớn gấp 2 đến 3 lần các photon trong ánh sáng khả kiến, chúng là
một trong các nguyên nhân gây bệnh ung th da.
Các kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy lợng ozon trong tầng thấp
nhất của khí quyển (tầng đối lu) ngày càng tăng, trong khi đó hàm lợng
ozon trong tầng bình lu đã bị giảm 6% từ 20 năm trở lại đây. Hậu quả
của sự suy giảm này là các tia cực tím có thể xuyên qua khí quyển đến
mặt đất ngày nhiều hơn và làm nhiệt độ trong tầng bình lu ngày càng
lạnh đi, trong khi đó nhiệt độ trong tầng đối lu ngày một nóng lên do
hàm lợng ozon gần mặt đất ngày càng tăng.
Trong tầng giữa (Mesosphere), có độ cao từ 50km trở lên, ozon thình
lình mỏng ra và nhiệt độ giảm dần và lên đến ranh giới cao nhất của tầng
này (khoảng 80km) thì nhiệt độ chỉ khoảng -90oC.
Càng lên cao nhiệt độ bắt đầu tăng trở lại và sự cấu tạo của khí
quyển thay đổi hoàn toàn. Trong khi ở tầng dới các quá trình cơ học và
trong tầng giữa các quá trình hoá học xảy ra rất tiêu biểu, thì trong tầng
cao nhất của khí quyển các quá trình diễn ra rất khác biệt. Nhiệt lợng

18


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

bức xạ rất mạnh của mặt trời làm tách các phân tử ra để tạo thành các ion
và electron. Vì thế ngời ta gọi tầng này là tầng điện ly (Ionosphere) các
sóng điện từ bị phản xạ trong tầng này.
Càng lên cao, bức xạ Mặt trời trời càng mạnh, ở độ cao khoảng

600km, nhiệt độ lên đến 1000oC. Càng lên cao khí quyển càng mỏng và
không có một ranh giới rõ ràng phân biệt gữa khí quyển của trái đất và
không gian. Ngời ta thống nhất rằng khí quyển chuẩn của trái đất có độ
cao 800km.

19


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Chổồng 3: THIT Bậ Sặ DUNG NNG LặĩNG MT TRèI
3.1. Tổng quan về thiết bị sử dụng năng lợng mặt trời
Năng lợng mặt trời là nguồn năng lợng mà con ngời biết sử dụng từ
rất sớm, nhng ứng dụng NLMT vào các công nghệ sản xuất và trên quy mô
rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỷ 18 và cũng chủ yếu ở những nớc
nhiều năng lợng mặt trời, những vùng sa mạc. Từ sau các cuộc khủng hoảng
năng lợng thế giới năm 1968 và 1973, NLMT càng đợc đặc biệt quan tâm.
Các nớc công nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu ứng
dụng NLMT. Các ứng dụng NLMT phổ biến hiện nay bao gồm các lĩnh vực chủ
yếu sau:
Pin mặt trời
Pin mặt trời là phơng pháp sản xuất điện
trực tiếp từ NLMT qua thiết bị biến đổi
quang điện. Pin mặt trời có u điểm là
gọn nhẹ có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh
sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực
tàu vũ trụ. ứng dụng NLMT dới dạng
này đợc phát triển với tốc độ rất nhanh,
nhất là ở các nớc phát triển. Ngày nay
con ngời đã ứng dụng pin NLMT để

chạy xe thay thế dần nguồn năng lợng
truyền thống.
Tuy nhiên giá thành thiết bị pin mặt trời
Hỡnh 3.1 Hệ thống pin mặt trời

còn khá cao, trung bình hiện nay khoảng
5USD/WP, nên ở những nớc đang phát

triển pin mặt trời hiện mới chỉ có khả năng duy nhất là cung cấp năng lợng
điện sử dụng cho các vùng sâu, xa nơi mà đờng điện quốc gia cha có.
ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của một số tổ chức quốc tế đã thực hiện thành công
việc xây dựng các trạm pin mặt trời có công suất khác nhau phục vụ nhu cầu
sinh hoạt và văn hoá của các địa phơng vùng sâu, vùng xa, nhất là đồng bằng

40


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

sông Cửu Long và Tây Nguyên. Tuy nhiên hiện nay pin mặt trời vẫn đang còn
là món hàng xa xỉ đối với các nớc nghèo nh chúng ta.
Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lợng mặt trời
Điện năng còn có thể tạo ra từ
NLMT dựa trên nguyên tắc tạo
nhiệt độ cao bằng một hệ thống
gơng phản chiếu và hội tụ để gia
nhiệt cho môi chất làm việc truyền
động cho máy phát điện.
Hiện nay trong các nhà máy nhiệt
điện sử dụng NLMT có các loại hệ

thống bộ thu chủ yếu sau đây:

Hình 3.2. Nhà máy điện mặt trời

Hệ thống dùng parabol trụ để tập

trung tia bức xạ mặt trời vào một ống môi chất đặt dọc theo đờng hội tụ
của bộ thu, nhiệt độ có thể đạt tới 400oC.
Hệ thống nhận nhiệt trung tâm bằng cách sử dụng các gơng phản xạ có
định vị theo phơng mặt trời để tập trung NLMT đến bộ thu đặt trên đỉnh
tháp cao, nhiệt độ có thể đạt tới trên 1500oC.
Hệ thống sử dụng gơng parabol tròn xoay định vị theo phơng mặt trời để
tập trung NLMT vào một bộ thu
đặt ở tiêu điểm của gơng, nhiệt
độ có thể đạt trên 1500oC.
Hiện nay ngời ta còn dùng năng
lợng mặt trời để phát điện theo
kiểu tháp năng lợng mặt trời Solar power tower . Australia
đang tiến hành dự án xây dựng
một tháp năng lợng mặt trời cao
Hỗnh 3.3 Tháp năng lợng Mặt trời

1km với 32 tuốc bin khí có tổng

công suất 200 MW. Dự tính rằng đến năm 2006 tháp năng lợng mặt trời
này sẽ cung cấp điện mỗi năm 650GWh cho 200.000 hộ gia đình ở miền tây

41

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

nam New South Wales - Australia, và sẽ giảm đợc 700.000 tấn khí gây
hiệu ứng nhà kính trong mỗi năm.
Thiết bị sấy khô dùng năng lợng mặt
trời
Hiện nay NLMT đợc ứng dụng khá phổ
biến trong lĩnh nông nghiệp để sấy các
sản phẩm nh ngũ cốc, thực phẩm ...
nhằm giảm tỷ lệ hao hụt và tăng chất
lợng sản phẩm. Ngoài mục đích để sấy
Hình 3. 4. Thiết bị sấy NLMT

các loại nông sản, NLMT còn đợc dùng
để sấy các loại vật liệu nh gỗ.

Bếp nấu dùng năng lợng mặt trời
Bếp năng lợng mặt trời đợc ứng dụng rất rộng rãi ở các nớc nhiều NLMT
nh các nớc ở Châu Phi.
ở Việt Nam việc bếp
năng lợng mặt trời
cũng đã đợc sử dụng
khá

phổ

biến.

Năm

2000, Trung tâm Nghiên
cứu thiết bị áp lực và
năng lợng mới - Đại
học Đà Nẵng đã phối
Hình 3.5. Triển khai bếp nấu cơm bằng NLMT.

hợp với các tổ chức từ

thiện Hà Lan triển khai dự án (30 000 USD) đa bếp năng lợng mặt trời - bếp
tiện lợi (BTL) vào sử dụng ở các vùng nông thôn của tỉnh Quảng Nam, Quảng
Ngãi, dự án đã phát triển rất tốt và ngày càng đựơc đông đảo nhân dân ủng hộ.
Trong năm 2002, Trung tâm dự kiến sẽ đa 750 BTL vào sử dụng ở các xã
huyện Núi Thành và triển khai ứng dụng ở các khu ng dân ven biển để họ có
thể nấu nớc, cơm và thức ăn khi ra khơi bằng NLMT .

42


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Thiết bị chng cất nớc dùng NLMT
Thiết bị chng cất nớc
thờng có 2 loại: loại nắp
kính phẳng có chi phí cao
(khoảng 23 USD/m2), tuổi
thọ khoảng 30 năm, và loại
nắp plastic có chi phí rẻ hơn
nhng hiệu quả chng cất
kém hơn.
Hình 3.6. Thiết bị chng cất nớc dùng NLMT

ở Việt Nam đã có đề tài
nghiên cứu triển khai ứng

dụng thiết bị chng cất nớc NLMT dùng để chng cất nớc ngọt từ nớc biển
và cung cấp nớc sạch dùng cho sinh hoạt ở những vùng có nguồn nớc ô
nhiễm với thiết bị chng cất nớc NLMT có gơng phản xạ đạt đợc hiệu suất
cao tại khoa Công nghệ Nhiệt Điện lạnh-Trờng Đại học Bách khoa Đà Nẵng.
Động cơ Stirling chạy bằng NLMT
ứng dụng NLMT để chạy các
động cơ nhiệt - động cơ
Stirling

ngày

càng

đợc

nghiên cứu và ứng dụng rộng
rãi dùng để bơm nớc sinh
hoạt hay tới cây ở các nông
trại.

ở Việt Nam động cơ

Stirling chạy bằng NLMT
Hình 3.7 Động cơ Stirling dùng NNLMT

cũng đã đợc nghiên cứu chế

tạo để triển khai ứng dụng

vào thực tế. Nh động cơ Stirling, bơm nớc dùng năng lợng mặt trời.

43


Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Hình 3.8. Bơm nớc chạy bằng NLMT
Thiết bị đun nớc nóng bằng NLMT
ứng dụng đơn giản, phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay của NLMT là dùng để
đun nớc nóng. Các hệ thống nớc nóng dùng NLMT đã đợc dùng rộng rãi ở
nhiều nớc trên thế giới.

Hình 3.9 Hệ thống cung cấp nớc nóng dùng NLMT
ở Việt Nam hệ thống cung cấp nớc nóng bằng NLMT đã và đang đợc ứng
dụng rộng rãi ở Hà Nội, Thành phố HCM và Đà Nẵng (hình 1.2). Các hệ thống
này đã tiết kiệm cho ngời sử dụng một lợng đáng kể về năng lợng, góp phần
rất lớn trong việc thực hiện chơng trình tiết kiệm năng lợng của nớc ta và
bảo vệ môi trờng chung của nhân loại.

44