Tài liệu Lý Thuyết & Thực Hành Năng Lượng Mặt Trời docx

SÁCH


Lý Thuyết & Thực
Hành Năng Lượng Mặt
Trời




PGS. TS. NGUYỄN BỐN
TS. HOÀNG DƯƠNG HÙNG







NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG

ĐÀ NẴNG, 2004

1
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
há
úp dáùn, tảo ra mäüt thiãn
h. Thiãn h ca chụng ta
âỉåüc gi l Ngán h hay

Milky Way, l mäüt trong
säú hng t thiãn h trong
v trủ quan sạt âỉåüc,
thiãn h ca chụng ta
gäưm 10
11
ngäi sao, cọ hçnh
âéa dẻt xồõn äúc, bạn kênh
khong = 45.000nas
(nas = nàm ạnh sạng = 365,25x24x60x60x300.000 =9,5.10
12
km).
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:
v
MT
= 230km/s.
V trủ m ta quan sạt âỉåüc hiãûn nay chỉïa khong 10 t thiãn h, cọ
bạn kênh 3.10
25
m, chỉïa khong 10
20
ngäi sao våïi täøng khäúi lỉåüng khong
10
50
kg.

45000nas
30000nas
15000nas
HÃÛ MÀÛT TRÅÌI
Hinh 1.1. Ngán h v hãû màût tråìi


2
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 ỉï
ng 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
nhau våïi váûn täúc
ω

ρ
t lãû thûn våïi khong cạch r giỉỵa chụng:
ω
ρ
= -H.
r
ρ
,
våïi H
≈
25km/s.10
6
nas 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.10
6
nas.

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, g
i
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


3
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
τ
Nhiãût âäü
T (K)
Thnh pháưn ca V trủ Âàûc âiãøm ca V trủ
τ ≤10
-43
s T≥10
32
K Mäüt cháút âiãøm cọ M, E, T cỉûc
låïn
1 siãu lỉûc, r = 10
-35
m
10
-35
s 10
27
K Chán khäng lỉåüng tỉí, trỉåìng
nàng lỉåüng âäưng nháút
2 lỉûc: Âiãûn hảt nhán

(HN), háúp dáùn (HD)
10
-32
s 10
25
K Dn nåí tảo khäng gian, ngỉng
kãút
3 lỉûc: HN, âiãûn tỉì (ÂT)
v HD
10
-12
s 10
15
K Nhiãût âäü gim, tảo hảt quarks 3 lỉûc: HN, ÂT v HD
10
-6
s 10
13
K Tảo photon, âiãûn tỉí, lepton 4 lỉûc: HN, ÂT, Tỉì
trỉåìng ú v HD
3phụt 10
6
K Tảo proton, neutron P = uud, n = udd
3.10
5
nàm 10
4
K Tảo nhán H, H
e
H

e
= 2p2n, hảt nhán H
10
9
nàm 10
2
K Tảo khê H
2
, H
e
, tinh ván v cạc
thiãn h
Cọ khê H
2
, tinh ván
10
10
nàm 10 K Tảo màût tråìi, hãû MT, tảo cạc
ngun täú nàûng
Cọ thiãn h, cạc sao,
hnh tinh
12.10
9
n 7 K Tảo khê quøn, lủc âëa, nụi Tảo ngun täú nàûng, sao
thỉï cáúp, nụi
14.10
9
n 5 K Tảo nỉåïc, âải dỉång, vi khøn,
to, sinh váût
Cọ nỉåïc, âải dỉång, sinh

váût
15.10
9
n 3 K 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, H
e
kãút håüp våïi âiãûn tỉí tảo ra phán tỉí khê
H
2
, H
e
. 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.






4

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.
(a)
(b)
(c)


5
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
24

kg
d
10
6

m
ρ
10
3

kg/m
3
r
10
11

m
t
0
C
g
m/s
τ
n

ngy
(n)
τ
N
nàm
(N)
v
km/h
Thnh
pháưn
Säú
vãû
tinh
Màût tråìi-Sun 2.10

6
1391 1,4 0 6000 274 26n - (618) H, He (65)
Thy - Mercury
Kim - Venus
Âáút - Earth
Ha - Mars
0,33
4,57
5,98
0,64
4,88
12,1
12,76
6,79
5,7
5,3
5,5
4,0
0,58
1,08
1,50
2,27
173
54
5
-50
3,78
8,60
9,81
3,72

58n
243n
1n
1n
88n
225n
365,25n
687n
48
35
30
24
Fe, Si
Fe Si
Fe Si
Fe Si
0
0
1
2
Mäüc - Jupiter
Thä ø- Saturn
ThVỉång-Uranus
HVỉång-Neptune
DVỉång-Pluto
1900
598
87
103
5,5

143
121
51
50
2,3

1,3
0,7
1,6
1,7
2,03
7,77
14,3
28,7
45,0
59,1
-150
-180
-214
-220
-230
22,8
9,05
7,77
11,0
4,37
9h
10h
10h
15h

6n
11N
30N
84N
165N
248N
13
10
7
5
4,7
H, He
H, He
H, He
CH
4
,NH
3
H
2
O,Si
16
22
15
8
1
Tràng-Moon 0,073 3,47 3,4
3,74
.10
-3

-170
+130
1,63 27n
7h43’
365,25 (1) Fe Si -

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 ρ
0
= 5.10
-27
kg/m
3
, bàòng cåỵ ba ngun tỉí hidro trong 1
m
3
.
1- Nãúu ρ < ρ
0
thç váût thãø dn nåí khäng giåïi hản, bạn kênh r tàng âãún vä
cng, nhiãût âäü tiãún tåïi 0
o
K, 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 10

12
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.


6
Sau 10
18
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 10
9
.M
0
(M
o
= 2.10
3
kg laỡ khọỳi lổồỹng
mỷt trồỡi)
Sau 10
27
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 10
62

nm, lọự õen thión haỡ bióỳn mỏỳt sau 10
92
nm, vaỡ lọự õen sióu
thión haỡ seợ bay hồi hóỳt thaỡnh aùnh saùng sau 10
100
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 10
1500
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 10
10exp70
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
õaù
m 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


7
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=10
4

K, 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 10
7
K, 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 10
3
nm tióỳp theo, nhióỷt õọỹ Vuợ truỷ õaỷt T >10
12
K, 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
-30
cm, nhióỷt õọỹ T=10
32
K, 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 nas]
15

0
50
9
=2
VT kờn



<



V
T

m
ồ
ớ
[10 nm]
Big crunch
100

9
=
VT phúng
Hỗnh 1.3 - Tổồng lai cuớa vuợ truỷ
Big bang

8


1.3. Mỷt trồỡi, cỏỳu taỷo cuớa mỷt trồỡi

Mỷt trồỡi laỡ mọỹt khọỳi khờ
hỗnh cỏửu coù õổồỡng kờnh
1,390.10
6
km (lồùn hồn 110 lỏửn
õổồỡng kờnh traùi õỏỳt), caùch xa traùi
õỏỳt 150.10
6
km (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 M
o
=
2.10
30
kg. Nhióỷt õọỹ T
o
trung tỏm

mỷt trồỡi
thay õọứi trong khoaớng tổỡ
10.10
6
K õóỳn 20.10
6
K, trung bỗnh
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 laỡ
m 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/dm
3
, 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 (H
2
), 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.

Hỗnh 1.4 Bóử ngoaỡi cuớa Mỷt trồỡi


9
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 khạ
c. 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.
4H
1
1
→ He

2
4
+ 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.

Hçnh 1.5. Cáúu trục ca màût tråìi.


10
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
4.10
6
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 9.10
24
kWh
(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

cu
ớa 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 = C
p
dT - vdp = 0
Theo (3) coù
p
C
v
dp
dT
=
,
theo (2) coù
g
dr
dp
.

= ,
do õoù coù
Cp
g
Cp
gv

dr
dp
dp
dT
dr
dT

=

==

.
Suy ra


=
rT
To
dr
Cp
g
dT
0
hay T(r) = T
0
- r
Cp
g

Vaỡ tổỡ

RT
gp
v
g
g
dr
dp

=

==


bũng caùch lỏỳy tờch phỏn:
dr
RT
g
p
p
p
dp
r
p
p


==
0
0
ln

0
=







=


=


)1ln(
0
0
0
r
CpT
g
R
Cp
r
Cp
g
T
dr
R

g
constTcoikhi
RT
gr
r


Hỗnh 1.6 - óứ tỗm T(r),p(r)
r
T
O
gSdr
Topovo
p
S
p+dp


dr


11
Tổỡ õoù suy ra:

=









==









=

r
Cp
g
TTcoiKhi
CpT
gr
p
constTTcoiKhi
RT
gr
p
rp
R
Cp
0
0
0
0
0
0
1
exp
)(

Phỏn bọỳ khọỳi lổồỹng rióng (r) seợ coù daỷng:
(r) =
R
Cv
CpT
gr

RT
p
rRT
rp








=
00
0
1
)(
)(

Nhióỷt õọỹ T
0
taỷi tỏm mỷt trồỡi coù thóứ tờnh theo nhióỷt õọỹ bóử mỷt:
T(r =
2
D
= 7.10
8
m) = 5762K
Gia tọỳc troỹng lổỷc: g = G
()

2
2
8
30
11
2
/274
10.7
10.2
10.673,6 sm
r
M
==


Nhióỷt dung rióng cuớa hydro Cp=
kgKJ
Ri
/14550
2
8314
.
2
7
2
2
==
+
à
à

,
Nhióỷt õọỹ tỏm mỷt trồỡi coù thóứ xaùc õởnh theo cọng thổùc:

Kr
Cp
g
rTT
6
0
10.2,13)( =+=










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 10
7
K, thỗ coù õuớ õióửu kióỷn õóứ xaớy ra
phaớn ổùng tọứng hồỹp Hóli tổỡ Hydrọ, theo phổồng trỗnh : 4H

1
He
4
+ q.
ỏy laỡ phaớn ổùng sinh nhióỷt q = m.c
2
, trong õoù c = 3.10
8
m/s laỡ vỏỷn
tọỳc aùnh saùng trong chỏn khọng, m = (4m
H
- m
He
) laỡ khọỳi lổồỹng bở huỷt,
K T
13,200
5,76
10,000
1,7
7
r
10 m
Gbar p
0
0
250
r
r
0
Tg/m

2,1
8


12
âỉåüc biãún thnh nàng lỉåüng theo phỉång trçnh Einstein. Mäùi 1kg hảt nhán
H
1
chuøn thnh He
4
thç bë hủt mäüt khäúi lỉåüng ∆m = 0,01kg, v gii
phọng ra nàng lỉåüng:
q = ∆m.c
2
= 0,01.(3.10
8
)
2
= 9.10
14
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 = 3,8.10
26
W.
Mún âảt nhiãût âäü tải tám â cao âãø thnh mäüt ngäi sao, thiãn thãø
cáưn cọ khäúi lỉåüng M ≥ 0,08M

0
, våïi M
0
= 2.10
30
kg l khäúi lỉåüng màût tråìi.
Thåìi gian xy ra phn ỉïng täøng håüp Heli nàòm trong khong
(10
8
÷10
10
)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 H
2
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 10
8
K, s xy ra phn ỉïng täøng håüp nhán
Cacbon tỉì He :
3He
4
→ C
12

+ q
Phn ỉïng ny xy ra åí nhiãût âäü cao, täúc âäü låïn, nãn thåìi gian chạy
He chè bàòng1/30 thåìi gian chạy H
2
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= 5.10
6
K s xy ra phn
ỉïng tảo Oxy:

4C
12
→ 3O
16
+ 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 O
16
-> Ne
20
-> Na
22
-> Mg

24
-> Al
26
-
> Si
28
-> P
30
-> S
32
-> -> Cr
52
-> Mn
54
-> Fe
56



13
Cạc phn ỉïng trãn â tảo ra hån 20 ngun täú, táûn cng l sàõt Fe
56

(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 Fe
56
, 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)M
0
:
Sau khi hãút nhiãn liãûu, tỉì mäüt sao â khäøng läư âỉåìng kênh 100.10
6

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 10
12
kg/m
3
. 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)M

0
:
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
10
18
kg/m
3
.
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 v
i triãûu nàm v s hãút quay, tråí thnh mäüt xạc
chãút trong v trủ.
3- Cạc sao cọ khäúi lỉåüng M
≥
5M
0
:
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 =
2

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


14
siãu sao måïi. Läù âen cọ khäúi lỉåüng riãng khong 10
23
kg/m
3
, 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 h
ng 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 H
2
, He, H
2
O, CH

4
, NH
3
v
H
2
SO
4
. 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 H
2
O, N
2
, O
2
, CO
2
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
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



Hçnh 1.8. Trại âáú
t


15
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.

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 H
2
O. 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
N
hỏn rừn - Fe, Ni

Khờ quyóứn -
N
, O , H O, CO
Lồùp voớ - SiO, H O

Lồùp bao (magma) - Fe, Ni

N
hỏn loớng - Fe, Ni

2

2

2

2

2
1000
6750

0
2000
4000
3500

1300
6375

km
7200

r
3
300
Hỗnh 1.9. Cỏỳu taỷo bón trong traùi õỏỳ
t


16
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 100
o
C.
Xung quanh traùi õỏỳt coù lồùp khờ quyóứn daỡy khoaớng H = 800 km
chổùa N
2
, O
2
, H
2
O, CO
2
, NO
x
, H
2
, He, Ar, Ne. Aẽp suỏỳt vaỡ khọỳi lổồỹng rióng
cuớa khờ quyóứn giaớm dỏửn vồùi õọỹ cao y theo quy luỏỷt:
p(y) = p
0
.(1 - (g/(C
p
.T
0

)).y)
Cp/R

(y) =
0
(1 - (g/(C
p
.T
0
)).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.


17
Lớp không khí bao quanh trái đất có thể tích khoảng 270 triệu km
3

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


18
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 15
o
C, 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) = T
0
- (g/C
p

).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 -50
o
C, 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 0
o
C. Nguyên nhân gây ra hiện
tợng này là vì các phân tử oxy (O
2
) và ozon (O
3
) 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 O
2

trong tầng bình lu, quá trình này tách một phân tử O
2
thành 2 nguyên tử
O, một số nguyên tử O phản ứng với phân tử O
2
khác để tạo thành O
3
.
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 -90
o
C.
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


19
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 1000
o
C. 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.




20
Chỉång 2: NÀNG LỈÅÜNG MÀÛT TRÅÌI

2.1. Nàng lỉåüng bỉïc xả màût tråìi
Trong ton bäü bỉïc xả ca màût tråìi, bỉïc xả liãn quan trỉûc tiãúp âãún cạc
phn ỉïng hảt nhán xy ra trong nhán màût tråìi khäng quạ 3%. Bỉïc xả γ ban âáưu
khi âi qua 5.10
5
km chiãưu dy ca låïp váût cháút màût tråìi, bë biãún âäøi ráút mảnh.
Táút c cạc dảng ca bỉïc xả âiãûn tỉì âãưu cọ bn cháút sọng v chụng khạc nhau åí
bỉåïc sọng. Bỉïc xả γ l sọng ngàõn nháút trong cạc sọng âọ (hçnh 2.1). Tỉì tám
màût tråìi âi ra do sỉû va chảm hồûc tạn xả m nàng lỉåüng ca chụng gim âi v
báy giåì chụng ỉïng våïi bỉïc xả cọ bỉåïc sọng di. Nhỉ váûy bỉïc xả chuøn thnh
bỉïc xả Rången cọ bỉåïc sọng di hån. Gáưn âãún bãư màût màût tråìi nåi cọ nhiãût âäü
â tháúp âãø cọ thãø täưn tả
i váût cháút trong trảng thại ngun tỉí v cạc cå chãú khạc
bàõt âáưu xy ra.
Âàûc trỉng ca bỉïc xả màût tråìi truưn trong khäng gian bãn ngoi màût
tråìi l mäüt phäø räüng trong âọ cỉûc âải ca cỉåìng âäü bỉïc xả nàòm trong di 10
-1
-
10 µm v háưu nhỉ mäüt nỉía täøng nàng lỉåüng màût tråìi táûp trung trong khong
bỉåïc sọng 0,38 - 0,78 µm âọ l vng nhçn tháúy ca phäø.

Chm tia truưn thàóng tỉì màût tråìi gi l bỉïc xả trỉûc xả. Täøng håüp cạc tia
trỉûc xả v tạn xả gi l täøng xả. Máût âäü dng bỉïc xả trỉûc xả åí ngoi låïp khê
10exp -8
10exp -6
10exp -4 10exp -2 10exp 0 10exp 2 10exp 4
10exp 6
10exp 8 10exp 10
Tia Gamma
Tỉí ngoải
Radar, TV, Radio
Radio Radio
Sọng di
Sọng ngàõn
Bỉïc xả nhiãût
Tia Cosmic
Tia X .
Gáưn
xa
Tia häưng ngoải
25
Ạnh sạng trong tháúy 0.38 - 0.78
Nàng lỉåüng màût tråìi
3
ÂÄÜ DI BỈÅÏC SỌNG (
Hçnh 2.1 Di bỉïc xả âiãûn tỉì


21
quyóứn, tờnh õọỳi vồùi vồùi 1m
2

bóử mỷt õỷt vuọng goùc vồùi tia bổùc xaỷ, õổồỹc tờnh theo
cọng thổù :

qCT
DT
=

_
.(/ )
0
4
100

õỏy

DT
- hóỷ sọỳ goùc bổùc xaỷ giổợa traùi õỏỳt vaỡ mỷt trồỡi


DT
=
2
4/


- goùc nhỗn mỷt trồỡi vaỡ

32 nhổ hỗnh 2.2
C
0

= 5,67 W/m
2
.K
4
- hóỷ sọỳ bổùc xaỷ cuớa vỏỷt õen tuyóỷt õọỳi
T 5762
o
K -nhióỷt õọỹ bóử mỷt mỷt trồỡi (xem giọỳng vỏỷt õen tuyóỷt õọỳi)
Vỏỷy
4
2
100
5762
.67,5.
4
60.360
32.14,3.2












=q

1353 W/m
2


32'
149 500 000 km 1.7%
Mỷt trồỡi
Traùi õỏỳt
D = 1 390 000 km
D'= 12 700 km
Hỗnh 1.2 : Goùc nhỗn mỷt trồỡi

Do khoaớng caùch giổợa traùi õỏỳt vaỡ mỷt trồỡi thay õọứi theo muỡa trong nm
nón

cuợng thay õọứi do õoù q cuợng thay õọứi nhổng õọỹ thay õọứi naỡy khọng lồùn
lừm nón coù thóứ xem q laỡ khọng õọứi vaỡ õổồỹc goỹi laỡ hũng sọỳ mỷt trồỡi.
Khi truyóửn qua lồùp khờ quyóứn bao boỹc quanh traùi õỏỳt caùc chuỡm tia bổùc xaỷ
bở hỏỳp thuỷ vaỡ taùn xaỷ bồới tỏửng ọzọn, hồi nổồùc vaỡ buỷi trong khờ quyóứn, chố mọỹt
phỏửn nng lổồỹng õổồỹc truyóửn trổỷc tióỳp tồùi traùi õỏỳt. ỏửu tión ọxy phỏn tổớ bỗnh
thổồỡng O
2
phỏn ly thaỡnh ọxy nguyón tổớ O, õóứ phaù vồợ lión kóỳt phỏn tổớ õoù, cỏửn
phaới coù caùc photon bổồùc soùng ngừn hồn 0,18àm, do õoù caùc photon (xem bổùc xaỷ
nhổ caùc haỷt rồỡi raỷc - photon) coù nng lổồỹng nhổ vỏỷy bở hỏỳp thuỷ hoaỡn toaỡn. Chố
mọỹt phỏửn caùc nguyón tổớ ọxy kóỳt hồỹp thaỡnh caùc phỏn tổớ, coỡn õaỷi õa sọỳ caùc
Hỗnh 2.2. Goùc nhỗn mỷt trồỡi.


22

nguyón tổớ tổồng taùc vồùi caùc phỏn tổớ ọxy khaùc õóứ taỷo thaỡnh phỏn tổớ ọzọn O
3
,
ọzọn cuợng hỏỳp thuỷ bổùc xaỷ tổớ ngoaỷi nhổng vồùi mổùc õọỹ thỏỳp hồn so vồùi ọxy, dổồùi
taùc duỷng cuớa caùc photon vồùi bổồùc soùng ngừn hồn 0,32àm, sổỷ phỏn taùch O
3

thaỡnh O
2
vaỡ O xaớy ra. Nhổ vỏỷy hỏửu nhổ toaỡn bọỹ nng lổồỹng cuớa bổùc xaỷ tổớ ngoaỷi
õổồỹc sổớ duỷng õóứ duy trỗ quaù trỗnh phỏn ly vaỡ hồỹp nhỏỳt cuớa O, O
2
vaỡ O
3
, õoù laỡ
mọỹt quaù trỗnh ọứn õởnh. Do quaù trỗnh naỡy, khi õi qua khờ quyóứn, bổùc xaỷ tổớ ngoaỷi
bióỳn õọứi thaỡnh bổùc xaỷ vồùi nng lổồỹng nhoớ hồn.
1353 W/m2
1000 W/m2
Tia phaớn xaỷ
Bổùc xaỷ khuyóỳch taùn
Mỏỳt maùt do sổỷ hỏỳp thuỷ
Sổỷ phaớn xaỷ
Khờ
quyóứn
Bóử mỷt traùi õỏỳt
(Trồỡi quang õaợng)
Khoaớng khọng Vuợ truỷ

Caùc bổùc xaỷ vồùi bổồùc soùng ổùng vồùi caùc vuỡng nhỗn thỏỳy vaỡ vuỡng họửng
ngoaỷi cuớa phọứ tổồng taùc vồùi caùc phỏn tổớ khờ vaỡ caùc haỷt buỷi cuớa khọng khờ nhổng
khọng phaù vồợ caùc lión kóỳt cuớa chuùng, khi õoù caùc photon bở taùn xaỷ khaù õóửu theo
moỹi hổồùng vaỡ mọỹt sọỳ photon quay trồớ laỷi khọng gian vuợ truỷ. Bổùc xaỷ chởu daỷng
taùn xaỷ õoù chuớ yóỳu laỡ bổùc xaỷ coù bổồùc soùng ngừn nhỏỳt. Sau khi phaớn xaỷ tổỡ caùc
phỏửn khaùc nhau cuớa khờ quyóứn bổùc xaỷ taùn xaỷ õi õóỳn chuùng ta mang theo maỡu
Hỗnh 2.3. Quaù trỗnh truyóửn nng lổồỹng bổùc xaỷ mỷt trồỡi qua
lồùp khờ quyóứn cuớa traùi õỏỳt.