TIỂU LUẬN VẬT LÍ THIÊN VĂN

SỰ HÌNH THÀNH HỆ MẶT TRỜI

Sinh viên: Lê Thành Đạt

Lớp : Y16

Mục lục

I. Cấu trúc hệ mặt trời

II. Sự hình thành hệ mặt trời- Giả thuyết Tinh vân

1. Lịch sử phát triển Giả thuyết Tinh vân

2. Đặc trưng cơ bản của Hệ Mặt trời

3. Giả thuyết Tinh vân về sự hình thành của Hệ Mặt trời

III. Kết luận

IV. Tài liệu tham khảo

CẤU TRÚC HỆ MẶT TRỜI

• Hệ mặt trời nói chung bao gồm một ngôi sao và các vật thể chuyểnđộng trên quỹ đạo xung quanh nó.

• Hệ Mặt trời của chúng ta nằm ở rìa ngoài dải Ngân hà bao gồm:

Mặt trời- ngôi sao của chúng ta

Tám hành tinh và các vệ tinh tự nhiên của chúng

Tiểu hành tinh, sao chổi và các thiên thể khác.

< Back Mercury Venus Earth Mars Jupiter Saturn Uranus Neptune

Distance from the Sun (km)

(Semimajor axis of orbit)

57,909,227 108,209,475 149,598,262 227,943,824 778,340,821 1,426,666,422 2,870,658,186 4,498,396,441

Mean Equatorial Radius (km) 2,439.7 6,051.8 6,371.00 3,389.5 69,911 58,232 25,362 24,622

Volume (km3) 60,827,208,742 928,415,345,893 1,083,206,916,846 163,115,609,799 1,431,281,810,739,360 827,129,915,150,897 68,334,355,695,584 62,525,703,987,421

Mass (kg) 330,104,000,000,

000,000,000,000

4,867,320,000,000,

000,000,000,000

5,972,190,000,000,

000,000,000,000

641,693,000,000,

000,000,000,000

1,898,130,000,000,

000,000,000,000,000

568,319,000,000,000,

000,000,000,000

86,810,300,000,000,

000,000,000,000

102,410,000,000,000,

000,000,000,000

Density (g/cm3) 5.427 5.243 5.513 3.934 1.326 0.687 1.270 1.638

Equatorial Surface Gravity

(m/s2)

3.7 8.87 9.80665 3.71 24.79 10.4* 8.87 11.15

Escape Velocity (km/h) 15,300 37,296 40,284 18,108 216,720 129,924 76,968 84,816

Rotation Period (Earth days) 58.646 -243.018 0.99726968 1.026 0.41354 0.444 -0.718 0.671

Orbit Period (Earth years) 0.2408467 0.61519726 1.0000174 1.8808476 11.862615 29.447498 84.016846 164.79132

Mean Orbit Velocity (km/h) 170,503 126,074 107,218 86,677 47,002 34,701 24,477 19,566

Orbit Eccentricity 0.20563593 0.00677672 0.01671123 0.0933941 0.04838624 0.05386179 0.04725744 0.00859048

Orbit Inclination to Ecliptic 7.0° 3.39° 0.00005° 1.85° 1.304° 2.49° 0.77° 1.77°

Inclination of Equator

to Orbit

0° 177.3° (retrograde rotation) 23.4393° 25.2 3.1° 26.7° 97.8° (retrograde

rotation)

28.3°

Minimum/Maximum

Surface Temperature (°C)

-173/427 462 -88/58 (min/max) -153 to +20

Major Atmospheric

Constituents

Carbon Dioxide, Nitrogen Nitrogen, Oxygen Carbon Dioxide,

Nitrogen, Argon

Hydrogen, Helium Hydrogen, Helium Hydrogen, Helium,

Methane

Hydrogen, Helium, Methane

Moons None None 1 moon 2 moons 67 moons 62 moons 27 moons 14 moons

Rings No No No No Yes Yes Yes Yes

CẤU TRÚC HỆ MẶT TRỜI

Cấu trúc hệ mặt trời•Mặt trời, ngôi sao, nằm ở

trung tâm…

•Các hành tinh phía trong

(Mercury, Venus, Earth,

Mars) ~ 1 AU

− Đó là những hành tinh

rắn…

•Vành đai tiểu hành tinh, ~ 3

AU

•Các hành tinh ở phía ngoài

(Jupiter, Saturn, Neptune,

Uranus), ~ 5-40 AU

− Đó là những hành tinh

khí..

•Pluto: hành tin lùn…

•Vành đai Kuiper ~ 30 to 50

AU

•Đám mây OOrt ~ 50,000

AU

SỰ HÌNH THÀNH HỆ MẶT TRỜIGIẢ THUYẾT TINH VÂN

1. Lịch sử phát triển giả thuyết Tinh vân

• Thời cổ Hy Lạp, khoảng năm 280 TCN, mô hình hệ Nhật tâm đãđược để xướng nhưng bị quên lãng.

• Năm 1543, mô hình Hệ Nhật tâm- Hệ Mặt trời của Copernicus rađời và được sự ủng hộ mạnh mẽ.

• Tới thế kỉ 17,18 đã có các giả thuyết khác nhau về sự hình thànhHệ Mặt trời: của Descarte (1644), của Kant(1755), của Laplace (1796) … Tuy nhiên các giả thuyết này là không đầy đủ, chưa chophép giải thích đầy đủ cấu trúc và các đặc trưng của Hệ Mặt trời.

• Trong đó, giả thuyết Tinh vân của Laplace được các nhà khoa họcchấp nhận hơn cả nhưng lại bị một số nhà khoa học chỉ trích vì khônggiải thích được vấn đề bảo toàn momen động lượng trong toàn Hệ Mặttrời.

• Từ nửa sau thế kỉ 20, dựa trên những quan sát mới, đặc biệt là nhữngnghiên cứu về các ngôi sao trẻ đã chỉ ra rằng chúng được bao quanhbởi đám mây khí và bụi đúng như giả thuyết Tinh vân dự đoán, đãkhẳng định tính đúng đắn của giả thuyết Tinh vân.

• Theo các mô hình đã có hiện nay, sự hình thành của Hệ Mặt trờiđược tập trung vào giả thuyết Tinh vân.

• Ngoài ra, còn có một giả thuyết khác về sự hình thành của Hệ Mặttrời khá phổ biến, đó là giả thuyết va chạm .

• Giả thuyết này cho rằng các hành tinh được hình thành do nhữngmảnh vụn tách ra từ một vụ va chạm của mặt trời với một ngôi saokhác.

• Giả thuyết Tinh vân hay bất kì một giả thuyết nào khác về sự hìnhthành của Hệ Mặt trời phải giải thích được các đặc trưng cơ bản củaHệ Mặt trời dưới đây.

2. ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA HỆ MẶT TRỜI

Hệ mặt trời có 4 đặc trưng cơ bản như sau:

• Đặc trưng thứ nhất về sự chuyển động của các thiên thể lớn:

Các hành tinh chuyển động quanh mặt trời ngược chiều kim đồnghồ (nếu nhìn từ cực bắc của Mặt trời), cùng chiều với chiều quay của Mặt trời.

Quỹ đạo của các hành tinh gần tròn và gần như nằm trên cùng mộtmặt phẳng.

Hầu hết các vệ tinh của các hành tinh chuyển động theo chiềuchuyển động của hành tinh và gần như trong cùng mặt phẳng xíchđạo của hành tinh.

Khoảng cách nhật tâm đến các hành tinh tuân theo quy tắc đều đặn, nghĩa là khoảng cách nhật tâm của một hành tinh gần như gấp đôikhoảng cách nhật tâm của hành tinh trước đó.

Mặt trời có khối lượng lớn nhưng có mômen động lượng rất bé so với các hành tinh.

• Đặc trưng thứ hai về sự phân loại các hành tinh trong Hệ mặt trời

Hành tinh kiểu Trái đất (Terrestrial Planet)

Hành tinh kiểu Mộc tinh (Jovian Planet)

• Đặc trưng thứ ba về các tiểu hành tinh và sao chổi

Tiểu hành tinh là các thiên thể nhỏ, rắn chuyển đông xung quanhMặt trời, tập trung chủ yếu ở Vành đai tiểu hành tinh.

Sao chổi là các thiên thể nhỏ, đóng băng, dành hầu hết quãng đờicủa mình chuyển động ở phía xa quỹ đạo Diêm vương tinh và tậptrung ở đám mây Oort.

Chúng ta hiếm khi quan sát được chúng, chỉ trong những khoảngthời gian ngắn mà chúng chuyển động gần Mặt trời.

• Đặc trưng thứ tư về những trường hợp ngoại lệ

Quỹ đạo của Thủy tinh là một elip có tâm sai lớn.

Xích đạo Kim tinh và Hải tinh có góc nghiêng lớn so với quỹ đạo, hai hành tinh này có chiều tự quay ngược chiều thuận.

Vệ tinh của một số hành tinh đặc điểm về hình dạng và kích thướckhác biệt.

3. Giả thuyếttinh vân

Hệ Mặt trời được hình thành từ

một đám mây khí và bụi tự quay,

đổ sập hẫn dẫn và bị là phẳng…

Mặt trời được hình thành ở tâm. Các

hành tinh được hình thành từ bụi và

khí trong đĩa.

…tạo thành một đĩa dẹt của khí và

bụi, còn được gọi là đĩa tiền hành

tinh (protoplanetary disk), bao xung

quanh phôi mặt trời (protosun) ở

trung tâm đĩa.

Từ đặc trưng về sự chuyển động của các thiên

thể lớn, chúng ta đưa ta được mô hình về đám

tinh vân như sau:

SỰ ĐỔ SẬP HẤP DẪN

Tinh vân mặt trời lúc đầu có hình cầu,

đường kính bằng một vài năm ánh

sáng. Nó chứa bụi và khí, khá loãng,

lạnh và xoay chậm.

Nhận được một “cú hích” từ những tác động

bên ngoài mà ngày nay nhiều nhà thiên văn

giả thiết rằng là do song xung kích phát ra từ

một bùng nổ siêu tân tinh gần đó.

Từ đó tinh vân co lại, lực hấp dẫn tăng gây ra sự

đổ sập hấp dẫn. Tinh vân bị là phẳng và tạo

thành phôi mặt trời ở trung tâm và đĩa nền hành

tinh (vành phôi hành tinh) xung quanh.

Đồng thời trong quá trình đổ sập của tinh

vân, thế năng hấp dẫn được chuyển hóa

thành nhiệt, tinh vân quay nhanh hơn.

Mặt trời được hình thành ở trung tâm của tinh

vân khi nhiệt độ và mật độ vật chất đủ cao để

xảy ra phản ứng hạt nhân(nhiệt hạch).

Các hành tinh và các thiên thể khác được

hình thành trên đĩa nền hành tinh.

Khi phôi mặt trời đạt tới khối lượng riêng đủ

lớn thì sự trao đổi momen động lượng với

vành phôi hành tinh diễn ra rất chậm. Điều này

đã xóa bỏ mâu thuẫn về phân bố momen động

lượng của Hệ Mặt trời.

Quỹ đạo các hành tinh

Earth

VenusMercury

Hấu hết quỹ đạo

gần tròn, gần như

nằm trên cùng một

mặt phẳng.

Chiều quay: Ngược

chiều kim đồng hồ

chiều tự quay:

ngược chiều kim

đồng hồ (trừ Venus,

Uranus)

Các quỹ đạo hầu

như nghiêng một

góc không lớn

hơn 3.4o

Ngoại lệ:

Mercury (7o)

• HÌNH ẢNH ĐĨA NỀN HÀNH TINH (PROTOPLANETARY DISK) CHỤP ĐƯỢC TẠI TINH VÂN ORION

PROTOPLANETARY DISK IN ORION NEBULA

CÂU HỎI 1

• Hệ mặt trời sẽ thay đổi như thế nào nếu tinh vân lạnh hơn với nhiệt độ

bằng một nửa so với thực tế?

a) Các hành tinh kiểu Mộc tinh sẽ hình thành ở gần Mặt trời hơn.

b) Hệ Mặt trời sẽ không có hành tinh lùn.

c) Hệ Mặt trời sẽ không có sao chổi.

d) Các hành tinh kiểu Trái đất sẽ có kích thước lớn hơn

HAI NHÓM HÀNH TINHCác hành tinh trong hệ mặt trời được chia

thành hai nhóm sau:

Hành tinh kiểu Trái đất:

Mercury, Venus, Earth, MarsHành tinh kiểu Mộc tinh: Jupiter,

Saturn, Uranus, Neptune

SỰ HÌNH THÀNH CÁC HÀNH TINH

• Sự ngưng tụ là sự tạo thành vật chất rắn hoặc lỏng từ đám tinh vân.

• Sự ngưng tụ của các vật chất trong đĩa nền hành tinh (protoplanetary

disk) có vai trò nền tảng trong quá trình hình thành nên các hành tinh.

• Vật chất trong đám tinh vân được chia làm 4 loại dựa vào nhiệt độ ngưng

tụ của chúng

Kim loại

Đá rắn

Hợp chất chứa Hidro

Khí nhẹ

Tỉ lệ khối lượng

Nhiệt độ ngưng

tụ riêng

• Nhiệt độ của các vùng trong Tinh vân phụ thuộc vào khoảng cách từ

vùng đó tới tâm của Tinh vân.

• Trong vùng với khoảng cách nhật tâm nhỏ hơn 4 AU (bên trong đường

đóng băng Frost Line), chỉ có kim loại và vật chất rắn ngưng tụ.

• Bên ngoài đường đóng băng, hợp chất chứa hidro, vật chất rắn và kim

loại ngưng tụ.

• Quá trình lớn lên của các hạt vật chất bởi sự va chạm kết dính và va

chạm bởi lực hút hấp dẫn tạo thành các “Vật thể hành tinh”

(Planetestimal)

• Các vật thể này tiếp tục lớn dần thông qua va chạm, với tốc độ cỡ vài cm

mỗi năm trong khoảng vài triệu năm sau tiếp theo, từ đó hình thành nên

các hành tinh kiểu Trái đất (Mercury, Venus, Earth, Mars)

SỰ BỒI TỤ (ACCRETION)

Các hành tinh

kiểu Trái đấtBao gồm 4 hành tinh

phía trong hệ Mặt trời

Tương đối nhỏ về kích

thước và khối lượng(Trái

đất là hành tinh lớn nhất

và nặng nhất)

Bề mặt rắn

Bề mặt của Kim tinh có thể không

được quan sát rõ lớp khí quyển

dày bao xung quanh.

SỰ BẮT GIỮ TINH VÂN

(NEBULA CAPTURE)

• Phía ngoài đường đóng băng Frost line, nơi có nhiệt độ đủ thấp để các

hợp chất dễ bay hơi tồn tại ở thể rắn, và hình thành nên băng đá.

• Sự tích tụ từ băng đá làm các vật thể hành tinh (planetestimal) đủ lớn để

bắt giữ (capture) các khí nhẹ Hidro và Heli.

• Điều này giải thích tại sao các hành tinh kiểu Mộc tinh có kích thước lớn

và mật độ vật chất nhỏ.

Các hành tinh kiểu Mộc tinhCó kích thước và khối

lượng lớn hơn nhiều so với

các hành tinh kiểu Trái đất

Mật độ vật chất

nhỏ hơn

Tất cả các hành tinh

đều có vành đai

Cấu tạo chủ yếu từ các

chất khí; Không có bề

mặt rắn

SỰ HÌNH THÀNH TIỂU HÀNH TINH

• Các vật thể hành tinh đá rắn (rocky planetestimal) không được bồi tụ

thành các hành tinh trở thành các tiểu hành tinh (Asteroid).

• Hầu hết các tiểu hành tinh tập trung trong vành đai tiểu hành tinh nằm

giữa quỹ đạo của Hỏa tinh và Mộc tinh. Có một số tiểu hành tinh có quỹ

đạo vượt ra ngoài vùng giữa Hỏa tinh và Mộc tinh, đi về phía Trái đất và

Thổ tinh

SỰ HÌNH THÀNH SAO CHỔI• Các vật thể hành tinh băng (icy

planetestimals) còn lại không được

bồi tụ thành các hành tinh kiểu

Mộc tinh trở thành Sao chổi.

• Sao chổi tập trung chủ yếu ở Vành

đai Kuiper và Đám mây Oort.

• Thuyết tinh vân đã dự đoán chính

xác sự tồn tại của Vành đai Kuiper

40 năm trước khi Vành đai được

phát hiện.

CÂU HỎI 1

• Hệ mặt trời sẽ thay đổi như thế nào nếu tinh vân lạnh hơn với nhiệt độ

bằng một nửa so với thực tế?

a) Các hành tinh kiểu Mộc tinh sẽ hình thành ở gần Mặt trời hơn.

b) Hệ Mặt trời sẽ không có hành tinh lùn.

c) Hệ Mặt trời sẽ không có sao chổi.

d) Các hành tinh kiểu Trái đất sẽ có kích thước lớn hơn

CÂU HỎI 1

• Hệ mặt trời sẽ thay đổi như thế nào nếu tinh vân lạnh hơn với nhiệt độ

bằng một nửa so với thực tế?

a) Các hành tinh kiểu Mộc tinh sẽ hình thành ở gần Mặt trời hơn.

b) Hệ Mặt trời sẽ không có hành tinh lùn.

c) Hệ Mặt trời sẽ không có sao chổi.

d) Các hành tinh kiểu Trái đất sẽ có kích thước lớn hơn

GIẢI THÍCH ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN THỨ 4 CỦA

HỆ MẶT TRỜI: CÁC TRƯỜNG HỢP NGOẠI LỆ

• Thuyết tinh vân đưa ra giả thuyết Va chạm để giải thích các trường hợp

ngoại lệ.

Trong thời kì cuối của quá trình hình thành Hệ Mặt trời, các vật thể

hành tinh còn sót lại va chạm mạnh với các thiên thể khác có thể là

nguyên nhân gây ra sự biến đổi quỹ đạo, thay đổi góc nghiêng xích

đạo của một số thiên thể trong Hệ Mặt trời.

• Mặt trăng của Trái đất có thể là

kết quả của một vụ va chạm rất

lớn.

• Một vụ va chạm lớn đã làm tách

ra một lượng vật chất lớn từ vỏ

Trái đất.

• Lượng vật chất này bắt đầu

chuyển động với quỹ đạo xung

quanh Trái đất, bồi tụ thành Mặt

trăng của chúng ta.

• Một số vệ tinh có quỹ đạo khác

thường- quay lệch hướng hoặc có

góc nghiêng lớn so với xích đạo

hành tinh.

• Những vệ tinh khác thường trên

có thể là những vật thể hành tinh

bị bắt giữ bởi hấp dẫn của hành

tinh lớn và trở thành vệ tinh của

những hành tinh đó.

• Chúng được gọi là những vệ tinh

bị bắt giữ (Captured Moons).

Hai vệ tinh của Hỏa tinh

CÂU HỎI SỐ 2

• Những thực tế nào dưới đây không được giải thích bằng thuyết Tinh

vân?

a) Có hai nhóm hành tinh: kiểu Trái đất và kiểu Mộc tinh.

b) Các hành tinh chuyển động với quỹ đạo cùng chiều và gần như trên

cùng một mặt phẳng.

c) Sự xuất hiện của các Tiểu hành tinh và Sao chổi.

d) Số các hành tinh trong từng nhóm hành tinh ( 4 kiểu Trái đất và 4

kiểu Mộc tinh)

CÂU HỎI SỐ 2

• Những thực tế nào dưới đây không được giải thích bằng thuyết Tinh

vân?

a) Có hai nhóm hành tinh: kiểu Trái đất và kiểu Mộc tinh.

b) Các hành tinh chuyển động với quỹ đạo cùng chiều và gần như trên

cùng một mặt phẳng.

c) Sự xuất hiện của các Tiểu hành tinh và Sao chổi.

d) Số các hành tinh trong từng nhóm hành tinh ( 4 kiểu Trái đất và 4

kiểu Mộc tinh)

XÁC ĐỊNH TUỔI CỦA HỆ MẶT TRỜI

• Làm cách nào chúng ta xác định được tuổi của đất đá.

• Mặt trời bao nhiêu tuổi? Làm cách nào để biết điều đó?

• Xác định tuổi của một mẫu đất đã

có thể thực hiện được nhờ nghiên

cứu các chất phóng xạ chứa bên

trong chúng.

• Nghiên cứu chất phóng xạ trong

lòng hành tinh cho ta tuổi của các

hành tinh đó.

• Nghiên cứu chất phóng xạ trong

cách thiên thạch rơi xuống Trái

đất cho ta ước chừng tuổi của Hệ

Mặt trời là xấp xỉ khoảng 4,6 tỉ

năm.

GIẢ THUYẾT TINH VÂN VỀ SỰ HÌNH

THÀNH HỆ MẶT TRỜI

Đám mây bụi khí (Tinh vân)

Đĩa tiền hành tinhPhôi mặt trời

Sự đổ sập hấp dẫn

Hành tinh

kiểu TĐất

Bồi tụ Bắt giữ

Hành tinh

kiểu MTinhTiểu hành tinh

Vật chất còn lại

Sao chổi

Vật chất còn sót lại

Kim loại, rắn

Sự đông đặc (khí thành rắn)

Mặt trời Khí, băng

Nhiệt Phản ứng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

• https://solarsystem.nasa.gov/

• http://thienvanhanoi.org/

• http://spaceplace.nasa.gov/

• http://creationwiki.org/Nebula_theory

• Giáo trình Vật lí Thiên văn – Nguyễn Đình Noãn

• Một số tài liệu khác trên mạng

CẢM ƠN MỌI NGƯỜI ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE!