Tiểu luận vật lí thiên văn sự hình thành hệ mặt trời

Trang 1

TIỂU LUẬN VẬT LÍ THIÊN VĂN

SỰ HÌNH THÀNH HỆ MẶT TRỜI

Sinh viên: Lê Thành Đạt

Lớp : Y16

Trang 2

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 trờiIII Kết luận

IV Tài liệu tham khảo

Trang 3

CẤU TRÚC HỆ MẶT TRỜI

• Hệ mặt trời nói chung bao gồm một ngôi sao và các vật thể chuyển động 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

Trang 4

< Back Mercury Venus Earth Mars Jupiter Saturn Uranus Neptune

Distance from the Sun (km)

Hydrogen, Helium, Methane

Trang 5

CẤU TRÚC HỆ MẶT TRỜI

Trang 6

Cấu trúc hệ mặt trời

• Mặt trời, ngôi sao, nằm ở

trung tâm…

• Các hành tinh phía trong

(Mercury, Venus, Earth,

• Các hành tinh ở phía ngoài

(Jupiter, Saturn, Neptune,

Trang 7

SỰ HÌNH THÀNH HỆ MẶT TRỜI

GIẢ 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 đã

được để xướng nhưng bị quên lãng

• Năm 1543, mô hình Hệ Nhật tâm- Hệ Mặt trời của Copernicus ra

đời và được sự ủng hộ mạnh mẽ

• Tới thế kỉ 17,18 đã có các giả thuyết khác nhau về sự hình thành

Hệ Mặt trời: của Descarte (1644), của Kant(1755), của Laplace

(1796) … Tuy nhiên các giả thuyết này là không đầy đủ, chưa cho phép giải thích đầy đủ cấu trúc và các đặc trưng của Hệ Mặt trời

Trang 8

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

•Từ nửa sau thế kỉ 20, dựa trên những quan sát mới, đặc biệt là

những nghiên cứu về các ngôi sao trẻ đã chỉ ra rằng chúng được bao quanh bởi đám mây khí và bụi đúng như giả thuyết Tinh vân dự đoán,

đã khẳng định tính đúng đắn của giả thuyết Tinh vân

•Theo các mô hình đã có hiện nay, sự hình thành của Hệ Mặt trời

được tập trung vào giả thuyết Tinh vân

Trang 9

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

•Giả thuyết này cho rằng các hành tinh được hình thành do những mảnh vụn tách ra từ một vụ va chạm của mặt trời với một ngôi sao khác

Trang 10

• Giả thuyết Tinh vân hay bất kì một giả thuyết nào khác về sự hình thành của Hệ Mặt trời phải giải thích được các đặc trưng cơ bản của

Hệ Mặt trời dưới đây

Trang 11

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 đồng

hồ (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 một

mặt phẳng

 Hầu hết các vệ tinh của các hành tinh chuyển động theo chiều

chuyển động của hành tinh và gần như trong cùng mặt phẳng xích đạo của hành tinh

Trang 12

 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 đôi khoảng 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 quanh

Mặt trời, tập trung chủ yếu ở Vành đai tiểu hành tinh

Trang 13

 Sao chổi là các thiên thể nhỏ, đóng băng, dành hầu hết quãng đời

của mình chuyển động ở phía xa quỹ đạo Diêm vương tinh và tập trung ở đám mây Oort

 Chúng ta hiếm khi quan sát được chúng, chỉ trong những khoảng

thời 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 thước

khác biệt

Trang 14

3 Giả thuyết

tinh vân

Hệ Mặt trời được hình thành từ một đám mây khí và bụi tự quay, đổ sập hẫn dẫn và bị là

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:

Trang 15

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.

Trang 16

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.

Trang 17

Quỹ đạo các hành tinh

Pluto

Ngoại lệ:

Mercury (7 o )

Trang 18

• HÌNH ẢNH ĐĨA NỀN HÀNH TINH (PROTOPLANETARY

DISK) CHỤP ĐƯỢC TẠI TINH VÂN ORION

Trang 19

PROTOPLANETARY DISK IN ORION NEBULA

Trang 20

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

Trang 21

HAI NHÓM HÀNH TINH

Các hành tinh trong hệ mặt trời được chia

thành hai nhóm sau:

Hành tinh kiểu Trái đất:

Mercury, Venus, Earth, Mars

Hành tinh kiểu Mộc tinh: Jupiter,

Saturn, Uranus, Neptune

Trang 22

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

Trang 23

Tỉ lệ khối lượng Nhiệt độ ngưng

tụ riêng

Trang 24

• Nhiệt độ của các vùng trong Tinh vân phụ thuộc vào khoảng cách từ vùng đó tới tâm của Tinh vân.

Trang 25

• 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

Trang 26

• 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)

Trang 27

Các hành tinh

kiểu Trái đất

Bao gồm 4 hành tinh phía trong hệ Mặt trời

Tương đối nhỏ về kích thước và khối lượng(Trái

Trang 28

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

Trang 29

Các hành tinh kiểu Mộc tinh

Có 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

Trang 30

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

Trang 31

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

Trang 32

CÂU HỎI 1

Trang 33

CÂU HỎI 1

Trang 34

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

Trang 35

• 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

Trang 36

• 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

Trang 37

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)

Trang 38

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)

Trang 39

XÁC ĐỊNH TUỔI CỦA HỆ MẶT TRỜI

Trang 40

• 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

Trang 41

GIẢ THUYẾT TINH VÂN VỀ SỰ HÌNH

THÀNH HỆ MẶT TRỜI

Đám mây bụi khí (Tinh vân)

Đĩa tiền hành tinh Phôi mặt trời

Sự đổ sập hấp dẫn

Hành tinh kiểu TĐất

Bồi tụ Bắt giữ

Hành tinh kiểu MTinh Tiểu hành tinh

Nhiệt  Phản ứng

Trang 43

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

Trang 44

CẢM ƠN MỌI NGƯỜI ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE!

Định dạng
Số trang	44
Dung lượng	8,12 MB