thiên vương tinh, hải vương tinh

Độ nghiêng trục quaySao Thiên Vương có độ nghiêng trục quay bằng 97,77 độ, cho nên trục quay của nó gần song song với mặt phẳng quỹ đạo trong Hệ Mặt Trời... Các hành tinh khác có thể hìn

Mã sinh viên: DTS145D140211039

THIÊN VƯƠNG TINH

1. Vị trí, đặc điểm

a Vị trí

Sao Thiên Vương là hành tinh thứ bẩy tính từ mặt trời

Sao thiên vương trong hệ mặt trời

b đặc điểm

Khối lượng của Sao Thiên Vương lớn hơn của Trái Đất gần 14,5 lần, và là hành tinh khí khổng lồ nhẹ nhất Đường kính của nó hơi lớn hơn Sao Hải Vương khoảng 4 lần đường kính Trái Đất Khối lượng riêng trung bình của nó bằng 1,27 g/cm3 và là hành tinh có mật  

độ trung bình nhỏ thứ hai, chỉ lớn hơn của Sao Thổ Giá trị này cho thấy nó có thành

phần chủ yếu gồm các loại băng, như nước, amoniac, và mêtan Phụ thuộc vào từng mô  hình cấu trúc hành tinh nên khối lượng của thiên vương tinh có thể nằm giữa 9,3 đến 13,5 lần khối lượng của trái đất Hidro và Heli chỉ chứa một phần nhỏ với khối lượng từ      0,5 đến 1,5 khối lượng của trái đất Phần vật chất còn lại không phải băng có khối lượng  0,5 đến 3,7 khối lượng của trái đất chủ yếu là đá.   

So sánh kích cỡ của trái đất với sao thiên vương

bầu khí quyển chứa khí hiđrô/heli

khí quyển bên ngoài lớp mây trên

• Lớp phủ băng. 

- lớp phủ chiếm khối lượng nhiều nhất, với khối lượng xấp xỉ 13,4 khối lượng của trái đất,

- Lớp phủ băng thực tế không hoàn toàn chứa băng theo nghĩa thông thường, đó

là một chất lỏng đặc và nóng gồm nước, amoniac và những hợp chất dễ bay hơi khác. Chất lỏng này có độ dẫn điện cao, đôi khi được gọi là đại dương nước–

amoniac

• tầng khí quyển.

- tầng khí quyển chiếm 0,5 lần khối lượng của trái đất và có kích thước mở rộng ít nhất 20% bán kính hành tinh

  b thành phần

Thành phần chủ yếu của Sao Thiên Vương rất khác so với Sao Mộc và Sao Thổ, hợp chất băng chiếm đa số so với hợp chất khí, và do đó các nhà khoa học còn phân loại hành tinh này là "hành tinh băng đá khổng lồ"

3 Quỹ đạo và sự tự quay

a quỹ đạo

Chu kỳ quỹ đạo của Sao Thiên Vương bằng 84 năm Trái Đất Khoảng cách trung bình

từ hành tinh đến Mặt Trời xấp xỉ 3 tỷ km (khoảng 20 AU) Cường độ ánh sáng Mặt  Trời chiếu lên Sao Thiên Vương bằng 1/400 so với trên Trái Đất. 

b Độ nghiêng trục quay

Sao Thiên Vương có độ nghiêng trục quay bằng 97,77 độ, cho nên trục quay của nó gần song song với mặt phẳng quỹ đạo trong Hệ Mặt Trời.

Nguyên nhân này làm cho sự thay đổi theo mùa hoàn toàn khác hẳn so với những hành tinh còn lại Các hành tinh khác có thể hình dung như một con quay quay trên mặt phẳng trong Hệ Mặt Trời, trong khi Sao Thiên Vương có thể hình dung như là một bánh xe lăn trên quỹ đạo của nó Gần khoảng thời gian của điểm chí Sao Thiên Vương, một cực của hành tinh hướng về phía Mặt Trời trong khi cực kia hướng theo hướng ngược lại Chỉ có một vùng rất hẹp quanh xích đạo của nó là trải qua sự biến đổi chu kỳ ngày - đêm rất nhanh, nhưng với Mặt Trời ở bên dưới rất thấp chân trời như đối với các vùng cực trên Trái Đất Ở nửa còn lại của quỹ đạo, hướng của hai cực thay đổi cho nhau Mỗi cực được Mặt Trời chiếu sáng liên tục trong 42 năm, sau

đó là 42 năm liên tục trong bóng tối Gần thời gian của điểm phân, Mặt Trời chiếu thẳng vào vùng xích đạo của Sao Thiên Vương và nó có chu kỳ ngày đêm giống như

ở trên các hành tinh khác Sao Thiên Vương đến điểm phân lần gần đây nhất là ngày

7 tháng 12 năm 2007

Bắc bán cầu Năm Nam bán cầu Điểm đông chí 1902, 1986 Điểm hạ chí

Điểm xuân phân 1923, 2007 Điểm thu phân

Điểm hạ chí 1944, 2028 Điểm đông chí

Điểm thu phân 1965, 2049 Điểm xuân phân

Trung bình trong một năm (84 năm Trái Đất), hai vùng cực nhận được nhiều năng lượng từ Mặt Trời hơn vùng xích đạo Tuy nhiên, nhiệt độ trung bình của vùng xích đạo cao hơn so với hai vùng cực, do vùng xích đạo liên tục nhận bức xạ Mặt Trời, trong khi vùng cực có tới 42 năm trong bóng tối  

4 Khí quyển

a Thành phần

 Thành phần trong khí quyển Sao Hải Vương chứa chủ yếu phân tử hiđrô và heli Tỷ lệ mol heli, số nguyên tử heli trên phân tử khí, bằng 0,15      

± 0,03 bên trên tầng đối lưu Hợp chất nhiều thứ ba có trong khí quyển Sao Thiên Vương là mêtan (CH     4) Mêtan có dải vạch hấp thụ nổi bật  trong quang phổ ánh sáng khả kiến và gần hồng ngoại (IR) và là nguyên nhân chính hành tinh này hiện lên với màu xanh berin hay xanh      

lơ Các phân tử mêtan chiếm khoảng 2,3% khí quyển theo tỷ lệ mol tập trung tại các đám mây mêtan ở áp suất 1,3 bar (130 kPa); Tỉ số trộn   của mêtan là thấp trong tầng thượng quyển bởi ở đây có nhiệt độ rất thấp, làm hạ thấp mức bão hòa và khiến nhiều phân tử mêtan bị đóng băng Cùng với mêtan, có một ít lượng các loại hiđrôcacbon đã được phát hiện trong tầng bình lưu của Sao Thiên Vương, mà người ta nghĩ rằng     chúng là sản phẩm của chuỗi phản ứng trong đó mêtan bị quang ly do bức xạ tử ngoại (UV) từ Mặt Trời         Các hiđrôcacbon

gồm êtan(C   2H6), axetylen (C    2H2), metyl axetylen (CH     3C2H), và diaxetylen (C    2HC2H Thông qua quang phổ các nhà khoa học cũng phát hiện

sự có mặt của hơi nước, CO và CO       2 ở tầng thượng quyển, mà những hợp chất này chỉ có nguồn gốc từ bên ngoài như bụi hoặc sao chổi rơi    vào hành tinh.

b Khoảng lặng đối lưu

Tầng đối lưu là tầng thấp nhất và dày đặc nhất của khí quyển, nó được đặc trưng bởi sự giảm nhiệt độ theo độ cao Nhiệt độ giảm từ 320 K tại mức cao độ  

−300 km xuống còn 53 K tại cao độ 50 km của tầng đối lưu Nhiệt độ trong vùng      lạnh nhất cao hơn của tầng đối lưu, biến đổi trong phạm vi 49 đến 57 K phụ

thuộc vào từng vĩ độ hành tinh Tại vùng lặng đối lưu phát ra lượng lớn bức xạ  nhiệt bước sóng hồng ngoại xa (trong khoảng 15 µm đến 1 mm).   

Tầng đối lưu có thể gồm một cấu trúc phức tạp các đám mây; các đám mây nước nằm trong vùng có mức áp suất 50 đến 100 bar (5 đến 10 MPa), đám mây

amonium hiđrôsunfit nằm ở mức 20 đến 40 bar (2 đến 4 MPa), các đám mây amoniac hoặc hiđrôsunfit nằm trong khoảng 3 tới 10 bar (0,3 đến 1 MPa) và cuối cùng là những đám mây mà các nhà khoa học nhìn trực tiếp được nằm ở mức áp suất 1 tới 2 bar (0,1 tới 0,2 MPa) Tầng đối lưu là một phần hoạt động mạnh của  bầu khí quyển, nơi đây tồn tại gió mạnh, những đám mây sáng màu và sự thay đổi theo mùa

c Tầng thượng quyển

Tầng giữa của khí quyển Sao Thiên Vương là tầng bình lưu, với nhiệt độ nói chung  tăng theo độ cao từ 53 K bắt đầu tại khoảng lặng đối lưu đến Tỉ số của nước bằng 7×10-9 Êtan và axetylen có xu hướng ngưng tụ lại trong những vùng lạnh hơn của  tầng bình lưu và ở khoảng lặng đối lưu tạo nên những đám mây mờ mịt, đây chính là một phần trong những dải mây xuất hiện trên hình ảnh của Sao Thiên Vương

Tầng ngoài cùng của khí quyển Sao Thiên Vương là tầng nhiệt và vành nhật hoa của hành tinh, chúng có nhiệt độ đồng đều xung quanh 800 đến 850 K Ngoài phân tử hiđrô, tầng nhiệt và corona còn chứa rất nhiều nguyên tử hiđrô tự do Vành nhật hoa (corona) mở rộng là một đặc điểm chỉ có ở hành tinh này Tầng nhiệt Sao Thiên  

Vương, cùng với phần phía trên của tầng bình lưu Tầng ion của Thiên Vương Tinh có  mật độ dày đặc hơn so với của Sao Thổ và Sao Hải Vương, mà những tầng này xuất hiện từ sự bay lên của những hiđrôcacbon phân bố thưa thớt trong tầng bình lưu của Sao Thổ và Sao Hải Vương

Biểu đồ nhiệt độ của tầng đối lưu và phía thấp tầng bình lưu của Sao Thiên Vương Các tầng mây và khói mờ cũng thể hiện ở trong

biểu đồ.

Tốc độ gió phân bố theo vĩ độ trên Sao Thiên Vương Hai dải gạch sọc

là biên giới của cực nam và cực bắc trong các mùa của hành tinh Cung màu đỏ là cung đối xứng khớp nhất với dữ liệu quan trắc.

5 hệ thống vành đai

Cho tới nay các nhà khoa học đếm được 13 vành đai trong hệ thống, vành sáng    nhất có tên gọi vành ε Vật chất trong các vành có thể là một phần sót lại của một vệ tinh (hoặc nhiều vệ tinh) đã bị vỡ nát sau những cú va chạm lớn Từ rất nhiều mảnh vụn bắn ra sau các vụ chạm theo thời gian chỉ còn lại một số nhỏ những hạt bụi hay hòn đá nhỏ tồn tại trên quỹ đạo ổn định và hình thành lên hệ thống vành đai ngày nay

 Hệ thống vành đai được chính thức phát hiện vào ngày

10/3/1977 Phát hiện này là tình cờ do mục đích ban đầu

của họ là dựa vào sự kiện Sao Thiên Vương che  

khuất ngôi sao    SAO 158687 nhằm nghiên cứu khí quyển  

hành tinh này Khi họ phân tích kết quả quan sát, họ thấy

rằng ánh sáng phát ra từ ngôi sao bị che lại trong thời gian

ngắn Các nhà thiên văn đã kết luận rằng phải có một hệ

thống vành đai hành tinh xung quanh Sao Thiên Vương. 

.

Ảnh động minh họa quá trình che khuất của Sao Thiên Vương

năm 1977. 

• Sau đó, họ còn phát hiện thêm bốn vành đai trong hệ thống này. Voyager

2 cũng phát hiện thêm hai vành mờ nữa mang lại tổng số vành trong hệ  

thống lúc đó lên 11 vành đai 12/2005, Hai vành mới này nằm rất xa hành

tinh nên gọi chúng là hệ thống vành đai bên ngoài tổng số vành đai quay

quanh Sao Thiên Vương lên con số 13.

4/2006, kính thiên văn Keck chụp ảnh những vành đai mới và thu được vành xa    

nhất có màu xanh lam trong khi vành còn lại có màu đỏ Các nhà khoa học nêu giả

thuyết giải thích màu sắc của chúng đó là vành ngoài cùng có màu lục lam là do nó

chứa những hạt bụi rất nhỏ của băng nước phát ra từ bề mặt của vệ tinh Mab,

chúng đủ nhỏ để tán xạ ánh sáng với bước sóng xanh ngược lại, những vành đai

phía trong lại có màu xám và tối

Hệ thống vành đai phức tạp của Sao Thiên Vương, hệ thống vành đai được phát hiện thứ hai trong Hệ Mặt Trời sau sự phát hiện của vành đai Sao Thổ  

đá với khoảng 50% băng và 50% đá Băng có thể bao gồm băng amoniac và

băng cacbon điôxít 

Những vệ tinh lớn của Sao Thiên Vương theo thứ tự tăng dần khoảng cách đến hành tinh (trái sang phải), với đường kính của chúng

vẽ theo tỷ lệ và thể hiện suất phản chiếu  

• Trong các vệ tinh này, Ariel có bề mặt trẻ

nhất với chỉ một vài hố va chạm, trong khi

Umbriel là vệ tinh già nhất Miranda có một  

khe đứt gãy địa chất với độ sâu 20 kilômét,

các nếp gấp trong địa hình, và sự biến đổi

hỗn độn trên bề mặt theo thời gian Hoạt

động địa chất trong quá khứ của Miranda bị

ảnh hưởng bởi nội nhiệt thủy triều (tidal

heating) khi quỹ đạo của nó có độ lệch tâm

lớn hơn so với hiện tại Quá trình thâm  

nhập, tách giãn và trồi sụt của bề mặt đã

dẫn đến xuất hiện những khe nứt giống như

"đường đua" - như các miệng hố va chạm có

hình vương miện (corona)

Hệ thống Sao Thiên Vương

HẢI VƯƠNG TINH

1 Vị trí

Sao Hải Vương là hành tinh thứ tám và xa nhất tính từ mặt trời trong hệ mặt trời Nó là hành tinh lớn thứ tư về đường kính và lớn thứ ba về khối lượng.

2 đặc điểm

Sao Hải Vương có khối lượng 1,0243×1026 kg, nằm trung gian giữa Trái đất và các hành tinh khí khổng lồ khối lượng của nó bằng 17 lần khối lượng Trái Đất nhưng chỉ bằng 1/19 so với của Sao Mộc Lực hấp dẫn trên bề

mặt của nó chỉ nhỏ hơn của Sao Mộc. Bán kính xích đạo của Sao Hải

Vương bằng 24.764 km hay gấp bốn lần của Trái Đất Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương được xếp thành một phân nhóm của hành tinh khí khổng

lồ được gọi là "các hành tinh băng đá khổng lồ", do chúng có kích thước nhỏ hơn và mật độ các chất dễ bay hơi cao hơn so với Sao Mộc và Sao Thổ. 

2 cấu trúc và thành phần.

1 Tầng thưọng quyển với những đám mây cao

2 Tầng khí quyển chứa các khí hiđrô, heli và mêtan

3 Lớp phủ chứa băng gồm nước, amoniac và mêtan

4 Lõi hành tinh chứa đá (silicat và nikel-sắt)

• Khí quyển.

- Khí quyển của nó chiếm khoảng 5% đến 10% khối lượng hành tinh và chiều dày  khoảng 10% đến 20% bán kính hành tinh, xuống sâu tới mức áp suất 10 GPa gấp    100.000 lần áp suất khí quyển trên Trái Đất Ở tầng khí quyển thấp hơn, mật độ của mêtan, amoniac và nước cũng cao hơn.     

• Lớp phủ

- Lớp phủ có nhiệt độ từ 2.000 K đến 5.000 K có khối lượng khoảng 10 tới 15 lần  khối lượng Trái Đất và chứa chủ yếu nước, amoniac và mêtan Hỗn hợp này thường được gọi là "băng" mặc dù chúng là chất lỏng nóng và đậm đặc Hỗn hợp lỏng này

có tính dẫn điện tốt và đôi khi được gọi là đại dương nước-amoniac

- Lớp phủ cũng có thể chứa một tầng nước ion nơi các phân tử nước bị phân ly thành các ion hiđrô và ôxy Ở những tầng sâu hơn, có thể hình thành trạng thái    

"nước siêu ion" (superionic water) Các ion ôxy bị tinh thể hóa trong khi các ion hiđrô di chuyển tự do trong mạng tinh thể ôxy Tại độ sâu 7.000 km có thể hình    thành các điều kiện làm cho mêtan biến thành tinh thể kim cướng và rơi như mưa    

đá xuống vùng lõi hành tinh

• Lõi

- Lõi của Sao Hải Vương có thành phần bao gồm sắt, nikel và silicat, và có khối        lượng theo mô hình hóa bằng 1,2 lần khối lượng Trái Đất Áp suất tại trung tâm lõi  cao tới 7 Mbar (700 GPa), gấp hai lần áp suất tại tâm củaTrái Đất, và nhiệt độ đạt    5.400 K

3 quỹ đạo vào sự tự quay.

• Khoảng cách trung bình giữa Sao Hải Vương và Mặt Trời là 4,5 tỷ km (khoảng 30,1 AU), và chu kỳ quỹ đạo bằng 164,79 năm Trái Đất thay đổi trong khoảng ±0,1 năm.

Sao Hải Vương (vòng đỏ) hoàn thành một chu kỳ quỹ đạo quanh Mặt Trời hết 164,79 vòng quỹ đạo Trái Đất Sao Thiên Vương có màu xanh.

• Mặt phẳng quỹ đạo elip của Sao Hải Vương nghiêng 1,77° so với mặt phẳng quỹ    đạo của Trái Đất

• Trục tự quay của Sao Hải Vương nghiêng 28,32°, nó là hành tinh có sự thay đổi thời tiết giữa các mùa Do chu kỳ quỹ đạo lớn, cho nên mỗi mùa của hành tinh diễn ra trong vòng 40 năm Trái Đất Chu kỳ sao (ngày) của hành tinh gần bằng  16,11 giờ Do trục quay hành tinh nghiêng tương tự như của Trái Đất, sự biến đổi trong thời gian của một "ngày" Sao Hải Vương không thay đổi đáng kể trong một "năm" của hành tinh

• Bởi vì Sao Hải Vương không phải là một quả cầu rắn, bầu khí quyển của nó thể hiện sự quay vi sai Vùng xích đạo của khí quyển có chu kỳ quay 18 giờ, chậm hơn chu kỳ quay 16,1 giờ của từ trường hành tinh Ngược lại, chu kỳ quay của hai vùng cực bằng 12 giờ Sự khác nhau trong chu kỳ quay của khí quyển giữa các vùng là nổi bật nhất trong khí quyển của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời, và  kết quả của sự khác biệt này đó là áp lực cắt của gió dọc theo vĩ độ là rất lớn

4 Khi quyển

Ở cao độ lớn, khí quyển Sao Hải Vương chứa 80% hiđrô và

19% heli Cũng có một lượng nhỏ phân tử mêtan Dấu vết

của khí mêtan cũng được phát hiện khi các nhà khoa học

quan sát thấy vạch quang phổ hấp thụ điển hình của

mêtan ở bước sóng trên 600 nm, trong miền bước sóng  

đỏ và hồng ngoại Mêtan trong khí quyển hấp thụ ánh

sáng đỏ làm cho Sao Hải Vương hiện lên có màu xanh

giống như Sao Thiên Vương Tuy nhiên, màu xanh da    

trời sáng của Sao Hải Vương khác hẳn so với màu xanh    

lơ lạnh của Sao Thiên Vương Do mật độ mêtan trong khí  

quyển của hai hành tương tương tự nhau nên người ta

chưa biết thành phần nào trong khí quyển là nguyên nhân

làm cho hai hành tinh có màu sắc khác nhau

Ảnh màu giả chụp Sao Hải Vương qua bước sóng gần-hồng ngoại, với các dải mây chứa mêtan trong khí quyển của hành tinh, và bốn vệ tinh,

Khí quyển Sao Hải Vương chia ra thành hai vùng chính; tầng đối lưu phía    dưới với nhiệt độ trong tầng này giảm theo cao độ, và tầng bình lưu phía    trên với nhiệt độ tăng theo cao độ Biên giới giữa hai vùng này được gọi

là khoảng lặng đối lưu có áp suất là 0,1 bar (10 kPa).Tầng bình lưu chuyển    dần thành tầng nhiệt ở áp suất từ 10    −5 đến 10  −4 microbar (1 đến 10 Pa).  Tầng nhiệt chuyển dần sang tầng ngoài nơi tiếp giáp với không gian vũ      trụ