CHÖÔNG 1 MÔÛ ÑAÀU

Transcript

1 LÔØI NOÙI ÑAÀU Töø xa xöa con ngöôøi ñaõ töøng quan saùt, tìm hieåu theá giôùi xung quanh. Ñoù cuõng laø lyù do Thieân vaên hoïc ra ñôøi raát sôùm caùch nay hôn 4000 naêm. Suoát chieàu daøi lòch söû phaùt trieån xaõ hoäi loaøi ngöôøi, caùc thaønh quaû khaùm phaù töï nhieân ñaõ ñöôïc tích luyõ vaø cuûng coá ñeå coù ñöôïc moân Thieân vaên ngaøy nay. Thieân Vaên Hoïc luoân laø ñeà taøi lyù thuù cho nhöõng ai yeâu thích ngaønh khoa hoïc này, khoâng chæ rieâng cho nhöõng ngöôøi nghieân cöùu, daïy, hoïc moân Vaät lyù maø coøn cuûa nhöõng ngöôøi coâng taùc ôû caùc ngaønh khaùc. Trong chöông trình quy ñònh vôùi 3 tín chỉ (45 tieát) thời lượng quaù ít so vôùi löôïng thoâng tin veà thieân vaên quaù nhieàu, trong khi ñoù saùch giaùo khoa daønh cho thieân vaên khoâng nhieàu. Xuaát phaùt töø tình hình ñoù chuùng toâi bieân soaïn taäp taøi lieäu này, döïa treân taøi lieäu chính laø Giaùo trình Thieân Vaên cuûa ñoàng taùc giaû Phạm Vieát Trinh vaø Nguyeãn Ñình Noaõn vaø cuï theå hoaù cho phuø hôïp vôùi ñoái töôïng, ñeà cöông hieän haønh. Noäi dung cuûa taøi lieäu này goàm hai phaàn chính: Phaàn giaùo khoa mang tính chaát ñaïi cöông, caên baûn, toùm taét; phaàn baøi taäp coù boå sung theâm moät soá baøi môùi nhaèm söû duïng cô hoïc coå ñieån Newton vaø cô hoïc töông ñoái tính cuûa Einstein ñeå người đọc laøm quen, thöïc taäp, tìm hieåu taàm taùc duïng cuûa cô coå ñieån vaø cô töông ñoái tính trong nghieân cöùu töï nhieân. Xin cảm ơn các tác giả, nhà khoa học trong phần tài liệu tham khảo, đã cung cấp cho nhiều thông tin, thông tin mới về nghiên cứu thiên văn giúp cho giáo trình này được phong phú hơn. Vì söï hoïc khoâng cuøng maø khaû naêng coù haïn, tuy coù coá gaéng nhöng chúng tôi khoâng theå traùnh khoûi nhöõng thieáu soùt xaûy ra. Raát mong söï goùp yù cuûa quyù ñoàng nghieäp, sinh vieân ñeå taøi lieäu này hoaøn chænh hôn. Tác giả 1

2 CHÖÔNG 1 MÔÛ ÑAÀU Thiên văn học lμ g? Từ thiên văn học là một từ Hán-Việt, với thiên là trời; văn là văn tự; học là nghiên cứu. Trong tiếng Anh, người ta dùng từ astronomy, có nguồn gốc từ từ tiếng Hy Lạp αστρονομία, astronomia. THIÊN VĂN HỌC (TVH): ngành khoa học nghiên cứu quy luật chuyển động, cấu tạo và sự phát triển của các vật thể vũ trụ, các hệ thống do chúng tạo thành cũng như của cả vũ trụ. Bao gồm: thiên văn cầu, thiên văn thực hành, thiên văn vật lý, cơ học thiên thể, thiên văn ngoài Thiên hà, vũ trụ học, v.v. TVH, thế kỉ 18 và 19 là thời kì tích luỹ các số liệu về hệ Mặt Trời, thiên hà và bản chất vật lí của các sao, của Mặt Trời, các hành tinh và các thiên thể khác. Thế kỉ 0, bộ môn thiên văn học ngoài thiên hà mới bắt đầu hình thành và phát triển. Việc chế tạo được các kính thiên văn thế hệ mới có độ phân giải cao, kính viễn vọng Hubble, đã cho phép phát hiện các vật thể mới như các thiên hà vô tuyến, quasar, pulsar, các lỗ đen, vv. Các nhà khoa học đã xây dựng được cơ sở của thuyết tiến hoá sao và thuyết nguồn gốc của hệ Mặt Trời. Thành tựu lớn nhất của thiên văn vật lí trong thế kỉ 0 là sự ra đời vũ trụ học tương đối tính. Đôi dòng về lịch sử thiên văn Theo các nhà khoa học, nhà thiên văn học, có thể buổi bình minh của thiên văn học xuất phát từ việc quan sát và dự đoán các chuyển động của vật thể có thể quan sát được bằng mắt thường. Người xưa đã xây dựng những khối đá Stonehenge, có lẽ để thực hiện nghi lễ, tìm hiểu thiên văn, xác định mùa, xác định thời gian. Các kiến thức, kết quả nghiên cứu về thiên văn được tích tụ dần. Giai đoạn này, mô hình địa tâm ra đời, một số kết quả nghiên cứu thiên văn như sau: * Người Chaldean đã phát hiện ra rằng nguyệt thực tái xuất hiện trong một chu kỳ lặp lại gọi là saros. * Năm 964, nhà thiên văn học người Ba tư Azophi phát hiện thiên hà Andromeda. * Năm trước Công Nguyên, người Hy Lạp cổ đại đã phát minh ra cơ cấu Antikythera, để tính toán các chuyển động của các hành tinh.

3 Các nhà thiên văn tiêu biểu (đến thế kỷ 16),[7] Thật là khó khi nói rằng ai là nhà thiên văn học đầu tiên, cũng như các ngành khoa học khác, kết quả của nền văn minh nhân loại ngày nay là trí tuệ tập thể của rất nhiều nhà khoa học khác nhau. Ở đây ta chỉ có thể nói một cách gần đúng về các nhân vật tiêu biểu trong các thành quả nghiên cứu thiên văn của họ, chứ chưa và không thể khẳng định ai là nhà thiên văn đầu tiên được. Một số nhân vật tiêu biểu trong giai đoạn này là: - Thales: là người đầu tiên tuyên bố Trái Đất có dạng cầu và còn tính được chu kì thời tiết cũng như chu kì nhật thực. - Anaximander cho rằng Trái Đất chuyển động trong một không gian vô tận (vũ trụ). - Pythagor (hay Pythagoras, TCN): Pythagor, nhà khoa học Hy Lạp cổ đại, cho rằng Trái Đất có dạng hình cầu nằm ở trung tâm vũ trụ. Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh chuyển động trên một mặt cầu trong suốt có cùng tâm với Trái Đất. - Aristarchus là người đầu tiên cho rằng Mặt Trời là trung tâm vũ trụ. Tuy nhiên chỉ là dự đoán, chưa có bằng chứng khoa học. - Copernicus là người đưa ra mô hình nhật tâm hoàn chỉnh cho Hệ Mặt Trời, nhưng ông không chứng minh được. - Galilei (phụ lục 3) Người đầu tiên của nhân loại chế tạo kính thiên văn. Ông nhìn Mặt Trăng bằng kính thiên văn với độ phóng đại 1000 lần. Ông chứng minh mô hình nhật tâm, và phát hiện ra 4 vệ tinh của Mộc Tinh. Những khám phá thiên văn đáng chú ý Sau mấy nghìn năm phát triển, thiên văn học đã mang lại cho con người hiểu biết rộng lớn về hành tinh chúng ta đang sinh sống và những phát hiện mới về sao, thiên hà, vật chất trong vũ trụ ngày càng nhiều hơn. Các nhà khoa học, thiên văn học đã thống kê một số kết quả khám phá thiên văn từ buổi bình minh của nhân loại cho đến nay như sau: * Vào khoảng năm 000 trước Công nguyên, con người đã biết bầu trời có di chuyển với những quy luật, chu kì nhất định. Ngoài Trái Đất ra còn có các thiên thể khác, các hành tinh trong cùng một hệ với chúng ta và các 3

4 ngôi sao khác cố định trên thiên cầu nhưng cũng hàng ngày di chuyển theo chu kì. Những nhận biết này làm cơ sở cho mô hình địa tâm của Ptolemy ra đời. * Năm 1543, Copernicus đưa ra mô hình nhật tâm (Heliocentric) cho biết Mặt Trời mới là thiên thể cố định, còn Trái Đất, Thủy Tinh, Kim Tinh, Hỏa Tinh, Mộc Tinh, Thổ Tinh là những hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời. * Đến thập niên đầu thế kỷ 17, Johanne Kepler đã đóng góp cho nhân loại ba định luật quan trọng trong nghiên cứu chuyển động các hành tinh theo quỹ đạo elip quanh Mặt Trời với những chu kỳ khác nhau, đồng thời giải thích được nhiều quy luật chuyển động cũng như tính toán được khối lượng, chu kỳ, của các hành tinh. * Năm 1609 Galilei là người đầu tiên sử dụng kính thiên văn quan sát vũ trụ. Khám phá quan trọng nhất của ông là việc Mộc Tinh cũng như Trái Đất cũng có vệ tinh quay quanh. * Edmund Halley phát hiện sao chổi xuất hiện vào các năm 1531 và 1607 là cùng một thiên thể và có chu kỳ xác định T = 76, sao chổi này quay quanh Mặt Trời (Mặt Trời ở một tiêu điểm) với quỹ đạo elip. Sao chổi này có tên là sao chổi Halley, tiếc rằng ông đã mất trước đó 16 năm khi sao chổi được đặt tên mình. * Cuối thế kỉ 18, đầu thế kỉ 19 William Herschel và cộng sự cho biết rằng hệ Mặt Trời của chúng ta chỉ là một hệ hành tinh nằm trong một đĩa khổng lồ chứa các sao (mỗi sao là một Mặt Trời) với phần trung tâm phình lớn hơn rìa, đĩa này gọi là Milky Way ta gọi là dải Ngân hà. Herschel thống kê được hơn ngôi sao nhờ các quan sát qua kính thiên văn. Milky Way đã được chứng minh đúng là có dạng đĩa, và ngày nay như khoa học đã chứng minh, đó là The Milky Way Galaxy thiên hà của chúng ta -với 400 đến 500 tỉ sao, còn hệ Mặt Trời với Mặt Trời là một trong số sao đó. * Năm 1915, Albert Einstein đưa ra thuyết tương đối rộng trong đó mô tả lực hấp dẫn dưới dạng một trường có tác động lên cấu trúc của không gian và thời gian. Một khối lượng lớn trong không - thời gian có thể làm cong đường đi của tia sáng. Điều này đã được chứng minh năm 1919 qua việc quan sát nhật thực của Arthur Stanley Eddington. * Theá kyû 0, Hawking-nhaø khoa hoïc Anh cho raèng vuõ truï ra ñôøi töø moät vuï noå cuûa moät Boït nhoû xíu khoâng-thôøi gian chöùa ñöïng trong ñoù toaøn boä khoái löôïng vuõ truï. Vuï noå lôùn này goïi laø Big Bang. * Năm 199 Edwin Hubble phát hiện các thiên hà ở xa đều đang di chuyển ra xa khỏi chúng ta với vận tốc ngày càng lớn, điều này đưa đến kết luận rằng vũ trụ đang giãn nở. * Năm 193, Karl Jansky quan sát vũ trụ ở bước sóng vô tuyến và phát hiện một nguồn phát ra sóng này rất kì lạ ở trung tâm của Milky Way. Kết quả này cho thấy trung tâm của Milky Way có bức xạ sóng vô tuyến. 4

5 * Năm 1964, Arno Penzias và Robert Wilson phát hiện bức xạ nền với bước sóng cực ngắn (sóng vi ba) đến từ mọi phía trong vũ trụ, được dự đoán là bức xạ phát ra ngay sau vụ nổ Big Bang. Một bằng chứng củng cố cho thuyết Big Bang về sự ra đời của vũ trụ. * Từ năm 1995 đến nay, các nhà thiên văn đã tìm thấy nhiều hệ, giống như hệ Mặt Trời của chúng ta, với nhiều hành tinh quay quanh. Người ta hy vọng rằng, thông qua tìm kiếm hành tinh giống như Trái Đất để có thể phát hiện sự sống ngoài hệ Mặt Trời. * Từ năm 1998 đến nay, các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng vũ trụ không giãn nở chậm lại do tác dụng của lực hấp dẫn mà ngược lại nó đang ngày càng mở rộng nhanh hơn ở những khoảng cách lớn. Nếu đúng như vậy, việc quan sát các thiên hà ở xa ngày càng trở nên khó khăn, và kết thúc của vũ trụ sẽ là một sự xé lớn. 1.1 Đối tượng - Nội dung - Phương pháp nghiên cứu Ñoái töôïng: Caùc vaät theå, thieân theå, sao, choøm sao, thieân haø,...vaø vuõ truï Noäi dung: Phaùt hieän quy luaät chuyeån ñoâïng cuûa caùc thieân theå, keå caû chuyeån ñoäng cuûa Traùi Ñaát. Nghieân cöùu veà thaønh phaàn caáu taïo vaø baûn chaát vaät lyù cuûa caùc thieân theå, veà söï hình thaønh vaø tieán hoùa cuûa caùc daïng toàn taïi cuûa vaät chaát trong vuõ truï Phöông phaùp: Các nhà khoa học dùng nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau như nhieät ñieän, quang ñieän, phaân tích quang phoå, phaân tích phoå voâ tuyeán. Quan saùt baèng maét thöôøng, baèng kính thieân vaên. Quan traéc và chuïp aûnh phoå böùc xaï cuûa caùc thieân theå ñeå nghieân cöùu lyù tính của chúng. Với trình độ khoa học phát triển hiện nay, các công cụ thiết bị mới đã hỗ trợ tích cực cho các nhà thiên văn trong việc söû duïng duïng cuï ño, caùc ñònh luaät, ñònh lyù cuûa vaät lyù ñeå tính toaùn caùc ñaïi löôïng vaät lyù caàn tìm cuûa caùc thieân theå, từng bước thực hiện các khám phá mới một cách chính xác hơn về vật chất, hành tinh, sao, thiên hà,...và vũ trụphòng thí nghiệm thiên nhiên vĩ đại. 1. YÙ nghóa vieäc nghieân cöùu thieân vaên Vieäc nghieân cöùu thieân vaên mang ñeán cho ta nhieàu hieäu quaû, yù nghóa quan troïng: Giuùp ta xaùc ñònh phöông höôùng, thôøi gian, xaây döïng lòch, baûn ñoà ñòa lyù ñòa chaát, naém ñöôïc quy luaät thuyû trieàu, xác định kích thước, tọa độ, quỹ đạo, khối lượng của các hành tinh, sao, thiên hà trong vũ trụ. Giuùp ta khaùm phaùm töøng böôùc nhöõng bí aån cuûa töï nhieân, goùp phaàn thuùc ñaåy caùc moân cô hoïc, vaät lyù hoïc, hoaù hoïc,... phaùt trieån. 5

6 Goùp phaàn ñả phaù nhöõng quan ñieåm duy taâm sieâu hình, vaø xaây döïng moät vuõ truï quan duy vaät bieän chöùng. Thaønh töïu cuûa thieân vaên hoïc ñaõ chöùng minh rằng vuõ truï là caùi coù sẵn, theá giôùi töï nhieân tuaân theo quy luaät cuûa noù chöù khoâng do söï saép ñaët cuûa Thaàn, Thaùnh gì caû. Thieân vaên hoïc noùi rieâng hay Vaät lyù hoïc noùi chung laø ngaønh khoa hoïc töï nhieân maø trong ñoù khoâng coù chỗ đứng cuûa Thöôïng ñeá. 6

7 CHÖÔNG HEÄ MAËT TRÔØI TRONG VUÕ TRUÏ Từ những kết quả công trình nghiên cứu của các nhà thiên văn, các nhà khoa học vật lý về thiên văn, vũ trụ, về tự nhiên nói chung, ta cã thó h nh dung mét c ch tãm t¾t vò vò trô nh sau: Phần vò trô quan sát được lμ kho ng kh«ng gian réng lín cã kých th íc x c Þnh bao gåm trong nã c c ¹i thiªn hμ, ¹i thiªn hμ lμ tëp hợp c c quần thiªn hà, quần thiªn hà lμ tëp hợp c c thiªn hμ, thiªn hμ lμ tëp hợp c c sao (nh mæt trêi), c c hμnh tinh, vët chêt "tèi", tr êng t ng t c,... Vũ trụ được xem là đang trương nở, vậy ta thử tìm hiểu sự trương nở nầy như thế nào? và hệ Mặt Trời ở đâu trong vũ trụ? 7

8 .1 Toång quan caáu taïo vuõ truï - Quan saùt baàu trôøi.1.1. Caáu taïo: Cã nhiòu häc giả nãi vò cêu t¹o, sù ra êi cña vò trô, thuyõtt îc xem lμ tin cëy nhêt hiön nay lμ thuyõt Big Bang. Theo thuyõt nμy, vò trô bắt Çu từ vụ nổ lớn và từ đó, không gian mở rộng cùng với thời gian và làm cho các thiên hà lùi xa nhau. Thuyết Big Bang đã, và đang được hoàn thiện dần. VËt chêt tån t¹i trong vò trô lu«n biõn æi kh«ng ngõng, c c sao, thiªn hμ,... cïng chuyón éng vμ tiõn hãa. Tuy vò trô îc h nh thμnh tõ l u, nh ng sù sèng trªn Tr i Êt chø míi h nh thμnh c ch y 3 tø n m (d¹ng vi sinh vët), loμi ng êi xuêt hiön c ch nay 1 triöu n m, loμi ng êi nghiªn cøu khoa häc c ch nay 0000 n m, khoa häc ph t trión c ch nay hơn 100 n m ( Çu thõ kû 0). Vũ trụ bao gồm phần vật chất nhìn thấy, chưa nhìn thấy, không nhìn thấy. Ta có thể tìm hiểu & so sánh khối lượng vài vật vi mô, vĩ mô (vũ trụ) để có ý niệm phần nào về vũ trụụ đầy bí ẩn, ( phụ lục 1). Hệ Mặt Trời ở đâu? Vũ trụ là một bọc - ta tưởng tượng như vậy, bọc này gói mọi vật chất trong đó, trong bọc này có những bọc nhỏ hơn chứa các đại thiên hà, trong đại thiên hà chứa các thiên hà nằm tách biệt nhau, trong mỗi một thiên hà chứa cỡ vài trăm tỉ đến vài ngàn tỉ ngôi sao. Với một thiên hà (tập hợp khoảng tỉ sao) hình dạng xoắn, một ngôi sao trong thiên hà đó có 8 hành tinh quay xung quanh, hành tinh thứ ba tính từ sao ra có loài người chúng ta sống, hành tinh đó gọi là Trái Đất, sao đó gọi là Mặt Trời, và hệ thống gồm 1 sao với 8 hành tinh như vậy gọi là Hệ Mặt Trời (HMT). HMT này cách tâm thiên hà chứa nó cỡỡ 8, km, thiên hà chứa HMT gọi là thiên hà của chúng ta (hay dải Ngân hà, hay The Milky Way Galaxy)..1.. Töø Traùi Ñaát quan saùt baàu trôøi * Thieân caàu (Celestial Sphere, Cerberus): Töø Traùi Ñaát (choïn laøm taâm) ta quan saùt baàu trôøi, thì vuõ truï nhö laø moät voøm caàu trong suoát maø treân ñoù gaén caùc thieân theå. Voøm trôøi töôûng töôïng nhö vaäy goïi laø Thieân caàu (hình 1), cho ta hình ảnh một vùng (bên trái) trong đó đính cácc sao, tại thiên cực bắc (điểm do trục vũ trụ-trục quay của thiên cầu, cắt phía trên thiên cầu) ta thấy một sao sáng nhất, đó là sao Bắc cực và nhiều sao khác lân cận cùng với một phần của dải Ngân hà. Hình 1. Caùc choøm Sao ôû baàu trôøi Baéc 8

9 * Caùc choøm sao (constellations): + Taäp hôïp moät soá sao vôùi caáu truùc nhaát ñònh goïi laø nhoùm sao, choøm sao. Ta coù: Choøm Gaáu Lôùn (hình.a), Choøm Song Töû (hình.b), Hình.a. Choøm Gaáu Lôùn Hình.b. Choøm Song Töû - Choøm Gaáu Lớn (Ursa Major): còn gọi là chòm Bắc Đẩu Lớn hay chòm Đại Hùng, chòm sao này có hình dạng giống chiếc gàu, giống con Diều xuất hiện ở phía bắc khi hoàng hôn xuống trong những đêm mùa xuân và hè. - Choøm Song Töû (Gemini): Là chòm sao thứ 3 trong hệ sao (Zodiac) đại diện cho anh em người anh hùng Hy Lạp. Cặp song sinh Castor và Pollux là con của Zeus, chúa tể trong tất cả mười hai vị thần trên đỉnh Olympus, và nữ hoàng của thành Sparta. + Taäp hôïp caùc sao vôùi caáu truùc khoâng xaùc ñònh, ta coù Choøm Thieân Haäu, và Choøm Tieân Nöõ. - Chòm sao Thiên Hậu, (tiếng La Tinh:Cassiopeia) là một trong 48 chòm sao Ptolemy và cũng là một trong 88 chòm sao hiện đại, mang hình ảnh của nữ hoàng Cassiopeia trong truyền thuyết Hy Lạp. Chòm sao Cassiopeia ở gần thiên cực bắc ta có thể thấy nó thường xuyên bằng mắt trần (mặc dù vào 1 số thời điểm nó mọc rất muộn, phải đêm hay thậm chí gần sáng mới thấy được). Chòm sao này có 5 ngôi sao hình chữ M. Có nhiều cách xác định phương hướng, trong đó có cách dựa vào chòm sao này để tìm sao Bắc cực (Pollaris), từ đó ta phương Bắc, rồi suy ra phương Nam, Đông, Tây. - Chòm sao Tiên Nữ thực ra là một thiên hà dạng xoắn ốc gần nhất với thiên hà của chúng ta. Chúng cách thiên hà chúng ta khoảng triệu năm ánh sáng (năm ánh sáng, viết tắt: nas, là quãng đường ánh sáng đi được trong 1 năm) và có hàng tỉ tỉ ngôi sao, (phụ lục ). * Theo Hiệp Hội Thiên Văn Quốc Tế International Astronomical Union (IAU) đã chia bầu trời thành 88 chòm sao. Các tên gọi như Bắc Đẩu, Big Dipper với phần sao của chòm 9

10 Gấu Lớn, hay Thần Nông đối với chòm sao Bọ Cạp chỉ là tên gọi tương ứng trong các nền văn hóa với một phần của các chòm sao theo ranh giới hiện nay. Trong tiếng Anh người ta gọi các tên dạng này là asterism - các chòm sao không chính thức, để phân biệt với constellation - các chòm sao chính thức. * Moät soá sao saùng nhaát treân baàu trôøi như Thieân Lang, Chöùc Nöõ, Ngöu Lang, * Moät soá keát quaû: + Ñeâm trong (khoâng maây) baèng maét thöôøng ta nhìn ñöôïc 6000 sao, baèng kính thieân vaên ta nhìn ñöôïc haøng chuïc tæ sao, haøng trieäu thieân haø. + Sao gaàn nhaát caùch ta 4,3 naêm aùnh saùng. Thieân haø xa nhaát caùch ta haøng tæ naêm aùnh saùng (loaøi ngöôøi hieän nay nhìn ñöôïc).. Moâ hình Địa taâm, Nhaät taâm..1. Moâ hình địa taâm * Mô hình địa tâm Brahe, Tycho: Mô hình này cho rằng Trái Đất là tâm của hệ Mặt Trời. Mặt Trăng, Mặt Trời quay quanh Trái Đất, còn các hành tinh khác quay quanh Mặt Trời (hình 3.a). Hình 3.a. Moâ hình địa tâm Brahe, Tycho * Mô hình địa tâm Ptolemy (Claudius Ptolemaeus, sCN)- ngöôøi Hy Laïp ôû vaøo theá kyû thöù hai, cho raèng Traùi Ñaát laø taâm vuõ truï, giôùi haïn vuõ truï laø voøm caàu ñöôïc gaén ñaày sao, quay quanh truïc xuyeân Traùi Ñaát, Maët Traêng, Maët Trôøi chuyeån ñoäng troøn ñeàu quanh Traùi Ñaát. 10

11 Hình 3.b. Moâ hình địa taâm Ptolemy Hình 3.b, cho thấy thứ tự các hành tinh từ Trái Đất trở ra theo hệ Ptolemy như sau: Mặt trăng, Thuỷ Tinh, Kim Tinh, Mặt trời, Hoả Tinh, Mộc Tinh, Thổ Tinh, các định tinh. Các nhà khoa học Hicetas và Ecphantus (thế kỷ thứ 5 trước CN), và Heraclides Ponticus (thế kỷ thứ 4 trước CN), cho rằng Trái Đất quay quanh trục của nó nhưng vẫn là trung tâm của vũ trụ.... Moâ hình nhaät taâm Nicolaus Copernicus ( )- ngöôøi Ba Lan cho raèng Maët Trôøi laø taâm vuõ truï; Traùi Ñaát laø moät haønh tinh chuyeån ñoäng quanh Maët Trôøi vaø töï quay quanh truïc cuûa noù; Maët Traêng chuyeån ñoäng troøn quanh Traùi Ñaát; Thuûy Tinh, Kim Tinh (ôû gaàn Maët Trôøi hôn); Hoûa Tinh, Moäc Tinh, Thoå Tinh... (ôû xa Maët Trôøi hôn so vôùi quyõ ñaïo Traùi Ñaát), taát caû chuùng ñeàu chuyeån ñoäng quanh Maët Trôøi. 11

12 Hình 4. Mô hình nhật tâm Hình 4, cho ta thöù töï tính töø Maët Trôøi trôû ra: Thuûy Tinh, Kim Tinh, Traùi Ñaát, Hoûa Tinh, Moäc Tinh, Thoå Tinh,...??..(thêi bêy giê ch a ph t hiön ra hai hμnh tinh cßn l¹i cña hö mæt trêi). Quyõ ñaïo cuûa caùc haønh tinh quanh Maët Trôøi naèm treân maët phaúng xaùc ñònh, caøng xa Maët Trôøi chu kyø caøng lôùn. Thời bấy giờ với phương tiện đo đạc, tính toán ngày càng tốt hơn nên mô hình địa tâm bị phủ nhận bởi mô hình nhật tâm, và ngày nay mô hình nhật tâm càng được bổ sung và hoàn thiện đó là hệ mặt trời như chúng ta đã biết. Cần nhớ rằng, mô hình nhật tâm tuy đúng hơn mô hình địa tâm, nhưng mô hình nhật tâm vẫn còn sai ở chỗ cho rằng Mặt Trời là tâm vũ trụ..3 Nhaät ñoäng Phöông höôùng.3.1 Nhaät động (diurnal motion): Chuyển động biểu kiến hàng ngày của thiên cầu quanh trục Bắc - Nam của Trái Đất do chuyển động tự quay của Trái Đất gây ra. Chiều của nhật động (hình 5) là chiều từ Đông sang Tây (chiều mọc/lặn của Mặt Trời). Choïn truïc Δ, trong maët phaúng nôi ta ñöùng, toaøn thieân caàu (chứa thiên thể, sao, thiên hà, ) quay troøn quanh truïc moät voøng moät ngaøy ñeâm, goïi laø nhaät ñoäng. Hình 6, cho thấy trục của Trái đất được xem là trùng với trục vũ trụ PP (truïc Δ). Quan sát viên đứng trên Trái Đất đang tự quay, nên các sao trên thiên cầu quay theo chiều ngược lại, gọi là chiều nhật động. 1

13 Hình 5. Chiều nhật động.3.. Thieân cöïc: Truïc Δ caét thieân caàu taïi hai ñieåm goïi laø thieân cöïc: + Thieân cöïc baéc (North celestial pole): Hình 6.a. Chiều nhật động của sao ở bầu trời bắc Hình 6.a, cho ta quỹ đạo vòng tròn, cung tròn của các sao khi nhìn veà thieân cöïc baéc. Taïi thieân cöïc baéc coù sao baéc cöïc gần như ñöùng yeân, ngoaøi thieân cöïc baéc caùc sao chuyeån ñoäng vôùi chieàu nhaät ñoäng là chiều ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà. 13

14 + Thieân cöïc nam (South celestial pole): Hình 6.b. Chiều nhật động của sao ở bầu trời Nam Ngược lại (hình 6.b), khi ta nhìn veà thieân cöïc nam voøng nhaät ñoäng cuûa caùc sao cuøng chieàu kim ñoàng hoà Xaùc ñònh phöông Baéc: Để xác định phöông hướng, tức xác định Baéc, Nam, Ñoâng, Taây. Người ta thường nhìn về bầu trời Bắc (hình 7). Thoâng thöôøng ngöôøi ta söû duïng hai caùch xaùc ñònh nhö sau: Thứ nhất, dựa vào choøm Gaáu Lôùn, ta keùo daøi sao β ñeán saoα một đoạn gấp 5 lần β α ta seõ gaëp moät sao saùng ñoù chính laø sao Baéc cöïc ( naèm gaàn thieân cöïc baéc)- sao Bắc cực (Polaris) thuộc chòm Gấu nhỏ (Ursa Minor). Sao Bắc cực, mỗi ngày nó quay quanh thiên cực một vòng được gọi là vòng nhật động, có bán kính góc khoảng 50, nên bằng mắt thường ta thấy sao Bắc cực đứng yên ở đường chân trời, cách điểm Bắc một khoảng cách góc bằng vĩ độ địa lý ở nơi quan sát, như vậy nhìn thấy sao Bắc cực là biết phương Bắc. Biết ñöôïc phöông Baéc, töø ñoù suy ra phöông Nam, Ñoâng, Taây. Thứ hai, dựa vào Choøm Thieân Haäu coù 5 sao saùng ghép thành hình chữ M. Nếu veõ ñöôøng thaúng goùc vôùi ñöôøng thaúng noái lieàn hai sao γ, δ, ta seõ gaëp sao Baéc cöïc (gaáp 10 laàn khoaûng caùch γ δ ). 14

15 Hình 7. Chòm sao ở bầu trời Bắc Vậy cả cách trên đều giúp ta tìm sao Bắc cực, rồi suy ra thiên cực bắc. Người ta quy ước rằng, khi ta nhìn về thiên cực bắc thì thấy chiều nhật động của các sao ngược với chiều quay của kim đồng hồ. Đứng nhìn như vậy thì bên tay phải của ta là phương Đông, bên tay trái là phương Tây, và cùng phương ngược chiều với hướng phương Bắc, ta sẽ có phương Nam. Ở Việt Nam, ta thấy các sao ở gần thiên cực bắc không bao giờ lặn, còn các sao ở gần thiên cực nam không bao giờ nhìn thấy được vì chúng luôn ở dưới đường chân trời..4. Chuyeån ñoäng nhìn thaáy cuûa Maët Trôøi, Maët Traêng vaø caùc haønh tinh treân neàn trôøi sao Caùch ñaây treân 000 naêm, ngöôøi ta ñaõ thaáy sao treân thieân caàu nhaät ñoäng ñeàu quanh Traùi Ñaát coù vò trí khoâng ñoåi, trong khi ñoù moät soá haønh tinh, Maët Trôøi, Maët Traêng, coù söï thay ñoåi vò trí. Ngöôøi ta ñöa ra nhaän xeùt sau: Maët Trôøi, Maët Traêng töø töø dòch chuyeån ñoái vôùi sao coù chieàu ngöôïc chieàu nhaät ñoäng töø Taây sang Ñoâng, Maët Trôøi ñi moät voøng maát 365 ngaøy, Maët Traêng ñi moät voøng maát 7 ngaøy. Caùc haønh tinh cuõng thay ñoåi ñoái vôùi sao theo chieàu ngöôïc nhaät ñoäng. Thuûy Tinh, Kim Tinh khoâng toàn taïi treân voøm trôøi ôû quaù xa Maët Trôøi. Maët Trôøi, Maët Traêng, và caùc haønh tinh dòch chuyeån ñoái vôùi sao theo caùc quyõ ñaïo gaàn nhau. Vì vaäy ngöôøi ta keát luaän heä Maët Trôøi chuyeån ñoäng theo moät quy luaät rieâng? 15

16 .5 Caáu taïo heä Maët Trôøi Heä Maët Trôøi laø taäp hôïp caùc thieân theå chuyeån ñoäng vôùi quy luaät rieâng maø trong ñoù Maët Trôøi laøm taâm. Năm 006, Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU) đưa ra định nghĩa mới về hành tinh trong hệ Mặt Trời phải có đặc điểm là quay quanh Mặt Trời, có khối lượng đủ lớn và có dạng gần hình cầu, đã dọn sạch miền lân cận quanh quỹ đạo của nó. Vì thế hệ Mặt Trời chính thức chỉ có tám hành tinh. Thiên thể Pluto không thỏa mãn đặc điểm đã dọn sạch miền lân cận quanh quỹ đạo của nó nên trước đây là hành tinh thứ 9 - Diêm Vương Tinh, không còn được xem là hành tinh của hệ Mặt Trời nữa Thiên thể trong hệ Mặt Trời Hệ Mặt Trời có các thiên thể sau đây: Một Mặt Trời xem như đứng yên, làm tâm; Tám hành tinh, theo thứ tự từ Mặt Trời tính ra là Thuyû Tinh, Kim Tinh, Traùi Ñaát, Hoûa Tinh, Moäc Tinh, Thoå Tinh, ThieânVöông Tinh, Haûi Vöông Tinh, các vệ tinh của các hành tinh đó; vài chục ngàn tiểu hành tinh; vài ngàn sao chổi..5.. Sự quay của các Thiên thể Mặt Trời vừa tự quay quanh trục và vừa làm tâm quay cho các thiên thể: hành tinh, tiểu hành tinh, sao chổi. Tám hành tinh vừa tự quay quanh trục và vừa quay quanh Mặt Trời, Các vệ tinh đa số vừa tự quay quanh trục và vừa quay quanh hành tinh của nó, Vài chục ngàn tiểu hành tinh quay quanh Mặt Trời, Vài ngàn sao chổi quay quanh Mặt Trời. Mặt Trời xem như đứng yên là cố định vị trí của nó so với các thiên thể khác quay quanh nó. Thực ra Mặt Trời (cùng với hệ Mặt Trời) quay quanh tâm thiên hà của chúng ta, một vòng mất 50 triệu năm. Quỹ đạo của các Thiên thể (hình 8) * Tám hành tinh, tiểu hành tinh quay quanh Mặt Trời theo quỹ đạo gần tròn, elip. * Sao chổi quay quanh Mặt Trời theo quỹ đạo elip rất dẹt. Mặt Trời cùng một lúc đóng vai vừa là tâm quỹ đạo gần tròn, vừa là tiêu điểm của elip của các hành tinh, tiểu hành tinh, võa lμ tiêu điểm của elip rất dẹt của các sao chæi. 16

17 Hình 8. Quỹ đạo các hành tinh, tiểu hành tinh, sao chổi Chieàu töï quay caùc haønh tinh: + Coù 7 haønh tinh töï quay cuøng chieàu quay quanh Maët Trôøi cuûa noù (töø Taây sang Ñoâng). + Coù 1 haønh tinh (Kim Tinh) töï quay ngöôïc chieàu quay quanh Maët Trôøi cuûa noù (töø Ñoâng sang Taây). Maët phaúng quyõ ñaïo cuûa caùc haønh tinh: Caùc quyõ ñaïo troøn hay elip cuûa caùc haønh tinh gaàn nhö naèm treân moät maët phaúng vôùi maët phaúng hoaøng ñaïo cuûa Traùi Ñaát. Rieâng Thủy Tinh coù quyõ ñaïo quay nghieâng vôùi maët phaúng hoaøng ñaïo một góc 7 o Tổng quan các hành tinh (phụ lục 4) Hành tinh là một thiên thể quay xung quanh một ngôi sao, hành tinh thường có dạng khối cầu do chính lực hấp dẫn của nó gây lên. Hành tinh có nguồn gốc từ chữ planetes (Πλανήτης) của tiếng Hy Lạp. Hành tinh thường là những thiên thể nguội không tự phát sáng. Chu kỳ quay Chu kỳ quay là thời gian mà hành tinh đó quay hết một vòng quanh Mặt Trời. Chu kỳ quay của hành tinh cũng là năm của hành tinh đó. 17

18 Ví dụ: Năm Trái Đất là thời gian mà Trái Đất quay hết một vòng quanh Mặt Trời. (1 năm Trái Đất = 365,45 ngày). Năm của Hải Vương tinh (HVT) là thời gian mà nó quay hết một vòng quanh Mặt Trời. (1 năm trên HVT = 165 năm Trái Đất = 165 x 365,45 ngày Trái Đất). Ta cần nhớ rằng, năm của các hành tinh khác nhau như vậy không có liên quan gì đến thời gian trôi chậm, như thuyết tương đối của Einstein. Phân nhóm: Các hành tinh được phân thành hai nhóm + Nhoùm Traùi Ñaát: Nhóm Traùi Ñaát có 4 hành tinh, đó là Thuyû Tinh, Kim Tinh, Traùi Ñaát, Hoûa Tinh. Các hành tinh này có đặc điểm là haønh tinh côû beù, khoái löôïng rieâng lôùn. + Nhoùm Moäc Tinh: Nhóm Moäc Tinh có 4 hành tinh, đó là Moäc Tinh, Thoå Tinh, Thiên Vương Tinh, và Hải Vương Tinh. Haønh tinh Khoaûng caùch töø MT(ñvtv) ( km) Haûi Vöông Tinh Thieân Vöông Tinh Thoå Tinh Moäc Tinh Tiểu haønh tinh Hoûa Tinh Traùi Ñaát Nepture Uranus Saturn Jupiter Mars The Earth Kim Tinh Thuyû Tinh Maët trôøi Venus Mercury The Sun , , , , , ,38 57,9 17, 14,5 95, ,107 1,000 5,98 Tæ troïng 1,7 1,3 0,69 1,31 3,97 5,5 5,5 5,4 Khoái löôïng (ñv) ( kg) 0 0 0,815 0, Vaän toác vuõ truï 3,6 1, 35,6 59,5 5 11, 10,3 4,3 618 caáp II (km/s) Tốc độ quỹ đạo (km/s) 5,3 6,81 9,64 13,1 4,1 9,8 35,0 47,9 Năm ,5 11,9 1,88 1 0,615 0,41 0 Số vệ tinh Bảng 1. Một số tính chất các hành tinh.5.4. Tiểu hành tinh (phụ lục 6) Tiểu hành tinh (Asteroid) là những thiên thể có kích thước nhỏ hơn các hành tinh rất nhiều, nên chúng không đủ khả năng tạo ra hấp dẫn hướng tâm để có được dạng cầu như các hành tinh. Các tiểu hành tinh có hình dạng bất kỳ này được phân bố như một vành đai- tựa như lớp đệm cùng quay quanh Mặt Trời theo quỹ đạo elip, nó ngăn cách các hành tinh nhóm Trái Đất với các hành tinh nhóm Moäc Tinh. 18

19 .5.5 Sao choåi (Comets) (phụ lục 7) Cấu tạo: Laø thieân theå nguoäi, kích thöôùc nhoû, ñoùng baêng, goàm tinh theå nöôùc, Amoniac, CH 4, CO. Khoâng oån ñònh, dễ bò vỡ, maát dần khoái löôïng sau mỗi lần xuất hiện đuôi. Quỹ đạo: Tất cả các sao chổi đều có quyõ ñaïo elip raát deït, mà trong đó Maët trôøi ở một tiêu điểm. Phân loại (theo chu kỳ): Coù ba loaïi sao choåi * Sao choåi chu kyø (T) ngaén: laø sao choåi coù T < 30 naêm. Coù khoaûng 100 sao choåi loaïi naày, sao choåi Biela (Bieâla) coù T = 6,6 naêm, xuaát hieän 7/0/186, laàn xuaát hieän naêm 1845 noù bò vỡ, laøm ñoâi vaø ñeán laàn 1865 ta khoâng nhìn thaáy nöõa * Sao choåi chu kyø trung bình: chu kỳ có giá trị trong khoảng treân 30 naêm ñeán haøng100 naêm, nhö sao choåi Ikeya Seki (Ikeâya Xeâki) ñaõ xuaát hieän naêm 1965 laàn tieáp theo vaøo naêm 845. Sao choåi Halley ñaõ nhìn thaáy vào các năm , 1986, * Sao choåi chu kyø daøi: Laø loaïi khoù xaùc ñònh quyõ ñaïo hoaëc chæ xuaát hieän moät laàn, nhö sao choåi Acmaroáp Iurôloâp coù chu kỳ 7500 naêm, đã xuất hieän naêm Bạn đọc hãy tính xem lần kế tiếp sao chổi này xuất hiện vào năm nào? Và bạn có chứng kiến được không? Đuôi sao choåi: Coù hai daïng + Moät ñuoâi: nh sao chæi Halley,... + Hai ñuoâi: nh sao choåi West xuaát hieän naêm1976 coù đường kính 0km và hai ñuoâi daøi hôn 100 trieäu km. Moät ñuoâi maøu traéng goàm toaøn buïi vaø moät ñuoâi maøu xanh goàm toaøn khí. Cần nhớ rằng, đuôi của sao chổi chỉ xuất hiện khi nó đến đủ gần Mặt Trời, và chiều của đuôi luôn theo phương của đường xuyên tâm sao chổi- Mặt Trời và đuôi này luôn hướng ra xa phía Mặt Trời..6 Nguoàn goác Heä Maët Trôøi. Có nhiều giả thiết nói về nguồn gốc hệ Mặt Trời, trong số đó có thể kể đến các giả thiết của các tác giả: Kant, Buffon, Laplace, Jeans, (phụ lục 8) Giaû thuyeát cuûa Kant: Naêm 1755, Kant-nhaø trieát hoïc ngöôøi Ñöùc cho raèng heä Maët Trôøi ñöôïc hình thaønh töø ñaùm maây buïi vuõ truï coù theå laø chaát khí hay chaát raén naùt vuïn nguoäi laïnh baát ñoäng. Döôùi taùc duïng cuûa löïc haáp daãn, ñaùm maây buïi chuyeån ñoäng vaø bò taùch ra nhieàu maûng. Khoái lôùn nhaát ôû trung taâm thu huùt theâm buïi ôû xung quanh vaø lôùn daàn leân, taïo thaønh Maët Trôøi. Caùc maûng nhoû ôû xung quanh tieáp tuïc chuyeån ñoäng quanh maûng lôùn vaø thu huùt theâm vaät chaát veà phía mình ñeå taïo neân caùc haønh tinh vaø veä tinh. 19

20 .7. Ñònh luaät Kepler * Johannes Kepler ( ) ñaõ xaây döïng ba ñònh luaät veà chuyeån ñoäng cuûa caùc haønh tinh. * Isaac Newton ( ) chöùng minh raèng ñònh luaät Kepler laø heä quaû cuûa ñònh luaät vaïn vaät haáp daãn. Đònh luaät Kepler vaãn ñuùng cho veä tinh töï nhieân, veä tinh nhaân taïo vaø ñuùng caû trong heä Mặt Trời, (phụ lục 3) Ñònh luaät veà quyõ ñaïo (The law of orbits): * Phaùt bieåu: Moïi haønh tinh ñeàu chuyeån ñoäng treân caùc quyõ ñaïo elip vôùi Maët Trôøi ôû moät tieâu ñieåm. p * Coâng thöùc: r =. (.1) 1+ ecosϕ trong ñoù: r là khoảng cách từ hành tinh đến Maët Trôøi, p là thoâng soá cuûa elip, ϕ là goùc caän ñieåm thöïc. * Moâ taû (hình 9): a là baùn kính truïc lôùn, e: taâm sai, vôùi e = 0 ta coù ñöôøng troøn luùc ñoù F truøng vôùi F truøng vôùi taâm O cuûa ñöôøng troøn. Taâm sai cuûa caùc haønh tinh khoâng lôùn neân quyõ ñaïo cuûa chuùng khi khaûo saùt ta xem nhö ñöôøng troøn. Hình 9. Quỹ đạo elip của hành tinh.7.. Ñònh luaät veà dieän tích (The law of areas): * Phaùt bieåu: Ñöôøng noái moät haønh tinh vôùi Maët Trôøi queùt nhöõng dieän tích baèng nhau, trong nhöõng thôøi gian baèng nhau. * Coâng thöùc: r dϕ = const. (.) dt 0

21 * Moâ taû (hình 10): Trong quá trình chuyển động với quỹỹ đạo elip quanh Mặt Trời của hành tinh, hành tinh sẽ quét các diện tích ΔS như nhau trong khoảng thời gian Δt như nhau. Vì vậy, ta thấy haønhh tinh ôû xa Maët Trôøi chuyeån ñoäng chaäm, ôû gaàn chuyeån ñoäng nhanh. Hình 10. Diện tích quét của hành tinh.7.3. Ñònh luaät veà chu kyø ( The law of periods): * Phaùt bieåu: Bình phöông chu kyø cuûa baát cöù haønh tinh naøo cuõng tyû leä vôùi laä ap phöông baùn kính truïc lôùn quyõ ñaï ao cuûa noù T 1 T * Coâng thöùc: = = const. (.3) 3 3 a 1 a hay: T 4π = r 3. (.4) GM.8. Ñònh luaät vaïn vaät haáp daãn Caùc vaät coù khoái löôïng luoân taùc duïng leân nhau nhöõng löïc huùt, ví duï nhö Traùi Ñaát huùt ta, Maët Trôøi huùt Traùi Ñaát, Sao huùt Sao. Caùc löïc huù ut nhö vaäy goïi laø löïc haáp daãn vuõ truï. Lực hấp dẫn có bán kính vô cực, cường độ yếu, và là một trong bốn lực tương tác của tự nhiên. Newton laø ngöôøi ñaàu tieân neâu leân ñònh luaät cô baûn veà löï öc haáp daãn vuõ truï Ñònh luaät Newton veà söï haáp daãn vuõ truï: * Phaùt bieåu: Hai chaát ñieåm coù khoái löôïng M, m ñaët caùch nhau moät khoaûng R seõ huùt nhau baèng nhöõng löïc coù: + Phöông: laø ñöôøng thaúng noái hai chaát ñieåm ñoù, + Chieàu: ngöôïc nhau. ñieåm ñaët khaùc nhau, + Ñoä lôùn: tyû leä thuaän vôùi hai khoái löôïng M, m, vaø tyû leä nghòch vôùi bình phöông khoaûng caùch R: M. m F = F = G.. (.5) R (haèng soá haáp daãn vuõ truï G = 6, Nm /kg ) 1

22 Coâng thöùc treân chæ aùp duïng cho tröôøng hôïp nhöõng chaát ñieåm, muoán tính löïc haáp daãn vuõ truï giöõa caùc vaät coù kích thöôùc lôùn, ta duøng phöông phaùp tích phaân. Vì lyù do ñoái xöùng, coâng thöùc naày cuõng aùp duïng ñöôïc trong tröôøng hôïp hai quaû caàu ñoàng chaát, khi ñoù R laø khoaûng caùch giöõa hai taâm cuûa hai quaû caàu. * Ứng dụng: + Söï phuï thuoäc gia toác troïng tröôøng theo ñoä cao: Löïc huùt cuûa Traùi Ñaát lên moät chaát ñieåm có khoái löôïng m ta ký hiệu là P- löïc troïng tröôøng, chính laø löïc haáp daãn vuõ truï. Neáu chaát ñieåm ôû ngay treân maët ñaát, thì löïc haáp daãn này laø: M. m M P o = G., vaø Po = mg o, Nên: g o = G. R R, (.6) (M: khoái löôïng Traùi Ñaát, R: baùn kính Traùi Ñaát, g o : gia toác trọng tröôøng ngay treân maët ñaát) M Xeùt một ñieåm coù ñoä cao h, gia toác trọng tröôøng laø:g = G., (.7) ( R + h) R Töø (.6) vaø(.7) ta coù: g = g o, R + h h Vì h << R, nên ta có thể biến đổi: g = g o (1 ). (.8) R Coâng thöùc naày cho ta söï phuï thuoäc gia toác troïng tröôøng theo ñoä cao h, deã daøng nhaän thaáy caøng leân cao gia toác caøng giảm. Thực ra löïc trọng tröôøng và lực hấp dẫn không đồng nhất nhau. Nếu xét một cách gần đúng, ta có thể xem lực nầy như nhau. + Tính khoái löôïng cuûa caùc thieân theå: - Tính khoái löôïng Traùi Ñaát: Töø (.6), ta tính ñöôïc khoái löôïng Traùi Ñaát: R M = g o. = (9,8m/s 6 (6, m) ) G 11 6, Nm / kg M kg. - Tính khoái löôïng Maët Trôøi:Maët Trôøi huùt Traùi Ñaát vôùi löïc höôùng taâm: M. m F = G., (M: khoái löôïng Maët Trôøi, m: khoái löôïng Traùi Ñaát, R : R ' khoảng cách giữa Maët Trôøi với Traùi Ñaát ) Xem Traùi Ñaát chuyeån ñoäng quanh Maët Trôøi vôùi quyõ ñaïo troøn, löïc v höôùng taâm laø: F = m. ', R (v: vaän toác cuûa Traùi Ñaát treân quyõ ñaïo quanh Maët Trôøi, vaän toác lieân heä vôùi chu kyø T π R' nhö sau: v = ) T M. m v Vaäy: F = G. = m. ' R' R. Suy ra: M 1030 kg.

23 .8.. Ñònh luaät vaïn vaät haáp daãn cuûa Newton vaø thuyeát töông ñoái: Ñònh luaät vaïn vaät haáp daãn cuûa Newton giaûi thích ñöôïc nhieàu hieän töôïng töï nhieân. Noù khoâng chæ aùp duïng cho chuyeån ñoäng cuûa chaát ñieåm, cuûa caùc haønh tinh, veä tinh trong thaùi döông heä maø coøn chi phoái chuyeån ñoäng cuûa caùc sao vaø thieân haø. Ñònh luaät vaïn vaät haáp daãn khoâng tuyeät ñoái, veà sau noù ñöôïc Einstein hoaøn chænh trong thuyeát töông ñoái roäng. M. m Coâng thöùc F = G. khoâng coù soá haïng khoâng gian, thôøi gian. Töø ñoù cho thaáy quan R ñieåm cuûa Newton thì töông taùc haáp daãn truyeàn ñi töùc thôøi, neáu vaät bieán maát thì tröôøng haáp daãn cuûa vaät seõ töùc khaéc bieán maát. Theo Einstein thì töông taùc haáp daãn truyeàn ñi khoâng töùc thôøi (coù vaän toác giôùi noäi khoâng quaù vaän toác aùnh saùng), neáu vaät bieán maát thì tröôøng haáp daãn cuûa noù vaãn coøn, vaø truyeàn maõi trong khoâng gian. Thuyeát haáp daãn cuûa Einstein cho raèng vaät coù naêng löôïng, thì noù coù khoái löôïng vaø chòu töông taùc haáp daãn (bò vaät khaùc huùt), ngay caû tia saùng vì coù naêng löôïng neân coù khoái löôïng vaø chòu löïc huùt cuûa caùc thieân theå neân ñöôøng ñi cuûa tia saùng bò cong. Ñuùng vaäy khoa hoïc ngaøy nay ñaõ xaùc nhaän tia saùng bò cong, khi ñi ngang qua haønh tinh coù tröôøng haáp daãn lôùn!! Söï sai leäch cuûa chuyeån ñoäng Thuûy Tinh, keát quaû thöïc nghieäm cho thấy quyõ ñaïo sau 100 naêm leäch ñi moät goùc 0. Trong khi ñoù pheùp tính cuûa Newton cho keát quaû 43 nhö vaäy lyù thuyeát cuûa Newton ñaõ sai vôùi thöïc nghieäm?! Ñònh luaät vaïn vaät haáp daãn khoâng chính xaùc?! Veà sau vôùi thuyeát töông ñoái roäng Einstein cho raèng sôû dó coù söï sai leäch nhö vaäy laø vì söï cong cuûa khoâng gian ôû gaàn Maët Trôøi. Söï truøng hôïp ngaãu nhieân khoâng giaûi thích ñöôïc cuûa khoái löôïng quaùn tính vaø khoái löôïng haáp daãn, suoát hai theá kyû beá taéc. Sau ñoù Einstein giaûi thích baèng nguyeân lyù töông ñöông (khoái löôïng quaùn tính töông ñöông với khoái löôïng haáp daãn). Ñònh luaät quaùn tính vaø định luaät vaïn vaät haáp daãn chæ giaûi thích ñöôïc söï baûo toaøn quyõ ñaïo elip cuûa caùc haønh tinh, khoâng giaûi thích ñöôïc taïi sao luùc ñaàu haønh tinh chuyeån ñoäng theo quyõ ñaïo elip. Newton cho raèng Thöôïng ñeá cho caùi hích ban ñaàu, vaø thænh thoaûng cho caùi hích boå sung. Veà sau Laplace giaûi thích heä Maët Trôøi laø oån ñònh, töï thaân töông taùc vaät chaát vôùi vaät chaát ñaõ taïo söï chuyeån ñoäng ban ñaàu theo quyõ ñaïo elip..9. Baøi taäp Baøi 1: Trình baøy caáu truùc vuõ truï? Vì sao ngöôøi ta noùi raèng vuõ truï luoân bieán ñoåi khoâng ngöøng? Hieän nay loaøi ngöôøi ñaõ tìm hieåu ñöôïc phaàn vuõ truï vôùi baùn kính bao nhieâu? Baøi : Veõ caùc choøm sao ôû baàu trôøi Baéc? Baøi 3: Thieân caàu laø gì? Haõy keå teân moät soá choøm sao maø baïn bieát, veõ hình moät trong nhöõng choøm sao ñoù? 3

24 Baøi 4: Nhaät ñoäng laø gì? Moâ taû caùch xaùc ñònh thieân cöïc Baéc, Nam? Baøi 5: Neâu vaø veõ hình caùch xaùc ñònh phöông Baéc? Baøi 6: Neâu ñaëc ñieåm chuyeån ñoäng nhìn thaáy cuûa Maët Trôøi, Maët Traêng vaø caùc haønh tinh treân neàn trôøi Sao? Baøi 7: Trình baøi moâ hình ñòa taâm cuûa Ptolemy? Neâu öu khuyeát ñieåm? Baøi 8: Trình baøi moâ hình nhaät taâm cuûa Copernicus? So saùnh vôùi moâ hình ñòa taâm, baïn ruùt ra ñöôïc ñieàu gì? Baøi 9: Caùc moâ hình ñiaï taâm, nhaät taâm coøn giaù trò ñeán ngaøy nay khoâng? Vì sao? Baøi 10: Trình baøi caùc ñònh luaät Kepler? neâu muïc ñích yù nghóa? Baøi 11: Ñònh luaät vaïn vaät haáp daãn Newton? Coâng thöùc? Taàm taùc duïng? Baøi 1: Ñònh luaät vaïn vaät haáp daãn Newton coøn giaù trò ñeán ngaøy nay khoâng? Vai troø cuûa noù trong thieân vaên hoïc? Baøi 13: Töø choøm Thieân Haäu roài tìm kieám sao Baéc cöïc. Baïn haõy theo doõi vò trí sao Baéc cöïc vaø caùc sao chung quanh ( vaøo caùc thôøi ñieåm:19h; 0h; 1h; h) ruùt ra ñaëc ñieåm chuyeån ñoäng cuûa caùc sao này? Baøi 14: Treân cô sôû heä nhaät taâm, haõy giaûi thích chuyeån ñoäng nhìn thaáy cuûa sao Hoâm, sao Mai? Ñaây laø hai sao hay moät sao vaø là sao hay haønh tinh thöù maáy trong heä Maët Trôøi? Baøi 15: Chöùng minh ñònh luaät II Kepler töông ñöông vôùi söï baûo toaøn moment ñoäng löôïng? Baøi 16: Naêm 1986 caùc quan saùt thieân vaên xaùc nhaän ñaõ nhìn thaáy moät sao choåi coù khoaûng caùch gaàn Maët Trôøi nhaát ( khoaûng caùch caän nhaät R p = 8, m), chu kyø T = 76 naêm. Cho G = 6, m 3 /kg.s, M MT = 1, kg. Hoûi: 1/ Laàn keá tieáp loaøi ngöôøi treân Traùi Ñaát nhìn thaáy sao choåi naày vaøo naêm naøo? Teân cuûa sao choåi? / Tính khoaûng caùch vieãn nhaät R a? 3/ Sao choåi naày naèm trong hay ngoaøi baùn kính cuûa Heä Maët Trôøi của chuùng ta (choïn maët trôøi laøm taâm, khoảng cách từ Maët Trôøi đến Hải Vương Tinh là 4,5x10 9 km ). 4/ Tính taâm sai cuûa quyõ ñaïo sao choåi? Hướng dẫn giải: 1/ Laàn keá tieáp ta thaáy sao choåi naày vaøo naêm: = 06, tên sao chổi: Halley. 1/3 4π 3 GMT / Từ công thức định luật III Kepler: T = r với r = a. Suy ra: a = GM 4π Khoaûng caùch vieãn nhaät: R a = a + ea = 5, m (ĐS) 3/ Khoảng cách từ Maët Trôøi đến Hải Vương Tinh có thể xem như bán kính của hệ Maët Trôøi, ta so sánh 4,5 tỉ km với R a sẽ có kết quả Ra Rp (5,3 10 m) (8,9 10 m) 4/ Taâm sai cuûa quyõ ñaïo sao choåi: e = e = = = 0,96 1 a ()(, 7 10 m) 4

25 Baøi 17: Moäc Tinh xem nhö chuyeån ñoäng troøn quanh Maët Trôøi, quay moät voøng quanh Maët Trôøi maát 11,9 naêm. Tính khoaûng caùch Moäc Tinh - Maët Trôøi? (cho M Moäc = 1, kg). Baøi 18: Moät taøu vuõ truï coù khối lượng m =.000kg bay theo quyõ ñaïo troøn quanh Traùi Ñaát ñoä cao h = 350km. Tính chu kyø vaø vaän toác cuûa taøu? (cho R TÑ = 6370km; M TÑ = 5, kg; G = 6, m 3 /kg.s ) Baøi 19: Moät veä tinh bay theo quyõ ñaïo troøn quanh Traùi Ñaát ñoä cao h = 00km so vôùi maët ñaát, ôû ñoä cao ñoù gia toác rôi töï do laø g = 9,0m/s. 1/ Tính vaän toác quyõ ñaïo cuûa veä tinh? / Vôùi vaän toác tìm ñöôïc ôû caâu a, veä tinh thöïc hieän moät voøng bay maát thôøi gian bao laâu? 3/ Nhaø du haønh coù bò tình traïng maát troïng löôïng khoâng? giaûi thích? Baøi 0: Tinh Ñoaøn hình caàu trong choøm sao Cung Thuû coù khoaûng vì sao. Caáu truùc naày cho ta yù nieäm veà kho döï trữ theá naêng haáp daãn ñoà soä, ñöôïc tích lũy trong vuõ truï. Vôùi hieåu bieát treân anh (chò) haõy xeùt moät heä goàm Traùi Ñaát vaø Maët Traêng, khoaûng caùch trung bình giöõa chuùng laø d = 3, m. 1/ Tính theá naêng haáp daãn cuûa heä Traùi Ñaát - Maët Traêng? / Nhaän xeùt? ( Cho: G = 6, m 3 /kg.s ; M TÑ = 5, kg; M MTr = 7,36 10 kg) Giải Theá naêng haáp dẫn được tính bởi: 11 4 GMm (6,67 10 Nm / kg )(5,98 10 kg)(7,36 10 kg) U = = 8 d (3,8 10 m) U = 7, J Baøi 1: Moät veä tinh bay theo quyõ ñaïo troøn quanh Traùi Ñaát ñoä cao h = 50km so vôùi maët ñaát, coù chu kyø T = 89 phuùt. Tính khoái löôïng Traùi Ñaát? (cho R TÑ = 6370km; G = 6, m 3 /kg.s ) Baøi : Xeùt moät Pulsar (Sao Xung) coù khoái löôïng rieâng cöïc lôùn, khoái löôïng baèng khoái löôïng Maët Trôøi M = 1, kg, baùn kính R = 1km, T = 0,041s. ÔÛ xích ñaïo cuûa noù thì gia toác rôi töï do nhoû hôn gia toác haáp daãn bao nhieâu phaàn traêm? Baøi 3: Moät haït coù khoái löôïng m 1 = 0,67kg ôû caùch moät ñaàu thanh ñoä daøi L = 3,0m vaø khoái löôïng M = 5,0kg, moät khoaûng d = 3cm. Tính cöôøng ñoä löïc haáp daãn F 1, do thanh taùc duïng vaøo haït? Baøi 4: Caùc quan saùt veà aùnh saùng phaùt ñi töø moät ngoâi sao cho thaáy raèng aùnh saùng aáy xuaát phaùt töø moät heä sao ñoâi. Sao nhìn thaáy coù vaän toác treân quyõ ñaïo v = 70km/s, chu kyø T = 1,7 ngaøy, vaø coù khoái löôïng baèng 6 laàn khoái löôïng Maët Trôøi. Bieát raèng sao treân vaø baïn ñoàng haønh cuûa noù (sao toái) cuøng chuyeån ñoäng treân quyõ ñaïo troøn. Anh (hay Chò) haõy tính khoái löôïng cuûa sao toái? 5

26 CHÖÔNG 3 TRAÙI ÑAÁT Hình 11. Châu Mỹ do NASA công bố năm 1997 Trái Đất của chúng ta là một trong 8 hành tinh nằm trong hệ mặt trời (HMT), HMT cách tâm thiên hà của chúng ta ( Dải Ngân Hà The Milky Galaxy) năm ánh sáng, thiên hà của chúng ta cùng với thiên hà khác tạo thành nhóm thiên hà, đại thiên hà, tập hợp các đại thiên hà ta có VŨ TRỤ. Trái Đất mái nhà chung của nhân loại (loài người sống trên Trái Đất) thật quá bé nhỏ trong vũ trụ, và con người chúng ta thì quá bé so với Trái Đất 6

27 3.1 Heä toïa ñoä ñòa lyù Hình daïng Traùi Ñaát Heä toïa ñoä ñòa lyù: Truïc quay cuûa Traùi Ñaát caét maët ñaát taïi hai ñieåm: Ñịa cöïc Baéc, Ñịa cöïc Nam. Maët phaúng vuoâng goùc taïi taâm O caét maët ñaát theo ñöôøng troøn goïi laø xích ñaïo. Xích ñaïo chia ñoâi Traùi Ñaát thành nöûa Baéc và nöûa Nam. Voøng troøn ñi qua hai địa cöïc gọi là kinh tuyến. Kinh tuyeán goác (taïi Anh ) chia Traùi ñaát thaønh nöûa Ñoâng, và nöûa Taây. Để xaùc ñònh vò trí treân maët ñaát người ta căn cứ vào hai toaï ñoä: Vó ñoä ϕ, và kinh ñoä λ (hình 1) Hình 1. Hệ tọa độ địa lý Coù 3 loaïi vó ñoä (hình 13) Ta biết rằng, do Traùi Ñaát khoâng troøn, maät ñoä khoâng ñeàu, nên dây dọi có thể sẽ không nằm trên phương qua tâm O của Trái Đất. Vì thế, người ta chia làm 3 loại vĩ độ sau đây: - Vó ñoä thieân vaên ϕ ứng với goùc AO 1 AÙ ( cuûa daây doïi, maët phaúng xích ñaïo) - Vó ñoä ñòa taâm ϕ ứng với goùc AOAÙ ( baùn kính veùctô cuûa ñieåm khaûo saùt A vôùi maët phaúng xích ñaïo) - Vó ñoä traéc ñiaï ϕ goùc A O AÙ ( ñöôøng thaúng goùc cuûa hình phoûng caàu taïi A keùo xuoáng maët phaúng xích ñaïo) Hình 13. Các loại vĩ độ 7

28 3.1.. Hình daïng Traùi Đaát: Con ngöôøi luoân quan taâm ñeán maûnh ñaát cuûa mình, nôi ñoù con ngöôøi toàn taïi vaø phaùt trieån. Coù raát nhieàu giaû thieát veà hình daïng Traùi Ñaát. Töø raát xa xöa con ngöôøi cho raèng Traùi Ñaát laø moät maët phaúng, ñöôïc chuïp leân bôûi moät nöûa maët caàu baàu trôøi treân ñoù gaén chaët caùc vì sao. Theá kyû IX (tröôùc coâng nguyeân), ngöôøi ta cho raèng Traùi Ñaát coù daïng caàu nhöng chöa chöùng minh ñöôïc. Theá kyû IV (tröôùc coâng nguyeân), Aristole chöùng minh ñöôïc Traùi Ñaát coù daïng caàu qua caùc hieän töôïng nhaät, nguyeät thöïc, taøu thuyû ra khôi bò khuaát daàn, caøng leân cao thôøi gian ñöôïc chieáu naéng caøng daøi. Theá kyû III (tröôùc coâng nguyeân): Eratosthenes cho keát quaû chính xaùc hôn, ñoù laø chu vi cuûa Traùi Ñaát khoaûng 40000km gaàn ñuùng vôùi keát quaû ño ñaïc hieän nay. Theá kyû XVI (1543): Copernicus cho raèng Traùi Ñaát töï quay quanh truïc, vì theá vaät chaát doàn veà xích ñaïo. Ñoä daøi cuûa 1 o cung kinh tuyeán ôû nhöõng ñoaïn coù ñoä vó khaùc nhau thì khoâng baèng nhau (ôû xích ñaïo cung kinh tuyeán daøi 111,3km, ôû vuøng cöïc daøi 110,9km). Ñieàu ñoù cho thaáy ñoä cong cuûa maët ñaát ôû vuøng xích ñaïo lôùn hôn ôû vuøng ñòa cöïc. Theo oâng Traùi Ñaát khoâng phaûi hình caàu maø laø moät elipxoâit hôi deït ôû hai cöïc. Theá kyû XIX vôùi duïng cuï ño vaø phöông phaùp ño toát hôn, caùc nhaø khoa hoïc xaùc nhaän raèng Traùi Ñaát coù daïng geoâid (khoâng phaûi: hình caàu, elipxoâit). Beà maët geoâid gaàn truøng vôùi maët elipxoâit, coù chỗ cao hôn, coù chỗ thaáp hôn ( Chaâu Aù vaø Baéc Myõ thaáp hôn maët elipxoâit laø 16m vaø 97m, Chaâu AÂu vaø Chaâu Phi cao hôn maët elipxoâit 136m, treân caùc ñaïi döông ñeàu cao hôn maët elipxoâit, nhö Thaùi Bình Döông cao hôn 10m). Vaäy Traùi Ñaát coù hình daïng khaù ñaët bieät, ta goïi laø daïng töïa caàu hay Ñòa caàu theå. Traùi Ñaát coù baùn kính ôû xích ñaïo laø 6378,16km vaø baùn kính ôû ñòa cöïc laø 6356,78km. a b 1 Ñoä deït: ε = =. (3.1) a 98,5 3. Söï bieán thieân cuûa gia toác troïng tröôøng Có nhiều nguyeân nhaân gaây ra söï bieán thieân gia toác troïng tröôøng ngay treân maët ñaát (hình 14), ta tìm hiểu vài nguyên nhân sau đây: Vì baùn kính Traùi Ñaát laø khaùc nhau tuyø theo vò trí treân maët ñaát, neân ñoä lôùn cuûa M gia toác troïng tröôøng töøng nôi treân maët ñaát seõ khaùc nhau: g o = G. R (M: khoái löôïng Traùi Ñaát, R: baùn kính Traùi Ñaát, g o : gia toác trọng tröôøng ngay treân maët ñaát) Do söï quay cuûa Traùi Ñaát (hình 1): Traùi Ñaát töï quay quanh truïc vôùi vaän toác goùc ω, xeùt moät ñieåm M baát kyø treân maët ñaát, ta coù: g v M = g v o + a v, (3.) lt g M = g o acosφ, g M = g o ω R cos φ. (3.3) Deã thaáy caøng tieán veà phía cöïc Traùi Ñaát thì g M caøng taêng. 8

29 Hình 14. Söï bieán thieân của gia toác troïng tröôøng Do caáu taïo cuûa Traùi Ñaát: Trong loøng quaû ñaát taïi nôi ñoù coù maät ñoä vaät chaát hay khoái löôïng rieâng khoâng bình thöôøng, ñaây cuõng laø nguyeân nhaân laøm thay ñoåi giaù trò cuûa gia toác troïng tröôøng. Ngöôøi ta coù theå thaêm doø khoaùng saûn baèng caùch tìm gia toác troïng tröôøng (neáu gia toác ño ñöôïc lôùn hôn tính toaùn thì nôi ñoù coù moû kim loaïi trong loøng ñaát, neáu gia toác ño ñöôïc nhoû hôn tính toaùn thì nôi ñoù coù daàu, khí...). 3.3 Chöùng minh Traùi Ñaát töï quay Con laéc Phoucault ( Phucô): * Thí nghieäm 1 (Hình 15a): Taïi ñòa cöïc baéc ta treo moät con laéc ñôn, ôû thôøi ñieåm t xaùc ñònh cho con laéc dao ñoäng trong moät maët phaúng truøng vôùi maët phaúng kinh tuyeán K. Khoaûng thôøi gian sau ñoù ta thaáy maët phaúng dao ñoäng cuûa con laéc töø töø quay so vôùi maët phaúng kinh tuyeán K theo chieàu töø Ñoâng sang Taây, vaø quay ñuùng moät voøng (maët phaúng dao ñoäng laïi truøng vôùi maët phaúng kinh tuyeán K) sau moät ngaøy ñeâm. (a) (b) Hình 15. Chứng minh Trái Đất tự quay (15.a: bên trái,giữa; 15.b: bên phải) * Thí nghieäm ( Hình 15.b): Taïi vò trí coù vó ñoä φ treân maët ñaát ta treo moät con laéc ñôn ôû thôøi ñieåm t xaùc ñònh cho con laéc dao ñoäng trong moät maët phaúng thaúng ñöùng taïi nôi ñoù. Khoaûng thôøi gian sau ñoù ta thaáy maët phaúng dao ñoäng cuûa con laéc töø töø quay quanh so vôùi ñöôøng thaúng ñöùng taïi nôi ñoù. Ngöời ta tính ñöôïc raèng vaän toác quay naøy ω baèng hình chieáu cuûa vectô vaän toác goùc ω cuûa Traùi Đaát leân ñöôøng thaúng taïi nôi khaûo saùt: ω = ωsinφ = 15 o sinφ. 9

30 Vaäy vaän toác goùc cuûa maët phaúng dao ñoäng cuûa con laéc ω tæ leä vôùi sin cuûa ñoä vó nôi khaûo saùt, caøng tieán veà phía ñòa cöïc thì goùc φ lôùn töùc sin φ lôùn neân ω caøng lôùn vì theá chu kyø quay T cuûa con laéc caøng nhoû. * Keát luaän: Vôùi thí nghieäm 1 ta thaáy vì maët phaúng dao ñoäng cuûa con laéc khoâng theå quay maø maët phaúng dao ñoäng cuûa con laéc khi thì truøng vôùi maët phaúng kinh tuyeán K khi thì khoâng truøng vôùi chieàu quay vaø chu kyø xaùc ñònh. Neân Traùi Ñaát phaûi töï quay quanh truïc cuûa noù theo chieàu töø Taây sang Ñoâng vôùi chu kyø moät ngaøy ñeâm coù vaän toác goùc ω = π/t = 15 o /h. Vôùi thí nghieäm ta thaáy maët phaúng dao ñoäng cuûa con laéc töø töø quay quanh so vôùi ñöôøng thaúng ñöùng taïi nôi ñoù laø do söï töï quay quanh truïc cuûa Traùi Ñaát Söï leäch veà phöông ñoâng cuûa caùc vaät rôi töï do: Moät vaät ôû caøng cao treân maët ñaát coù vaän toác daøi caøng lôùn (vaän toác keùo theo töø Taây sang Ñoâng do Traùi Ñaát töï quay). Treân hình vaät A coù vaän toác lôùn hôn ñieåm chieáu B cuûa noù. Khi buoâng vaät A thì theo nguyeân lyù ñoäc laäp chuyeån ñoäng noù vaãn giöõ nguyeân vaän toác quay vaø nhö vaäy khi rôi ñeán maët ñaát thì noù leäch veà phöông Ñoâng so vôùi ñieåm chieáu, ñộ leäch ñöôïc tính theo coâng thöùc: π h h x = cos φ. 3T g Hình 16. Söï leäch cuûa vaät rôi töï do 3.4 Tieán ñoäng Chöông ñoäng Tuế sai (precession): Traùi Ñaát khoâng coù daïng hình caàu, khoâng ñoàng chaát, neân löïc hấp dẫn cuûa Maët Trôøi tác dụng lên Traùi Ñaát xem nhö ba löïc. Traùi Ñaát xoay quanh truïc, cuøng vôùi ba löïc treân. Do ñoù truïc Traùi Ñaát ñaûo quay voøng quanh phaùp tuyeán goïi laø tieán ñoäng hay tuế sai. Chu kì tuế sai của Trái Đất là 5730 năm, trục quay của Trái Đất lệch so với trục vuông góc với mặt phẳng hoàng đạo một góc 3,5 o. Hình 17. Tiến động, chương động 30

31 Hiện nay trục Trái Đất đang hướng về phía sao Alpha Ursa Minoris (sao Pollaris) theo hướng Bắc, nên ngôi sao này còn được gọi là sao Bắc cực Chương động (Nutation): Maët Traêng goùp phaàn nhoû vaøo tieán ñoäng, vì vaäy truïc Traùi Ñaát coøn bò nhieãu loaïn beù goïi laø chöông ñoäng. Tieán ñoäng & chöông ñoäng (hình 17) laøm cho truïc Traùi Ñaát veõ treân neàn trôøi sao moät quyõ ñaïo hình sin. 3.5 Chöùng minh Traùi Ñaát chuyeån ñoäng quanh Maët Trôøi Tìm hiểu về Thị sai (Parallax) Chúng ta ở trên Trái Đất quan sát bầu trời, ta thấy các sao, các hành tinh dịch chuyển theo một quỹ đạo nào đó, thực ra quỹ đạo đó của sao, của các hành tinh chỉ là chuyển động biểu kiến khi chúng ta được chọn làm tâm quan sát (xem như đứng yên). Thực ra chúng ta trên Trái Đất tự quay quanh trục đồng thời với quay quanh Mặt Trời và cùng với hệ Mặt Trời quay tròn quanh tâm thiên hà của chúng ta. Thị sai cho biết sự khác biệt do sự thay đổi vị trí của người quan sát, sự thay đổi vị trí này làm hình chiếu tạo bởi tia nhìn từ người quan sát đến thiên thể đến nền các sao ở xa thay đổi, thị sai là giá trị của góc thay đổi đó. Thị sai được dùng để tính khoảng cách đến các thiên thể (sao, hành tinh) ở gần chúng ta. + Thị sai ngày (diurnal parallax): Thị sai này được dùng để khảo sát các thiên thể gần như các hành tinh trong hệ Mặt Trời của chúng ta. Thị sai ngày chỉ sự thay đổi vị trí của các hành tinh khi quan sát trên một vị trí xác định trên bề mặt Trái Đất so với hướng quan sát từ tâm Trái Đất, vì thế thị sai ngày còn gọi là thị sai địa tâm (geocentric parallax). Góc thay đổi này gây ra do sự tự quay của Trái Đất quanh trục. + Thị sai năm (annual parallax): Do chuyển động của Trái Đất trên quĩ đạo quanh Mặt Trời hàng năm, việc đo đạc bằng cách xác định sự thay đổi vị trí của thiên thể trên nền các sao ở xa vào các thời điểm khác nhau trong năm. Thị sai năm chỉ sự thay đổi vị trí của thiên thể trên nền các sao ở xa đo bằng góc tạo bởi tia nhìn từ thiên thể đến Trái Đất và Mặt Trời. + Thị sai chân trời (horizontal parallax): Thị sai ngày lớn nhất có thể được quan sát, tương ứng với khi thiên thể nằm ở vị trí ngang với đường chân trời của người quan sát. Ñeå chöùng minh Traùi Ñaát chuyeån ñoäng quanh Maët Trôøi, ngöôøi ta caên cöù vaøo caùc hieän töôïng sau ñaây: Thò sai haøng naêm: Töø Traùi Ñaát chuyeån ñoäng quanh Maët Trôøi, neáu quan saùt caùc sao ôû gaàn thì phöông nhìn caùc sao aáy thay ñoåi roõ reät, neáu ta theo doõi ñoaïn ñöôøng dòch chuyeån cuûa sao ñoù trong moät naêm ta seõ thaáy sao in treân thieân caàu moät quyõ ñaïo elip. Elip naày goïi laø elip thò sai hay thò sai haøng naêm. Baùn kính truïc lôùn cuûa elip thò sai caøng nhoû neáu sao caøng xa chuùng ta. 31

32 Caùc daïng quyõ ñaïo cuûa sao (hình 18): * Quỹ đạo là moät cung: neáu töø Traùi Ñaát ta nhìn sao naèm ôû vị trí như hình 18a. * Quỹ đạo là đường troøn: neáu töø Traùi Ñaát nhìn sao, sao này naèm theo höôùng về phía hoaøng cöïc. Từ Trái Đất ta nhìn một sao trên thiên cầu (hình 18b), do ta cùng với Trái Đất dịch chuyển nửa đường tròn trong thời gian 6 tháng. Vì ta, xem ta đứng yên nên sao sẽ dịch chuyển một nửa đường tròn quỹ đạo của mình - vòng tròn phía trên hình 18b. Vậy ta quay hết một vòng tròn thì sao sẽ quay hết một vòng tròn quỹ đạo của sao. * Quỹ đạo là một elip: neáu töø Traùi Ñaát nhìn sao naèm ôû phöông khaùc vôùi hai tröôøng hôïp treân. Bạn đọc hãy tự giải thích hình 18.a, 18.c. (a) (b) (c) Hình 18. Caùc daïng quyõ ñaïo cuûa sao Tinh sai: Quan saùt vieân söû duïng kính thieân vaên ñeå quan saùt moät sao ( hay thieân theå) treân baàu trôøi. Goïi ñieåm O laø taâm cuûa vaät kính, ñieåm K laø taâm cuûa thò kính. Quan saùt vieân cuøng vôùi kính di chuyeån trong khoâng gian theo phöông KA vôùi vaän toác v (vaän toác cuûa Traùi Ñaát quay quanh Maët Trôøi). Hình 19: Tia saùng töø sao S chuyeån ñoäng vôùi vaän toác c ñeán O, töø O ñeán K tia saùng phaûi truyeàn theâm moät khoaûng thôøi gian t nöõa, vì theá lẽ ra tia saùng truyeàn ñeán K thì noù laïi truyeàn ñeán K o do thôøi gian t ñoù quan saùt vieân ñaõ dòch chuyeån ñeán K 1 vôùi KK 1 = v.t. Hình 19. Tinh sai 3

33 Ñeå thu ñöôïc aûnh cuûa sao naèm ñuùng treân taâm O ta phaûi höôùng oáng kính khoâng theo phöông KO maø phaûi theo phöông K o O. Vaäy phöông K o S höôùng ñeán aûnh cuûa sao taïo thaønh vôùi phöông thöïc KS moät goùc σ ñöôïc goïi laø goùc dòch chuyeån tinh sai hay tinh sai của Sao S. Tam giaùc KOK o cho ta: sinσ = (v/c)/(sinα), Do σ quá bé nên: σ = 0665 (v/c)sinα. (3.4) (α laø goùc giöõa phöông quan saùt sao vôùi phöông chuyeån ñoäng cuûa ngöôøi quan saùt, ñieåm tôùi A goïi laø ñieåm Apec) * Tinh sai ngaøy: Tinh sai ngaøy laø keát quaû cuûa söï phoái hôïp giöõa vaän toác aùnh saùng vôùi vaän toác quay cuûa Traùi Ñaát. * Tinh sai naêm: Tinh sai naêm laø keát quaû cuûa söï phoái hôïp giöõa vaän toác aùnh saùng vôùi vaän toác quay cuûa Traùi Ñaát quanh Maët Trôøi. Ví duï tính tinh sai naêm khi bieát vaän toác quay cuûa Traùi Ñaát quanh Maët Trôøi v = 9,78km/s vaø c = 9979km/s. Ta coù: σ = 0665 (v/c)sinα = 0665 (9,78/9979)sinα σ sinα. (3.5) Keát quaû: 1/ Ñieåm A naèm treân maët phaúng hoaøng ñaïo vaø dòch chuyeån moät voøng trong moät naêm neân caùc vò trí nhìn thaáy cuûa sao naèm ôû hoaøng cöïc trong moät naêm taïo thaønh moät voøng troøn coù baùn kính goùc laø 0 50 vaø coù taâm laø vò trí thöïc cuûa sao. / Caùc sao (hay thieân theå) ôû vuøng khaùc treân thieân caàu veõ nhöõng elip tinh sai vôùi baùn kính truïc lôùn laø / Caùc sao (hay thieân theå) naèm treân maët phaúng hoaøng ñaïo seõ veõ thaønh moät cung coù ñoä daøi 0 50 = Baøi taäp Baøi 1: Trình baøi heä toaï ñoä ñòa lyù? Baøi : Chöông ñoäng laø gì? Baøi 3: Nguyeân nhaân naøo laøm cho truïc Traùi Ñaát veõ leân neàn trôøi sao moät quyõ ñaïo hình sin? Baøi 4: Tính ñoä daøi cuûa con laéc coù chu kyø dao ñoäng laø moät giaây ñaët taïi Haø Noäi o ( ϕ = 1 ). Baøi 5: Tính taâm sai quyõ ñaïo Traùi Ñaát bieát raèng ñöôøng kính goùc cuûa Maët Trôøi lôùn nhaát vaøo ñaàu tháng gieâng baèng vaø beù nhaát vaøo ñaàu thaùng baûy baèng

34 CHÖÔNG IV THIEÂN CAÀU CÁC HỆ TỌA ĐỘ Hình 0. Thiên cầu Từ Trái đất, loài người nhìn thấy một bầu trời đầy sao, vô số các sao tựa như được đính lên một quả cầu trong suốt. Phải chăng Trái Đất là tâm của quả cầu vũ trụ này? 34

35 4.1 Thieân caàu (Celestial Sphere) Thiên cầu là gì? Trái Đất nơi ta đứng, giả sử được chọn làm tâm O của một quả cầu tưởng tượng có bán kính vô cùng lớn mà trong quả cầu này chứa toàn bộ thiên thể, vật chất của vũ trụ. Quả cầu giả định như vậy gọi là thiên cầu. Điểm cơ bản của thiên cầu: * Thieân ñænh: Töø nôi ta ñöùng (taâm O cuûa thieân caàu) keùo ñöôøng thaúng thaúng goùc vôùi maët phaúng nôi ta ñöùng, caét thieân caàu taïi hai ñieåm Z goïi laø Thieân ñænh vaø Z goïi laø đoái thieân ñænh. * Thieân cöïc (Celestial Pole): Ñöôøng thaúng qua O choïn PP laøm truïc quay cuûa thieân caàu, ta coù: P laø thieân cöïc Baéc vaø P laø thieân cöïc Nam (South celestial pole). Trục cơ bản của thiên cầu (hình 1): * Trục ZZ : trục thẳng đứng, cắt thiên cầu tại điểm Z (thiên đỉnh), Z (đối thiên đỉnh). * Trục vũ trụ: Là trục Δ caét thiên cầu tại điểm PP. Trục quay của Trái Đất song song với trục Δ này. * Trục ππ ' : trục cắt thiên cầu tại điểm π (Hoàng cực Bắc), và π ' (Hoàng cực Nắc). Hình 1. Trục vũ trụ Đường cơ bản của thiên cầu (hình ): * Ñöôøng chaân trôøi: Maët phaúng nôi ta ñöùng caét thieân caàu moät ñöôøng troøn lôùn goïi laø đöôøng chaân trôøi. * Xích ñaïo trôøi (Celestial equator): Maët phaúng qua O vuoâng goùc vôùi truïc vuõ truï PP caét thieân caàu thaønh moät ñöôøng troøn goïi laø xích ñaïo trôøi. Xích ñaïo trôøi chia thieân caàu thaønh hai nöûa, nöûa Baéc chöùa thieân cöïc baéc vaø nöûa Nam chöùa thieân cöïc nam * Kinh tuyeán trôøi: Voøng troøn lôùn ñi qua hai thieân cöïc (P, P ) vaø hai thieân ñænh (Z, Z ) goïi laø kinh tuyeán trôøi. 35

36 * Voøng giôø: caùc voøng troøn ñi qua hai thieân cöïc (P, P ) vuoâng goùc vôùi xích ñao trôøi goïi laø caùc voøng giôø. 4. Caùc heä toïa ñoä Heä toïa ñoä chaân trôøi (hình 3): * Voøng cô baûn: ñöôøng chaân trôøi * Ñieåm cô baûn: thieân ñænh * Heä toïa ñoä chaân trôøi goàm hai toïa ñoä: + Ñoä cao h: khoaûng caùch töø sao ñeán ñöôøng chaân trôøi ứng với cung SS, có giá trị từừ 0 o đến 90 o. Hình. Đường cơ bản của thiên cầu + Ñoä phöông A: Ñoä phöông A cuûa sao cho bieát phöông quan saùt thieân theå, là cung NS, có giá trịị từ 0 o đến 360 o tính từ điểm Nam (N) theo chiều nhật động. Hình 3. Heä toïa ñoä chaân trôøi 36

37 4... Heä toïa ñoä xích ñaïo: * Heä toïa ñoä xích ñaïo1 (hình 4) : + Voøng cô baûn: xích ñaïo trôøi, kinh tuyeán trôøi. + Heä goàm hai toïa ñoä: - Xích vó δ : khoaûng caùch goùc töø sao ñeán xích ñaïo trôøi ứng với cung SS là góc SOS, có giá trị từ 0 o đếnn ± 90 o (dấu +: nửa thiên cầu Bắc, -: nửa thiên cầu Nam). - Goùc giôø t: goùc giöõa kinh tuyeán treân va voøng giôø qua sao ñoù. Tính từ kinh tuyến trên tại điểm X, theo chiều nhật động, và có giá trị từ 0 o đến 360 o Hình 4. Heä toïa ñoä xích ñaïo1 * Heä toïa ñoä xích ñaïo (hình 5) ): + Voøng cô baûn: xích ñaïo trôøi, + Ñieåm cô baûn: ñieåm xuaân phaân (γ ) là moät trong hai giao ñieåm cuûa xích ñaïo trôøi với đường hoaøng ñaïo (quyõ ñaïo biểuu kiến cuûa Mặt Trời trong thieân caàu) + Heä goàm hai toïa ñoä: - Xích vó δ: nhö xích vó cuûa heä toïa ñoä xích ñaïo 1: là khoaûng caùch goùc töø sao ñeán xích ñaïo trôøi ứng với cung SS, là góc SOS, có giá trị từ 0 o đến ± 90 o - Xích kinh α: có giá trị bằng Hình 5. Heä toïa ñoä xích ñaïo góc hợp bởi vòng giờ qua sao S với vòng giờ qua điểm xuân phân (điểm gốc), từ γ theo chiều ngược với chiều nhật động, và có giá trị từ từ 0 o đến 360 o. Heä toïa ñoä xích ñaïo gồm xích vĩ và xích kinh để xác định vị trí các thiên thể trên thiên cầu, tương tự như toạ độ địa lí gồm độ vĩ và độ kinh để xác định vị trí của các điểm trên mặt đất. 37

38 Xích vĩ của một thiên thể có giá trị bằng khoảng cách góc từ thiên thể đó đến xích đạo trời. Để xác định xích vĩ của một thiên thể (S), ta vẽ vòng tròn đi qua hai thiên cực (P, P') và qua thiên thể đó. Xích vĩ của các thiên thể có giá trị từ 0 o đến 90 o. Dấu + được quy ước cho các thiên thể ở nửa thiên cầu Bắc. Do nhật động, các thiên thể có quỹ đạo là những vòng tròn song song với xích đạo trời, còn xích vĩ của thiên thể không thay đổi. Nó cũng không phụ thuộc vào nơi quan sát. Xích kinh của một thiên thể có giá trị bằng khoảng cách góc giữa mặt phẳng qua thiên cực và điểm xuân phân với mặt phẳng qua thiên cực và thiên thể đó. Xích kinh được tính từ điểm xuân phân trên xích đạo trời theo chiều ngược với chiều nhật động và có giá trị từ 0 o đến 360 o hay từ 0 đến 4 h. Điểm xuân phân gần như nằm yên trong không gian nên nó cũng tham gia nhật động như các sao. Vì vậy, xích kinh của các sao không thay đổi do nhật động, và không phụ thuộc nơi quan sát. Tóm lại, cả toạ độ xích vĩ và xích kinh của các thiên thể nằm yên trong bầu trời đều là hằng số nên được ghi trong lịch thiên văn hằng năm. Từ Hệ tọa độ xích đạo của thiên thể ghi trong lịch thiên văn, người ta chuyển sang toạ độ chân trời tức là toạ độ để hướng ống kính quan sát thiên thể đó Heä toïa ñoä hoaøng ñaïo (hình 6): + Voøng cô baûn: là đường hoaøng ñaïo là vòng tròn HΩ H ' γ. Trên thiên cầu có điểm cách hoàng đạo 90 o, đó là điểm π (hoaøng cöïc Baéc) và π (hoaøng cöïc Nam) + Heä goàm hai toïa ñoä: - Hoaøng vó B: khoaûng caùch goùc töø thieân theå ñeán hoaøng ñaïo ứng với cung SS. Có giá trị góc töø 0 ± 90 o (+90 o : nöûa Baéc; -90 o : nöûa Nam) - Hoaøng kinh L: là cung γ S, γ (điểm gốc) theo chiều ngược với chiều nhật động, coù giaù trò: 0 o 360 o Hình 6. Heä toïa ñoä hoaøng ñaïo 38

39 4.3 Xaùc ñònh ñoä cao thieân cöïc baéc Xaùc ñònh ñoä cao cuûa thieân cöïc taïi moät nôi töùc laø tìm vó ñoä ñòa lyù taïi nôi ñoù (hình 7). Do Traùi Ñaát quay maø toaøn boä thieân caàu nhaät ñoäng quanh moät truïc, goïi laø truïc vuõ truï PP truïc naày trùng vôùi truïc cuûa Traùi Ñaát. Tuyø theo nôi ta quan saùt maø maët phaúng chaân trôøi hôïp vôùi truïc vuõ truï nhöõng goùc khaùc nhau. Vì baùn kính cuûa thieân caàu voâ cuøng lôùn neân ngöôøi ñöùng ôû A coù truïc vuõ truï laø PA, ôû B coù truïc vuõ truï PB cuõng nhö OP ( ñeàu song song vôùi truïc quay cuûa Traùi Ñaát vaø cuøng caét thieân caàu ôû thieân cöïc P) Hình 7. Vó ñoä ñòa lyù Taïi A coù vó ñoä φ A maët phaúng chaân trôøi taïo vôùi phöông cuûa truïc vuõ truï moät goùc h A = φ A Taïi B coù vó ñoä φ B maët phaúng chaân trôøi taïo vôùi phöông cuûa truïc vuõ truï moät goùc h B = φ B Toång quaùt hôn ta coù: h P = φ; neáu chuù yù ñeán caùc ñieåm treân kinh tuyeán trôøi thì vó ñoä ñòa lyù cuõng coù trò soá baèng xích vó cuûa thieân ñænh φ = δ z. 4.4 Hieän töôïng moïc, laën Do nhaät ñoäng caùc thieân theå veõ nhöõng ñöôøng troøn song song vôùi xích ñaïo trôøi. Tuyø theo vó ñoä φ cuaû nôi quan saùt maø xích ñaïo trôøi taïo vôùi ñöôøng chaân trôøi moät goùc xaùc ñònh vaø töø ñoù voøng nhaät ñoäng cuûa caùc thieân theå hoaëc caét ñöôøng chaân trôøi taïi hai ñieåm hoaëc tieáp xuùc vôùi ñöôøng chaân trôøi, hoaëc naèm treân ñöôøng chaân trôøi, hoaëc khuaát döôùi ñöôøng chaân trôøi (hình 8). Ñieåm gaëp ôû phía đông cuûa baàu trôøi laø ñieåm moïc, phía taây laø ñieåm laën. Ñieàu kieän ñeå moät thieân theå coù moïc vaø coù laën laø: δ 90 o - φ (φ: vó ñoä nôi quan saùt; δ: xích vó) 39

40 P B O N P Hình 8. Hiện tượng mọc, lặn của sao Caùc thieân theå naèm treân xích ñaïo trôøi XX (δ = 0) moïc ñuùng ñieåm Ñoâng vaø laën ñuùng ñieåm Taây. Caùc thieân theå ôû baéc thieân caàu (δ > 0) moïc ôû phöông Ñoâng vaø laën ôû phöông Taây Baéc. Caùc thieân theå ôû nam thieân caàu (δ < 0) moïc ôû phöông Ñoâng Nam vaø laën ôû phöông Taây Nam. Caùc thieân theå seõ khoâng bao giôø laën hoaëc khoâng bao giôø moïc, khi xích vó cuûa caùc thieân theå thoûa ñieàu kieän: δ 90 o - φ, töùc voøng nhaät ñoäng khoâng caêùt ñöôøng chaân trôøi. 4.5 Quan saùt baàu trôøi ôû caùc vó ñoä khaùc nhau Quan saùt baàu trôøi ôû vó ñoä φ = 90 o (ñòa cöïc) Ở ñòa cöïc coù h P = φ = 90 o : thieân cöïc B truøng vôùi thieân ñænh Z vaø xích ñaïo trôøi truøng vôùi ñöôøng chaân trôøi (hình 9.a) Do ñoù caùc voøng nhaät ñoäng cuûa caùc thieân theå ñeàu song song vôùi ñöôøng chaân trôøi, töùc khoâng coù hieän töôïng moïc vaø laën. Neáu ñöùng ôû ñòa cöïc baéc thì caùc sao coù xích vó δ > 0 thoûa điều kiện: δ 90 o - φ : khoâng bao giôø laën coøn caùc sao coù δ < 0 thì khoâng bao giôø moïc. Toùm laïi khi ñöùng ôû ñòa cöïc thì ta chæ coù theå quan saùt ñöôïc nöûa baàu trôøi sao: Hình 9.a. + ÔÛ ñòa cöïc Baéc chæ thaáy caùc sao ôû nöûa baéc thieân caàu. + ÔÛ ñòa cöïc Nam chæ thaáy caùc sao ôû nöûa nam thieân caàu. 40

41 4.5.. Quan saùt baàu trôøi ôû vó ñoä φ = 0 o (xích ñaïo) Hình 9.b cho thấy nếu ở vó ñoä φ = 0 o thì ñoä cao cuûa thieân cöïc baèng 0 o tức thieân cöïc naèm ngay treân ñöôøng chaân trôøi (thieân cöïc Baéc truøng vôùi ñieåm Baéc vaø thieân cöïc nam truøng vôùi ñieåm Nam) Do ñoù caùc voøng nhaät ñoäng cuûa caùc thieân theå ñeàu thaúng goùc vôùi ñöôøng chaân trôøi, töùc caùc thieân theå ñeàu moïc vaø laën vôùi thôøi gian moïc vaø laën nhö nhau, ta quan saùt ñöôïc toaøn boä baàu trôøi sao Quan saùt baàu trôøi ôû vó ñoä 0 o < φ < 90 o Hình 9.b. Ñaëc ñieåm moïc, laën cuûa caùc thieân theå coøn phuï thuoäc vaøo xích vó: * Neáu δ > 0: thôøi gian moïc baèng thôøi gian laën * Neáu 0 < δ < 90 o φ: thôøi gian moïc lôùn hôn thôøi gian laën. * Neáu δ > 90 o φ: khoâng bao giôø laën. * Neáu 0 < δ < 90 o φ: thôøi gian moïc ngaén hôn thôøi gian laën (xích vó aâm). * Neáu δ > 90 o φ: khoâng bao giôø moïc (xích vó aâm). Vaäy ôû nhöõng nôi coù vó ñoä 0 o < φ < 90 o ta khoâng theå quan saùt ñöôïc toaøn boä baàu trôøi sao, vaø caøng tieán veà phía cöïc Traùi Ñaát thì soá sao thaáy ñöôïc caøng ít. 4.6 Bieán thieân toïa ñoä cuûa caùc thieân theå do nhaät ñoäng Taïi thôøi ñieåm thieân theå moïc, laën thì ñoä cao cuûa noù baèng khoâng, ñoä phöông A phuï thuoäc vaøo xích vó, ñoä vó nôi quan saùt (hình 30). Töø luùc moïc ñeán luùc qua kinh tuyeán treân ñoä cao của thiên thể, sao taêng daàn. Taïi kinh tuyeán treân coù: h cöïc ñaïi, A = 0 (sao ôû nam thieân ñænh) A = 180 o (sao ôû baéc thieân ñænh) Vaäy theo heä toïa ñoä chaân trôøi: S(h,A), söï nhaät ñoäng daãn ñeán h, A thay ñoåi theo vò trí, ñoä cao, goùc nhìn vaø caû goùc giôø. 41

42 4.7 Baøi taäp Baøi 1: Vôùi ñieàu kieän quan saùt naøo thì ñoä cao cuûa sao Baéc cöïc baèng khoaûng caùch ñænh. Baøi : Chöùng minh raèng voøng thaúng ñöùng thöù nhaát (vuoâng goùc vôùi kinh tuyeán trôøi) caét xích ñaïo taïi ñieåm Ñoâng vaø ñieåm Taây. Baøi 3: Tính goùc giôø vaø ñoä phöông cuûa thieân ñænh. Baøi 4: Trình baøy, moâ taû heä toïa ñoä xích ñaïo, heä toïa ñoä hoaøng ñaïo? Baøi 5: Trình baøy söï bieán thieân toaï ñoä cuûa caùc thieân theå do nhaät ñoäng? Baøi 6: Sao Thieân Lang coù xích vó δ = - 16 o 30. Tính ñoä cao vaø ñoä phöông A cuûa sao khi sao qua kinh tuyeán treân ñoái vôùi ngöôøi quan saùt ôû Haø noäi coù φ = 1 o 03. 4

43 CHÖÔNG 5 QUY LUAÄT CHUYEÅN ÑOÄNG CUÛA CAÙC THIEÂN THEÅ Heä phöông trình chuyeån ñoäng Một hành tinh bất kỳ trong hệ Mặt Trời luôn chịu lực hấp dẫn của Mặt Trời và các hành tinh khác. Vì vậy sự chuyển động của hành tinh là chuyển động nhiễu loạn. Nghiên cứu chuyển động trong hệ Mặt Trời ta phải nghiên cứu bài toán nhiều vật Xeùt heä goàm 3 vaät Maët Trôøi, Traùi Ñaát vaø Hoûa Tinh * Phöông trình chuyeån ñoäng cuûa Traùi Ñaát quanh Maët Trôøi: x1 x _ x1 x x 1 = - k + Gm ( ) r 01 r 1 r 0 Gia toác cuûa Traùi Ñaát coù 3 thaønh phaàn: + Gia toác chuû ñaïo: do Maët Trôøi taùc duïng vaø höôùng veà phía Maët Trôøi, x1 x1 phöông trình: g 01 = - k = - [G(m m 1 )] 3 r 01 r 01 + Gia toác nhieãu loaïn 1: do Hoûa Tinh taùc duïng vaø höôùng veà phía Hoûa x _ x1 Tinh: g 1 = Gm 3 r 1 x + Gia toác nhieãu loaïn : g 0 = - g 0 = - Gm 3 r 0 * Chöùng minh: Xeùt hai vaät (chaát ñieåm) m 1, m caùch nhau moät ñoaïn r, ta khaûo saùt chuyeån ñoäng cuûa m 1, m döôùi taùc duïng cuûa ñònh luaät vaïn vaät haáp daãn (hình 31). 43

44 Heä phöông trình chuyeån ñoäng cuûa töøng vaät ñoái vôùi heä quy chieáu goác O coá ñònh laø: m1m Ñònh luaät vaïn vaät haáp daãn cho ta: F = G r, (5.1) r + Ñoái vôùi m 1 : m 1 X 1 = G(m 1 ) m. 3 r x x1 m 1 X 1 = G(m 1 ) m 3 r Vaäy: d X 1 X X 1 = Gm, 3 dt r (5.) töông töï: d Y1 Y Y1 = G m, 3 dt r (5.3) d Z1 Z Z1 = G m. 3 dt r (5.4) ( trong ñoù: X 1, Y 1, Z 1 laø toïa ñoä cuûa m 1 ñoái vôùi heä quy chieáu goác O ) r + Ñoái vôùi m : m X = G(m 1 ) m., (5.5) 3 r d X X 1 X = Gm 1 3 dt r X X 1 = - Gm 1 3 r d X X X 1 = - Gm 1, 3 dt r (5.6) töông töï: d Y Y Y1 = - Gm 1, 3 dt r (5.7) d Z Z Z1 = - G m 1. 3 dt r (5.8) ( trong ñoù: X, Y, Z laø toïa ñoä cuûa m ñoái vôùi heä quy chieáu goác O ) Ñeå ñôn giaûn cho m 1 ñöùng yeân vaø goác toïa ñoä taïi m 1, ta coù: + toïa ñoä cuûa m 1 : (X 1 = 0,Y 1 = 0, Z 1 = 0); + toïa ñoä cuûa vaät m : (x = X X 1, y = Y Y 1, z = Z Z 1 ); + baùn kính veùctô: r = x + y + z. Suy ra heä phöông trình chuyeån ñoäng cuûa m ñoái vôùi m 1 laø: d x dt d y dt d z dt x = - G(m 1 + m ) 3 r y = - G(m 1 + m ) 3 r z = - G(m 1 + m ) 3 r d x Hay dt d y dt d z dt = - K 3 r x, (5.9) = - K 3 r y, (5.10) = - K 3 r z. (5.11) 44

45 5.1.. Môû roäng ñoái vôùi baøi toaùn nhieàu vaät coù khoái löôïng m 1, m, m 3,..., m n. Ta thu ñöôïc phöông trình: n xi xk xi xk x i = - K + G 3 m r ( k ) 3 3 1i k = r ik r. (5.1) 1k töông töï ta cuõng coù: y i, z i Laø phöông trình chuyeån ñoäng cuûa haønh tinh thöù i ñoái vôùi maët trôøi trong tröôøng haáp daãn caùc thieân theå töø 1 ñeán n. + Soá haïng thöù nhaát cuûa phöông trình (x i ): laø gia toác haáp daãn cuûa maët trôøi (m 1 ) leân vaät thöù i. + Soá haïng thöù hai: laø toång cuûa löïc haáp daãn cuûa caùc thieân theå khaùc leân vaät thöù i vaø leân m 1 ñöùng yeân. giaù trò naày raát beù so vôùi giaù trò thöù nhaát, coøn goïi laø gia toác nhieãu loaïn. 5.. Thaønh laäp caùc ñònh luaät Kepler chính xaùc Ñònh luaät II Kepler chính xaùc: d x x Töø heä phöông trình: = - K dt r 3, (5.13) d y y = - K dt r 3, (5.14) laàn löôït nhaân vôùi -y vaø x roài coäng laïi ta ñöôïc: d y d x x. - y. = 0, dt dt d dy dx hay: x y = 0, dt dt dt Neân: x dy dx y const dt dt =, (5.15) dϕ Vaäy: r = const. (5.16) dt (do heä toïa ñoä cöïc vôùi x = rcos ϕ, y = r sin ϕ ) Laø coâng thöùc cuûa ñònh luaät II Ñònh luaät I Kepler chính xaùc: d x x Töø heä phöông trình: = - K dt r 3, (5.17) d y y = - K dt r 3, (5.18) dx dy laàn löôït nhaân vôùi vaø roài coäng laïi ta ñöôïc: dt dt d x dt dx d y + dt dt dy = dt K dx dy x + y r dt dt, 45

46 46 d dx dy K dr dt dt dt r dt + =, Vậy: = r dt d K v dt d 1 ) (. (5.19) Neân: B r K v + = 1 Chuyeån sang heä toïa ñoä cöïc: + = dt d r dt dr v ϕ, + = r d dr dt d v ϕ ϕ, + = r d dr r C v ϕ vì r C dt d = ϕ : ñònh luaät II Kepler r r C d dr r C v + = ϕ, = 4 r C v C r d dr ϕ, Suy ra: r C B r K C r dr d + = ϕ, nên: A B C K C K r C + + = arccos ϕ, Cuoái cuøng ta ñöôïc: ) cos( 1 A e p r + = ϕ. (5.0) laø phöông trình ñöôøng cong baäc hai, thoâng soá p vôùi const K C p = =, taâm sai: const K C B e = + = 1 Quyõ ñaïo chuyeån ñoäng cuûa vaät ñöôïc xaùc ñònh nhôø: B r K v + = 1 vaø p K B e + = 1 * Elip: e < 1, p = a(1 e ) thì B = -K /a < 0. Neân: = a r K v 1 * Troøn: e = 0; r = a thì = r K v * Parabol: e = 1, B = 0 thì = r K v

47 * Hypecbol: e > 1, p = a(e 1-1) thì B = K /a < 0. Neân: v = K + r a Daïng cuûa quyõ ñaïo phuï thuoäc vaøo vaän toác ban ñaàu cuûa vaät Ñònh luaät III Kepler chính xaùc Xét hệ vật gồm Mặt Trời có khối lượng M, khoảng cách đến khối tâm G của hệ là r 1, và Trái Đất có khối lượng m, khoảng cách đến khối tâm G của hệ là r. Bán kính quỹ đạo của Trái Đất xung quanh Mặt Trời là a = r 1 + r. Mặt Trời, Trái Đất cùng chuyển động tròn quanh G, có cùng chu kỳ (hình 3). Hình 3 Lực hướng tâm tác dụng lên vật khối lượng m chuyển động tròn quanh tâm, bán kính r là: F F ht ht π r m mv T = =, r r 4π mr =, (5.1) T Lực hướng tâm tác dụng lên Mặt Trời, Trái Đất lần lượt là F 1, F : 4π Mr1 F1 4π mr = T Fht = T 4π mr F = T Do F 1 = F nên: 4π Mr1 4π mr =, Mr 1 = mr T T r1 r r1+ r a Ta được: = = =, m M m+ M M + m r am =, (5.) M + m 47

48 Ngoài ra lực hấp dẫn Mặt Trời hút Trái Đất cũng đúng bằng lực hướng tâm (F ) của Trái Đất hướng về tâm Mặt Trời: F hd = F Mm 4π mr G =, a T M 4π r G =, a T T M 4π r =, a G T M 4π =, a ( r ) G T M 4π Thay (5.) vào, ta được: =, am G a M + m T Vậy biểu thức ñònh luaät III Kepler chính xaùc là: ( M + m) 4π 3 = a G = const. (5.3) 5.3 Xaùc ñònh khoái löôïng thieân theå Ta coù theå xaùc ñònh khoái löôïng thieân theå nhôø vaøo ba ñònh luaät Kepler hoaëc phaân tích ñaëc ñieåm nhieãu loaïn trong chuyeån ñoäng cuûa caùc thieân theå khaùc do thieân theå coù khoái löôïng caàn tìm gaây neân. Ñònh luaät III Kepler chính xaùc giuùp ta xaùc ñònh tæ soá giöõa khoái löôïng Maët Trôøi vaø khoái löôïng cuûa haønh tinh coù veä tinh Thieát laäp coâng thöùc tính khoái löôïng thieân theå: Ví duï ta coù: * Maët Trôøi coù khoái löôïng M Haønh tinh... m vaø veä tinh cuûa haønh tinh này coù... m 1 * Maët Trôøi ñöùng yeân Haønh tinh coù chu kyø T, baùn kính truïc lôùn cuûa quyõ ñaïo quay quanh Maët Trôøi laø a Veä tinh... T 1,... Haønh tinh...a T ( M + m) a ( M + m) a T1 Ñònh luaät III Kepler cho ta: = 3. Suy ra: = 3 T1 ( m + m1 ) a1 ( m + m1) a1 T * Coâng thöùc này duøng cho tröôøng hôïp: M >> m vaø m > m 1 (heä: Maët Trôøi - Traùi Ñaát - Maët Traêng ) 3 M a T1 * Neáu M >> m vaø neáu m >> m 1 thì: = 3 m a1 T (heä: Maët Trôøi Moäc Tinh veä tinh cuûa Moäc Tinh ) Caùch tính: Thöôøng thì baøi toaùn cho caùc gía trò cuûa a, a 1, T, T 1 (ño ñöôïc qua thöïc nghieäm) nhôø ñoù ta tính ñöôïc M/m, neáu M cho trước, ta tính ñöôïc m cuûa haønh tinh. 48

49 Baøi tập mẫu: Ñeå tính chính xaùc hôn khoái löôïng Maët Trôøi trong loaïi baøi taäp nhiều vật (heä : Maët Trôøi - Traùi Ñaát - Maët Traêng ) bôûi vì m khoâng quaù lôùn so vôùi m 1 cuûa Maët Traêng vaø hôn nöõa hệ Traùi Ñaát - Maët Traêng quay quanh khoái taâm cuûa chuùng. Khoái taâm này môùi quay quanh Maët Trôøi. Hình 33 Cho: x = OO = 4635km, khoảng cách từ Traùi Ñaát đến Maët Traêng r = km, T là chu kyø cuûa Traùi Ñaát quanh Maët Trôøi, T 1 là chu kyø cuûa Maët Traêng quay quanh Traùi Ñaát, baùn kính truïc lôùn quyõ ñaïo cuûa Traùi Ñaát a = km, baùn kính truïc lôùn quyõ ñaï ao cuûa Maët Traêng là a 1 = km, khối lượng của Traùi Ñaát m = kg. Giaûi Từ hình 33, cho ta Mặt Trời (MT) làm tâm, Trái Đất (TĐ) quay quanh MT, cùng lúc đó Mặt Trăng (MTr) quay tròn quanh TĐ. Thực ra hệ TĐ-MTr có khối tâm chung O. Chính O mới vạch quỹỹ đạo quanh MT. 3 ( M + m ) a T Ñònh luaät III Kepler cho ta: = 1 ( 3 m + m1) a1 T Nhaän thaáy: coù a, a 1, T, T 1 ; khoâng coù m 1, M. Moät phöông trình hai aån soá không giải ngay được, nên ta phải tìm phương trình phụ: * Tìm moái lieâ en heä m/ m 1 Do TĐ, MT có khối tâm chung tại O nên: mx = m 1 (r - x), suy ra: m = 81,5m 1 3 ( M + m ) a T * Tìm moái lieâ en heä M/ m nhôø vaøo ñònh luaät III Kepler: = 1 ( m + ) 3 m1 a1 T theá soá vaøo ta ñöôïc: M = ( )(m) = ( )( kg) = 1, kg 5.4. Chuyeån ñoäng caùc traïm vuõ truï Caùc thieân theå thieân taïo, veä tinh nhaân taïo chuyeån ñoäng theo ñònh luaät Kepler phuï thuoäc vaøo tröôøng haáp daãn vaø vaän toác ban ñaàu. Veä tinh nhaân taïo bay leân ôû ñoä cao xaùc ñònh coù vaän toác theo phöông ngang, ñoä cao naày goïi laø ñieåm vaøo quyõ ñaïo (điểm M) ). Vận tốc tại điểm M của vệ tinh là v 0 (Hình 34) 49

50 Hình Vaän toác vuõ truï caáp I: ( mo + m) Neáu tại M vận tốc của vệ tinh là v0 = G : veä tinh sẽ chuyeån ñoäng troøn r GM quanh Traùi Ñaát, phaûi coù vaän toác v I = = 7,91km/s: Goïi laø vaän toác vuõ truï R GM caáp I. Vậy v0 = vi = = 7,91 km/ s. (5.4) R + Neáu v 0 < v I : veä tinh chuyeån ñoäng vôùi quyõ ñaïo elip: ñieåm leân quyõ ñaïo laø ñieåm vieãn (veä tinh rôi trôû veà Traùi Ñaát) + Neáu v 0 > v I : veä tinh chuyeån ñoäng vôùi quyõ ñaïo elip - ñieåm leân quyõ ñaïo laø caän ñieåm Vaän toác vuõ truï caáp II: Veä tinh coù v 0 > v I : ñuû söùc ra ngoaøi tröôøng haáp daãn Traùi Ñaát. Quyõ ñaïo traïm vuõ truï goàm: + Phaàn hoaït ñoäng: teân löûa + Phaàn thuï ñoäng (v TÑ ): teân löûa ngöng hoaït ñoäng, veä tinh chuyeån ñoäng trong tröôøng haáp daãn Trái Đất vaø haønh tinh khaùc Neáu v TÑ v P (vaän toác parabol ñoái vôùi Trái Đất): veä tinh chuyeån ñoäng vôùi quyõ ñaïo parabol GM Ta coù: v P = v II = = 11,km/s. (5.5) R 50

51 Vaän toác vuõ truï caáp III: Ñeå vöôït khoûi tröôøng haáp daãn cuûa Heä Mặt Trời ñi vaøo vuõ truï bao la, veä tinh phaûi ñaït ñöôïc vaän toác vuõ truï caáp III: + Taøu vuõ truï bay theo chieàu quay cuûa Traùi Ñaát vaän toác phaûi laø: v = v IIImin = 16,7km/s. (5.6) + Taøu vuõ truï bay theo chieàu ngöôïc vôùi chieàu quay cuûa Traùi Ñaát vaän toác phaûi laø: v = v IIImax = 7,7km/s. (5.7) Vaän toác vuõ truï caáp IV: Nếu veä tinh có vaän toác đủ lớn để thoát ra khỏi lực hấp dẫn của dải Ngân hà: v 0 = v IV = 55 km/s. (5.8) 5.5 Baøi taäp Baøi 1: Baøi toaùn nhieàu vaät duøng ñeå tìm kieám caùc ñaïi löôïng vaät lyù naøo trong nghieân cöùu thieân vaên? Xeùt heä ba vaät Maët Trôøi Traùi Ñaát Hoaû Tinh, haõy phaân tích ba thaønh phaàn gia toác cuûa Traùi Ñaát, vì sao coù gia toác nhieãu loaïn? Baøi : Vôùi vaän toác vuõ truï caáp II, veä tinh seõ bay vôùi quyõ ñaïo naøo? Chöùng minh vaän toác vuõ truï caáp III coù v = 16,6km/s, vaø laø vaän toác giuùp cho veä tinh thoaùt khoûi Thaùi döông heä vónh vieãn bay vaøo vuõ truï voâ taän? Baøi 3: Moät veïâ tinh nhaân taïo chuyeån ñoäng quanh Traùi Ñaát theo quyõ ñaïo elip coù taâm sai e, baùn kính truïc lôùn a vaø chu kyø T 1/ Tính vaän toác daøi cuûa veä tinh ôû caän ñieåm vaø vieãn ñieåm, nhaän xeùt? / Cho e = 0,, a = 10000km, R TÑ = 6370km, tính khoaûng caùch gaàn nhaát vaø xa nhaát töø veä tinh ñeán Traùi Ñaát? Baøi 4: Tính gaàn ñuùng khoái löôïng cuûa Moäc Tinh, bieát raèng Moäc Tinh coù bán kính trục lớn a = 5, ñvtv, chu kỳ T = 11,9 naêm; ñoái vôùi veä tinh Ganimet cuûa Moäc Tinh coù: a v = 7, ñvtv, T v = 1, naêm. Baøi 5: Tính vaän toác vuõ truï caáp II cuûa Maët Traêng? Baøi 6: Tính vận tốc vũ trụ cấp II của vệ tinh đối với Thiên Vương Tinh? Biết rằng Thiên Vương Tinh có bán kính R = 5900km, khối lượng M = 14,5M Trái Đất Cho M Trái Đất = 5, kg. Giải mẫu GM (6, m / kg.s )(14,5)(5,98 10 kg) vii = = 3 R ( m) v v II II = = 8 4 4, 466(10 ),11 10 / = 1,1 km/ s m s Baøi 7: Moät vệ tinh nhaân taïo chuyeån ñoäng quanh Traùi Ñaát theo quyõ ñaïo elip coù taâm sai e, baùn kính truïc lôùn a vaø chu kyø T. 1/ Tính vaän toác daøi cuûa veä tinh ôû caän ñieåm vaø vieãn ñieåm, nhaän xeùt? 51

52 / Cho e = 0,, a = 10000km, bán kính Trái Đất R TÑ = 6370km, tính khoaûng caùch gaàn nhaát vaø xa nhaát töø veä tinh ñeán Traùi Ñaát? Baøi 8: Tính vaän toác cuûa veä tinh nhaân taïo bay theo quyõ ñaïo troøn ôû ñoä cao 50km quanh Traùi Ñaát, quanh Hoûa Tinh vaø quanh Maët Traêng? Baøi 9: Moät veä tinh nhaân taïo chuyeån ñoäng quanh Traùi Ñaát theo quyõ ñaïo elip coù taâm sai e, thoâng soá p. Khi veä tinh bay ñeán ñieåm vieãn thì phi haønh gia giaûm vaän toác cuûa noù ñeå quyõ ñaïo môùi coù khoaûng caùch caän ñieåm baèng baùn kính R cuûa Traùi Ñaát. Tính ñoä giaûm vaän toác? Baøi 10: Tính ñoä cao vaø vaän toác ngang cuûa moät veä tinh ñòa tónh chuyeån ñoäng troøn quanh Traùi Ñaát, coù chu kyø baèng chu kyø töï quay cuûa Traùi Ñaát. Cho dieän tích elip laø π ab = πa 1 e. Baøi 11: Moät veä tinh ñöôïc ñöa leân quyõ ñaïo troøn, ngöôùi ta muoán noù lô löûng beân treân moät ñieåm coá ñònh treân beà maët maët ñaát. Tuy nhieân, baùn kính quyõ ñaïo cuûa veä tinh ñaõ bò tính sai, vaø lôùn hôn 1,0km so vôùi baùn kính phaûi coù. Ñieåm ôû ngay döôùi haønh tinh seõ chuyeån ñoäng treân maët ñaát theo höôùng naøo, vaän toác naøo? Baøi 1: Quyõ ñaïo cuûa Traùi Ñaát quanh Maët Trôøi xem nhö troøn; caùc khoaûng caùch gaàn nhaát laø 1, km vaø xa nhaát laø 1, km. Haõy xaùc ñònh caùc ñoä bieán thieân töông öùng cuûa: 1/ Cô naêng toaøn phaàn, / Theá naêng, 3/ Ñoäng naêng, 4/ Vaän toác treân quyõ ñaïo. 5

53 CHÖÔNG 6 BOÁN MUØA - THÔØI GIAN - LÒCH Hình 35 Xuân, Hạ, Thu, Đông cho ta hình ảnh thú vị về mùa trên Trái Đất. Mùa diễn biến có chu kỳ, có nghĩa là thời gian trôi, trôi đều. Vậy vì sao có mùa trên Trái Đất, cách xác định thời gian ra sao? 53

54 6.1 Hoaøng ñaïo Hoaøng ñôùi Hoaøng ñaïo: Thöïc teá thì Maët Trôøi ñöùng yeân coøn Traùi Ñaát quay quanh noù, nhöng quan saùt vieân ôû treân Traùi Ñaát vaø thöôøng laø choïn heä quy chieáu goác O ñöùng yeân gaén vôùi quan saùt vieân neân ta thaáy Maët Trôøi chuyeån ñoäng, goïi laø chuyeån ñoäng bieåu kieán. Quyõ ñaïo chuyeån ñoäng bieåu kieán haøng naêm cuûa Maët Trôøi treân neàn trôøi sao goïi laø hoaøng ñaïo. Töø Traùi Ñaát nhìn Maët Trôøi ta thaáy neáu Traùi Ñaát quay ñuùng moät voøng thì quyõ ñaïo bieåu kieán cuûa Maët Trôøi treân neàn trôøi sao cuõng thöïc hieän moät voøng vaø Traùi Ñaát, Maët Trôøi quay cuøng chieàu nhau Hoaøng ñôùi: Neáu chia hoaøng ñaïo laøm 1 cung baèng nhau moãi cung 30 o, tương ứng với 1 chòm sao ở trên hoàng đạo, cung ñaàu tieân baét ñaàu töø ñieåm xuaân phaân γ, và mỗi tháng Mặt Trời đi qua một chòm sao. Caùc sao naèm doïc theo khu vöïc hoaøng ñaïo ñöôïc chia ra 1 choøm sao vaø caùch ñeàu nhau. Ñôùi caàu bao goàm 1 choøm sao neâu treân goïi laø Hoaøng ñôùi. Các chòm sao trên hoàng đới theo thứ tự như sau: Tháng Chòm sao Mặt Trời đi qua Tháng Chòm sao Mặt Trời đi qua 1 Con Hươu 7 Con Tôm Cái Bình 8 Sư Tử 3 Song Ngư 9 Trinh Nữ 4 Con Dê 10 Cái Cân 5 Con Trâu 11 Thần Nông 6 Song Tử 1 Nhân Mã Bảng. Các chòm sao trên hoàng đới. Ví dụ tháng 3 Mặt Trời nằm trong chòm Song Ngư nên không nhìn được chòm sao này nhưng khi Mặt Trời lặn thì ta sẽ thấy ở chân trời đông có chòm sao Trinh Nữ bắt đầu mọc Như vậy khi nhận dạng được các chòm sao của hoàng đới thì ta có thể xác định gần đúng giờ trong đêm, chẳng hạn vào tháng 3 chòm Song Ngư đã lên cao 30 o tức Mặt Trời đã lặn khoảng giờ. Vì thế, nếu ta xác định được dạng và thứ tự các chòm sao trên hoàng đới thì ta có thể tình được ngày tháng theo năm dương lịch bằng cách quan sát các chòm sao như đã nêu trên. Chu kỳ dịch chuyển của Mặt Trời trên hoàng đạo cũng chính là chu kỳ chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời và bằng 365,6 ngày. 6.. Söï thay ñoåi muøa treân Traùi Ñaát Các quan sát thiên văn cho thấy hướng của các thiên cực thay đổi rất chậm. Vì thế trong suốt 1 năm trục quay của Trái Đất không đổi phương. Maët phaúng hoaøng ñaïo hợp với xích ñaïo Trái Đất moät goùc ε = 3 o 7. Do đó, hằng năm xích vĩ δ của Mặt Trời biến thiên trong khoảng 3,7 δ + 3,7 và trục quay của Trái Đất hợp với mặt phẳng hoàng đạo một góc 66 o

55 Hình 36, cho thấyy Mặt Trời dịch chuyển biểu kiến trên đường tròn hoàng đạo (H γ H Ω) Như đã biết, Mặtt Trời chuyển động biểu kiến trên đường hoàng đạo nên tọa độ xích đạo của Mặt Trời biến thiên hằng năm (xích vĩ : 3, 7 δ + 3,7 ; xích kinh : 0h α 4h ). Xích vĩ biến thiên làm cho điểm mọc, điểm lặn, thời gian ở trên đường chân trời ( ban ngày), thời gian ở dưới đường chân trời ( ban đêm) của Mặt Trời cũng biến thiên nên độ dài ban ngày, ban đêmm sẽ khác nhau ở các địa phương trên Trái Đất thay đổi với chu kỳ 1 năm. Bốn vị trí đặc biệt của Mặt Trời trên hoàng đạo cho ta 4 tên gọi đặc trưng : Haï chí, Ñoâng chí, Xuaân phaân, Thu phaân. * Haï chí, Ñoâng chí, Xuaân phaân, Thu phaân: Hình 36 Hình 37 Xeùt hai vò trí ñaëc bieät D 1, D cuûa Traùi Ñaát quay quanh Maët Trôøi (hình 37): Khi Trái Đất ở vị trí D 1, lúc này Maët Trôøi naè am ôû nöûa thieân caàu Baéc, laäp vôùi maët phaúng xích ñaïo moät goùc ε = 3 o 7, ( töùc Maët Trôøi coù xích vó δ = + 3 o 7 ). Khi Trái Đất ở vị trí D, lúc này Maët Trôøi naèm ôû nöûa thieân caàu Nam (nằm dưới mặt phẳng xích đạo), laäp vôù ôi maët phaúng xích ñaïo moät goùc ε = 3 o 7, ( töùc Maët Trôøi coù xích vó δ = - 3 o 7 ). 55

56 + Ngaøy Haï chí, Ñoâng chí Traùi Ñaát naèm ñoái taâm Maët Trôøi: - Haï chí (summer solstice): Ngày giữa mùa hè, aùnh saùng Maët Trôøi chieáu thaúng goùc vôùi Traùi Ñaát ôû 3 o 7 baéc chí tuyeán ( vó tuyeán ñöôïc Maët Trôøi chieáu thaúng goùc vaøo giöõa tröa). Muøa haï baét ñaàu töø 1/6 ñeán 3/9 coù taát caû 93 ngaøy 14 giôø. Baéc cöïc saùng suoát muøa và có ngaøy daøi nhaát đêm ngắn nhất trong năm. (hình 38) - Ñoâng chí (winter solstice): Điểm thấp nhất trên hoàng đạo, khi Mặt Trời đi qua điểm này, aùnh saùng Maët Trôøi chieáu thaúng goùc vôùi Traùi Ñaát ôû Nam chí tuyeán. Mùa đông baét ñaàu từ ngaøy töø 1/1 ñeán 1/3 coù taát caû 89 ngaøy. Baéc cöïc toái suoát muøa, ngaøy ngaén ñeâm daøi nhaát trong naêm. + Xuaân phaân (vernal equinox): Ngày giữa mùa xuân, ñieåm γ taïi ñoù Maët Trôøi ñi töø nöûa thieân caàu Nam sang nöûa thieân caàu Baéc. AÙnh saùng Maët Trôøi chieáu thaúng goùc xích ñaïo, nöûa beà maët Traùi Ñaát nhaän ñuû aùnh saùng. Xuaân phaân baét ñaàu töø 1/3 ñeán 1/6, keùo daøi 9 ngaøy 1 giôø, ngaøy daøi baèng ñeâm. (hình 36, 39) + Thu phaân (autumnal equinox): Ngày giữa mùa thu, Mặt Trời đi qua điểm Ω, taïi ñoù Maët Trôøi ñi töø nöûa thieân caàu Baéc sang nöûa thieân caàu Nam. Muøa thu baét ñaàu töø 3/9, cöïc Baéc chìm trong boùng toái suoát muøa, keùo daøi 89 ngaøy 1 giôø, ngaøy daøi baèng ñeâm. (hình 36, 39). 56

57 Sau đây ta tìm hiểu 4 vị trí đặc biệt của Mặt Trời với độ dài ngày, đêm tương ứng: Vị trí Ngày Xích vĩ Xích kinh α Độ dài ngày so với đêm δ Xuân phân (γ ) 1/3 0 o 0h Ngày = Đêm Hạ chí (H) /6 + 3 o 7 8h Ngày dài nhất trong năm Thu phân ( Ω ) 3/9 0 o 1h Ngày = Đêm Hạ chí (H ) /1-3 o 7 18h Đêm dài nhất trong năm Bảng 3. Vị trí Mặt Trời với độ dài tương đối của ngày, đêm ở Bắc bán cầu. Ví dụ: Nếu Mặt Trời ở nửa thiên cầu Bắc (δ >0) ta có ngày dài hơn đêm, và thông lượng bức xạ từ Mặt Trời truyền đến bán cầu bắc của Trái Đất sẽ lớn hơn bán cầu nam và cực đại vào ngày Hạ chí. * Thôøi tieát thay ñoåi vôùi chu kyø moät naêm, do: + Xích vó δ bieán thieân töø - 3 o 7 ñeán +3 o 7, neân ñieåm moïc laën haèng ngaøy cuûa Maët Trôøi thay ñoåi, ñoä daøi ngaøy ñeâm caùc nôi treân Traùi Ñaát thay ñoåi theo chu kyø moät naêm. + Moät nöûa naêm Maët Trôøi ñi töø γ ñeán H ñeán Ω: Maët Trôøi cheách veà nöûa thieân caàu baéc vaø ngaøy daøi hôn ñeâm. Moät nöûa naêm Maët Trôøi ñi töø Ω ñeán H ñeán γ : ngaøy ngaén hôn ñeâm. Vaäy moät naêm ta coù boán muøa Xuaân, Haï, Thu, Ñoâng; söï bieán ñoåi muøa laø do Traùi Ñaát quay quanh Maët Trôøi, truïc quay khoâng thaúng goùc vôùi maët phaúng xích ñaïo vaø coù phöông khoâng ñoåi trong khoâng gian. Cần biết rằng, nếu ở phương Tây 4 ngày trong bảng trên là ngày bắt đầu của 4 mùa, thì ở phương Đông 4 ngày trong bảng trên là ngày chính giữa của 4 mùa. Ngoài ra, nếu ở Bắc bán cầu là mùa Đông (Trái Đất ở vị trí bên phải, ta có bắc cực chìm trong bóng tối ) thì Nam bán cầu là mùa Hạ, tức ở Bắc và Nam bán cầu có các mùa đồng thời diễn ra ngược nhau - (hình 39). 57

58 Hình 39. Bốn mùa trên Trái Đất 6.3 Ñoä daøi ngaøy vaø ñeâm ở caùc vó ñoä khaùc nhau Ñòa cöïc Baéc: (φ = 90 o ) Töø Xuaân phaân (1/3) ñeán Thu phaân (3/9): Maët Trôøi coù xích vó döông, ngaøy daøi saùu thaùng. Töø luùc moïc ñeán luùc laën, do nhaät ñoäng maø Maët Trôøi quay hôn 18 voøng treân ñöôøng chaân trôøi leân ñeán ñoä cao cöïc ñaïi. Töø 3/9 ñeán 1/3: Maët Trôøi coù xích vó aâm, ñeâm daøi saùu thaùng. Vaäy Baéc cöïc moät naêm coù moät ngaøy daøi saùu thaùng vaø moät ñeâm daøi saùu thaùng Baéc cöïc khuyeân: (φ = 66 o 33 ) Töø Ñòa cöïc Baéc ñeán Baéc cöïc khuyeân: soá ngaøy coù ñeâm trong moät naêm taêng daàn. Taïi Baéc cöïc khuyeân: soá ngaøy ñeâm laø 365. Ngaøy Haï chí Maët Trôøi coù xích vó döông 3 o 7 thoûa maõn ñieàu kieän khoâng laën (δ = 90 o - φ) neân voøng nhaät ñoäng cuûa Maët Trôøi tieáp xuùc vôùi ñöôøng chaân trôøi. Nhöõng ngaøy tröôùc Haï chí vaø sau Haï chí Maët Trôøi laën moät ít döôùi chaân trôøi vaø khoâng coù ñeâm roõ reät (goïi laø ñeâm traéng-hoaøng hoân tieáp giaùp vôùi bình minh) Baéc chí tuyeán: (φ = 3 o 7 ) Baéc cöïc khuyeân tieán tôùi xích ñaïo trong moät naêm coù 365 ngaøy ñeâm roõ reät. Neáu Maët Trôøi ôû luùc giöõa tröa taïi địa cöïc baéc ñeán Baéc chí tuyeán ta thấy Maët Trôøi luoân ôû nam thieân ñænh. Baéc chí tuyeán ñeán xích ñaïo trường hợp này coù luùc Maët Trôøi qua thieân ñænh Z (troøn boùng). Taïi Baéc chí tuyeán, trong moät naêm coù moät ngaøy (Haï chí) Maët Trôøi qua thieân ñænh Z. Töø Baéc chí tuyeán ñeán xích ñaïo, trong moät naêm coù hai ngaøy Maët Trôøi qua thieân ñænh Z. 58

59 6.4 Caùc ñôùi khí haäu * Nhieät ñôùi: vuøng coù vó ñoä - 3 o o 7 * OÂn ñôùi: vuøng coù vó ñoä ± 3 o 7 66 o 33 * Haøn ñôùi: vuøng coù vó ñoä ± 66 o 33 ± 90 o Nhiệt đới Vùng địa lý trên Trái Đất nằm trong khoảng giới hạn bởi hai vĩ tuyến ứng với vó ñoä - 3 o o 7 trong đó đường xích đạo nằm ở trung tâm. 6.5 Phöông trình thôøi gian Giờ - Ngày Năm Sao. Cô sôû xaùc ñònh thôøi gian, ñeå xaùc ñònh nhöõng khoaûng thôøi gian daøi ta choïn ñôn vò cô sôû laø naêm xuaân phaân, (töùc chu kyø boán muøa), coù ñoä daøi laø thôøi gian giöõa hai laàn lieân tieáp Maët Trôøi qua ñieåm xuaân phaân; ñeå xaùc ñònh, khoaûng thôøi gian ngaén ta duøng ñôn vò cô sôû laø ngaøy, giôø, phuùt, giaây. Trên thực tế, sự tự quay của Trái Đất là không hoàn toàn đều, nên trong thieân vaên hoïc coù ba loaïi ngaøy: ngaøy sao, ngaøy Maët Trôøi thöïc, ngaøy Maët Trôøi trung bình. * Giôø Sao: giôø sao s cuûa nôi quan saùt öùng thieân ñænh Z coù giaù trò baèng cung γ X, baèng xích kinh cộng với goùc giôø: s = cung γ X = α + SX = α + t. Giôø sao taïi moät nôi ôû moät thôøi ñieåm naøo ñoù coù trò soá baèng xích kinh cuûa sao ñi qua kinh tuyeán treân taïi nôi ñoù, ñuùng vaøo thôøi ñieåm aáy, vì khi sao qua kinh tuyeán treân thì t = 0 vaø s = α. * Ngày sao (sidereal day): Thời gian để một ngôi sao tại thiên đỉnh của người quan sát vào thời điểm bất kì trở về đúng thiên đỉnh, tức là thời gian để Trái Đất tự quay quanh trục đúng một vòng so với nền bầu trời sao. Do Trái Đất còn chuyển động tự quay quanh Mặt Trời nên ngày sao có giá trị nhỏ hơn 4 giờ sao. Độ dài của nó là 3 giờ 56 phút 4 giây hay giây. Nói khác đi ngaøy sao: döïa vaøo chu kyø nhaät ñoäng cuûa caùc sao, baèng khoaûng thôøi gian giöõa hai laàn lieân tieáp ñieåm xuaân phaân qua kinh tuyeán treân taïi nôi quan saùt. Một ngaøy sao = 4 h sao = 4 60 phuùt sao = s sao. * Ngày mặt trời (solar day): Thời gian giữa hai lần giữa trưa liên tiếp, có độ dài 4 giờ hay giây. Ngày mặt trời được sử dụng trong thiên văn học hiện đại để làm cơ sở tính cho dương lịch. 59

60 + Ngaøy Maët Trôøi thöïc: ( döïa vaøo chu kyø nhaät ñoäng cuûa Maët Trôøi), Ngaøy Maët Trôøi thöïc baèng khoaûng thôøi gian giöõa hai laàn lieân tieáp Maët Trôøi qua kinh tuyeán treân taïi nôi quan saùt. Giôø Maët Trôøi thöïc taïi nôi quan saùt : T Θ = t Θ + 1 h Ví duï Maët Trôøi qua kinh tuyeán treân (luùc giöõa tröa) töùc t Θ = 0, giôø Maët Trôøi thöïc taïi nôi quan saùt laø: T Θ = h = 1 h ; tröôøng hôïp Maët Trôøi qua kinh tuyeán döôùi( luùc nöûa ñeâm), ta coù: T Θ = 1 h + 1 h = 4 h Ngaøy Maët Trôøi thöïc daøi hôn ngaøy sao, vaø vì ngaøy Maët Trôøi thöïc khoâng ñeàu nhau neân ta khoâng duøng. + Ngaøy Maët Trôøi trung bình: laø ñoàng hoà chaïy ñeàu ta ñang duøng, ngaøy coù 4 giôø; ngaøy Maët Trôøi trung bình baèng trung bình coäng ngaøy Maët Trôøi thöïc trong naêm. * Năm (year): Khoảng thời gian tương đương với một chu kì chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời. Năm có độ dài là 365 ngày, năm nhuận có 366 ngày. Trong thiên văn học, độ dài chính xác của năm phụ thuộc vào các cách tính dựa trên các mốc khác nhau, do đó năm trong thiên văn được chia thành năm cận nhật, năm nhiệt đới, năm sao và năm thiên thực. + Năm cận nhật (anomalistic year): Thời gian giữa hai lần liên tiếp Trái Đất đi qua điểm cận nhật (điểm gần Mặt Trời nhất trên quĩ đạo chuyển động của Trái Đất). Năm cận nhật có độ dài 365,59 ngày. + Năm nhiệt đới (tropical year): Thời gian giữa hai lần liên tiếp Mặt Trời đi qua điểm xuân phân (hoặc thu phân), do đó còn được gọi là năm (xuân/thu) phân (equinoctial year). Năm (xuân/thu) có độ dài 365,4 ngày. Dương lịch hiện nay sử dụng độ dài này làm chuẩn để qui ước cách tính lịch hiện đại. + Năm sao (sidereal year): Thời gian giữa hai lần liên tiếp Mặt Trời nằm tại cùng một ví trí so với nền các sao trên thiên cầu. Độ dài của năm sao là 365,56 ngày. +Năm thiên thực (eclipse year): Thời gian giữa hai lần liên tiếp Mặt Trời nằm trên giao tuyến của mặt phẳng quĩ đạo Trái Đất và mặt phẳng quĩ đạo Mặt Trăng. Năm thiên thực có độ dài 346,60, thường được dùng để tính chu kì của nhật thực và nguyệt thực Phöông trình thôøi gian: gọi êta η laø hieäu giöõa giôø Maët Trôøi trung bình T m vôùi giôø Maët Trôøi thöïc T Θ tính ôû moät thôøi ñieåm naøo ñoù, ta có: η = T m - T Θ Giôø muùi (phụ lục 9): Theá giôùi hieän nay ñang duøng giôø muùi, maët ñaát ñöôïc chia laøm 4 muùi giôùi haïn bôûi 4 kinh tuyeán caùch ñeàu nhau ( caùch nhau 15 o hay 1 h ) töø muùi soá 0 ñeán muùi soá 3. Muùi soá khoâng ta coù giôø quoác teá T o, hay giôø GMT( Greenwich Meridian Time). 60

61 Caùc ñòa phöông naèm trong moãi muùi giôø seõ coù cuøng giôø, ví duï Vieät Nam, Laøo, Kampuchia, MaõLai coù cuøng muùi giôø soá 7 vaø seõ cuøng giôø nhö nhau. Giôø muùi laø giôø Maët Trôøi trung bình ñòa phöông cuûa kinh tuyeán chính giöõa muùi ñoù. Quy taéc tính giôø: T M = T o + M Ví duï: ÔÛ muùi soá khoâng nöôùc Anh laø 1 h thì ôû Vieät Nam coù:t M = 1 h + 7 = 19 h ( Nöôùc Anh 1 h tröa taïi Vieät Nam seõ laø 7 h toái) ÔÛ Paris giöõa tröa luùc ñoù taïi TP HCM laø 19 h vaø ôû NewYork 7 h saùng Baøi taäp aùp duïng: Vieät Nam ôû muùi soá 7, moät phaàn Hoa Kyø vaø Canada ôû muùi soá 17. Quy öôùc taïi thieân vaên ñaøi Greenwich (Anh) ôû muùi soá 0. Neáu ôû nöôùc Anh laø 8 h, thì giôø maët trôøi trung bình ñòa phöông taïi: Vieät Nam, Hoa Kyø, Canada laø bao nhieâu? Ñöôøng ñoåi ngaøy (hình 41) a/ Ñieàu chuùng ta bieát: Neáu bay voøng quanh Traùi Ñaát theo chieàu taêng cuûa soá muùi ( töø Taây sang Ñoâng) thì moãi laàn vöôït qua moät muùi ta chænh ñoàng hoà taêng leân 1 giôø, ngöôïc laïi giaûm 1 giôø. Muïc ñích: ñeå ñuùng với giôø muùi ñòa phöông nôi ta ñeán. b/ Ñieàu chuùng ta coù theå chöa bieát: Giôø ñoåi, ngaøy coù theå thay ñoåi? * Naêm 151 đoàn thaùm hieåm Magienlaêng ñaõ gaëp söï coá khi veà ñeán nôi ngaøy cuûa ñoøan khoâng gioáng ngaøy cuûa ñòa phöông? * Vaán ñeà: Giaû söû ta ñi moät voøng quanh Traùi Ñaát theo chieàu taêng soá muùi, moãi moät ngaøy vöôït qua moät muùi. Neáu xuaát phaùt luùc 6h ngaøy 01/09/01 thì luùc veà vò trí cuõ seõ laø 6h ngaøy 5/09/01, ñuùng hay sai? Đường đổi ngày quốc tế, hay đường thay đổi ngày quốc tế, là một đường tưởng tượng dùng để làm ranh giới giữa múi giờ UTC +1 và UTC -1, đi gần với kinh tuyến 180 độ kinh Đông từ Bắc Cực, qua eo biển Bering, Thái Bình Dương, cho đến Nam Cực, được quy định bởi Hội nghị quốc tế về kinh tuyến họp tại Washington năm Theo quy định, khi các phương tiện giao thông đi ngang qua đường này, ngày tháng sẽ phải thay đổi. Đi từ Tây sang Đông qua đây phải giảm 1 ngày. Đi từ Đông sang Tây phải tăng 1 ngày. 61

62 6.6 Lòch Theo lòch söû phaùt trieån cuûa xaõ hoäi loaøi ngöôøi treân haønh tinh chuùng ta, töø xöa ñeán nay coù nhieàu lòch ñöôïc söû duïng trong töøng giai ñoaïn cuï theå, goàm coù caùc lòch: AÂm lòch, AÂm döông lòch, và Döông lòch. Trong ñoù döông lòch hieän nay ñöôïc caû theá giôùi söû duïng. Lịch tiếng Latin là Calendarium, tiếng Anh là Calendar, có nghĩa là sổ nợ. Người mắc nợ phải trả tiền lãi cho chủ vào đầu tháng, khoảng thời gian có chu kỳ như vậy dần dần trở nên quen thuộc và hình thành cách tính lịch. Hình 4. Một kiểu lịch của người xưa Lịch có nhiều loại, như lịch Mặt trời, lịch Mặt trăng... Lịch thông dụng nhất trên thế giới ngày nay là lịch La Mã, mà người ta quen gọi là Dương lịch, dựa trên cơ sở Mặt trời, và hoàn thiện dần cho đến ngày nay. Loại Âm lịch ta đang dùng thực ra là kết hợp cả âm - dương lịch. Dương lịch không có năm thứ không. Hình 43. Bản đồ tính lịch của người Mayan Döông lòch: Cô sôû xaây döïng laø ñoä daøi naêm xuaân phaân ( hay chu kyø boán muøa) naêm xuaân phaân coù 365,4 ngaøy. * Döông lòch cuõ (Lịch Julian) ñaõ ñöôïc xaây döïng vaø söû duïng töø naêm 46 tröôùc coâng nguyeân, goàm caùc ñaëc ñieåm sau: + Cöù boán naêm coù moät naêm nhuaän, naêm nhuaän laø nhöõng naêm maø con soá naêm chia troøn cho boán. + Trung bình moät naêm daøi: = 365,4 ngaøy 4 sai vôùi naêm xuaân phaân laø 0,0078 ngaøy. Vì vaäy cöù 400 naêm döông lòch cuõ thì cheânh leäch (sai) vôùi naêm xuaân phaân laø 3,1 ngaøy. * Döông lòch môùi (coøn goïi laø lòch Grioârieân, naêm 158 ngöôøi ta boå sung döông lòch cuõ vaø söû duïng cho ñeán ngaøy nay), goàm caùc ñaëc ñieåm sau: 6

63 + Khaùc vôùi döông lòch cuõ ôû trung bình naêm coù soá ngaøy gaàn baèng soá ngaøy cuûa naêm xuaân phaân. + Naêm nhuaän laø nhöõng naêm maø con soá cuûa naêm ñoù chia chaún cho 4 tröø nhöõng naêm chöùa soá nguyeân theá kyû maø con soá theá kyû khoâng chia chaún cho 4. Ví duï naêm 1600,1700,1800,1900,000 trong ñoù 1700,1800,1900 con soá theá kyû khoâng chia chaún cho 4 neân laø nhöõng naêm khoâng nhuaän, + Luaät tính naêm nhuaän nhö vaäy cöù 400 naêm coù 97 naêm nhuaän ( trong khi ñoù döông lòch cuõ coù tôùi 100 naêm nhuaän), + Trung bình moät naêm coù 365,45 ngaøy, sai vôùi naêm xuaân phaân laø 0,0003 ngaøy, töùc 3300 naêm chæ sai coù moät ngaøy ( chính xaùc!!) AÂm lòch: Cô sôû xaây döïng laø ñoä daøi tuaàn traêng 9,53 ngaøy laøm cô sôû cho thaùng. Moät thaùng coù 9, hoaëc 30 ngaøy. Vì moät naêm coù 1 thaùng neân moät naêm coù 354 ngaøy, hoặc 355 ngaøy. Naêm aâm lòch ngaén hôn naêm xuaân phaân laø 10 ngaøy. Cöù 3 naêm aâm lòch thì sai vôùi chu kyø boán muøa hôn moät thaùng. Nhìn chung aâm lòch coù lôïi veà tính giôø nhöng baát lôïi laø khoâng phaûn aùnh ñuùng thôøi tieát AÂm döông lòch: Laø aâm lòch ta duøng ngaøy nay Döïa vaøo naêm nhuaän (13 thaùng) ñeå caûi tieán sao cho trung bình ñoä daøi cuûa naêm lòch baèng chu kyø boán muøa. Cụ thể là dựa vào chu kỳ tháng âm lịch và năm xuân phân bằng cách đặt ra năm nhuận theo quy ước như sau: Cứ 19 năm có 7 năm nhuận (năm nhuận có 13 tháng). Như vậy 19 năm xuân phân có 365,4 ngày x 19 = 6939,55 ngày; theo âm dương lịch thì trong 19 năm có (19 x 1) + 7 tháng dư = 35 tháng, trong 19 năm có số ngày là 9,53 ngày x 35 = 6939,55 ngày; tức 19 năm của âm dương lịch có số ngày tương đương số ngày của 19 năm dương lịch. Nhöôïc ñieåm: Khoâng hoaøn toaøn phuø hôïp chu kyø boán muøa, naêm nhuaän coù 13 thaùng baát tieän cho vieäc leân keá hoaïch coâng taùc. 6.7 Baøi taäp Baøi 1: Vì sao coù söï thay ñoåi muøa treân Traùi Ñaát, chöùng minh đông chí baéc cöïc toái suoát muøa vaø coù ngaøy ngaén ñeâm daøi nhaát trong naêm? Baøi : Trong thieân vaên hoïc coù maáy loaïi ngaøy? haõy keå ra vaø cho moät ví duï? Baøi 3: Phöông trình thôøi gian: ñònh nghóa, coâng thöùc? Baøi 4: Vieät Nam ôû muùi soá 7, moät phaàn Hoa Kyø vaø Canada ôû muùi soá 17. Quy öôùc taïi thieân vaên ñaøi Greewich (nöôùc Anh) ôû muùi soá 0. Neáu ôû nöôùc Anh laø 10h saùng, thì giôø trung bình ñòa phöông taïi Vieät Nam, Hoa Kyø vaø Canada laø bao nhieâu? Baøi 5: So saùnh aâm lòch döông lòch, aâm döông lòch. Neâu öu khuyeát ñieåm cuûa töøng loaïi lòch. Hieän nay treân theá giôùi thöôøng duøng loaïi lòch naøo? Vì sao? Baøi 6: Tính giôø Maët Trôøi thöïc taïi nôi quan saùt. khi: 1/ Maët Trôøi qua kinh tuyeán treân luùc giöõa tröa? / Maët Trôøi qua kinh tuyeán döôùi luùc nöûa ñeâm? 63

64 Baøi 7: Töø 46 naêm tröôùc coâng nguyeân döông lòch cuõ ñaõ ñöôïc söû duïng, ñeán theá kyû thöù 16 moät döông lòch khaùc ra ñôøi. Anh (chò) haõy so saùnh hai lòch treân, coù lòch naøo ngaøy nay söû duïng khoâng? Lòch ñoù teân gì? Baøi 8: Vì sao aâm lòch khoâng ñöôïc söû duïng phoå bieán roäng raõi? 64

65 CHÖÔNG 7 LÖÔÏNG GIAÙC CAÀU - ÖÙNG DUÏNG Tam giaùc caàu Coâng thöùc cô baûn Tam giaùc caàu laø hình naèm treân moät maët caàu coù ba caïnh laø ba cung cuûa ba voøng troø on lôùn. Quan saùt vieân ôû O nhìnn tam giaùc caàu ABC treân thieân caàu (hình 44), goùc ôû ñænh laø goùc giöõa hai maë at phaúng chöùa hai ñöôøng troøn lôùn, caïnh cuûa tam giaùc caàu baèng ñôn vò goùc vaø baèng goùc ôû taâm chaén caïnh ñoù. Hình 44 Laäp coâng thöùc (hình 44): + Veõ maët caàu taâm O baùn kính baèng ñôn vò + Truïc OZ qua ñænh A cuûa tam giaùc caàu, AB naèm treân maët phaúng ZOY, + Goùc COC = 90 o - b, + Goùc A hôïp giöõa hai maët phaúng OAB, AOC C. + Goùc hôï ôp bôûi hai maët phaúng C OAC, XOA baèng A - 90 o, + Goùc C OY = 180 o A. Toaï ñoä ñieåm C ñöôïc xaùc ñònh bôûi heä phöông trình: x = sinb.sina; y = - sinb.cosa; z = cosb. (7.1) Quay ZOY quanh truïc OX moät goùc AOB = c, toïa ñoä ñieåm C trong heä X OY Z laø: x = sina. sinb; y = sina.cosb; z = cosa. (7.) 65

66 Hình 45 Khi quay heä XYZ quanh OX moät goùc c ta coù ñöôïc: x = x; y = zsinc ycosc; z = zcosc ysinc. Theá caùc gía trò cuûa (7.1), (7.) vaøo (7.3) ta ñöôïc heä ba phöông trình: sin a sin b =, sin A sin B sina.cosb = cosb.sinc sinb.cosc.cosa, cosa = cosb.cosc + sinb.sinc.cosa. Vieäc kyù hieäu caùcc goùc vaø caùcc caïnh laø tuyø yù neân ta coù ba nhoùm coâng thöùc: (7.3) (7.4) Nhoùm1: sin a sin b = sin A sin B sin c =, sin C (7.5) Nhoùm: cosa = cosb.cosc + sinb.sinc.cosa, cosb = cosc.cosa + sinc.sina.cosb, cosc = cosa.cosb + sina.sinb.cosc. (7.6) Nhoùm3: sina.cosb = cosb.sinc sinb.cosc.cosa, sinb..cosc = cosc.sina sinc.cosa.cosb, sinc..cosa = cosa.sinb sina.cosb.cosc.. (7.7) 66

67 7. Chuyeån toïa ñoä Chuyeån töø heä toïa ñoä xích ñaïo sang heä toïa ñoä chaân trôøi: Muoán quan saùt thieân theå ta caàn bieát caùch chuyeån heä toïa ñoä xích ñaïo sang heä toïa ñoä chaân trôøi. Hình 46 Töø tam giaùc caàu PZS (tam giác định vị) treân hình 45, ta coù: PZ = 90 o ZX = 90 o ϕ PS = 90 o SS = 90 o δ ZS = 90 o SS = z Ngoaøi ra: goùc P = t (goùc giôø cuûa S), goùc Z = 180 o A (A: ñoä phöông cuûa S). AÙp duïng coâng thöùc nhoùm cho tam giaùc caàu PZS: cosz = sin ϕ.sin δ + cos ϕ.cos δ.cost, AÙp duïng coâng thöùc nhoùm1, 3 cho tam giaùc caàu PZS: sinz.sina = cosδ.sint, sinz.cosa = - cos ϕ.sinδ + sin ϕ.cosδ.cost, cosδ.sin t Suy ra: tga =. (7.8) cos ϕ.sin δ + sin ϕ.cosδ.cost trong ñoù goùc giôø t = S α,(α: xích kinh cuûa thieân theå, S: giôø sao ôû thôøi ñieåm quan saùt) ) Vaäy coâng thöùc chuyeån heä toï oa ñoä xích ñaïo sang heä toïa ñoä chaân trôøi laø: cosz = sin ϕ.sin δ + cos ϕ.cos δ.cost, cosδ.sin t tga =. cos ϕ.sin δ + sin ϕ.cosδ.cos t (7.9) 67

68 7... Chuyeån töø toïa ñoä chaân trôøi sang toïa ñoä xích ñaïo: Khi chuyeån töø toïa ñoä chaân trôøi sang toïa ñoä xích ñaïo, vaø khi caàn chuyeån ngöôïc laïi, ta vaãn aùp duïng nhoùm coâng thöùc 1,,3 vaøo caùc tam giaùc caàu theo thöù töï caïnh thöù nhaát laø 90 o δ, caïnh thöù hai laø 90 o ϕ vaø caïnh thöù ba laø z ta ñöôïc: sinδ = sin ϕ.cosz - cos ϕ.sinz.cosa, cosδ.sint = sinz.sina, (7.10) cosδ.cost = cos ϕ.cosz + sin ϕ.sinz.cosa. Hệ 3 phương trình (7.10) là hệ tọa độ xích đạo của sao cần khảo sát. Baøi taäp aùp duïng: Cho toaï ñoä cuûa moät sao (ñieåm S) trong heä toïa ñoä Oxyz nhö sau: x = sinb.sina; y = - sinb.cosa; z = cosb. Duøng löôïng giaùc caàu ñeå chuyeån toïa ñoä ñieåm S treân sang heä toaï ñoä khoâng gian ba chieàu O x y z? 7.3 Tính thôøi ñieåm moïc, laën vaø vò trí moïc, laën Xaùc ñònh thôøi gian: Khi thieân theå coù ñoä cao h = 0 hay khoaûng caùch ñænh Z = 90 o ta coù ñöôïc hieän töôïng moïc (laën).töø phöông trình: cosz = sin ϕ.sinδ + cos ϕ.cosδ.cost, ta ñöôïc: 0 = sin ϕ.sin δ + cos ϕ.cos δ.cost, hay: cost = - tg ϕ.tgδ, suy ra t (goùc giôø cuûa thieân theå khi moïc/laën) Giôø sao qua xích kinh α laø: S = α ± t. (7.11) Coù giôø sao ta tính ñöôïc giôø thöôøng Xaùc ñònh vò trí: AÙp duïng coâng thöùc nhoùm vaøo tam giaùc caàu PZS: sinδ = - cos ϕ.cosa nên: cosa = (-sinδ)/(cos ϕ ) Ñoä phöông A laø: A = +...:öùng vôùi nôi laën A = -...:öùng vôùi nôi moïc Toùm laïi do khuùc xaï aùnh saùng qua moâi tröôøng khí quyeån neân coâng thöùc chính xaùc ñeå tính goùc giôø t cuûa thieân theå luùc moïc (laën) seõ laø: o cos(90 + ρ p) sin ϕ sin δ cost =. (7.1) cosϕ cosδ 7.4. Söï khuùc xaï cuûa khí quyeån Baàu khí quyeån cuûa Traùi Ñaát coù theå xem goàm nhieàu lôùp choàng leân nhau vôùi chieát suaát khaùc nhau vaø caùc chieát suaát naày giaûm daàn theo ñoä cao ñoù laø lyù do tia saùng töø moät vì sao ñi vaøo khí quyeån seõ bò cong daàn. Hieän töôïng khuùc xaï aùnh saùng neâu treân laøm cho chuùng ta nhìn thaáy sao khoâng ñöùng vò trí thöïc cuûa noù. Ñeå xaùc nhaän vò trí thöïc cuûa sao ngöôøi ta xaây döïng bieåu thöùc ñoä khuùc xaï ρ, töø ρ ta tính ñöôïc khoaûng caùch ñænh thöïc Z cuûa sao nhôø coâng thöùc: Z = Z + ρ 68

69 Hình 47 Treân hình 47, ta thu ñöôïc: sin i n1 =, sin i n Neân: 1 sin i sin i sin 3 sin i sin sin i n =,..., n 3 im nm 1 = m 1 im n1 1 m n m =. (7.13) n n m là chieát suaát lôùp treân cuøng cuûa khí quyeån coi nhö baèng ñôn vò, goùc tôùi i m laø khoaûng caùch ñænh thöïc Z cuûa sao S, goùc tôùi i 1 ôû maët ñaát laø khoaûng caùch ñænh sin nhìn thaáy Z cuûa sao S neân ta coù: Z = n, 1 sin Z' sin( Z' + ρ) sin Z'cos ρ + sin ρ cos Z' Suy ra: = = n1. (7.14) sin Z' sin Z' Neáu khoaûng caùch ñænh nhoû hôn 70 o thì ñoä khuùc xaï ρ raát beù neân cos ρ = 1vaø soá ño cung ρ (ñôn vò radian) = sin ρ, neáu ρ tính baèng giaây thì sin ρ = ρ sin1 ''sin1'' vì theá: 1+ ρ n1 1 cos Z' = n1 suy ra: ρ '' = tgz ' sin Z' sin1' ' * ÔÛ nhieät ñoä 0 o C vaø aùp suaát 760mmHg, thì: ρ = 60 3tgZ * ÔÛ nhieät ñoä t o P 73 C vaø aùp suaát P, thì: ρ = (60 )(3) (tgz ) t 69

70 7.5. Hoaøng hoân Bình minh Do coù söï khuyeát taùn vaø khuùc xaï aùnh saùng Maët Trôøi töø caùc lôùp khí quyeån treân cao maø ta coù ñöôïc hieän töôïng hoaøng hoân vaø bình minh Phân loaïi: Hoaøng hoân thöôøng: keùo daøi töø luùc Maët Trôøi baét ñaàu laën cho ñeán laën saâu döới đường chaân trôøi 6 o (h = - 6 o ), đó là lúc thành phoá leân ñeøn. Hoaøng hoân thieân vaên keát thuùc khi Maët Trôøi laën döôùi đường chaân trôøi khoaûng 18 o (h = -18 o ) luùc này trôøi hoaøn toaøn toái vaø ta nhìn roõ ñöôïc các sao trong baàu trôøi ñeâm. Bình minh thöôøng keùo daøi töø luùc Maët Trôøi coøn ôû saâu döôùi chaân trôøi 6 o cho ñeán luùc moïc lúc Trôøi vừa saùng Thôøi gian daønh cho hoaøng hoân (bình minh): Δ t Khoaûng thôøi gian cuûa hoaøng hoân (bình minh) Δt ñöôïc tính theo coâng thöùc: cos(z + h o ) = sin ϕ.sin δ o + cos ϕ cosδ o cos( t + Δt), sin h o = sin ϕ.sin δ + cos ϕ cosδ cos( t + Δt), o sinh o sin ϕ sinδ o Suy ra: cos( t + Δt) =. (7.15) cosϕ cosδ o (vó ñoä nôi quan saùt: ϕ ; xích vó cuûa Maët Trôøi; goùc giôø cuûa Maët Trôøi öùng vôùi thôøi ñieåm moïc hay laën ). o 70

71 CHÖÔNG 8 TUAÀN TRAÊNG NHAÄT THÖÏC, NGUYEÄT THÖÏC THUÛY TRIEÀU Hình 48. Nhật thực hình khuyên Theo NASA, thời gian nhật thực hình khuyên diễn ra trong khoảng thời gian h kể từ 4h1' sáng ngày 1/5/01 theo giờ Việt Nam. Nhật, Nguyệt thực là hiện tượng tự nhiên "xưa như Trái Đất ", nhưng vẫn là đề tài thú vị cho những ai yêu thích thiên văn, đặc biệt các nhà thiên văn sẽ không bỏ qua những cơ hội hiếm có này. Bạn biết vì sao không? với nhật thực toàn phần tại một vị trí trên Trái Đất thì tại vị trí này phải cần 80 năm nữa mới có nhật thực toàn phần lần kế tiếp!!! 71

72 8.1 Tuaàn traêng Tuần trăng Tuần trăng (thượng tuần, trung tuần và hạ tuần) dùng để chỉ sự kéo dài của chu kỳ pha Mặt Trăng. Pha Mặt Trăng Pha Mặt Trăng là phần nhìn thấy hình ảnh bề mặt Mặt Trăng do Mặt Trời chiếu sáng. Các pha của Mặt Trăng thay đổi một cách tuần hoàn khi Mặt Trăng quay quanh Trái Đất, tùy thuộc vào sự thay đổi vị trí tương đối của ba thiên thể Trái Đất, Mặt Trăng, Mặt Trời. Mặt Trăng có 8 pha, được gọi tên lần lượt như sau: (bảng 3 & hình 48) * Khoâng traêng (1) Trăng löôõi lieàm () Baùn nguyeät đầu tháng (thöôïng huyeàn:3) Traêng khuyeát đầu tháng (4) Traêng troøn (5) Traêng khuyeát cuối tháng (6) Baùn nguyeät cuối tháng (haï huyeàn:7) Trăng löôõi lieàm cuối tháng (8) khoâng traêng (1). Pha Nhìn thấy Ngày âm lịch 1 Không trăng Sau khi Mặt Trời lặn Đầu, cuối tháng (Trăng mới) Trăng lưỡi liềm đầu Buổi chiều và sau lúc Mùng 1 đến mùng 7 tháng (Trăng non) chạng vạng 3 Bán nguyệt đầu tháng Buổi chiều và sớm ban đêm Mùng 7 đến mùng 8 (Trăng thượng huyền) 4 Trăng khuyết đầu tháng Cuối buổi chiều và cả đêm (Trăng trương huyền tròn dần) 5 Trăng tròn Nhìn thấy cả đêm Ngày 14, 15 (rằm), 16 (Vọng) 6 Trăng khuyết cuối tháng Cả đêm và sáng sớm (Trăng trương huyền khuyết dần) 7 Bán nguyệt cuối tháng Cuối ban đêm và buổi sáng Ngày, 3 (Trăng hạ huyền) 8 Trăng lưỡi liềm cuối tháng (Trăng tàn, trăng xế) Trước bình minh và buổi sáng Bảng 4. Các pha của tuần trăng Cuối tháng 7

73 Không trăng Hình 49 Hình 49, cho thấy chùm ánh sáng từ Mặt Trời đếnn Trái Đất, Mặt Trăng là chùm song song. Mặt Trăng quay tròn quanh Trái Đất một vòng mất một tháng, sẽ cho ta hình ảnh khác nhau tùy vào vị trí của Mặt Trăng đối với Trái Đất mà ta nhìn từ Trái Đất. Chu kyø cuûa tuaàn traêng: Chu kỳ giao hội (hay tuần trăng) là khoảng thời gian mà Mặt Trăng cần để trở lại tại cùng một vị trí trên bầu trời so với vị trí của Mặt Trời khi quan sát từ Trái Đất. Chu kyø giao hoäi laø 9,53 ngaø ay. Mặt Trăng quay một vòng quanh Trái Đất mất 7,31661 ngày. Mặt Trăng ở vị trí 1- hình 48, ta gọi là giao hội với Mặt Trời. Trong quá khứ, hiện tại và tương lai, loài người trên Trái Đất chỉ có thể nhìn thấy một nửa Mặt Trăng mà thôi, là vì chu kỳ tự quay của Mặt Trăng đúng bằng chu kỳ của Mặt Trăng chuyển động quanh Trái Đất, và quay cùng chiều nhau. Vì vậy, chu kỳỳ tự quay của 73

74 Mặt Trăng đúng bằng một tháng giao hội. Ở trên Mặt Trăng ngày sẽ bằng một tháng giao hội trên Trái Đất, tức ngày trên Mặt Trăng bằng 9,53 ngaøy trên Trái Đất. Quyõ ñaïo cuûa Maët Traêng: Maët Traêng có quyõ ñaïo elip vôùi taâm sai e = 0,055 (beù). Maët phaúng quyõ ñaïo goïi laø Baïch ñaïo, nghieâng vôùi maët phaúng quyõ ñaïo Traùi Đaát (mặt phẳng Hoaøng ñaïo) moät goùc 5 o Nhaät thực, Nguyeät thöïc 8..1 Nhaät thực (hình 50) Nếu Mặt Trăng và Mặt Trời giao hội (Mặt Trăng nằm giữa Trái Đất và Mặt Trời), lúc này Mặt Trăng sẽ che khuất Mặt Trời đối với người quan sát trên Trái Đất. Do Mặt Trăng chuyển động đồng thời với sự tự quay của Trái Đất, nên bóng tối của Mặt Trăng sẽ quét trên bề mặt Trái Đất thành một dải. Các quốc gia nằm trong dải này sẽ lần lượt thấy nhật thực. Nhật thực có thể là: Nhật thực vành khuyên (Mặt Trời không bị Mặt Trăng che hết mà còn vành sáng), thời gian nhật thực vành khuyên có thể hàng giờ, Nhật thực một phần, Nhật thực toàn phần (Mặt Trời bị Mặt Trăng che hết hoàn toàn), thời gian nhật thực này kéo dài tối đa là 7 phút. Cần biết thêm rằng tại một vị trí có nhật thực toàn phần thì lần kế tiếp ta xem nhật thực cũng toàn phần, ta phải chờ 80 năm nữa! Vaøo ñaàu vaø cuoái thaùng aâm lịch coù theå xaûy ra nhaät thực. Hình 50. Nhật thực 74

75 Trái Đất quanh xung quanh Mặt Trời theo quỹ đạo gần tròn trên mặt phẳng hoàng đạo, còn Mặt Trăng lại quay xung quanh Trái Đất trên mặt phẳng bạch đạo. Theo bạn thì mặt phẳng này trùng hai lệch nhau góc bao nhiêu? để đó là một hay những nguyên nhân xảy ra nhật thực (Trái Đất Mặt Trăng Mặt Trời), và nguyệt thực (Mặt Trăng Trái Đất Mặt Trời) Nguyeät thöïc (hình 51) Hình 51 Vào thời kỳ trăng tròn (giữa tháng), Mặt Trăng đi vào vùng bóng tối của Trái Đất (Trăng không nhận được ánh sáng Mặt Trời). Nguyệt thực xảy ra. Nơi nào trên Trái Đất là ban đêm đều thấy nguyệt thực. Ngoài ra, vì bóng tối của Trái Đất phủ một diện tích lớn nên nguyệt thực có thể kéo dài hơn nhiều so với nhật thực. Nguyệt thực cũng có nguyệt thực nửa tối (khi Mặt Trăng ở vùng nửa tối), Nguyệt thực một phần (khi Mặt Trăng tiếp giáp với vùng bóng đen), và nguyệt thực toàn phần. Nói chung, số lần nhật, nguyệt thực tối đa trong một năm là 7 ( hoặc 3 nguyệt thực và 5 hoặc 4 nhật thực) và tối thiểu là nhật thực và có thể không có nguyệt thực. Mặt Trời xem như đứng yên, Trái Đất quay quanh Mặt Trời và Mặt Trăng quay quanh Trái Đất có chu kỳ xác định. Nên ta có thể tính chính xác chu kỳ xảy ra nhật, nguyệt thực và dự đoán các lần xuất hiện tiếp theo. Chu kỳ này gọi là chu kỳ Saros bằng 6585,3 ngày. Trong mỗi chu kỳ Saros sẽ có 41 nhật thực và 9 nguyệt thực. 75

76 8.3 Ñieàu kieän toång quaùt. Toång soá Nhaät thöïc, Nguyeät thöïc Ñieàu kieän toång quaùt xaûy ra nhaät thöïc, nguyeät thöïc Neáu nhö hai maët phaúng baïch ñaïo vaø hoaøng ñaïo truøng nhau thì haøng thaùng aâm lòch seõ dieãn ra nhaät, nguyeät thöïc, thöïc teá chuùng nghieâng nhau 5,9 o neân hieän töôïng nhaät, nguyeät thöïc thöa hôn nhieàu. Maët phaúng baïch ñaïo khoâng ñoåi phöông trong suoát quaù trình quay quanh Traùi Ñaát. Caùc tieát tuyeán (giao tuyeán cuûa maët phaúng baïch ñaïo vôùi maët phaúng hoaøng ñaïo) luoân song song nhau. Vì theá hieän töôïng nhaät, nguyeät thöïc xaûy ra khi Traùi Ñaát Maët Traêng ôû vò trí 1,3. Töùc trong moät naêm coù hai kyø nhaät, nguyeät thöïc Toång soá nhaät thöïc, nguyeät thöïc. Moät naêm döông lòch coù soá nhaät thöïc, nguyeät thöïc toái ña laø 7 (5 nhaät thöïc + nguyeät thöïc hoaëc 4 nhaät thöïc + 3 nguyeät thöïc) Nhật thực toàn phần xảy ra một số quốc gia (vùng) trong quá khứ và tương lai. Ở Việt Nam: 4/10/1995 có nhật thực toàn phần, phủ một vùng kéo dài từ Bình Dương Sông Bé Phan Thiết Biển Đông. Thành phố Hồ Chí Minh chỉ có nhật thực một phần. Ở nước ngoài: * 11/08/1999 tại Romania * Năm 013: Biển Atlantic * Năm 016: Indonesia, Thái Bình Dương * Năm 00: Nam Thái Bình Dương * Năm 030: Nam Phi, Ấn Độ Dương, Úc Thuyû trieàu Phân loại Triều : Nói một cách tổng quát- Triều có 3 loại Triều, đó là: * Khí triều: Lớp khí quyển của Trái Đất dâng lên hay hạ xuống, nhưng vì khí quyển trong suốt và hơn nữa con người ở dưới đáy biển không khí nên con người không chứng kiến được khí triều. * Thủy triều: là hiện tượng nước biển, nuớc sông... dâng lên và rút xuống tại một vị trí địa lý nhất định trong một ngày đêm. * Thạch triều: Lớp đất, đá trên bề mặt của Trái Đất dâng lên hay hạ xuống, nhưng vì khoảng cách dâng, hạ của chúng là ít và hơn nữa cả diện tích lớn bề mặt đất, đá dâng lên, hạ xuống. Nên con người không chứng kiến được thạch triều Nguyên nhân: Do lực hấp dẫn (lực hút) của Mặt Trời và Mặt Trăng, trong đó chủ yếu là do lực hấp dẫn của Mặt Trăng. 76

77 Thủy triều: * Chu kỳ triều: Chu kỳ triều là khoảng thời gian giữa hai nước lớn hoặc hai nước ròng liên tiếp nhau. Triều dâng là sự dâng lên của mực nước từ mực thấp nhất (nước ròng) lên tới mực cao nhất (nước lớn) trong một chu kỳ triều. Chu kỳ triều gồm triều bán nhật và triều toàn nhật. * Biên độ triều: được xác định bằng hiệu giữa độ cao mực nước lớn hoặc mực nước ròng và mực nước trung bình. Ngoài ra người ta còn dùng một đại lượng gọi là độ lớn triều - bằng hiệu giữa độ cao nước lớn và nước ròng kế tiếp nhau trong một chu kỳ triều. * Triều dâng đối xứng (hình 5) Traùi Ñaát vaø Maët Traêng ñeàu chuyeån ñoäng quanh khoái taâm O cuûa chuùng. Caùc quan saùt thieân vaên cho bieát khoái taâm naày naèm caùch taâm quaû ñaát 4700km ( /3 baùn kính quaû ñaát). Nguyeân nhaân cuûa thuûy trieàu laø löïc haáp daãn cuûa Maët Traêng ñoái vôùi Traùi Ñaát. Do löïc haáp daãn ñoù, caùc phaàn treân toaøn boä Traùi Ñaát seõ thu caùc gia toác sau ñaây: A r : taïi khoái taâm Traùi Ñaát, höôùng veà Mặt Trăng, a r : phaàn nöôùc gaàn Mặt Trăng 1 a r : phaàn nöôùc xa Mặt Trăng. Deã daøng nhaän thaáy: a r < A r < a r 1 Hình 5 Ñieàu quan troïng laø nöôùc dòch chuyeån nhö theá naøo so vôùi Trái Đất. Ta tính gia toác cuûa nöôùc trong heä quy chieáu Trái Đất. Ñònh lyù coäng vaän toác cho ta: v r = v r ' + V r, Laáy ñaïo haøm theo thôøi gian: a r = a r ' + A r, töùc laø: gia toác trong heä ñöùng yeân bằng gia toác trong heä chuyeån ñoäng + gia toác cuûa heä chuyeån ñoäng so vôùi heä ñöùng yeân. phöông trình : a r = a r ' + A r suy ra: a r 1 = Vaäy: ar ' 1 = a r 1 - A r > 0, a r ' = a r - A r < 0. a r ' 1 + A r vaø a r = a r ' + A r 77

78 Vì vaäy nöôùc daâng leân caû ôû phiaù gaàn vaø phiaù xa Mặt Trăng, neân thuûy trieàu quan saùt thaáy hai laàn trong moät ngaøy caùch nhau 1 giôø. Ngoaøi löïc huùt cuûa Mặt Trăng, hieän töôïng thuûy trieàu coøn ñöôïc taêng cöôøng theâm do xuaát hieän löïc ly taâm vì söï quay cuûa Trái Đất quanh khoái taâm O. Thöïc ra thì thuûy trieàu coøn phuï thuoäc nhöõng ñieàu kieän khaùc nöõa nhö vò trí töông ñoái cuûa Trái Đất, Mặt Trăng, Maët Trôøi, hình daùng bôø bieån,...cho neân ta quan saùt thaáy khoâng hoaøn toaøn nhö nhau ôû nhöõng bôø bieån khaùc nhau treân Trái Đất. Câu hỏi: Có người cho rằng: Thủy triều đạt cực đại khi cả Mặt Trời, Mặt Trăng và Trái Đất cùng nằm thẳng hàng. Trong đó Mặt Trời, Mặt Trăng nằm cùng một phía so với Trái Đất. Vậy lúc này là lúc đêm không trăng, khoảng cuối và đầu mỗi tháng. Ngược lại, nếu Mặt Trời, Mặt Trăng nằm thẳng hàng nhưng ở hai bên Trái Đất thủy triều sẽ đạt cực tiểu (nước rút nhiều nhất) trường hợp này xảy ra vào giữa tháng (trăng tròn), lập luận trên đúng hay sai? 8.5 Baøi taäp Baøi 1: Trình baøy tuaàn traêng, neâu roõ chuyeån ñoäng bieåu kieán cuûa Maët Traêng quanh Traùi Ñaát? Baøi : Chöùng minh hieän töôïng thuûy trieàu? Baøi 3: Vôùi nhöõng goùc pha baèng bao nhieâu, thì xaûy ra hieän töôïng nhaät, nguyeät thöïc? Vì sao? Baøi 4: Vì sao chæ coù moät nöûa Maët Traêng quay veà phía Traùi Ñaát? Baøi 5: Haõy moâ taû caùc pha nhìn thaáy Traùi ñaát khi quan saùt vieân ôû Maët Traêng? Baøi 6: Bieát Maët Traêng ôû ñieåm vieãn xa hôn ôû caän ñieåm 1/9 khoaûng caùch. Hoûi löïc thuûy trieàu xaûy ra treân maët ñaát khi Maët Traêng ôû caän ñieåm lôùn hôn khi noù ôû vieãn ñieåm laø bao nhieâu? 78

79 CHÖÔNG 9 PHÖÔNG PHAÙP THIEÂN VAÊN VAÄT LYÙ Nhieäm vuï cuûa Thieân vaên Vaät Lyù (Nghieân cöùu lyù tính caùc thieân theå) * Phaân ngaønh thieân vaên vaät lyù: + Lyù thuyeát: nghieân cöùu vaät chaát ôû trong caùc sao + Thöïc nghieäm: thu caùc böùc xaï cuûa thieân theå ñeå phaân tích xaùc ñònh lyù tính cuûa sao. * Phöông phaùp nghieân cöùu: Nhieät ñieän, quang ñieän, phaân tích quang phoå, phaân tích phoå voâ tuyeán * Caùch thöùc thöïc hieän: + Treân Traùi Ñaát: maùy thu tín hieäu + Trong khoâng gian: boùng thaùm khoâng, teân lửa vuõ truï, veä tinh nhaân taïo. 9. Ñaëc tính cuûa böùc xaï vaø cô sôû cuûa pheùp phaân tích quang phoå Böùc xaï nhieät: Caùc thieân theå noùng saùng ñeàu böùc xaï naêng löôïng theo ñuû loaïi böôùc soùng trong thang soùng ñieän töø, goïi laø böùc xaï nhieät. Nhieät ñoä khaùc nhau cuûa sao seõ cho caùc vuøng phoå khaùc nhau, ôû: * 1000 o K trôû xuoáng: böùc xaï laø hoàng ngoaïi, voâ tuyeán. * 000 o K 3000 o K: vaät coù maøu ñoû * 4000 o K 5000 o K: vaät coù maøu vaøng Phoå ta nhaän ñöôïc phuï thuoäc vaøo: nhieät ñoä nguoàn saùng, caáu taïo hoùa hoïc, traïng thaùi vaät lyù cuûa sao Böùc xaï cuûa vaät ñen tuyeät ñoái: Vật đen tuyệt đối là vật hấp thụ hoàn toàn các bức xạ điện từ chiếu đến nó, tức không có hiện tượng phản xạ hay tán xạ trên vật đó. Ý nghĩa vật lý về khả năng hấp thụ 100% bức xạ điện từ chiếu vào mang đến cái tên "đen" cho vật thể. Tuy nhiên, các vật thể này không đen, mà chúng luôn bức xạ trở lại môi trường xung quanh các bức xạ điện từ, tạo nên quang phổ đặc trưng cho nhiệt độ của vật, gọi là bức xạ vật đen. Quang phổ của vật đen là quang phổ liên tục và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật đen. Böùc xaï cuûa vaät ñen tuyeät ñoái coù phoå lieân tuïc. π hc 1 * Coâng thöùc böùc xaï (coâng thöùc Planck): ε λdλ = dλ (9.1) 5 hc/ kλt λ e 1 Trong ñoùε λ naêng löôïng böùc xaï cuûa 1 m beà maët cuûa vaät theo moïi phöông trong 1 giaây (trong phoå coù böôùc soùng töø λ ñeán λ + dλ). 79

80 * Ñònh luaät Wien: Nhieät ñoä vaät caøng taêng thì cöïc ñaïi cuûa böùc xaï vaät ñen tuyeät ñoái caøng dòch veà phía soùng ngaén. Coâng thöùc: λ max.t = b. (9.) (haèng soá Wien: b =, m. 0 K) * Ñònh luaät Stefan-Boltzmann: Coâng suaát böùc xaï cuûa vaät ñen tuyeät ñoái tæ leä vôùi lũy thöøa baäc 4 cuûa nhieät ñoä ñoù. Coâng thöùc: ε = σt 4. (9.3) (ε: coâng suaát böùc xaï, haèng soá Stefan-Boltzmann σ: 5, Wm - K -4 ) 9.3 Quang phoå vaïch - ÖÙng duïng Caùc loaïi quang phoå söû duïng trong thieân vaên coù ba loaïi: Quang phoå lieân tuïc: caùc chaát raén, loûng, khí coù tæ khoái lôùn, khi bò nung noùng seõ phaùt ra quang phoå lieân tuïc (nhö aùnh saùng maët trôøi coù dải saùng màu bieán ñoåi lieân tuïc töø ñoû ñeán tím). Quang phoå liên tuïc chæ phuï thuoäc nhieät ñoä nguoàn saùng. Baèng caùch naày ta coù theå xaùc ñònh nhieät ñoä cuûa caùc vì sao xa xôi. Quang phoå vaïch phaùt xaï: Heä thoáng nhöõng vaïch maøu rieâng reõ naèm treân moät neàn toái goïi laø quang phoå vaïch. Quang phoå vaïch phaùt xaï cuûa caùc nguyeân toá khaùc nhau thì khaùc nhau veà soá vaïch, vò trí vaïch, maøu saéc, ñoä saùng tæ ñoái caùc vaïch. Quang phoå vaïch haáp thụ: Laø quang phoå ta nhaän ñöôïc coù vaïch toái treân neàn quang phoå lieân tuïc, trong tröôøng hôïp aùnh saùng truyeàn töø sao ñeán ta bò khí quyeån coù cuøng nguyeân töû giống nhö sao, lớp khí quyển này haáp thụ böùc xaï cuûa sao ÖÙng duïng: Từ Trái Đất, bằng cách nghiên cứu quang phổ người ta xaùc ñònh được nhieät ñoä, aùp suaát, maät ñoä nguyeân töû, töø tröôøng... cuûa caùc sao. Ví duï voøng nhaät hoa cuûa Maët Trôøi coù caùc nguyeân töû sắt, niken, agon, canxi ôû traïng thaùi ion hoùa. 9.4 Söï dòch chuyeån Ñoâple (Doppler) cuûa caùc vaïch quang phoå: Ñoä dòch chuyeån Dopple: Laø ñoä bieán thieân böôùc soùng ta nhaän ñöôïc treân quang phoå khi hai nguoàn saùng chuyeån ñoäng töông ñoái vôùi vaän toác v : λ o Δ λ = v. c Vaäy: Δ λ 1 = v. λ c o (9.4) Ví duï: AÙnh saùng töø caùc sao naèm treân höôùng chuyeån ñoäng cuûa Traùi Ñaát luùc quan saùt, seõ cho quang phoå dòch veà phía soùng ngaén (tím) coù λ o = 5000A o, Δλ = 0,5A O Từ (9.4) suy ra: v = 30km/s. Vaäy Traùi Ñaát quay quanh Maët Trôøi vôùi v = 30km/s Chöùng minh: Neáu nguoàn saùng coá ñònh khoaûng caùch vôùi ta thì aùnh saùng thu ñöôïc coù taàn soá ν o Neáu nguoàn saùng chuyeån ñoäng vôùi ta thì aùnh saùng thu ñöôïc coù taàn soá: ν = ν o (1- v/c), (9.5) (v > 0 : neáu khoaûng caùch taêng; v < 0 : neáu khoaûng caùch giaûm) Tieân ñeà aùnh saùng baát bieán cho ta: c = λν = λ o ν o, (9.6) (λ: böôùc sóng öùng vôùi taàn soá ν) 80

81 ν oλo Suy ra: λ = =[( ν o λ o )/( ν o (1-v/c))] = [( λ o )/(1-v/c)] ν = λo (1+ v/c), λ o Δ λ 1 λ - λ o = v., Vậy: = v. (9.7) c λo c Hieäu quaû: + Ñoä dòch chuyeån Doppler nhaän ñöôïc treân quang phoå giuùp ta xaùc ñònh ñöôïc söï chuyeån ñoäng töông ñoái cuûa caùc sao, caùc thieân haø, vaø xaùc ñònh ñöôïc vaän toác cuûa chuùng. + Xaùc ñònh ñöôïc söï quay cuûa caùc thieân theå. 9.5 Caùc loaïi kính thieân vaên: Kính thiên văn khúc xạ (Refractor telescope) Kính thiên văn khúc xạ được cấu tạo bởi bộ phận chủ yếu là vật kính (thấu kính nằm hướng về phía vật cần quan sát- Sao) và thị kính (thấu kính ở phía ta đặt mắt để nhìn). Kính thiên văn loại nầy có thể là kính đầu tiên của nhân loại trong quan sát thiên văn, tương tự như loại kính nầy có kính thiên văn kiểu Kepler, kiểu Galilei (Galilean Telescope), Kính loại nầy có nhược điểm là khả năng thu gom ánh sáng không cao, và bị sắc sai làm nhòe ảnh cần quan sát Kính thiên văn phản xạ (Reflector telescope) Newton là tác giả loại kính nầy. Kính thiên văn phản xạ hội tụ ánh sáng bằng phương pháp phản xạ, có vật kính là gương cầu lõm thị kính là thấu kính. Loại kính nầy có nhiều kiểu như kiểu Newton (người đầu tiên phát minh), kiểu Cassegrain, kiểu Conde, Ưu điểm: Cho ta ảnh có độ phân giải cao hơn nhiều so với kính thiên văn khúc xạ Kính thieân vaên quang phoå laêng kính: Ñaëc ñieåm: + Coù moät quang phoå duy nhaát (tia tím leäch hôn tia ñoû) + Phaàn phoå töû ngoaïi bò laêng kính haáp thụ, + Ñoä taùn saéc goùc phuï thuoäc vaøo böôùc soùng Kính thieân vaên quang phoå caùch töû:( boä phaän taïo quang phoå laø caùch töû) Ñaëc ñieåm: + Coù moät loaït quang phoå naèm ñoái xöùng qua phoå baäc 0 (tia ñoû leäch nhiều hôn tia tím) + Coù caû phaàn phoå töû ngoaïi + Ñoä taùn saéc khoâng phuï thuoäc böôùc soùng + Ñoä saùng cuûa quang phoå keùm hôn quang phoå laêng kính Kính thieân vaên voâ tuyeán: Ñeå thu soùng voâ tuyeán ta duøng kính thieân vaên voâ tuyeán, kính nầy coù caáu taïo: AÊng ten thu (böôùc soùng: mm,cm,dm,m) truyeàn ñeán Khuyeách ñaïi Taùch soùng Tín hieäu ghi treân baêng. 81

82 Soùng voâ tuyeán ñöôïc böùc xaï töø caùc sao trong thieân haø, Maët Trôøi,...goïi laø böùc xaï voâ tuyeán vuõ truï. Hiện nay, các bức xạ- tín hiệu từ các thiên thể được thu từ bộ ghép nối Siêu dẫn- cách điện- siêu dẫn gọi tắt là SIS (Superconductor-Insulator- Superconductor) bộ ghép nối này thường lắp đặt trong hầu hết các kính thiên văn vô tuyến hoạt động ở bước sóng milimet. * Caùc keát quaû: Ngoaøi thieân haø ta phaùt hieän ñöôïc Pulsar... * Ưu ñieåm: Kính thieân vaên voâ tuyeán coù öu ñieåm laø khoâng phuï thuoäc vaøo khí quyeån thôøi tieát, ngaøy ñeâm. Hình 53.a. Kính thiên văn vũ trụ Hubble (Hubble Space Telescope) do NASA phóng lên quĩ đạo vào năm 1990 ở độ cao 600km. Kính nầy được điều khiển từ Trái Đất. Tính đến nay - 013, nó đã phục vụ được 14 năm, nó đã cho hàng nghìn bức ảnh chất lượng cao trong nghiêu cứu thiên văn, vũ trụ. Hình 53.b. Hình 53.c. Hình 53. (a) Các kiểu kính thiên văn đầu tiên. (b) Kính thiên văn Hubble.(c) Kính thiên văn Arecibo Observatory đặt ở Puerto Rico. Ngoài ra do trình độ phát triển về khoa học công nghệ ngày càng cao, người ta chế tạo nhiều loại kính khác nhau như: Kính thiên văn tia Gamma, Kính thiên văn tia X, Kính thiên văn tia cực tím, Kính thiên văn tia hồng ngoại 8

83 9.6 Baøi taäp Baøi 1: Nhieäm vuï cuûa Thieân vaên Vaät lyù? Baøi : Haõy neâu ñaëc tính cuûa böùc xaï vaø cô sôû cuûa pheùp phaân tích quang phoå. Baøi 3: Caùc loaïi quang phoå naøo ñöôïc söû duïng trong vaät lyù thieân vaên? Baøi 4: AÙnh saùng cuûa moät sao naèm treân höôùng chuyeån ñoäng cuûa Traùi Đaát, seõ cho quang phoå dòch veà phía soùng ngaén (tím), coù λ = 5000 A o, ñoä bieán thieân böôùc soùng Δλ = 0,5A o. Tính vaän toác daøi cuûa Traùi Ñaát quay quanh Maët trôøi? Baøi 5: Neâu ñaëc ñieåm, coâng duïng kính thieân vaên quang phoå caùch töû? Baøi 6: Kính thieân vaên naøo coù öu ñieåm hôn trong caùc loaïi kính thieân vaên maø baïn bieát? Baøi 7: Kính thieân vaên không gian, theo dự tính hiện nay, sẽ có một gương đường kính m và đặt trên quỹ đạo bên ngoài khí quyển của Trái Đất. Hãy ước lượng (bậc độ lớn) khoảng cách giữa hai ngôi sao cách Trái Đất 10 cm và có thể chớm phân giải được bằng kính thieân vaên này (Columbia). Baøi 8: Hai ngôi sao có khoảng cách góc bằng radian. Cả hai phát ra ánh sáng với các bước sóng là 5770 và 5790 A o. 1/ Trong kính thieân vaên cần một thấu kính với đường kính bằng bao nhiêu để phân biệt được ảnh của hai ngôi sao trên? / Cần một cách tử nhiễu xạ lớn tới mức nào để phân biệt được hai bước sóng trên? Bạn hãy trả lời rõ ràng và đầy đủ, giải thích các lập luận của bạn. (UC, Berkeley) Giải 1/ Năng suất phân giải góc của KTV: 1, λ θ D 8 (1, )(5790) 10 D= = 70,6cm Kết quả này lớn hơn so với trường hợp λ = 5770 A o, nên đường kính cần thiết để phân biệt hai ngôi sao phải ít nhất là 70,6cm. / Năng suất phân giải đơn sắc của một cách tử được xác định bởi λ mn Δλ = ; trong đó m là bậc nhiễu xạ (thường dùng bậc 1,,3 để quan sát), N: tổng các vạch trên cách tử. Đối với m = 1, ta có: λ N = = = 89 Δλ Đối với m =, ta có: Đối với m = 3, ta có: N = 96 Vậy cần một cách tử nhiễu xạ với 89 vạch để phân biệt được các bước sóng trên. 83

84 CHÖÔNG 10 SAO MAËT TRÔØI Hình 54 Mặt Trời của chúng ta là một sao, may mắn thay! Mặt Trời có khoảng cách đến Trái Đất vừa đủ gần, vừa đủ xa. Vì không có Mặt Trời sẽ không có sự sống trên Trái Đất. 84

85 10.1 Sao Sao laø nhöõng Maët Trôøi, nhö Maët Trôøi cuûa chuùng ta. Coù khoảng 400 tæ ñeán 500 tæ sao trong thieân haø cuûa chuùng ta, sao laø nhöõng quaû caàu khí noùng saùng. Noùi chung sao phaàn lôùn oån ñònh veà kích thöôùc nhieät ñoä. Các sao phần lớn đều tự quay quanh trục, và khi ổn định kích thước chúng có vận tốc góc không đổi. Các sao thường có thành phần trung bình là 70% hydro, 8% heli, 1,5 % cacbon, nito, oxi... và khoảng 0,5% sắt và các kim loại. Nhiệt độ bề mặt của một sao thường trong khoảng 3000 o K đến o K còn nhiệt độ ở tâm là khoảng vài triệu cho đến vài chục triệu độ Kelvin. Thậm chí có thể lên tới 100 triệu độ Kelvin đối với các sao khổng lồ đỏ và vài tỷ độ Kelvin với các sao siêu khổng lồ đỏ. Độ sáng của sao là mức độ phát sáng của sao mà mắt người cảm nhận được từ Trái Đất, để biểu thị độ sáng, thiên văn học sử dụng đại lượng cấp sao. Theo qui ước, các sao có độ sáng chênh nhau 100 lần thì sẽ có cấp sao chênh nhau 5 đơn vị. Có nghĩa là sao cấp 1 sẽ sáng hơn sao cấp 6 là 100 lần (cấp sao càng nhỏ thì sao càng sáng) Có hai loại cấp sao là cấp sao tuyệt đối (absolute magnitude) và cấp sao biểu kiến (apparent magnitude). Cấp sao biểu kiến là cấp sao cho biết độ sáng của ngôi sao do người quan sát đứng trên Trái Đất quan sát thấy trực tiếp. Cấp sao này không phải cấp sao thật của sao vì các sao ở xa hơn sẽ có ánh sáng yếu hơn khi nhìn từ Trái Đất, do đó để biết chính xác về mức độ sáng của sao, cần có cấp sao tuyệt đối, đây là cấp sao thực tế của sao có được do khối lượng và công suất bức xạ của nó. Dưới đây ta tìm hiểu kỹ hơn về cấp sao, biểu thức định lượng của cấp sao Caáp Sao: Ñeå xaùc ñònh ñoä roïi ( ñoä saùng nhìn thaáy) vaø naêng löôïng böùc xaï, ta duøng khaùi nieäm caáp sao. Caáp sao nhìn thaáy (m): Caáp sao nhìn thaáy của một thiên thể (ngôi sao, hành tinh,...) là một thang đo về độ sáng biểu kiến của vật thể tính theo lôgarít của mật độ photon phát ra bởi vật thể nhận được trong một đơn vị thời gian bởi máy thu. Vật thể càng sáng thì m càng có giá trị nhỏ. Độ trắng (brightness) biểu kiến của một sao được đo bằng cấp sao biểu kiến (caáp sao nhìn thaáy) của nó, đó là độ trắng của sao theo độ sáng của nó, với khoảng cách tính từ Trái Đất, và ánh sáng của sao bị thay đổi khi nó truyền qua khí quyển của Trái Đất. 85

86 Cô sôû ñeå xaùc ñònh caáp sao nhìn thaáy laø ñoä roïi, độ roïi laø tyû soá cuûa quang thoâng Φ cuûa Φ 1 moät nguoàn saùng truyeàn ñeán dieän tích S: E =, caáp sao: m ( ñoä roïi caøng S E lôùn thì caáp sao caøng beù). Ngöôøi ta chöùng minh raèng, hai sao khaùc nhau n caáp thì ñoä roïi khaùc nhau (,51) n laàn. + Caáp soá khoâng ñöôïc quy öôùc cho caùc sao nhìn thaáy saùng nhaát trong baàu trôøi, vaø caáp sao cuûa Maët Trôøi, Maët Traêng coù trò soá aâm. + Sao coù caáp 6 laø sao môø nhaát maét ta coøn nhìn thaáy ñöôïc, caáp 10 phaûi nhìn baèng oáng doøm, vaø caáp 0 phaûi nhìn baèng kính thieân vaên hieän ñaïi. Thiên thể Cấp sao nhìn thấy (m) Mặt Trời -6,7 Mặt Trăng (tròn) -1,6 Sao Thiên Lang -1,3 Sao Chức Nữ +0,1 Sao Bắc Cực +,15 Kim Tinh -4,4 Hỏa Tinh -,8 Sao tối nhất có thể thấy bằng mắt thường ở thành phố +3 Quasar sáng nhất +1,6 Bảng 5.Cấp sao nhìn thấy của một số thiên thể Caáp sao tuyeät ñoái (M): Caáp sao tuyeät ñoái ñöôïc ñaët ra nhaèm xaùc ñònh naêng löôïng cuûa sao. Caáp sao tuyeät ñoái M cuûa caùc sao ñöôïc quy öôùc laø caáp sao nhìn thaáy cuûa noù, neáu nhö khoaûng caùch töø chuùng ñeán Traùi Ñaát baèng nhau. Khoảng cách quy ước từ Trái Đất đến ngôi sao là 10 parsec (3,6 năm ánh sáng). Em Em 10 Coâng thöùc: = =, Em' EM d Suy ra: M = m lgπ. (10.1) (π: thò sai naêm cuûa sao) 1 Ví duï: Maët Trôøi coù m = - 6,7 ; d = 1 ñvtv = ps 0665 Nªn caáp sao tuyeät ñoái cuûa Maët Trôøi laø M = 4,8. 86

87 Độ trắng (ΔL): Độ trắng giữa hai sao được tính theo công thức: Δ Δ L =,51 m, (10.) trong đó Δ m= mf mb với m f số cấp sao của sao mờ, m b là số cấp sao của sao sáng hơn. Cần biết rằng số cấp sao nhỏ hơn, tương ứng với sao sáng hơn; số cấp sao lớn hơn, tương ứng với sao mờ hơn. Những sao sáng nhất, trên một hoặc hai thang đo, có cấp sao âm. Mặt Trời có cấp sao biểu kiến là m = 6,7, cấp sao tuyệt đối chỉ là M = +4,8. Sao Sirius, sao sáng nhất trên bầu trời, có độ sáng gấp 3 lần Mặt Trời, Sirius cách Trái Đất 8,6 năm ánh sáng. Sao Canopus, sao sáng thứ hai trên bầu trời đêm có cấp sao tuyệt đối là M = 5,53, có độ sáng gấp lần độ sáng của Mặt Trời. Nhìn từ Trái Đất ta thấy sao Sirius sáng hơn sao Canopus là vì sao Canopus ở xa hơn, cách Trái Đất 310 năm ánh sáng. (Phụ lục 11) Ñaïi löôïng ñaëc tröng cuûa caùc sao: Ñoä tröng (L): Baùn kính (R); Khoái löợng (M). * Ñoä tröng L, hay coâng suaát phaùt xaï toaøn phaàn ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: Ws M MT M s L = = (,51). (10.3) WMT ( W s : coâng suaát böùc xaï cuûa sao; W MT : coâng suaát böùc xaï cuûa maët trôøi). Ví duï: Sao Thieân Lang coù caáp sao tuyeät ñoái M s = 1,3 thì ñoä tröng laø 4,8 1,3 L = (,51) = 5. Töùc sao Thieân Lang coù coâng suaát böùc xaï naêng löôïng lôùn hôn maët trôøi 5 laàn. Ñoä tröng cuûa maët trôøi ñöôïc xem laø trung bình, ñoä tröng cuûa caùc sao lôùn hôn haøng chuïc ngaøn laàn ñoä tröng cuûa maët trôøi, vaø cuõng coù sao coù ñoä tröng nhoû hôn vaøi phaàn traêm laàn. Q4π d Ñoä tröng cuûa Maët Trôøi ñöôïc tính theo công thức: LMT = 60 Trong đó: hằng số Mặt Trời Q = 1,95 calo/cm 3.phút, 1 calo = 4,18J, d = 1 đvtv 13 (1,95)(4,18)(4 π )(1,49x 10 ) LMT = 60 6 L = 3,8 10 w MT * Baùn kính sao (R): coâng suaát böùc xaï cuûa sao: W s = 4πR s σ T 4 s, 4 Ws RsTs ñoä tröng: L = =, 4 W R T MT T MT Vaäy: R = L RMT. (10.4) Ts Ví duï: Sao Thieân Lang coù nhiệt độ T = o K, độ trưng L = 5, thì R s = 1,8 R MT. * Xaùc ñònh khoái löôïng (M) cuûa Sao: MT MT 87

88 + Cô sôû: Döïa vaøo ñònh luaät III Kepler, ñònh luaät khoái taâm. + Coâng thöùc: Ñònh luaät III Kepler cho: T 1 ( M S1 + M S ) 4π =. (10.5) 3 a G T: Chu kyø cuûa sao ñoái vôùi sao 1. M S1, M S : khoái löôïng cuûa sao 1,. + Aùp duïng: Ñoái vôùi heä sao ñoâi, hoaëc 1 sao 1 haønh tinh (heä hai vaät). + Ví duï: Trong choøm Nhaân Maõ coù sao ñoâi Caän Tinh vôùi chu kyø chuyeån ñoäng cuûa sao veä tinh (S ) laø T -1 = 80 naêm, baùn kính truïc lôùn a = ñvtv. Tính khoái löôïng cuûa heä sao ñoâi treân? Cho khoái löôïng Maët Trôøi M MT kg, chu kyø cuûa Traùi ñaát T TÑ = 1 naêm, a TÑ-MT = 1ñvtv. (Đáp số: M S1 + M S = 1,7 M MT ) Phaân loaïi caùc sao theo quang phoå Để phân loại sao, các nhà thiên văn căn cứ vào nhiệt độ, màu sắc, đặc tính của phổ vạch của các sao đó. Sao cũng giống như Mặt Trời, quang phổ của sao là quang phổ liên tục trên đó có các vạch thường là những vạch hấp thụ. Tùy vào nguyên tố hóa học cấu tạo nên sao, nhiệt độ của quang cầu, tỉ lệ các nguyên tố của từng sao, ta sẽ có các quang phổ của các sao đó khác nhau về số vạch, bước sóng của từng vạch và cường độ các vạch. Theo quy ước người ta đã xếp quang phổ của các sao thành 8 loại chính, ký hiệu bởi 8 chữ cái: W O B A F G K M Loại sao Nhiệt độ Màu Các vạch quang phổ nổi bậc Ví dụ W * K Lam Vạch phát xạ He +, He và N. O K Lam Vạch hấp thụ He +, He, H và iôn C, Si, N, O. Zeta Ophiuchi B K Trắng lam Vạch He. Rigel A K Trắng Vạch H. Altair F K Trắng vàng Vạch Ca +, Mg + vạch H yếu. Procyon A G K Vàng Vạch Ca +, Fe, Ti Mặt trời K K Da cam Vạch Fe, Ti. Epsilon Indi M K Đỏ Dải hấp thụ của phân tử TiO. Proxima Centauri Bảng 6. Phân loại và đặc trưng quang phổ của sao 88

89 Để phân loại sao người ta căn cứ vào đặc điểm, thông số đặc trưng của sao. Dưới đây ta tham khảo một số cách phân loại sao. Đầu thế kỷ 0, người ta phân loại Sao từ A đến Q dựa vào cường độ của vạch hiđrô trong quang phổ. Sau đó phân loại sao dựa vào phổ của chúng, xếp từ loại O (đối với sao rất nóng) đến M (đối với sao rất lạnh). Cách phân loại sao theo thứ tự giảm dần của nhiệt độ bề mặt là: O, B, A, F, G, K, và M. Có những kiểu phổ rất hiếm gặp cũng được phân loại đặc biệt. Những loại này thường là kiểu L và T, tương ứng với phân loại các sao rất lạnh khối lượng nhỏ và sao lùn nâu. Mỗi một kiểu chia làm 10 kiểu nhỏ, đánh số từ 0 đến 9, theo thứ tự giảm dần nhiệt độ. Cách phân loại sao dựa vào hiệu ứng độ trưng được tìm thấy trong các vạch phổ của chúng, nó tương ứng với kích cỡ của sao và xác định bởi hấp dẫn tại bề mặt. Phân loại sắp xếp từ 0 (sao siêu khổng lồ) qua III (sao khổng lồ) đến V (sao lùn ở dải chính); một số tác giả thêm vào VII (sao lùn trắng). Hầu hết các sao thuộc vào dải chính, mà bao gồm các sao thông thường đốt cháy hiđrô. Chúng sắp xếp thành một dải chéo, hẹp khi ta vẽ lên biểu đồ theo cấp sao biểu kiến và kiểu phổ của chúng. Mặt Trời của chúng ta là một sao lùn vàng ở dải chính, được phân loại là GV, có nhiệt độ bề mặt trung bình và kích cỡ thông thường. Ngoài những ký hiệu phân loại như trên, người ta còn thêm các chữ ở dưới các ký hiệu đó để cho biết những dị thường trong phổ của các sao. Ví dụ, kí tự "e" có thể chỉ sự có mặt của các vạch phát xạ; "m" đại diện cho mức kim loại rất mạnh không thông thường, và "var" có nghĩa là sự biến thiên trong kiểu phổ. Các sao lùn trắng còn có phân loại riêng, bắt đầu bằng chữ cái D. Sau đó được chia ra thành các lớp DA, DB, DC, DO, DZ, và DQ, phụ thuộc vào những vạch điển hình được tìm thấy trong phổ của chúng. Nhiệt độ tại bề mặt của một sao ở dải chính được xác định bằng tốc độ sản sinh năng lượng tại lõi và bán kính của sao, và thông thường được ước lượng từ chỉ số màu của sao. Thông thường nhiệt độ bề mặt của ngôi sao được cho theo nhiệt độ của một vật đen tuyệt đối mà phát ra năng lượng tại cùng một độ trưng trên diện tích bề mặt của sao. Nhiệt độ tại vùng lõi của sao là khoảng vài triệu độ Kelvin. Nhiệt độ bề mặt, độ sáng biểu kiến tuyệt đối và các đặc trưng của vạch hấp thụ trong quang phổ của sao, thường là căn cứ để phân loại sao. Các sao khối lượng lớn ở dải chính có nhiệt độ bề mặt lên tới o K. Các sao nhỏ hơn như Mặt Trời có nhiệt độ vài nghìn độ Kelvin. Những sao khổng lồ đỏ có nhiệt độ bề mặt tương đối thấp vào khoảng 3600 o K, nhưng chúng cũng có độ trưng tương đối lớn do diện tích mặt ngoài lớn. 89

90 Biểu ñoà quang phoå Ñoä tröng Hai nhà thiên văn Hertzsprung (Hà Lan) và Russell (Mỹ) đã xác lập mối liên hệ giữa quang phổ và độ trưng của các sao bằng biểu đồ. Dưới đây (hình 55) là Biểu đồ Hertzsprung-Russell cho một lớp các sao bao gồm Mặt Trời (ở tâm). Hình 55. Biểu đồ Hertzsprung-Russell * Biểu ñoà có: + Trục hoành biểu thị loại quang phổ (nhiệt độ), trục tung biểu thị độ trưng (cấp sao tuyệt đối). + Mỗi sao là một chấm trên biểu đồ thông qua cặp thông số: quang phổ - độ trưng (hay nhiệt độ-cấp sao tuyệt đối). + Dải: tập hợp các sao ta có một dải, chia thành các dải sau: dải chính (có Mặt Trời), dải I, II, VII. * Nhận thấy: + Dải I: Góc trái và phía trên biểu đồ (Sao dải này gọi là sao siêu khổng lồ). Một sao (1 chấm trên hình 55 ) siêu khổng lồ thực ra là tập hợp 1000 sao khổng lồ và có đến hàng chục triệu sao thường. Dải I chia thành Ia, Ib. Sao siêu khổng lồ (super giant) có độ trưng gấp đến 1 triệu lần Mặt Trời, cấp sao tuyệt đối từừ -5 đến -10, bán kính gấp lần Mặt 90

91 Trời và khối lượng lớn hơn Mặt Trời khoảng 0 30 lần nhưng khối lượng riêng rất nhỏ. Các sao này có đời sống ngắn (vài triệu đến 1 tỷ năm), kết thúc là một sao siêu khổng lồ đỏ. Sao siêu không lồ lớn nhất đã biết đến nay là sao Aurigaecos đường kính gấp 700 lần Mặt Trời. + Dải II: Góc trái phía trên biểu đồ (Sao Kềnh) Các dải Ia, Ib, II gọi chung là dải sao siêu khổng lồ (super giant) Các sao thuộc dải II có: - quang phổ trong khoảng G-M hay nhiệt độ trong khoảng 6000 o K 3000 o K. - cấp sao tuyệt đối m = 0 ( ứng với độ trưng L = 100) là những sao có kích thước rất lớn so với sao cùng loại quang phổ thuộc dải chính. Các sao già, hay những sao lớp II (population II) có tỉ lệ kim loại (metallicity) ít hơn rõ rệt so với các sao trẻ, sao lớp I (population I), do chúng hình thành từ các đám mây phân tử. (Theo thời gian những đám mây này được làm giàu lên bởi các nguyên tố nặng hơn khi những ngôi sao già chết đi và để lại tỉ lệ kim loại trong khí quyển của chúng. + Dải III: Các sao thuộc dải III gọi là sao khổng lồ (Giant) Các sao thuộc dải III có: - quang phổ trong khoảng A-F hay nhiệt độ trong khoảng o K 8000 o K. - cấp sao tuyệt đối m = +10 là những sao có kích thước bé hơn nhiều so với sao với sao cùng loại quang phổ nằm trên dải chính. Sao khổng lồ có độ trưng gấp khoảng 100 lần Mặt Trời, cấp sao tuyệt đối -1 đến 1. Khối lượng riêng nhỏ, bán kính gấp 10 đến 100 lần Mặt Trời. Khi hết nhiên liệu. cuối đời sao khổng lồ trở thành sao khổng lồ đỏ có kích thước rất lớn nhưng nhiệt độ bề mặt chỉ có 000 o K 3000 o K. + Dải IV: Dải có Sao Lùn hay sao Trắt - Dải sao cận khổng lồ (Near Giant) + Dải V: Là dải chính trong đó Mặt Trời của chúng ta dải sao lùn (dwarf) Mặt Trời của chúng ta có quang phổ được biểu diễn là GV, là một sao G thuộc dãy V, tức là một sao lùn vàng. Sao lùn là các sao có độ trưng yếu (xấp xỉ cỡ Mặt Trời hoặc yếu hơn). Các sao này có khối lượng riêng trung bình hoặc lớn, độ trưng tương đối yếu (không thể lớn hơn lần Mặt Trời). Khoảng 90% thời gian sống của một sao là để đốt cháy hiđrô tạo ra heli trong những phản ứng nhiệt độ cao và áp suất cao tại lõi của sao. Những ngôi sao như vậy được xếp vào dải chính và gọi là các sao lùn. Bắt đầu tại độ tuổi 0 (zero-age) của dải chính, tỷ lệ heli trong lõi của sao sẽ tăng lên. Hệ quả là để duy trì tốc độ 91

92 đòi hỏi của phản ứng nhiệt hạt nhân tại lõi, ngôi sao sẽ từ từ tăng dần nhiệt độ và độ sáng của nó. Ví dụ Mặt Trời, có thể đã tăng độ sáng lên khoảng 40% như ngày nay kể từ khi nó đạt đến dải chính trong quá khứ cách nay 4,6 tỷ năm. Khoảng thời gian một sao ở trong giai đoạn của dải chính phụ thuộc chủ yếu vào lượng nhiên liệu nó đã sử dụng và tốc độ đốt cháy nhiên liệu đó, và khối lượng và độ sáng ban đầu của ngôi sao. Đối với Mặt Trời, người ta ước tính là vào khoảng 10 tỷ năm. Các ngôi sao lớn tiêu hao nhiên liệu nhanh sẽ có thời gian sống ngắn. Trái lại, các sao nhỏ (gọi là sao lùn đỏ) tiêu hao năng lượng rất chậm và thời gian sống của chúng dài hơn, trên 10 tỷ năm. + Dải VI: Dải sao cận lùn (Near Dwarf). + Dải VII: Góc trái và phía dưới biểu đồ - dải sao lùn trắng (White Dwarf) Các sao thuộc dải VII có nhiệt độ rất cao nhưng độ trưng rất nhỏ, kích thước bé. Từ dải IV đến dải VII thuộc phạm vi của sao Lùn: - Sao lùn đỏ (Red Dwarf): loại sao lùn phổ biến nhất trong vũ trụ. Cấp sao tuyệt đối nhỏ hơn 1. Nhiệt độ bề mặt o K. Khối lượng khoảng 1/10 Mặt trời. Tuổi thọ của các sao thuộc loại này là khoảng 10 tỷ năm. -Sao lùn trắng (White Dwarf): là những sao nhỏ, đặc và hoạt động rất yếu. Sao lùn trắng là giai đoạn cuối đời của sao có khối lượng nhỏ hơn hoặc bằng 1,4 khối lượng Mặt Trời (giới hạn Chandrasekhar). Sao này phát ra ánh sáng trắng do chuyển động của các electron. Nhiệt độ bề mặt khoảng o K -Sao lùn nâu (Brown Dwarf): là các sao có khối lượng nhỏ hơn 8% khối lượng của Mặt Trời. Các sao này không thể phát sáng do không đủ khối lượng để gây ra phản ứng hạt nhân. Sao lùn nâu là loại thiên thể có thể xem là ranh giới giữa sao và hành tinh. Nhiệt độ bề mặt không quá 1800 o K, còn được gọi là sao hồng ngoại vì nó chỉ phát ra tia hồng ngoại. -Sao lùn đen (Black Dwarf): là giai đoạn cuối của sao lùn trắng. Sau khi sao lùn trắng phát tán hết động năng của các electron, nó nguội dần đi và co lại thành một khối cầu đen không thể thấy bằng mắt thường. * Ý nghĩa: + Biển đồ quang phổ - độ trưng cho ta hình ảnh phân bố các sao chia theo từng nhóm ( các sao trong nhóm có tính chất vật lý giống nhau), biết được giai đoạn tiến hóa của các sao. Vậy biểu đồ có vai trò rất quan trọng trong ngành thiên văn sao. 9

93 + Hiện nay biểu đồ vẫn được khai thác và áp dụng tốt, như từ kết quả quang phổ của một sao ta có độ trưng, nhiệt độ sao đó, từ đó suy ra cấp sao tuyệt đối, suy ra khoảng cách đến sao. + Biển đồ cho ta mối liên hệ giữa độ trưng (L) và khối lượng (M) của các sao trong các dải, trong dải chính có L = M 3,9. Vì thế biểu đồ cho phép ta xác định khối lượng (M) các sao trong dải chính bằng thực nghiệm khi nó không thể xác định được từ định luật III Kepler Sự tiến hóa của sao Nhìn chung, sao cũng có đầy đủ quá trình: Sinh Sống- Hủy - ta gọi là tiến hóa sao, quá trình này là sự thay đổi các đặc tính vật lí và thành phần hoá học của các ngôi sao. Quá trình tiến hóa sao được nghiên cứu trên cơ sở so sánh các đặc tính vật lí của một loại sao thuộc các thời kì tiến hoá khác nhau. Được chia thành các giai đoạn: * Giai đoạn ngưng tụ hấp dẫn (Sinh): là thời kì đầu hình thành các phôi sao từ bụi khí loãng giữa các sao dưới tác dụng của lực hấp dẫn, trong quaù trình tích tuï moät phaàn naêng löôïng haáp daãn toûa ra xung quanh, moät phaàn naêng löôïng laøm noùng phoâi sao, nhieät ñoä beân ngoaøi coøn thaáp vaø khoaûng 100 o K, sao böùc xaï tia hoàng ngoaïi. Sự hình thành một ngôi sao bắt đầu với sự bất ổn định hấp dẫn bên trong một đám mây phân tử, thường là từ sự kích hoạt của sóng xung kích từ các vụ nổ siêu tân tinh (những vụ nổ của sao khối lượng lớn) hoặc do va chạm giữa hai thiên hà (trong thiên hà bùng nổ sao). Khi một vùng đạt tới mật độ vật chất thích hợp, nó bắt đầu co lại dưới lực hấp dẫn của chính nó. Hình 56. Minh họa quá trình hình thành sao trong đám mây phân tử mật độ cao. Ảnh của NASA Phoâi sao tieáp tuïc co ñeán nhieät ñoä ôû trong nhaân côû chuïc trieäu ñoä Kelvin, luùc ñoù haït nhaân Hydro chuyeån ñoäng cöïc nhanh, vaø do hieäu öùng ñöôøng ngaàm taïo thaønh ñôteâri roài 93

94 thaønh Heli. Naêng löôïng haït nhaân ñöôïc giaûi phoùng, aùp suaát böùc xaï taêng maïnh sao ngöøng co vaø oån ñònh. Sao ñaõ ñöôïc hình thaønh. * Giai đoạn bức xạ (Sống): là lúc sao bức xạ năng lượng ra ngoài từ các nguồn năng lượng nhiệt hạch trong lòng các sao, ñeå duy trì söï soáng sao ñoát nhieân lieäu Hydro, Heli, Carbon như Mặt Trời hiện nay. * Giai đoạn suy sụp hấp dẫn (Hủy): là lúc sao có nguồn năng lượng nhiệt hạch cạn kiệt (ñoát nhieân lieäu Hydro, Heli, Carbon, ) Khi phun heát nhieân lieäu laø luùc sao giaø ñi, chæ coøn laïi moät loõi sao nguoäi daàn, sao sẽ co lại dưới tác dụng của lực hấp dẫn của chính nó dẫn đến những vụ bùng nổ và sau đó trở thành: + Sao lùn trắng (nếu khối lượng m của nó gần bằng khối lượng M Θ của Mặt Trời), + Sao Traét: Sao coù khoái löôïng 1 1,5 M Θ thì sau vaøi chuïc naêm, lôùp voû bieán thaønh tinh vaân, nhaân bieán thaønh sao Traét. + Sao nơtron, sao Siêu mới, Pulsar, Lỗ đen: Xảy ra đối với sao có khối lượng m trong khoảng 1,5 M Θ < m < 3 10 M Θ. Löïc do phaûn öùng nhieät haïch taïo ra trong sao khoâng ñuû ñeå choáng laïi söï haáp daãn cuûa chính noù, vì vaäy sao bò suïp aùp löïc trong loõi sao raát lôùn vaät chaát bò eùp bieán thaønh haït nôtroân, sao nôtroân quay vaø trôû thaønh Pulsar. Hầu hết các sao có khoái löôïng lôùn hôn 1,5 M Θ coù nhieät ñoä ôû nhaân laø haøng tiû ñoä Kelvin, caùc caëp nôtrinoâ - phaûn nôtrinoâ hình thaønh roài thoaùt khoûi haït nhaân mang theo naêng löôïng cöïc lôùn. Hieän töôïng naày thuùc ñaåy söï co nhanh vaø sau ñoù vuï noå xaûy ra ñeå bieán thaønh sao sieâu môùi, sao nôtroân, hay loã ñen (Phụ lục 13). Naêm 1460, döôùi trieàu vua Leâ Thaùnh Toân, Vieät Nam ñaõ ghi nhaän coù söï xuaát hieän sao sieâu môùi noù ôû giöõa choøm sao Cöï Töôùc vaø choøm sao Tröôøng xaï ( Ñaïi Vieät Söû Kyù toaøn thö), cuøng naêm aáy trong Trung Quoác Ñaïi Baùch Khoa Toaøn Thö cuõng ñaõ ghi nhaän söï kieän treân. 94

95 * Tuoåi thoï cuûa sao: + Maët Trôøi là sao tieát kieäm nhieân lieäu seõ soáng laâu cỡ 10 tæ naêm (t = 10 tỉ năm). + Sao coù khoái löôïng baèng 5 laàn khoái löôïng Maët Trôøi tuoåi thoï ngaén hôn (t < 10 tỉ năm).., sau vaøi chuïc trieäu naêm roài cheát ñoät ngoät trôû thaønh sao sieâu môùi + Sao coù khoái löôïng nhỏ hơn khoái löôïng Maët Trôøi tuoåi thoï dài hôn (t > 10 tỉ năm) Tuoåi cuûa sao ñöôïc tính theo coâng thöùc: t = naêm. (10.6) 3 M (M tính theo khoái löôïng ñôn vò Maët Trôøi, t laø tuoåi cuûa sao) 10. Sao bieán quang, Pulsar (Sao Xung) Caùc sao bieán quang (variable stars): Các sao biến quang là những sao có độ sáng thay đổi ngẫu nhiên hay tuần hoàn bởi vì những tính chất nội tại của chúng hoặc do tác động của bên ngoài. Chu kì biến đổi của độ sáng có thể là vài giờ hoặc vài năm. Biên độ dao động có thể từ 15 đến 17 cấp sao. Về bản chất đối với các sao biến quang, chúng có thể được chia ra làm các nhóm chính: + Sao bieán quang co giaõn (pulsating variable star): Trong quá trình tiến hoá của ngôi sao, một số sao trải qua giai đoạn mà chúng trở thành các sao biến quang co giãn. Sao bieán quang co giãn là sao có độ sáng thực sự biến đổi và biến đổi tuần hoàn. Sao biến quang co giãn thay đổi bán kính và độ sáng theo thời gian, mở rộng hay co lại theo các chu kỳ từ vài phút đến vài năm, phụ thuộc vào kích thước của sao. Phân loại theo kiểu này gồm sao biến quang Cepheid và những sao kiểu Cepheid, và những sao biến quang chu kỳ lớn như sao Mira. 95

96 + Sao biến quang bùng phát (eruptive variable): là những sao đột ngột tăng độ sáng của nó lên do những sự kiện như chớp lửa (flare) hay sự phóng một lượng lớn các hạt vào không gian. Nhóm sao kiểu này gồm có tiền sao, sao Wolf-Rayet, sao bùng sáng (flare star), cũng như các sao khổng lồ và siêu khổng lồ. + Những sao biến quang kiểu nổ tung (explosive) hay biến động lớn (cataclysmic), hay sao bieán quang ñoät bieán Sao môùi: Nhóm này gồm có các sao mới (nova) và các siêu tân tinh. Một hệ sao đôi có một sao lùn trắng có thể tạo ra những vụ nổ sao, gồm sao mới và siêu tân tinh kiểu Ia. Một số sao mới cũng có những vụ nổ mang tính tuần hoàn, lặp lại với biên độ trung bình. - Moät soá sao bỗng böøng saùng cöïc maïnh ñoä saùng taêng leân 10 caáp sao, töùc haøng vaïn laàn. Goïi laø sao bieán quang ñoät bieán hay sao môùi. - Neáu ñoä saùng cuûa sao ñoät ngoät taêng leân haèng trieäu ñoä, goïi laø sao sieâu môùi. - Tính ñeán nay ngöôøi ta ghi nhaän ñöôïc hằng trăm (hơn 400) sao môùi, chuùng coù theå laø sao ñoâi (sao chính laø sao noùng, sao phuï laø sao nguoäi). - Sao noå sinh ra lôùp buïi muø quanh sao taïo thaønh tinh vaân. Ví dụ: Naêm 1054 coù sieâu sao môùi laø sao ôû phöông choøm sao con Traâu, ñeán nay ôû phöông naày toàn taïi moät tinh vaân coù hình daïng con Cua. Trong choøm Kim Ngöu ( Taurus), ñaøi thieân vaên Hale, California Institute of Technology ñaõ chuïp ñöôïc aûnh Tinh vaân Cua, töø vuï noå naêm 1054 tính ñeán nay ñaõ hơn 10 theá kyû caùc nhaø thieân vaên coøn quan saùt ñöôïc veát tích cuûa sao sieâu môùi daïng con Cua, noù phaùt ra böùc xaï synchrotron (xincroâtroân) voâ tuyeán raát maïnh. Hieän nay caùc sôïi vaät chaát saùng choùi trong tinh vaân vaãn coøn bay ra töø trung taâm vôùi toác ñoä haøng nghìn km/s!! Loõi sao bò neùn thaønh sao nôtroân taïo ra moät Pulsar. Hình 59. Tinh vân Con Cua (Tàn dư của một siêu tân tinh đã được quan sát lần đầu vào khoảng năm 1050) 96

97 + Sao bieán quang do che khuaát: Sao bieán quang do che khuaát là sao có độ rọi (cấp sao nhìn thấy) biến đổi. Đây là trường hợp một hệ gồm hai sao (1 sao chính, và 1 sao vệ tinh) chúng chuyển động quanh khối tâm chung của hệ, quá trình chuyển động này chúng lần lượt che khuất nhau, nên quang thông tổng cộng của chúng truyền đến Trái Đất sẽ biến đổi tuần hoàn với chu kỳ chuyển động quay quanh khối tâm của hệ. Tính đến nay, người ta đã phát hiện được hàng vạn sao bieán quang do che khuaát có đặc điểm biến thiên (biên độ, chu kỳ) khác nhau. Việc nghiên cứu đặc điểm biến thiên của sao bieán quang do che khuất còn giúp ta xác định được khối lượng, kích thước, nhiệt độ hiệu dụng của các sao thành viên người bạn đồng hành của nó (sao chính hay sao sáng) Pulsar Sao ñöôïc goïi laø Pulsar laø loaïi thieân theå phaùt tín hieäu voâ tuyeán, có chu kỳ T = 0,01s 5s hoaëc böùc xaï ñuû loaïi soùng keå caû soùng aùnh saùng. Pulsar laø ñoàng hoà thieân nhieân chính xaùc vôùi Δt = 10 6 s / naêm, hôn caû nhöõng ñoàng hoà nguyeân töû. Maät ñoä vaät chaát ñaäm ñaëc, 1cm 3 trong sao naëng haøng tyû taán. Pulsar ñöôïc tìm thaáy trong thieân haø cuûa chuùng ta. Pulsar laø sao neutron, quay cöïc nhanh vôùi v = 640 voøng/giaây, töø tröôøng maïnh baèng 1000 tæ laàn töø tröôøng Traùi Ñaát, khoái löôïng gaáp ñoâi khoái löôïng Maët Trôøi maø baùn kính chæ 1 km. Pulsar có cường độ bức xạ thay đổi theo một chu kì đều. Sao neutron xoay nhanh đến mức lực li tâm làm biến dạng bức xạ của sao thành hình nón đôi, với đỉnh chung ở tâm sao. Bức xạ hình nón này xoay tròn và chỉ quét qua một phần không gian vũ trụ, vì thế không phải sao pulsar nào cũng thấy được, kể cả khi nó ở rất gần Trái Đất. Năm 1967, Jocelyn Bell Burnell và Antony Hewish của Đại học Cambridge phát hiện Pulsar (CP 1919), sau đó các Pulsar phát ra tia X và tia gamma (Punxa PSR ) cũng được khám phá. Nhờ thành công này Antony Hewish được tặng giải Nobel vào năm Pulsar phát sóng vô tuyến cực mạnh nên năng lượng của suy giảm, dẫn đến tốc độ quay của nó chậm lại. Trong số này có Pulsar Con Cua trong tinh vân Con Cua, tốc độ quay giảm một phần mười triệu mỗi năm. Trong các hệ sao đôi, Pulsar hút dần vật chất từ sao đồng hành để duy trì năng lượng này. Hình 60. Pulsar 97

98 10.3 Loã ñen (phụ lục 13) Hố đen, hay lỗ đen là gì? * Loã ñen laø sao ñaõ taét ngaám khoâng phaùt soùng ñieän töø, coù baùn kính haáp daãn baèng hoặc nhỏ hơn baùn kính hình hoïc: R hd r. * Loã ñen có một vùng trong không gian có trường hấp dẫn vô cùng lớn, lực hấp dẫn của nó không để cho bất cứ một dạng vật chất nào, kể cả ánh sáng thoát ra khỏi mặt biên của nó (chân trời sự kiện), trừ khả năng thất thoát vật chất khỏi lỗ đen nhờ hiệu ứng đường hầm lượng tử. Vật chất muốn thoát khỏi lỗ đen phải có vận tốc thoát lớn hơn vận tốc ánh sáng trong chân không, mà điều đó không thể xảy ra trong khuôn khổ của lý thuyết tương đối. Hình 61. Minh họa một lỗ đen nuốt một ngôi sao ở khoảng cách đủ gần. Sự hút đã tạo nên một vòng cung vật chất từ ngôi sao bị kéo về phía lỗ đen,và một lượng vật chất năng lượng cao được phóng ra ở hai cực của lỗ đen. Năm 1964, khi ngôi sao "tàng hình" Cygnus X-1 của một hệ sao đôi nằm cách Trái Đất 8000 nas trong chòm sao Thiên Nga được coi là ứng viên đầu tiên, chứng minh cho sự tồn tại của lỗ đen, và nhiều lỗ đen nữa có ở trong và ngoài thiên hà của chúng ta. Lỗ đen không chỉ là giai đoạn "Hủy- chết" của những sao có khối lượng lớn hơn 1,4 khối lượng Mặt Trời, khi chúng bùng nổ thành các siêu tân tinh trong phạm vi các thiên hà, và người ta tin rằng rằng nhân, đặc biệt là lõi của nhân các thiên hà đều chứa lỗ đen siêu lớn Nghiên cứu về lỗ đen: Truờng hấp dẫn mà lỗ đen tạo ra rất lớn, vì vậy, một vật muốn thoát ra khỏi lỗ đen phải có vận tốc thoát lớn hơn vận tốc ánh sáng trong chân không! Hình 6. Mô tả đĩa gia tốc của lớp plasma quay xung quanh một lỗ đen (ảnh của NASA). 98

99 Sự hình thành Vào thập niên 90 của thế kỷ 18, hai nhà khoa học John Michell và Pierre Laplace tuy nghiên cứu độc lập nhưng lại cho kết quả chung, đó là có sự tồn tại của "ngôi sao vô hình-invisible star." Thuyết tương đối rộng không chỉ nói rằng các lỗ đen có thể tồn tại mà còn tiên đoán rằng chúng sẽ được hình thành trong tự nhiên khi có đủ khối lượng trong một vùng không gian nào đó và trải qua một quá trình gọi là suy sụp hấp dẫn. Vì khi khối lượng bên trong vùng đó tăng lên, lực hấp dẫn của nó cũng mạnh lên. Một ngôi sao có khối lượng khoảng ba lần khối lượng Mặt Trời, tại thời điểm cuối cùng trong quá trình tiến hóa nó sẽ co lại tới một kích thước tới hạn cần thiết để xảy ra suy sụp hấp dẫn, và một lỗ đen được tạo thành. Sao có điều kiện thích hợp, khi chết nó biến thành lỗ đen có khối lượng vô cùng lớn trong một thể tích bé. Một lỗ đen bình thường ít nhất gấp ba lần khối lượng Mặt Trời. Các lỗ đen siêu lớn có thể có khối lượng gấp hàng triệu, hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời có thể được hình thành khi có một số lớn các ngôi sao bị nén chặt trong một vùng không gian nhỏ, hoặc khi có một số lượng lớn các ngôi sao rơi vào một lỗ đen ban đầu, hoặc khi có sự hợp nhất của các lỗ đen nhỏ hơn. Những ngôi sao cực kì lớn mới có thể biến thành các Lỗ đen. Mặt trời của chúng ta không đủ lớn, nên khi chết nó trở thành Sao lùn trắng (White Dwarf star). Quan sát lỗ đen Lỗ đen không sáng để cho chúng ta thấy, nó chẳng những không tự phát sáng mà còn hút mọi vật chất lân cận nó kể cả tia sáng mảnh mai từ một ngôi sao nào đó đi ngang qua nó. Để quan sát lỗ đen, các nhà khoa học phải căn cứ vào những gì xảy ra xung quanh nó. Ví dụ nếu chẳng may một hành tinh, hay sao nào đó tới gần một lỗ đen, ta có thể thấy hành tinh, hay sao đó từ từ bị xé ra quay quanh và bị cuộn vào một chỗ- chỗ đó có thủ phạm là lỗ đen. 99

100 Mô tả toán học: Trên cơ sở thuyết tương đối rộng của Albert Einstein người ta có thể tiên đón được các lỗ đen. Đặc biệt là chúng xuất hiện trong nghiệm Schwarzschild, một trong những nghiệm đơn giản và sớm nhất của các phương trình Einstein do Karl Schwarzschild tìm ra vào năm Nghiệm này mô tả độ cong của không-thời gian trong vùng lân cận một vật thể đối xứng hình cầu trong không gian, nghiệm này là: 1 Gm Gm = Ω ds c dt dr r d cr cr. (10.7) trong đó: d d d Ω = θ + sin θ ϕ là góc khối chuẩn. Theo nghiệm Schwarzschild, một vật đang bị lực hấp dẫn tác dụng sẽ suy sụp vào một lỗ đen nếu bán kính của nó nhỏ hơn một khoảng cách đặc trưng được gọi là bán kính Gm Schwarzschild: rs =, trong đó G là hằng số hấp dẫn, m là khối lượng của vật thể, và c c là vận tốc ánh sáng. Dưới bán kính này, không-thời gian bị cong đến nỗi bất kỳ ánh sáng được phát ra trong vùng này, bất kể hướng được phát ra, sẽ đi vào tâm của hệ này. Vì thuyết tương đối không cho phép bất kỳ vật thể nào chuyển động nhanh hơn ánh sáng, bất kỳ vật gì nằm dưới bán kính Schwarzschild đều bị hút vào tâm tạo nên một kỳ dị hấp dẫn. Vì ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát được nên lỗ đen cổ điển là hoàn toàn đen. Mật độ trung bình bên trong bán kính Schwarzschild giảm khi khối lượng của lỗ đen tăng. Trái Đất có bán kính 6371 km, nên thể tích của nó sẽ giảm lần để suy sụp thành một lỗ đen. Các lỗ đen khác cũng có thể rút ra từ nghiệm các phương trình Einstein như là nghiệm Kerr cho các lỗ đen quay, trong đó có một kỳ dị vòng. Tiếp đến là nghiệm Reissner-Nordstrom cho các hố đen tích điện. Nghiệm Kerr-Newman cuối cùng thể hiện trường hợp hố đen quay tích điện Đặc tính - Phân loại * Ñaëc tính cuûa loã ñen: + Thiên thể có kích thước nhỏ, nhưng lại có baùn kính haáp daãn lôùn, trường hấp dẫn vô cùng lớn, lực hấp dẫn sẽ vô cùng mạnh: 1 Theo ñònh luaät vaïn vaät haáp daãn ta có F ~, với r là bán kính hình học, neáu r r 0, thì löïc haáp daãn F voâ cuøng lớn! 100

101 Theo thuyeát töông ñoái cuûa Einstein, löïc haáp daãn cuûa vaät coù khoái löôïng M taùc duïng leân vaät khaùc taêng ñeán voâ cöïc khoâng phaûi khi r 0, maø khi r R hd, theo Schwarzschild, bán kính haáp daãn được tính bởi công thức sau: Gm Rhd = rs =, (10.8) c trong đó R hd là baùn kính haáp daãn, G là hằng số hấp dẫn, m là khối lượng của vật thể, và c là vận tốc ánh sáng. Ví dụ: Trái Đất có bán kính R hd = 9mm, và Maët Trôøi coù R hd 3km. + Không gian cong - Thời gian ngừng trôi: Sao coù theå co ñeán r = R hd luùc ñoù khoâng gian xung quanh bieán ñoåi (cong) vaø caû thôøi gian nöõa. - Goïi Δt laø khoaûng thôøi gian giöõa hai söï kieän xaûy ra treân thieân theå coù khoái löôïng m, baùn kính r. Goïi laø thôøi gian rieâng. Δt cuõng laø khoaûng thôøi gian ñoù nhöng ñöôïc ghi nhaän taïi Traùi Ñaát. Goïi laø thôøi gian toaï ñoä, ta coù: Δt Δt Δt = =, (10.9) Gm Rhd 1 1 rc r Neáu: r >> R hd thì Δt = Δt Δ t r R hd thì Δt = =. (10.10) 0 ( Thôøi gian ngöøng troâi!!!) - Xeùt chu kyø: λ 0 = ct 0, neáu sao co ñeán R hd = r T0 Thì : T = =. Rhd 1 Rhd Böôùc soùng laø: λ = ct =. (10.11) Töùc Sao co ñeán R hd thì khoâng coøn phaùt ra soùng ñieän töø. 101

102 (Lỗ đen ví như một vùng trũng hay hốc đen, hay hố đen, có trường hấp dẫn vô cùng lớn. Nó hút mọi thứ vật chất xung quanh nó, kể cả tia sáng mảnh mai cũng không thoát khỏi nó. Không gian xung quanh nó cong và thời gian trôi chậm hoặc ngừng trôi. Để hiểu cho đúng bản chất về lỗ đen chắc chắn chúng ta cần nhiều phát hiện và chứng minh hơn nữa trong tương lai.) * Phân loại lỗ đen : Cỡ nhỏ: lỗ đen siêu nhỏ (miniature black hole) được giả thiết là được hình thành ngay sau vụ nổ "Big Bang"-vụ nổ được cho là khởi nguồn của vũ trụ khoảng 15 tỷ năm về trước, Cỡ vừa: Các lỗ đen khối lượng ngôi sao có khối lượng cỡ bằng các ngôi sao bình thường (4 15 lần khối lượng Mặt Trời). Các lỗ đen loại này trong thiên văn học gọi là Stellar-được hình thành từ sự sụp đổ của một ngôi sao, Cỡ lớn: Các lỗ đen siêu nặng (Supermassive black hole) có khối lượng bằng một thiên hà; các lỗ đen dạng này tồn tại ở trung tâm của hầu hết các thiên hà Moät soá keát quaû nghieân cöùu: * Sao HDE 6868 ôû choøm Thieân Nga coù loã ñen vôùi khối lượng M = 10M 0 (M 0 : khối lượng Mặt Trời); chu kỳ tự quay quanh trục T = 5,6 ngaøy. * Sao ñoâi choøm Thieân Vöông coù loã ñen vôùi M = 0M 0 ; T = 580 ngaøy. * Sao bieán quang che khuaát trong choøm Nhaân Maõ vôùi M = 3M 0 ; T = 7 ngaøy. Hình 65. Luồng hạt chuyển động nhanh phát ra từ thiên hà M87 được cho là gây bởi một lỗ đen siêu nặng tại tâm của thiên hà đó. 10

103 * Năm 004, người ta phát hiện ra được một đám các lỗ đen. Với kết quả nhiều và sẽ còn nhiều lỗ đen như vậy làm cho các nhà khoa học phải xem xét lại số lượng và sự phân bố các lỗ đen trong vũ trụ. Theo các tính toán, người ta tin rằng số lượng các lỗ đen nhiều hơn tính toán trước đây đến năm bậc. * Tháng 7 năm 004, các nhà thiên văn tìm thấy một lỗ đen khổng lồ được ký hiệu Q , tại tâm của một thiên hà xa xôi trong chòm sao Đại Hùng (Gấu lớn, Ursa Major). Kích thước và tuổi của lỗ đen có thể cho phép xác định tuổi vũ trụ. * Tháng 11 năm 004, một nhóm các nhà thiên văn công bố khám phá đầu tiên về lỗ đen khối lượng trung bình trong thiên hà của chúng ta, quay xung quanh Sagittarius A ở khoảng cách 3 năm ánh sáng. Lỗ đen này có khối lượng 1300 lần khối lượng Mặt Trời nằm trong một đám gồm bảy ngôi sao. * Lỗ đen nuốt chửng ngôi sao cách Trái Đất 4 tỷ năm ánh sáng. Các nhà khoa học của Cơ quan Hàng không Vũ trụ (NASA) Mỹ ngày 5/1/006 công bố lần đầu tiên đã quan sát được một lỗ đen khổng lồ nuốt chửng một ngôi sao trong một thiên hà ở xa cách trái đất 4 tỷ năm ánh sáng (hình 66) Maët trôøi Hình Caáu taïo Mặt Trời Mặt Trời laø moät ngôi sao trong voâ soá caùc sao của vuõ tru,ï vôùi quaû caàu khí noùng saùng, töï ñoát chaùy nhieân lieäu ñeå toûa saùng, ñóa saùng xung quanh Maët Trôøi laø quang caàu (nhieät ñoä 6000 o K, lôùp khí noùng coù doøng ñoái löu daøy vaøi traêm km). Lôùp ngoaøi quang caàu laø khí quyeån với keá quang caàu laø lôùp saéc caàu (4500 o K lôùp trong) và keá saéc caàu laø Nhaät hoa (haøng trieäu ñoä, nhaät hoa ôû traïng thaùi thöù tö cuûa vaät chaát: Plasma raát loaûng nhieät ñoä cao). Nhaân cuûa Maët Trôøi có nhiệt độ vào khoảng o K goàm 9% Hydro, 7,8% Heli vaø 0,% caùc nguyeân toá naëng ôû traïng thaùi Plasma khí. Mặt Trời là ngôi sao ở trung tâm của hệ Mặt Trời, tạo ra nhiệt độ và mật độ đủ lớn tại lõi để xảy ra phản ứng tổng hợp hạt nhân, làm giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ, phát xạ vào không gian dưới dạng bức xạ điện từ với mọi bước sóng, trong đó có ánh sáng khả kiến với 0, 4μm λ 0,76μm. Theo biểu đồ Hertzsprung-Russell-biểu đồ thể hiện độ sáng của sao với nhiệt độ bề mặt của nó, thì Mặt Trời được phân loại thành sao lùn vàng kiểu G, là một ngôi sao lớn và 103

104 sáng. Nói chung, các sao sáng hơn thì nóng hơn. Mặt Trời nằm ở bên phải của đoạn giữa một dải gọi là dải chính trên biểu đồ. Các kết quả quan sát cho thấy có rất ít loại sao sáng và nóng hơn Mặt Trời, mà đa số là các sao mờ hơn và lạnh hơn, gọi là sao lùn đỏ, chúng chiếm khoảng 85% số lượng sao trong thiên hà của chúng ta. Người ta tin rằng Mặt Trời đang sáng hơn; trong buổi đầu của sự tiến hóa nó chỉ sáng bằng 70% so với độ sáng ngày nay. Mặt Trời còn là sao loại I về đặc tính kim loại; do nó sinh ra trong giai đoạn muộn của sự tiến hóa vũ trụ, và nó chứa nhiều nguyên tố nặng hơn hiđrô và heli so với các ngôi sao già loại II Thoâng soá Vaät lyù: V = 1, dm 3, khoái löôïng rieâng = 1,41 kg/dm 3 ; M = 1, kg ; g = 74m/s. Töï quay quanh truïc 1 voøng = 5 ngaøy. Khối lượng bằng lần khối lượng Trái Đất Haèng soá Maët Trôøi: Laø löôïng naêng löôïng böùc xaï toaøn phaàn (ñuû caùc böôùc soùng) cuûa Maët Trôøi truyeàn thaúng goùc ñeán Trái Đất moät dieän tích 1cm ôû khoaûng caùch 1 ñôn vò thieân vaên trong thôøi gian moät phuùt. Baèng nhaät xaï keá vaø quang phoå keá ngöôøi ta ñaõ ño ñöôïc haèng soá Maët Trôøi laø Q = 1,95calo/cm.phuùt Naêng löôïng böùc xaï cuûa Maët Trôøi: Naêng löôïng böùc xaï cuûa Maët Trôøi truyeàn ñeán 1cm trong 1 giaây trên bề mặt Trái Đất, được tính bởi công thức: W = (Q4πd )/(60) = 3, w (= độ trưng của Mặt Trời), Nhieät ñoä Maët Trôøi ñöôïc tính töø ñònh luaät Wien: λ max.t = b Nguoàn goác naêng löôïng Maët Trôøi: Naêng löôïng Maët Trôøi có được là do naêng löôïng nhieät haït nhaân lieân tuïc xaûy ra trong loøng Maët Trôøi. Quaù trình phaûn öùng nhieät haïch ( cỡ haøng chuïc trieäu ñoä Kelvin) toång hôïp caùc haït nhaân Hydro thaønh Heli phaùt ra döôùi daïng tia böùc xaï, trong ñoù coù nhieät ñoä vaø aùnh saùng truyeàn ñeán Traùi Ñaát. ÔÛ nhieät ñoä raát cao naày phaûn öùng haït nhaân xaûy ra chuyeån Hydro thaønh Heli.Trong loøng Maët Trôøi coù hai loaïi phaûn öùng: Loaïi coù xuùc taùc laø Carbon, và loaïi coù giai ñoaïn trung gian vôùi söï taïo thaønh ñôteâri D : 6H 1 D 1 + H 1 He 3 He 3 He 4 + H 1 Ñoä huït khoái phaûn öùng treân ñaõ giaûi phoùng naêng löôïng theo coâng thöùc E = Δmc. Naêng löôïng giaûi phoùng trong phaûn öùng toång hôïp 4 haït nhaân Hydro thaønh 1 haït nhaân Heli laø E = Δmc = (4m H - m He )c, töùc neáu 1g haït nhaân Hydro chuyeån thaønh haït nhaân Heâli thì Δm = 0,01g cho ta naêng löôïng 10 1 Jun. 104

105 Trong Mặt Trời, với nhiệt độ tại lõi khoảng 10 triệu độ Kelvin, các hạt nhân hiđrô tổng hợp với nhau để tạo ra Heli trong chuỗi phản ứng proton - proton: 4 1 H H + e + + ν e (4.0 MeV MeV) 1 H + H 3 He + γ (5.5 MeV) 3 He 4 He + 1 H (1.9 MeV) với e + là hạt positron, γ là hạt photon tia gamma, ν e là hạt neutrino, và Hydro và Heli tương ứng là các đồng vị của Hydro và Heli. Năng lượng được giải phóng trong phản ứng này lên tới hàng triệu electron vôn. Bên trong Mặt Trời vô số các phản ứng này diễn ra liên tục, tạo ra đủ năng lượng cần thiết để duy trì cho sự bức xạ của nó ra bên ngoài. Moãi giaây Maët Trôøi tieâu huyû khoaûng taán Hydro, trong ñoù coù taán bieán thaønh naêng löôïng Hoaït ñoäng cuûa Mặt Trời vaø nhöõng aûnh höôûng tôùi Traùi ñaát Maët Trôøi hoaït ñoäng (buøng noå) phaùt ra doøng böùc xaï: tia vuõ truï, Tia X, các dòng electron và proton, caùc doøng quang ñieän ñeán Traùi Ñaát vaø gaây ra söï roái loaïn voâ tuyeán soùng ngaén vaø bão từ. Hình 67. Các điện tích từ Mặt Trời tương tác với từ quyển của Trái Đất Roái loaïn voâ tuyeán Rối loạn vô tuyến là các rối loạn mật độ điện tích trên tầng điện ly của Trái Đất, khi có gió Mặt Trời mạnh, đặc biệt là trong các cơn bão từ, gây ảnh hưởng đến liên lạc vô tuyến. Rối loạn vô tuyến laøm hoûng taàng ñieän ly neân khoâng phaûn xaï soùng voâ tuyeán nhö bình thöôøng, lieân laïc baèng soùng ngaén bò maát. Doøng haït mang ñieän taïo töø tröôøng bieán thieân eùp leân töø tröôøng Traùi Ñaát vaø laøm thay ñoåi töø tröôøng Traùi Ñaát. 105

106 Bão từ hay bão địa từ trên Trái Đất là những thời kỳ mà kim la bàn dao động mạnh. Nguyên nhân gây ra bão từ là do dòng hạt mang điện phóng ra từ các vụ bùng nổ trên Mặt Trời (gió Mặt Trời) tác dụng lên các đường cảm ứng từ của Trái Đất. Trên một số hành tinh khác trong hệ Mặt Trời, nhất là các hành tinh có từ quyển (như Thổ Tinh) cũng có hiện tượng tương tự. Thời kỳ có bão từ là thời kỳ rất nguy hiểm cho người có bệnh tim mạch bởi vì từ trường ảnh hưởng rất mạnh đến hoạt động của các cơ quan trong hệ tuần hoàn của con người. Ngoài ra từ trường của Trái Đất cũng giúp cho một số loài động vật thực hiện một số chức năng sống của chúng như là chức năng định hướng do đó bão từ cũng sẽ ảnh hưởng lớn đến sự sống của các loài này. Bão Mặt Trời 01 Các nhà khoa học vừa thông báo các cơn bão Mặt Trời sẽ mạnh hơn về cường độ khi nó diễn ra trong vòng 11 năm tới. Khi chu kỳ mặt trời tiến đến đỉnh vào năm 01, nó sẽ gây ra nhiều cơn bão Mặt Trời cường độ mạnh về phía Trái đất với cường độ mây và phóng xạ với các hạt nguyên tử tốc độ cao hàng triệu dặm, có thể gây ảnh hưởng đến toàn thế giới thông qua việc gián đoạn hoạt động của hệ thống vệ tinh liên lạc, các nhà khoa học cảnh báo. Hình 68. Bão Mặt Trời dự đoán sẽ mạnh hơn trong 11 năm sắp tới 10.5 Baøi taäp Baøi 1: Pulsating star : caáu taïo, ñaëc ñieåm, quaù trình hình thaønh? Baøi : Loã ñen : caáu taïo, ñaëc tính? Baøi 3: Neâu ñaëc ñieåm cuûa quasar? Baøi 4: Chöùng minh khi sao coù baùn kính haáp daãn lôùn hôn hoaëc baèng baùn kính hình hoïc, thì thôøi gian ngöøng troâi? Baøi 5: Tính caáp Sao tuyeät ñoái M cuûa sao Chöùc Nöõ coù caáp sao nhìn thaáy m = + 0,1? Baøi 6: Tính nhieät ñoä cuûa sao Thieân Lang khi ñoä tröng cuûa sao L = 5 vaø R Sao = 1,8 R MT? Baøi 7: Neáu hai sao khaùc nhau n caáp, thì ñoä roïi khaùc nhau, bao nhieâu laàn? Vì sao? Baøi 8: Tính baùn kính sao β thuoäc choøm Nhaân Maõ bieát raèng caáp sao tuyeät ñoái cuûa noù baèng 5, vaø nhieät ñoä T = 1000 o K. Cho caáp sao tuyeät ñoái cuûa Maët Trôøi laø + 4,8 vaø T = 6000 o K 106

107 Giải Với: R MT, T MT, L MT là bán kính, chu kỳ, độ trưng của mặt trời, R s, T s, L s là bán kính, chu kỳ, độ trưng của sao β, M MT, M s là cấp sao tuyệt đối của mặt trời, sao β. Áp dụng công thức : T MT L s Rs = RMT Ts LMT ( MMT Ms ) T MT L MT (,51) Rs = RMT Ts LMT Suy ra: R = 6,918R s MT Baøi 9: Tính khoái löôïng cuûa moät sao ñoâi bieát thò sai cuûa sao naày laø 0 07, ñöôøng kính goùc cuûa truïc lôùn quyõ ñaïo laø 6 30 vaø chu kyø quay laø 40 naêm. Giải a/ * Baùn kính goùc cuûa truïc lôùn quyõ ñaïo sao ñoâi a s = Δsinρ, * Baùn kính goùc cuûa quyõ ñaïo: ρ = (6 30/)-3 15 * Khoaûng caùch töø sao ñoâi ñeán heä maët trôøi: Δ = (a o )/(sinπ) = (bk quõy ñaïo TÑ)/(thò sai năm cuûa sao ñoâi). sin ρ as = ao = 45ao sinπ 3 Ts ( M1 + M ) 4π To b/ Ñònh luaät 3 Keple cho ta: = = M 3 3 MT ; T o : chu kyø cuûa TÑ a G a 30 M1+ M = kg s 3 s 1 MT o 40 T o a nam 3 M1+ M = M = ( 45 ). M Ts a nam 1, o MT 107

108 CHÖÔNG 11 CAÁU TRUÙC VUÕ TRUÏ VUÕ TRUÏ HOÏC Hình 69. Tàu con thoi cất cánh 108

109 Hình 70. Thiên hà dạng xoắn ốc 11.1 Thieân haø cuûa chuùng ta (The Milky Way Galaxy) D i Ngaân Haø Thieân haø là gì? * Từ nguyên: Từ thiên hà có gốc Hán-Việt là 天河, chỉ đến sông Hà Hán ( 河漢 ), một con sông trên trời, với chiều dài rất lớn. Trong tiếng Anh, từ galaxy xuất phát từ thuật ngữ tiếng Hy Lạp để chỉ thiên hà của chúng ta, galaxias (γαλαξίας) hay kyklos galaktikos có nghĩa "vòng sữa" theo hình dáng biểu thị của nó trên bầu trời. * Các dạng thiên hà Có ba dạng thiên hà chính: elíp, xoắn ốc (hình 70), và bất định. Trong các thiên hà xoắn ốc, những cánh tay xoắn có hình gần xoắn ốc loga, một mô hình về lý thuyết có thể là kết quả của một sự nhiễu loạn của một khối lượng các ngôi sao lớn không có cùng vận tốc quay. Giống như các ngôi sao, các cánh tay xoắn cũng quay quanh tâm với tốc độ góc không đổi. * Thiên hà lùn: Thiên hà lùn là thiên hà tí hon nó có số lượng sao ít hơn nhiều so với thiên hà thông thường, ví dụ một thiên hà lùn nhỏ hơn khoảng một trăm lần so với thiên 109

110 hà của chúng ta, chứa khoảng vài triệu ngôi sao. Thiên hà lùn có thể quay quanh một thiên hà lớn duy nhất; thiên hà của chúng ta có trên 10 thiên hà lùn quay quanh. Các thiên hà lùn cũng có thể có các dạng elíp, xoắn ốc, bất định Thieân haø cuûa chuùng ta: [08],[15], [17] Thieân haø cuûa chuùng ta, thường được viết in hoa- Thiên Hà (tiếng Việt), The Milky Way Galaxy (tiếng Anh) Thieân Haø cuûa chuùng ta laø Thieân Haø trong ñoù coù heä Maët Trôøi, Thieân Haø cuûa chuùng ta coù ñöôøng kính nas, naëng baèng 100 tæ Maët Trôøi, hìnhh daïng xoaén oác, heä Maët Trôøi naèm ôû trong một caùnh tay xoaén và ở gần rìa Thieân Haø, caùch taâm Thieân Haø khoaûng /3 baùn kính (30 nghìn naêm aùnh saùng). Có khoảng 4000 đến 500 tỉ sao, mỗi sao như Maët Trôøi của chúng ta. Vì ta ôû trong Thieân Haø, neân chæ thaáy ñöôïc hình chieáu töøng khuùc cuûa Thieân Haø treâ en voøm trôøi döôùi hình daïng moät veät nhaït trong ñoù coù nhieàu sao goïi laø dải Ngaân haø. Hình 71. Thiên Hà của chúng ta * Nhìn chính diện (Hình 71 trên) : Thiên hà có 3 cánh tay lớn: Nhân Mã, Tráng Sĩ, Cung Thủ. * Nhìn theo tiết diện cắt ngang (Hình 71 dưới): như đĩa úp vào nhau, bề dày ở tâm Thiên Hà vào khoảng 15000nas, lõi ở tâm 1500nas. 110

111 Sự quay của Thiên Hà: Thiên Hà của chúng ta quay tròn quanh trục xuyên qua tâm một vòng quay (chiều kim đồng hồ) mất 50 triệu năm, đồng thời nó cũng chuyển động thẳng rời xa tâm vũ trụ Vaät chaát khuyeát taùn giöõa caùc sao trong thieân haø: Ñaùm maây buïi khí: Trong thieân haø ngoaøi caùc sao coøn coù caùc ñaùm maây buïi khí. Ñaùm buïi naày coù khaû naêng haáp thụ hay taùn xaï aùnh saùng, ta thaáy sao coù maøu hôi ñoû laø vì aùnh saùng töø sao qua ñaùm buïi bò haáp thu neân ñoä saùng giaûm ( ñaëc bieät vôùi böôùc soùng ngaén). Ñaùm buïi saùng laø ñaùm buïi saùng leân do gaàn sao saùng, vaø ta cuõng coù ñaùm buïi toái nhöng ít hôn. Ñaùm khí khuyeát taùn: taïo thaønh töøng lôùp daày coù khaû naêng böùc xaï soùng voâ tuyeán, ñaùm khí chuû yeáu laø Oxy, Hydro. Sao Luøn Naâu: Khi aùnh saùng cuûa moät sao töø thieân haø laân caän (Magellan) chieáu thaúng ñeán Traùi Ñaát ta thaáy sao ñoät nhieân saùng leân sau ñoù saùng môø nhö cuû. Suy ra coù sao Luøn Naâu chaén ñöôøng ñi cuûa tia saùng töø sao, tröôøng hôïp nhö vaäy goïi laø thaáu kính haáp daãn. sao Luøn Naâu khoâng nhìn thaáy, khoâng phaùt böùc xaï Chuyeån ñoäng cuûa caùc sao trong Thieân haø: Chuyeån ñoäng rieâng: Caùc sao khoâng hoaøn toaøn ñöùng yeân, chuyeån ñoäng rieâng cuûa caùc sao laø cung dòch chuyeån haèng naêm cuûa noù treân thieân caàu. Kyù hieäu laø μ. Ngöôøi ta ñaõ xaùc ñònh ñöôïc chuyeån ñoäng rieâng cuûa sao, sao coù chuyeån ñoäng rieâng lôùn nhaát coù μ = 10 8 chuyeån ñoäng vôùi vaän toác v = 111 km/s veà phía chuùng ta. Ví duï choøm Gaáu lôùn vôùi chuyeån ñoäng rieâng trong khoaûng thôøi gian naêm Hình 7 * Söï quay cuûa Thieân Haø chuùng ta: Thieân Haø cuûa chuùng ta töï quay quanh taâm, hẳn nhiên hang trăm tỉ sao đều quay quanh taâm Thieân Haø nhö vaät raén quay quanh moät truïc. 11. Caùc thieân haø Hieïân nay ngöôøi ta chuïp aûnh ñöôïc khoaûng 1 tæ thieân haø khaùc nhau. Thieân haø coù caùc daïng sau: xoaén oác, elip, bất định (vô định hình, khoâng xaùc ñònh) Thieân haø xoaén oác 111

112 Sau đây là một số thiên hà có dạng xoắn ốc giống như thiên hà của chúng ta Thieân haø Tieân Nöõ coù daïng xoaén oác, caùch ta trieäu naêm aùnh saùng, Thiên hà Messier 101 hay NGC 5457 (Thiên hà Chong Chóng ), Hình 73. Thiên hà xoắn ốc UGC Hình 74. Nhóm Thiên hà Thiên hà Tam Giác, Thiên hà Andromeda, Thiên hà Xoáy Nước, Thiên hà Hoa Hướng dương Thieân haø elip Thiên hà elip là một kiểu thiên hà có hình dạng ellipsoid, với đặc điểm trơn và có độ trắng không nổi bật. Chúng có hình dạng từ gần giống với hình cầu đến đĩa rất dẹt và chứa từ vài trăm triệu đến một nghìn tỷ sao. Phần lớn các thiên hà elip là tổ hợp từ sao khối lượng thấp, già, với thưa thớt môi trường liên sao và có rất ít hoạt động hình thành sao. Chúng bị bao xung quanh bởi một số lớn các quần tinh cầu. Thiên hà elip được ước lượng chiếm khoảng 10 15% các thiên hà trong vũ trụ gần chúng ta nhưng không phải là kiểu điển hình trong toàn bộ vũ trụ. Chúng hay được tìm thấy gần tại tâm của các quần thiên hà và ít gặp trong buổi đầu của vũ trụ. 11

113 Các thiên hà elip là: M3, M49, M59, M60 (NGC 4649), M87 (NGC 4486), M89, M105 (NGC 3379), Maffei 1 (thiên hà elip khổng lồ gần nhất) Thieân haø bất định Hình 75. Thiên hà elip ESO 35-G004 Hình 76. Các Đám mây Magelan Nhỏ và Lớn là những thiên hà lùn vô định hình. Hình 77. NGC 147A, là thiên hà vô định hình cách Trái Đất khoảng 5 triệu năm ánh sáng 113

114 Thiên hà bất định là một thiên hà không có hình dạng nhất định. Hình dạng của một thiên hà vô định hình rất khác thường không có dạng elip, hay xoắn ốc như ta đã biết. Nó chiếm khoảng một phần tư trong tổng số các thiên hà. Hầu hết các thiên hà bất định đã từng là thiên hà xoắn ốc hoặc elip nhưng đã bị biến dạng bởi rối loạn của lực hấp dẫn. Thiên hà bất định chứa nhiều khí và bụi. Có hai loại Hubble chính của thiên hà bất định: Thiên hà Irr-I (Irr I) là một thiên hà bất định có một số cấu trúc nhưng không đủ để đặt nó vào dãy Hubble. De Vaucouleurs phân nhóm này thành các thiên hà có cấu cấu trúc xoắn ốc Sm, và các thiên hà không có Im. Thiên hà Irr-II (Irr II) là một thiên hà bất định có bất kì cấu trúc nào để có thể xếp nó vào dãy Hubble. Phân loại thứ ba của hiên hà bất định là thiên hà lùn vô định hình. Loại thiên hà này được cho là quan trọng để hiểu về sự tiến hoá chung của các thiên hà, vì chúng có xu hướng có mức độ tính kim loại thấp và mức độ khí tương đối cao, và được cho là tương tự như các thiên hà sớm nhất của vũ trụ. Một số các thiên hà bất định là thiên hà xoắn ốc nhỏ bị biến dạng bởi lực hấp dẫn của thiên hà láng giềng lớn hơn Quaàn thieân haø: Quần thiên hà (hay quần tụ thiên hà) là một sự tập hợp của nhiều thiên hà gần nhau dưới tác dụng của lực hấp dẫn. Về kích thước, quần thiên hà có thể từ 5 triệu năm ánh sáng đến hàng tỷ năm ánh sáng. Khoảng cách trung bình giữa các thiên hà trong cùng một quần tụ thiên hà là khoảng,5 triệu năm ánh sáng. Về cấu tạo, quần thiên hà có nhiều thiên hà bầu dục ở trung tâm, xung quanh là các thiên hà xoắn ốc và bất định. Quần thiên hà của chúng ta có tên là quần thiên hà Địa phương, gồm 3 thiên hà xoắn ốc là Ngân hà, thiên hà Andromeda (M31), thiên hà M33, nhiều thiên hà bầu dục và các thiên hà vệ tinh (đại tinh vân Magellan, tiểu tinh vân Magellan). Khoảng không giữa các thiên hà là tập hợp các đám bụi mây khí khổng lồ. Thieân haø thöôøng taäp hôïp töøng nhoùm töø 10 ñeán 100 thieân haø taïo thaønh quaàn thieân haø. Quaàn thieân haø nhoû nhaát coù côû 30 thieân haø, quaàn thieân haø lôùn nhaát coù hôn 1000 thieân haø. Ñoù laø quaàn thieân haø ôû choøm sao Thaát Nöõ. Tập hợp các quần thiên hà ta có đại thiên hà Caùc thieân haø voâ tuyeán vaø quasar: Caùc thieân haø thöôøng xuyeân böùc xaï ñuû loaïi soùng ñieän töø. Moät soá thieân haø böùc xaï maïnh soùng voâ tuyeán, maïnh nhaát laø soùng 1 cm. 114

115 Thieân theå coù nguoàn phaùt soùng cöïc maïnh, töùc phaùt xaï naêng löôïng voâ cuøng lôùn laøm cho quang phoå cuûa noù leäch veà phía ñoû ( khoaûng caùch haøng tyû naêm aùnh saùng) thieân theå nhö vaäy goïi laø Quasar. Ñaëc ñieåm cuûa quasar: - naêng löôïng lôùn xuaát phaùt töø moät theå tích khoâng lôùn goïi laø traïng thaùi truïy bieán quasar laø bieán theå ñaëc bieät cuûa thieân haø. Quasar hay chuaån sao laø loaïi thieân haø coù hình daïng moät ngoâi sao phaùt ra tia xaï voâ tuyeán synchrotron maïnh nhaát trong vuõ truï, nhaân cuûa quasar coù khaû naêng laø loã ñen Söï phaân boá caùc Thieân haø vaø ñaëc tính Vaät Lyù cuûa Thieân haø Coù haøng tyû thieân haø, phaân boá thaønh quaàn theå, khoâng ñeàu trong khoâng gian vaø coù chuyeån ñoäng rieâng Söï quay cuûa caùc thieân haø: Taát caû caùc thieân haø ñeàu quay, töø Traùi Ñaát ngöôøi ta nhaän thaáy, neáu quan traét moät thieân haø theo phöông maët phaúng chính cuûa noù (laø phöông thaúng goùc vôùi truïc quay) thì thaáy vaät chaát ôû meùp bôø cuûa noù quay tieán ñeán gaàn ta vaø vaät chaát ôû meùp ñoái taâm quay ra xa. Hieän töôïng này bieån hieän roõ leân ñoä dòch chuyeån cuûa caùc vaïch quang phoå Xaùc ñònh khoái löôïng: Nhôø söï quay ngöôøi ta xaùc ñònh ñöôïc khoái löôïng cuûa thieân haø. Giaû söû thieân haø coù khoái löôïng M taäp trung taïi taâm cuûa noù, thì moät khoái löôïng vaät chaát m quay ôû khoaûng caùch R ñeán taâm phaûi coù moät löïc höôùng taâm ñuùng baèng löïc haáp mv GMm daãn: =, R R Rv Suy ra khoái löôïng cuûa thieân haø: M =. (11.1) G Baèng thöïc nghieäm, ngöôøi ta bieát ñöôïc ña soá thieân haø coù khoái löôïng vaøo khoaûng khoái löôïng Maët Trôøi Xaùc ñònh khoaûng caùch: Thoâng thöôøng ngöôøi ta söû duïng phöông phaùp sao bieán quang, aùp duïng cho caùc loaïi thieân haø coù sao bieán quang loaïi Thieân Vöông, ñeå tính caáp sao tuyeät ñoái M cuûa sao vaø töø coâng thöùc M = m lgd ta tính ñöôïc khoaûng caùch Söï leäch veà phiaù ñoû cuûa quang phoå cuûa caùc thieân haø: trong vaøi chuïc naêm gaàn ñaây ngöôøi ta ñaõ chuïp aûnh ñöôïc quang phoå cuûa caùc thieân haø, trong ñoù coù 36 thieân haø coù quang phoå leäch veà phiaù ñoû. Chöùng toû caùc thieân haø luøi xa nhau Định luật Hubble: Năm 199, Edwin P. Hubble ( ) đã thiết lập mối liên hệ giữa vận tốc lùi ra xa dần của thiên hà và khoảng cách từ đó đến ta: v = Hr. (11.) (tham số Hubble H m/s.nas ). 115

116 Định luật Hubble giúp ta giải thích các thiên hà lùi xa nhau, vũ trụ đang giãn nở, phù hợp với nguyên lý vũ trụ, và phù hợp với Big Bang Vuõ truï hoïc Hình 78. Mô phỏng Vũ trụ giãn nở Vũ trụ học (từ từ tiếng Hy Lạp κοσμος "thế giới, vũ trụ" và λογος "từ, nghiên cứu") có thể được coi là việc nghiên cứu vũ trụ như một tổng thể. Nền tảng cho vũ trụ học hiện đại là lý thuyết Big Bang được chấp nhận rộng rãi, theo đó vũ trụ của chúng ta khởi đầu tại một điểm duy nhất trong thời gian, và sau đó mở rộng trong 15 tỷ năm để trở thành như hiện tại. Thuyết Big Bang, nổ và trương nở, bán kính của vũ trụ lớn dần. Vũ trụ liên tục biến đổi hình thành vật chất,. Thời điểm khai sinh vũ trụ có t 0, vũ trụ trải qua một giai đoạn lạm phát vũ trụ rất nhanh chóng, làm đồng nhất các điều kiện khởi đầu. Sau đó, tổng hợp hạt nhân tạo ra sự phong phú nguyên tố của vũ trụ buổi đầu. Khi các nguyên tử đầu tiên hình thành, vũ trụ trở nên trong suốt với bức xạ, nhả ra năng lượng có thể được thấy hiện nay ở dạng màn bức xạ vi sóng. Vũ trụ mở rộng sau đó trải qua một thời kỳ tối vì sự thiếu hụt các nguồn năng lượng sao. Vật chất tích tụ trong những vùng đặc nhất, hình thành nên các đám mây khí và những ngôi sao đầu tiên. Những ngôi sao lớn này gây ra quá trình tái tổ chức và được cho là đã tạo ra nhiều nguyên tố nặng trong vũ trụ buổi đầu và thường có xu hướng phân rã trở lại thành các nguyên tố nhẹ hơn. 116

117 Những sự tích tụ hấp dẫn tập trung thành các sợi, để lại các khoảng trống trong các lỗ hổng. Tiếp theo các khí và bụi hoà trộn để hình thành nên các thiên hà đầu tiên. Rồi tạo thành các quần thiên hà, sau đó thành đại thiên hà,... Nền tảng của cơ cấu của vũ trụ là sự tồn tại của vật chất tối và năng lượng tối. Chúng hiện được cho là các thành phần chiếm ưu thế, tạo ra 96% mật độ vũ trụ. Vì lý do này, nhiều nỗ lực đã được thực hiện nhằm tìm hiểu tính chất vật lý của các thành phần đó. Vũ trụ học (VTH): học thuyết về cấu tạo và tiến hoá của vũ trụ, xem vũ trụ như một thể thống nhất. Được xây dựng trên cơ sở các định luật vật lí học, số liệu quan sát thiên văn, nguyên lí triết học và các kết quả nghiên cứu những tính chất chung nhất của phần vũ trụ quan sát được. Ngày xưa, nhiều giả thuyết về VTH ban đầu cũng đã ra đời, thông qua chuyện cổ tích, tín ngưỡng. Kế đến là các giả thuyết của trường phái triết học Hi Lạp cổ đại ( thế kỉ 5-6 tcn). Kế tiếp là mô hình địa tâm (thế kỉ tcn.), rồi đến mô hình nhật tâm (thế kỉ 16). Năm 1685, Newton đã cống hiến cho nhân loại các khám phá bí ẩn của tự nhiên, trong đó có định luật vạn vật hấp dẫn, thành tựu của cơ học Newton đã góp phần tích cực trong nghiên cứu thiên văn. Tuy nhiên, cho đến 193, các nghiên cứu về vũ trụ vẫn chỉ giới hạn trong hệ Mặt Trời và thiên hà của chúng ta. Einstein với thuyết tương đối tổng quát, đã tạo cơ sở để phát triển thiên văn học ngoài thiên hà. VTH hiện đại nghiên cứu tính chất hình học của vũ trụ, trong đó phổ biến mô hình "vũ trụ nóng" và thuyết "vũ trụ giãn nở". Thuyết vụ nổ lớn (Big Bang) hiện cũng là một hướng nghiên cứu quan trọng của VTH. VTH có ý nghĩa quan trọng trong sự phát triển của triết học và tự nhiên học. Chúng ta biết rằng 95% vũ trụ vẫn còn là điều bí ẩn. Hiện nay, người ta cho rằng vũ trụ gồm 70% năng lượng tối, 5% vật chất tối và chỉ 5% vật chất thường. Các nhà thiên văn học chỉ có thể biết được 60% vật chất thông thường này (hydro, heli và các nguyên tố nặng hơn).tức là con người chưa biết được đến,5% của vũ trụ. Nguyên lý vũ trụ học cho rằng: Trên một quy mô đủ lớn, vũ trụ nhìn khá như nhau bất kể người quan sát đứng ở đâu. Vũ trụ không có một tâm duy nhất và do đó cũng không có một biên duy nhất Moâ hình vuõ truï: Vuõ truï hoïc nghieân cöùu tính chaát vaän ñoäng chung cuûa vaät chaát trong vuõ truï. Muïc tieâu cuûa noù laø tìm kieám moâ hình vaät chaát trong khoâng gian maø con ngöôøi ñaõ nhìn ñöôïc (baùn kính côû chuïc tæ naêm aùnh saùng ñöôïc goïi laø Ñaïi thieân haø). Treân cô sôû thuyeát töông ñoái roäng Einstein caùc moâ hình ñaõ ñöôïc xaây döïng. Sau ñaây laø các moâ hình coù giaù trò 117

118 Moâ hình vuõ truï ñoàng nhaát vaø ñaúng höôùng: vuõ truï coù theå toàn taïi trong traïng thaùi co hay giaõn. Nhö vaäy khoaûng caùch giöõa hai thieân haø baát kyø laø moät haøm cuûa thôøi gian. Daïng cuûa haøm naày phuï thuoäc vaøo ñoä cong cuûa khoâng gian. Neáu ñoä cong aâm thì vuõ truï giaõn nôû, vaø ñoä cong döông vuõ truï ôû traïng thaùi co. Moâ hình vuõ truï noùng-bigbang: Theá kyû 0, Hawking-nhaø khoa hoïc Anh cho raèng vuõ truï ra ñôøi töø moät vuï noå lôùn goïi laø Big Bang. Khi nghieân cöùu loã ñen, OÂng nhaän thaáy coù moái lieân quan saâu saéc giöõa söï moâ taû moät loã ñen theo thuyeát töông ñoái roäng vaø söï moâ taû theo thuyeát nhieät ñoäng löïc löôïng töû. Töø ñoù oâng thieát laäp sôïi daây gaén nhöõng thaønh töïu to lôùn cuûa vaät lyù hoïc theá kyû 0 vôùi thaønh töïu cuûa theá kyû 19. Heä thöùc baát ñònh Heisenberg ñöôïc aùp duïng cho caû naêng löôïng vaø thôøi gian vaø daãn ñeán keát luaän laø vuõ truï coù ñöôïc ngaøy nay ñöôïc baét ñaàu töø vuï noå cuûa moät Boït nhoû xíu khoâng-thôøi gian chöùa ñöïng trong ñoù toaøn boä khoái löôïng vuõ truï. Big Bang là mô hình tốt nhất hiện nay, nhưng tất nhiên nó vẫn còn nhiều vấn đề, bao gồm điểm kì dị và sự khởi đầu tối hậu. Vật lý luôn tránh các điểm kì dị, nơi một đại lượng nào đó đạt giá trị vô cùng điều chỉ có trong thế giới toán học trừu tượng. Big Bang chính là điểm kì dị như vậy và đó là điều cần tránh. Rồi Big Bang sinh ra vũ trụ, vậy cái gì sinh Big Bang? Một cách tránh vấn đề kì dị là lý thuyết dây của vật lý hạt (cơ bản). Lý thuyết dây xem cấu tử cơ bản nhất của vũ trụ không phải là hạt (như điện tử, quark...) mà là dây hay siêu dây với 10 chiều. Có đến nhiều lý thuyết dây và đến 1995 người ta thấy rằng chúng chỉ là phiên bản của một lý thuyết nền tảng hơn là lý thuyết màng 11 chiều. Các kiểu dao động khác nhau của màng được thể hiện thành các hạt cơ bản mà ta thấy. Quan điểm cũ xem hạt cơ bản là chất điểm không kích thước nên dẫn tới điểm kì dị, còn màng thì không vì chúng có kích thước xác định, dù rất nhỏ. Vũ trụ giãn nở mãi mãi hay dần co lại trong một vụ co lớn (Big Crunch)? Nếu vũ trụ đủ vật chất, lực hấp dẫn sẽ thắng dần sự giãn nở và vũ trụ sẽ co về điểm kì dị chung cục. Và vụ nổ tạo nên chúng ta có thể là kết quả của vụ co trước. Đó là mô hình vũ trụ luân hồi của Wheeler, với các chu trình co giãn nối thành vòng tròn như triết lý nhà Phật, một phương thức để tránh sự khởi đầu tối hậu. Khi vũ trụ co, các photon sẽ nhận thêm năng lượng do trường hấp dẫn mạnh. Và vũ trụ khi kết thúc sẽ nóng hơn lúc khởi đầu. Kết quả là vụ nổ càng về sau càng mạnh hơn. Mô hình Big Bang (vụ nổ lớn) cho rằng vũ trụ khởi thuỷ bằng một vụ nổ khoảng 15 tỷ năm trước. Tại vụ nổ, kích thước vũ trụ được xem là rất bé nên mật độ năng lượng và nhiệt độ vô cùng lớn. Sau vụ nổ, vũ trụ giãn nở và nguội dần, cho phép hình thành các cấu trúc như ta đã thấy ngày nay. Đó là mô hình vũ trụ nóng giãn nở lạm phát tiêu chuẩn. Năm 1991 khi viễn kính Hubble trên vệ tinh Cobe đo được phông bức xạ tàn dư từ nổ quá khứ đúng như tiên đoán, mô hình Big Bang được thừa nhận rộng rãi. 118

119 Ta coù theå hình dung quaù trình hình thaønh vuõ truï nhö sau: Vuõ truï ban ñaàu coù kích thöôùc cm, maät ñoä vaät chaát voâ cuøng ñaäm ñaëc, khoái löôïng voâ cuøng lôùn. Choïn thôøi ñieåm ban ñaàu cuûa lòch söû vuõ truï laø t = s ( khoâng theå có t = 0) vuï noå ñaõ xaûy ra!! Sau vuï noå: + Töø t = s ñeán t = s : Lyù thuyeát thoáng nhaát lôùn cho raèng, löïc töông taùc thoáng nhaát ñaõ baét ñaàu can thieäp vaøo noài suùp coù nhieät ñoä treân 10 7 o C, bao goàm caùc haït quark, phaûn quark, lepton, phoâtoân, caùc gluon...; vaø nhieàu boson trung gian raát naëng khaùc. + Töø t = s ñeán t = 10-3 s: Vuõ truï nôû lôùn, nhieät ñoä döôùi 10 7 o C ñoái xöùng thoáng nhaát lôùn bò phaù vôõ, toûa naêng löôïng, kích thöôùc taêng ñoät ngoät laàn! Khoaûng moät phaàn trieäu giaây sau vuï noå, nhieät ñoä haï xuoáng coøn khoaûng tæ ñoä (10 13 o K) caùc haït cô baûn nhö proâtoân, nôtroân töï huyû vôùi caùc phaûn haït cuûa chuùng ñeå taïo thaønh böùc xaï. + Töø t = s ñeán t =1s: Sau quaù trình huyû haït-phaûn haït thaønh böùc xaï, vaãn coøn soùt laïi moät soá quark. Vì theá ngaøy nay vuõ truï chuû yeáu laø vaät chaát chöù khoâng phaûi phaûn vaät chaát hoaëc chæ coù phoâtoân. + Töø t = 1s ñeán t = 9s: Vuõ truï daõn nôû theo ñuùng kòch baûn cuûa thuyeát töông ñoái roäng. Noài suùp hieän giôø bao goàm phoâtoân proâtoân vaø electroân, ôû nhieät ñoä 10 tæ 0 C. + Töø t = 10s trôû ñi: nhieät ñoä giaûm nhieàu. Söûa soaïn toång hôïp neân 5% haït nhaân Heâli + Ba phuùt ñaàu nhöõng haït nhaân nguyeân töû Hydroâ vaø Heâli xuaát hieän vaø chieám soá löôïng raát lôùn trong toaøn boä vaät chaát vuõ truï thôøi baáy giôø. Ba phuùt naày söï hình thaønh vuõ truï nhö vaäy ñaõ quyeát ñònh toaøn boä quaù trình tieán hoaù cuûa noù cho caû chuïc tæ naêm veà sau naêm sau vuõ truï bò traøn ngaäp bôûi böùc xaï gamma naêng löôïng cao, roài vaät chaát ñöôïc taïo ra taïo thaønh moät ñaùm söông muø daøy ñaëc naêm keá tieáp nhieät ñoä haï xuoáng coøn 4000 o K ñieàu kieän ñaõ cho pheùp electron mang ñieän aâm taùi hôïp vôùi proton mang ñieän döông taïo thaønh nguyeân töû Hydro, vaø böùc xaï ñöùt lieân keát vôùi vaät chaát ñeå truyeàn töï do trong vuõ truï maø ngaøy nay ta ño ñöôïc,735 o K -phoâng vuõ trụ hay böùc xaï neàn vuõ truï. + Hôn naêm sau vuï noå: nhieät ñoä haï xuoáng coøn 3000 o K, böùc xaï caân baèng keát thuùc, caùc electroân lieân keát vôùi caùc proâtoân taïo ra Hydro vaø nhieàu nguyeân toá khaùc. Do coù söï thaêng giaùng veà maät ñoä maø caùc taâm tích tuï xuaát hieän chuẩn bị hình thaønh thieân haø 119

120 + t = 3 triệu năm: Sao và thiên hà ra đời. + Sau vuï noå 15 tæ naêm: Laø vuõ truï ta bieát ngaøy nay. * Mô hình màng va chạm? Nhằm giải quyết hai vấn đề kì dị và khởi đầu tối hậu, cuối 001 các nhà khoa học Steinhardt, Turok, Khoury, Ovrut và Seiberg đề xuất mô hình màng va chạm, học cho rằng Big Bang không phải là khởi đầu của không thời gian, mà là điểm chuyển tiếp giữa pha đang giãn nở và pha co lại trước đó. Đây chính là mô hình luân hồi, nhưng có ưu điểm hơn các mô hình luân hồi khác. Mô hình này giả định vũ trụ của chúng ta là một màng ba chiều trôi trong không gian bốn chiều. Một màng khác một vũ trụ song song nằm ngay bên cạnh ở khoảng cách vi mô trong chiều thứ tư. Tuy nhiên nhiều nhà thiên văn hoan nghênh mô hình, vì như lời nhà lý thuyết dây nổi tiếng Veneziano ở Cern, chúng ta dễ chấp nhận ý tưởng Big Bang là kết quả của một cái gì đó hơn là nguyên nhân của mọi thứ Nguoàn goác Vuõ Truï * Cấu trúc Vuõ truï: Vuõ truï coù haèng traêm tæ thieân haø, thieân haø tuï laïi thaønh quaàn thieân haø, sao tuï laiï thaønh quaàn sao. ÔÛ möùc ñoä vi moâ vaät chaát cuûa vuõ truï ñöôïc hình thaønh töø 6 quark. * Từ vi mô (quarks) đến vĩ mô (vũ trụ): Từ 6 quark và các hạt sơ cấp Nhân Nguyên tử Phân tử (có vật chất ở các trạng thái: khí, lỏng, rắn, plasma) Hành tinh, Sao Thiên hà Quần Thiên hà Đại Thiên hà Vũ trụ. * Kích thước: Vũ trụ không phải vô cùng vô tận, mà có kích thước xác định - bán kính cực đại khoảng R max = 30 tỉ nas, cần nhớ rằng, hiện nay vũ trụ sống được 15 tỉ năm rồi (đang lớn lên). * Chất keo định hình vật chất trong vũ trụ có thể là Trường hấp dẫn. Toàn bộ vũ trụ có 4 lực tương tác điển hình: tương tác hấp dẫn, tương tác điện từ, tương tác mạnh, tương tác yếu. Nhìn chung, mọi vật chất đều vận động biến đổi không ngừng - sự tiến hóa, và vũ trụ bao gồm toàn bộ vật chất chứa trong nó cũng có sự sinh-hủy, huỷ-sinh biến đổi tuần hoàn. Không thể nói cái nào có trước cái nào? Sinh là chuẩn bị cho hủy, hủy là khởi đầu cho sinh. 10

121 11.5 Baøi taäp Baøi 1: Caáu taïo, ñaëc ñieåm cuûa Thieân haø chuùng ta? Baøi : Haõy giaûi thích hieän töôïng thaáu kính haáp daãn? Baøi 3: Caùc sao khoâng ñöùng yeân maø coù chuyeån ñoäng rieâng. Baïn haõy veõ choøm Gaáu lôùn ôû thôøi ñieåm naêm tröôùc, vaø naêm sau. Tính töø thôøi ñieåm ñaàu theá kỷ 1? Baøi 4: Chæ ra caùch tính khoái löôïng thieân haø? Baøi 5: Trình baøy toùm taét veà nguoàn goác vuõ truï? Baøi 6: Tính tuoåi cuûa moät Sao coù khoái löôïng M sao = 5M MT? nhaän xeùt? Baøi 7: Xét theo các phép đo độ dịch Doppler của ánh sáng do quasar ớ xa nhất mà ta còn có thể nhìn thấy phát ra, thì quasar đó đang lùi xa chúng ta với vận tốc, 10 8 m/s (cỡ 73% vận tốc ánh sáng!). Hỏi các quasar đó ở cách chúng ta bao xa? Giải 8 v,.10 m/ s 19 Từ định luật Hubble suy ra : r = = = nas 3 H m/ ( snas. ) Baøi 8: Vận tốc lùi xa của thiên hà và quasar ở khoảng cách lớn rất gần với vận tốc ánh sáng vì vậy cần phải dùng công thức độ dịch Doppler tương đối tính. Độ dịch về phía đỏ Δλ được cho dưới dạng z =. λ v z + z 1/ Chứng tỏ rằng tham số vận tốc lùi ra xa β = được cho bởi : β = c z + z+ / Quasar xa nhất phát hiện được (1988) có z = 4,43. Tính tham số vận tốc ứng với nó. 3/ Tính khoảng cách tới quasar. Baøi 9: Do khắp nơi đều có bức xạ viba nền, nên nhiệt độ tối thiểu khả dĩ của khí trong không gian giữa các vì sao hoặc giữa các thiên hà không phải là 0 o K mà là,7 o K. Điều này dẫn tới hệ quả là một phần đáng kể các phân tử trong không gian có các trạng thái kích thích với năng lượng kích thích thấp, thực tế, đều có thể ở các trạng thái kích thích đó. Sự khử kích thích sau đó sẽ dẫn tới phát bức xạ mà ta có thể phát hiện được. Xét phân tử (giả định) chỉ có một trạng thái kích thích. 1/ Hỏi năng lượng kích thích cần phải bằng bao nhiêu để 5% các phân tử ở trạng thái kích thích đó? / Tính bước sóng của photon được phát ra trong dịch chuyển về trạng thái cơ bản. Baøi 10: Giả sử rằng một thiên hà gồm sao, khí bụi có khối lượng toàn phần là M được phân bố đều trong một khối cầu bán kính R. Một ngôi sao có khối lượng m quay quanh tâm của một thiên hà theo quỹ đạo tròn có bán kính r < R. GM 1/ Chứng minh rằng vận tốc trên quỹ đạo v của sao đó được cho bởi v= r 3 R 3 R và do đó chu kỳ T = π không phụ thuộc vào r. Bỏ qua các lực cản. GM / Thiết lập công thức tính chu kỳ quay của sao, khi khối lượng của thiên hà xem như tập trung ở tâm thiên hà. 11

122 Baøi 11: 1/ Biết rằng bức xạ vi ba nền đạt cực đại về cường độ ở bước sóng 1,1mm. Tính nhiệt độ tương ứng? / Khoảng năm sau Big Bang, vũ trụ trở nên trong suốt đối với các bức xạ điện từ. Nhiệt độ của vũ trụ lúc đó cỡ o K. Tính bước sóng với bức xạ nền có cường độ mạnh nhất vào thời gian đó? Bài 1: Vật chất nguyên thủy của vũ trụ lúc đầu được xem chủ yếu là các hidro. Vậy toàn bộ silic, vàng trong Trái đất do đâu mà có? 1

123 PHUÏ LUÏC Vôùi ñoái töôïng laø sinh vieân chöông trình Ñaïi hoïc chính quy, liên thông chính quy, vöøa hoïc vöøa daïy khoâng coù nhieàu thôøi gian hoïc taäp vaø nghieân cöùu. Vì theá việc có thêm phần phụ lục nhaèm taïo söï thuaän lôïi hôn cho vieäc tieáp caän moân hoïc này. Yeâu caàu toái thieåu laø hoïc vieân phaûi naém ñöôïc caên baûn caàn thieát cuûa chöông trình ñoàng thôøi döïa treân kieán thöùc ñaõ ñöôïc cung caáp töø chöông trình vaät lyù ñaïi cöông, cô hoïc thieân theå...ñeå aùp duïng giaûi quyeát caùc baøi taäp thieân vaên ôû möùc ñoä vöøa phaûi nhaèm cuûng coá, heä thoáng caùc kieán thöùc cô baûn vaø hieåu ñöôïc taùc duïng cuûa noù ôû ñoä saâu, ñoä roäng nhaát ñònh trong hoïc taäp vaø nghieân cöùu thieân vaên. Chúng tôi cũng chú ý đến việc giới thiệu địa chỉ trang web, một số tài liệu tiếng Anh, khoâng những thực hiện quy trình truyeàn ñaït, tieáp thu maø chuùng toâi coøn ñaët vaán ñeà ñeå hoïc vieân töï hoïc, töï ñoïc, töï nghieân cöùu; đồng thời cuõng boå sung theâm cho hoïc vieân noäi dung phöông phaùp luaän nghieân cöùu khoa hoïc ñeå trong chöøng möïc caàn thieát hoïc vieân coù ñieàu kieän laøm quen vôùi coâng taùc nghieân cöùu khoa hoïc ôû giai ñoaïn ñaàu vaø laø tieàn ñeà cho nhöõng ai muoán nghieân cöùu khoa hoïc sau này. 13

124 Phuï luïc 1: Các hằng số Vật Lý, khối lượng vũ trụ, mẫu tự Hy lạp. a/ Các hằng số Vật Lý Đại lượng vật lý Ký hiệu Giá trị Đơn vị (SI) Hằng số hấp dẫn G 6,676 x m 3 s - kg -1 (Gravitational constant) Đơn vị thiên văn (Astronomical Unit ) AU 1,4959 x m Vận tốc ánh sáng trong chân không c,9979 x 10 8 ms -1 (Speed of light in vacuum) Năm ánh sáng (light - year) nas (ly) 9,4605 x m Hằng số Boltzmann ( Boltztmann constant) k 1,3807 x 10-3 JK -1 Hằng số Planck (Planck constant) h 6,661 x Js Hằng số Stefan Boltzmann σ 5,6705 x 10-8 Wm - K -4 (Stefan Boltztmann constant) Hằng số Wien (Wein constant) b,8978 x 10-3 m o K b/ Khối lượng của hạt sơ cấp, vũ trụ. c/ Mẫu tự Hy Lạp STT Vật thể Khối lượng (kg) 01 Vũ trụ nhìn thấy ~ Thiên hà của chúng ta Mặt Trời 1, Trái Đất 6, Mặt Trăng 7, Con người ~ Con ngựa ~ Nguyên tử Hydro 1, Electron 9,

125 Phuï luïc : Khoaûng caùch töø caùc Sao, Thiên hà, Tinh vân ñeán Traùi Ñaát a/ Sao, chòm sao ñeán Traùi Ñaát Sao Alpha Centauri Ngöu Lang Chöùc Nöõ Choøm Thieân Nga Choøm sao Tieân Nöõ Soùng Soâng 8 Caù Voi Quaàn sao Vuõ Tieân Sao Beta Pictoris Khoaûng caùch ñeán Traùi Ñaát 4, nas 16 nas 6,3 nas 1740 nas, 10 6 nas 10,8 nas 11,8 nas 5000 nas 53 nas b/ Khoaûng caùch töø Thieân Haø ñeán Traùi Ñaát STT Thieân haø Khoaûng caùch ñeán Traùi Ñaát Daïng 01 I Zwicky trieäu nas Baát ñònh 0 Messier trieäu nas Vöøa laø thiên hà xoaén oác vöøa elip. 03 NGC trieäu nas Baát ñònh 04 NGC trieäu nas Xoaén oác 05 NGC trieäu nas Xoaén oác, raát gioáng Thiên Hà của chuùng ta. 06 NGC 1365 trieäu nas (D= 00 trieäu nas) Xoaén oác 07 Baùnh xe ngöïa 500 trieäu nas Xoaén oác. 08 Andromede, trieäu nas Xoaén oác 09 NGC trieäu nas Thiên hà vaønh cöïc 10 M nas Baát ñònh 11 Magellan nas Baát ñònh 1 NGC triệu nas Xoắn ốc 13 NGC 147A 5 triệu nas Baát ñònh Xoắn ốc 14 NGC 4414 (chòm sao Coma Berenices) 60 triệu nas (đường kính nas) 15

126 c/ Từ Tinh vân ñeán Traùi Ñaát STT Tinh Vaân Caùch Trái đất Daïng 01 Soáùng thuyeàn 8000 nas Höôùng choøm sao Cung Thuû (Careøne) 0 NGC nas Höôùng choøm sao Tieân Haäu (Cassiopeeù) 03 Ñoàng hoà caùt nas Höôùng choøm sao Cung Thuû. 04 Ñaïi Baøng 7000 nas Höôùng choøm sao con raén (Messier 16) Phuï luïc 3: Một số nhà thiên văn, bác học Vật lý STT TÊN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU/QUỐC GIA 01 Aristole (384-3tCN) Nhà triết học 0 Pythagor (Pythagoras, tcn) Nhà toán học, triết học, thiên văn học. 03 Ptolemy (Claudius Ptolemaeus- nd centuryad, sCN) Nhaø Toaùn hoïc, Vaät lyù, Thieân vaên, Ñòa lyù Hy Laïp 04 Nicolaus Copernicus ( ) Nhaø thieân vaên Ba Lan 05 Johannes Kepler ( ) Nhà toán học, Thiên văn học Đức 06 Galileo Galilei ( ) Nhaø Toaùn hoïc, Vaät lyù, Thieân vaên YÙ 07 Hertzsprung Nhaø Thieân vaên Hà Lan 08 Russell Nhaø Thieân vaên Mỹ 09 Tycho Brahe ( ) Nhaø thieân vaên Ñan maïch 10 Isaac Newton ( ) Nhaø Toaùn hoïc, Vaät lyù, Thieân vaên Anh 11 Edmond Halley ( ) Nhaø thieân vaên Anh 1 ClaiRaut ( ) Nhaø Toaùn hoïc, Vaät lyù, Thieân vaên 13 Arthur Eddington ( ) Nhaø thieân vaên Anh 14 Stephen Hawking (194-) Nhà Vật Lý Anh (n/c lỗ đen, bigbang) 15 E. P. Hubble Nhaø Thieân vaên Mỹ 16

127 Galileo Galilei ( ), ardent champion of the heliocentric model. (Courtesy of Yerkes Observatory.) inal was written in Latin, the scholarly language of the day; an English translation is: I measured the heavens, now I measure the shadows, Skyward was the mind, the body rests in the earth. Isaac Newton ( ). His master work, the Principia, established the science of mechanics and provided the law of gravitation that explained Kepler s laws. (Courtesy of Yerkes Observatory.) Edmund Halley ( ), the English astronomer who persuaded Newton to publish the Principia. His application of Newton s laws to cometary orbits enabled him to predict the return in 1758 of the comet that now bears his name. (Courtesy of Yerkes Observatory.) Albert Einstein ( ). Best known for formulating the special and general theories of relativity, Einstein made many fundamental contributions to the development of quantum mechanics as well. (Courtesy of Yerkes Observatory.) Edwin Hubble ( ). Best known for his discovery of the expanding universe, Hubble also was the first to measure the distance to the Andromeda galaxy, proving that the so-called spiral nebulae were external galaxies. (Hale Observatories, courtesy AIP Emilio Segr`e Visual Archives.) 17

128 Phụ lục 4: Hành tinh trong hệ Mặt Trời Theo Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (International Astronomical đây được chấp nhận như hànhh tinh chính thức của Hệệ Mặt Trời: Union), 8 hành tinh sau Thủy Tinh ( ), Kim Tinh ( ),Trái Đất ( ), Hỏa Tinh ( Vương Tinh (, ), Hải Vương Tinh ( ). ), Mộc Tinh ( )Thổ Tinh ( ), Thiên Haønh tinh Khoaûng caùch töø MT(ñvtv) ( km) Haûi Vöông Tinh Nepture Thieân Vöông Tinh Uranus Khoái löôïng (ñv) 17, 14,5 ( kg) Tæ troïng 1,,7 1,3 Thoå Tinh Saturn 19,13 9, ,1 0,69 Moäc Tinh Jupiter 5, ,31 Tiểu haønh tinh Hoûa Tinh Mars 1,5 8 0,107 3,97 Traùi Ñaát The Earth ,000 5,98 5,5 Kim Tinh Venus Thuyû Tinh Mercury 5,5 5,4 Maët trôøi The Sun 0,7 0, ,9 0 0,815 0, Vaän toác vuõ truï caáp II (km/s) Tốc độ quỹ đạo (km/s) Nămm 3,6 5,, , 6, ,6 9,64 9,5 59,5 13,1 11,9 5 4,1 1,88 11, 10,3 4, ,8 35,0 47,9 1 0,615 0,41 0 Số vệ tinh Tâm sai của quỹ 0,0086 0,047 0,0556 đạoo Đường kính (km) , , ,0167 0,0068 0, Gia tốc trọng trường tại xích đạo (m/s ) Nhieät ñoä beà maët ( o C) 11,0 7, ,05-180, ,7-50 9, ,6 3, (Các tính chất của cácc hành tinh trong hệ Mặt Trời) Ñaëc ñieåm chung của các haønh tinh là ñeàu coù khí quyeån, khí quyeån coù khaùc nhau do nhieät ñoä cuûa haønh tinh, vaän toác vuõ truï caáp hai cuûa haønh tinh ñoù. Các hành tinh được phân thành hai nhóm: + Nhoùm Traùi Ñaát: Nhóm Traùi Ñaát có 4 hành tinh, đó là Thuyû Tinh, Kim Tinh, Traùi Ñaát, Hoûa Tinh. Các hành tinh này có đặc điểm là haønh tinh côû beù, khoái löôïng rieâng lôùn. 18

129 + Nhoùm Moäc Tinh: Nhóm Moäc Tinh có 4 hành tinh, đó là Moäc Tinh, Thoå Tinh, ThieânVöông Tinh, Haûi Vöông Tinh. Các hành tinh này có đặc điểm là haønh tinh côû lôùn, khoái löôïng rieâng nhoû. 1/ Nhóm Trái Đất (Thủy Tinh, Kim Tinh, Trái Đất, Hỏa Tinh) Nhóm hành tinh này có bề mặt chắc cứng, khối lượng nhỏ, chứa nhiều sắt và các kim loại nặng. Vào thời kỳ sơ khai, nhân kim loại nóng chảy của chúng (chủ yếu là sắt và nikel) tạo nên từ trường. Các hành tinh dạng này có khi có khí quyển, có thể có điều kiện để xuất hiện sự sống. Traùi ñaát Caáu taïo töø ngoaøi vaøo, ta có khí quyeån (daày 1000km), lôùp voû, thuûy quyeån, thaïch quyeån. Beà maët Traùi Ñaát nöôùc chieám 71%. Khoái löôïng rieâng 5,5kg/dm 3, nhieät ñoä taâm Traùi Ñaát côû haøng ngaøn ñoä Kelvin, ñoä saâu 3000km vaät chaát ôû traïng thaùi noùng chaûy. * Tuoåi Traùi Ñaát: 4,45 ± 0,07 (tæ naêm), * Khí quyeån: + Taàng ñoái löu:(treân maët ñaát): ñoä cao 10 km, nhieät ñoä: cở 53 o C, nhieät ñoä giaûm nhanh theo ñoä cao. + Taàng bình löu:(treân taàng ñoái löu): ñoä cao: 10km< h < 50km, nhieät ñoä: 53 o C töø 10km ñeán 0 km, vaø taêng leân töø 0km ñeán 5km. ÔÛ ñaây coù phaûn öùng phaân ly OÂzoân: O 3 + hν O + O Trái Đất chụp từ vệ tinh. O + hν O + O (sggp.org.vn) O + O O 3 + Taàng OÂzoân: ñoä cao 50km, nhieät ñoä toái ña 70 o K, 50km < h < 150km, nhieät ñoä giaûm, từ độ cao 150km ñeán 400km: nhieät ñoä taêng nhanh, do: O + hν O + + e - ( toûa nhieät) + Taàng ñieän ly:töø 300km ñeán 900km: nhieät ñoä taêng ñeán 1800 o K (coù söï ion hoùa Oxy, Nitô cho caùc haït mang ñieän) taàng ñieän ly coù theå haáp thu, phaûn xaï soùng ñieän töø. * Lôùp voû: daøy 900km * Lôùp keá tieáp daøy 100km, ôû theå loûng. * Nhaân Traùi Ñaát baùn kính 1300km, theå raén. 19

130 Maët traêng (vệ tinh riêng của Trái Đất) * Tuoåi: 3,8 ± 0,7 (tæ naêm). * Baùn kính: 1.740km, khoái löôïng m = 7,36 10 kg (bằng khoái löôïng Traùi Ñaát / 81,3), gia toác rơi tự do trên bề mặt g = 1,67m/s, v II =,38km/s, nhieät ñoä ngaøy 130 o C, ñeâm o C, caùch Traùi Ñaát 38000km. Quay quanh Traùi Ñaát 1 vòng/1 tháng, töï quay trục moät voøng 7,3 ngaøy. Thuyû Tinh Thuyû Tinh khoâng coù nöôùc, khoâng coù khí quyeån. Khoái löôïng, kích thöôùc côû Maët traêng, v II = 4,3km/s, nhieät ñoä ngaøy 400 o C ñeâm o C. Thuyû Tinh quay quanh Maët trôøi 1 vòng mất 88 ngaøy, töï quay quanh trục moät voøng 58,7 ngaøy. Một ngaøy trên Thuyû Tinh bằng 170 ngaøy treân Traùi Ñaát. Kim Tinh Kim Tinh có tên gọi là sao Hoâm hay sao Mai, Kim Tinh có khoái löôïng, kích thöôùc gaàn baèng Traùi Ñaát. Khí quyeån có maät ñoä lôùn hôn Traùi Ñaát ( coù CO ). Töï quay quanh truïc ngöôïc chieàu chuyeån ñoäng cuûa noù quanh Mặt Trời. Kim Tinh có một ngaøy bằng 117 ngaøy treân Traùi Ñaát, truïc quay thaúng goùc vôùi maët phaúng quyõ ñaïo neân khoâng coù söï bieán ñoåi muøa. Nhieät ñoä beà maët cở 475 o C. Hoaû Tinh Hoaû Tinh cách Mặt Trời 7,94 triệu km (141,64 triệu dặm), kích thöôùc nhoû hôn Traùi Ñaát hai laàn. Gia tốc trọng trường g = g TÑ /3, vận tốt vũ trụ cấp II của Hoaû Tinh v II = (½)v II Traùi Ñaát. Ban ngaøy trên Hoaû Tinh coù 4hphuùt, naêm coù 687 ngaøy. Coù söï thay ñoåi muøa, /3 dieän tích maøu da cam, hai cöïc coù choùp traéng, maây muø khaép nôi. Nhiệt độ bề mặt từ -10 o C tới +5 o C. Coù nuùi löûa, coù hôi nöôùc (thaáp) trong khí quyeån. Hỏa Tinh coù theå coù thaûm thöïc vaät, và coù theå coù söï soáng ôû giai ñoaïn ñaàu. / Nhóm Moäc Tinh Nhoùm Moäc Tinh còn gọi là nhoùm haønh tinh lôùn có 4 hành tinh như Moäc Tinh, Thoå Tinh, Thieân Vöông Tinh vaø Haûi vöông Tinh. Nhóm này có các ñaëc ñieåm sau: * Kích thöôùc lôùn hôn nhoùm Traùi Ñaát, * Lôùp voû cuûa boán haønh tinh coù H, CH 4 * Nhieät ñoä thaáp vì xa Maët trôøi, Moäc Tinh nhiệt độ t = o C; Thoå Tinh t = o C, Thieân Vương Tinh, Haûi Vương Tinh nhiệt độ còn thaáp hôn nöõa. * Coù maây muø, coù bieån, coù gioù. * Thoå Tinh coù vaønh saùng raát ñeïp, coù 53 veä tinh, trong đó vào thế kỷ 17 công đầu của Galileo phaùt hieän 4 veä tinh. * Moäc Tinh coù vaønh saùng nhoû hôn, coù 66 veä tinh. 130

131 Phuï luïc 5: Thuật ngữ chuyên ngành Việt - Anh a/ MÔN HỌC Cơ học thiên thể Vũ trụ học Thiên văn học Thiên văn vật lý The celestial mechanics Cosmology Astronomy Astrophysics b/ Chòm sao (Constellations) Tiếng Việt Chòm Thiên Hậu Chòm Tiểu Hùng Chòm Đại Hùng Chòm Sông Ngư Chòm Trinh Nữ Choøm Gaáu Lớn (chòm Bắc Đẩu Lớn, chòm Đại Hùng) Chòm Gấu Nhỏ Choøm Song Töû Tiếng Anh Constellation Cassiopea (La Tinh:Cassiopeia) Constellation Ursa Minor Constellation Ursa Major Constellation Pisces Constellation Virgo Ursa Major Ursa Minor Gemini c/ Hành tinh (Planets) Xếp theo thứ tự từ Mặt Trời ra ( từ trái qua phải) MERCURY VENUS EARTH MARS ASTEROIDS JUPITER SATURN URANUS NEPTURE THỦY TINH KIM TINH TRÁI ĐẤT HỎA TINH Tiểu hành tinh MỘC TINH THỔ TINH THIÊN VƯƠNG TINH HẢI VƯƠNG TINH d/ Sao (Stars) Sao Bắc Cực (thuộc chòm Gấu Nhỏ -Ursa Minor) Sao lùn trắng Sao bieán quang co giaõn Những sao biến quang kiểu nổ tung Lỗ đen Polaris White Dwarf star Pulsating variable star Explosive star Black hole 131

132 Tiếng Việt Mô hình địa tâm Mô hình nhật tâm Thieân cöïc Thieân cöïc Nam Xích ñaïo trôøi Nhaät Ñoäng Tuế sai Chương động Thị sai Thị sai ngày Thị sai năm Thị sai chân trời Thị sai địa tâm Xuân phân Hạ chí Đông chí Thu phân Ngày sao Ngày mặt trời Năm cận nhật Năm nhiệt đới Năm sao Năm thiên thực Tiếng Anh Geocentric Heliocentric Celestial Pole South celestial pole Celestial equator Diurnal motion Precession Nutation Parallax Diurnal parallax Annual parallax Horizontal parallax Geocentric parallax Vernal equinox Summer solstice Winter solstice Autumnal equinox Sidereal day Solar day Anomalistic year Tropical year Sidereal year Eclipse year Ñoàng hoà Maët trôøi kieåu xích ñaïo Equatorial Sundial Ñoàng hoà Maët trôøi kieåu chaân trôøi Horizontal Hố đen siêu nhỏ Miniature black hole Các hố đen siêu nặng Supermassive Cấp sao tuyệt đối Absolute magnitude Cấp sao biểu kiến Apparent magnitude 13

133 TIẾNG VIỆT TIẾNG ANH Mô hình vũ trụ Model of the Universe Các định luật chuyển động của các hành The laws of planetary motion tinh Chuyển động của các thiên thể trong trường hấp dẫn Movement of celestial objects in gravitational field Chuyển động không nhiễu loạn của các Non-perturbed motion of celestial objects thiên thể Phương trình chuyển động Equations of motion Tâm sai của quỹ đạo Classification of orbits Bài toán hai vật Two-Body Problem Sự quay của Trái đất quanh trục của nó The rotation of the Earth Thiên cầu Celestial sphere Các hệ tọa độ Coordinate systems Thiên cực bắc The north celestial pole Hệ tọa độ chân trời Horizon system Thiên đỉnh (Đối thiên đỉnh) Zenith (Nadir) Hệ tọa độ xích đạo I Equatorial system I Xích đạo trời Celestial equator Hoàng đạo Ecliptic Điểm Xuân phân γ The vernal equinox γ Điểm Thu phân Ω The autumnal equinox Ω Xích vĩ δ ( Xích kinh α ) Declination δ ( Ascension α ) Hệ tọa độ Hoàng đạo Ecliptic system Hoàng cực bắc π The north ecliptic pole π Hoàng cực nam π ' The south ecliptic pole π ' Hoàng vĩ Ecliptic latitude Hoàng kinh Ecliptic longitude Tiến động Precession Chương động Nutation Ngày sao Sidereal day Ngày mặt trời biểu kiến Apparent solar day Ngày mặt trời trung bình Mean solar day Giờ địa phương Local time Giờ múi Time zone Giờ quốc tế (GMT) Universal time (Greenwich Mean Time) Đường đổi ngày Date line Dương lịch, các mùa, các đới khí hậu Calendars, Seasons, Climate zones Thị sai năm Parallax Tinh sai Aberration Tinh sai ngày Diurnal Aberration Tinh sai năm Secular Aberration Hạ chí Summer solstice Đông chí Winter solstice Dương lịch Gregorian calendar 133

134 Âm lịch, âm dương lịch Nhật, nguyệt thực Thủy triều Vũ trụ học Vũ trụ nguyên thủy Bức xạ phông vũ trụ Hấp dẫn tương đối tính Khái niệm không-thời gian Thuyết tương đối hẹp Vật chất tối Thuyết tương đối tổng quát Quần thiên hà Hào quang thiên hà Lunar calendar, lunisolar calendar Solar and lunar eclipses Tides Cosmology The Primordial Universe The cosmic background radiation Relativistic gravitation Notion of space-time The special theory of relativity Invisible matter The general relativity Galactic halo Galactic corona Phụ lục 6: Tiểu haønh tinh, sao baêng 1/ Tiểu haønh tinh: Vài chục ngàn tiểu haønh tinh có quỹ đạo nằm ở khoaûng giöõa quyõ ñaïo cuûa Hỏa Tinh và Moäc Tinh. Khoảng cách từ,3 đến 3,3 AU tính từ Mặt Trời. Thành phần chủ yếu của tiểu hành tinh là đá khó nóng chảy và khoáng vật kim loại. Kích thöôùc thường vào khoảng haøng chuïc, haøng traêm km. Tiểu hành tinh đầu tiên được phát hiện vào năm Nó cũng là tiểu hành tinh lớn nhất có tên là Ceres. Tuy nhiên vào tháng 8 năm 006, tiểu hành tinh này đã cùng với Diêm Vương Tinh (Pluto) được xếp vào một nhóm thiên thể mới là Hành tinh lùn. Tiểu hành tinh với đường kính nhỏ cở d = 10 m được xem là thiên thạch. Một tiểu hành tinh bay qua Trái Đất Tiểu hành tinh có tên 011MD bay qua Trái Đất, nhưng không gây ra mối nguy hiểm nào, (Cơ quan vũ trụ NASA). Tiểu hành tinh 011MD bay qua trái đất Theo các nhà khoa học, tiểu hành tinh sẽ không va chạm vào trái đất. Ảnh: Telepraph. 134

135 Theo Xinhua, phòng thí nghiệm Jet Propulsion của NASA cho biết, hành tinh nhỏ này có đường kính từ 5m đến 0m, nằm trong quỹ đạo giống với Trái Đất bay quanh Mặt Trời. Các chuyên gia cho rằng, nó không có khả năng va chạm vào Trái Đất. Cũng theo dự kiến của các nhà khoa học, nếu tiểu hành tinh đi vào bầu khí quyển của Trái Đất, nó sẽ bị đốt cháy, nhưng không gây thiệt hại. Tiểu hành tinh 011MD đến gần Trái Đất nhất ở khu vực Đại Tây Dương. / Sao baêng (coøn goïi laø sao sa hay sao ñoåi ngoâi - falling star hay shotting star) Sao băng laø nhöõng maûnh thiên thạch coù vaän toác haøng chuïc km/s, rôi vaøo khí quyeån Traùi Ñaát vaø bò boác chaùy (ñoä cao 80km) ta gọi đó là sao baêng. Nhieàu maûnh laø phaàn beå cuûa sao choåi, hoaëc thieân thaïch cỡ vöøa rôi vaøo khí quyeån bò boác chaùy gọi là möa sao. Mưa sao Thieân thaïch caáu taïo goàm saét, ñaù,...naêm 1908 coù thieân thaïch lôùn rôi xuoáng Sibeâri, phaù huyû moät khu röøng baùn kính 30km. Moãi naêm coù vaøi traêm thieân thaïch thaêm Traùi Ñaát. Möa sao röïc rỡ ñaõ xaûy ra vaøo naêm 1833, 1866, Möa sao chæ xaûy ra nhieàu nhaát laø 5 laàn trong voøng 100 naêm. Phụ lục 7: Sao chổi 1/ Sao chổi Là một trong những thiên thể của hệ Mặt Trời, nó chuyển động theo những quỹ đạo elip rất dẹt (có độ tâm sai lớn). Khi ở rất xa Mặt Trời, trông giống như một vệt sáng mờ hình bầu dục, đến khi gần Mặt Trời mới phân biệt được đầu và đuôi. Phần trung tâm của đầu sao chổi gọi là nhân, có đường kính từ 0,5 đến 0 km. Khối lượng từ kg đến kg. Nhân cấu tạo từ các khí đóng băng và các hạt bụi. Đuôi sao chổi cấu tạo từ 135

136 các phân tử (ion) khí và bụi bay ra từ nhân dưới tác dụng của gió Mặt Trời. Độ dài của đuôi sao chổi có thể tới hàng chục triệu kilômét. Các sao chổi đáng chú ý là Halley (Halây), Biela (Biêla), Shoemaker - Levy (Sumêcơ - Lơvi). a/ Sao choåi Shoemaker Levy ñaõ töøng quay quanh Maët Trôøi, sao chổi này ñöôïc phaùt hieän ngaøy 5/3/1993. Các nhà khoa học döï ñoaùn cuoái thaùng 7/1994 sao naày ñuïng vaøo Moäc Tinh, do nó bò huùt mạnh vaøo tröôøng haáp daãn cuûa Moäc Tinh ñaây cuõng laø nguyeân nhaân baùo hieäu ngaøy taøn sao choåi Shoemaker Levy treân maûnh ñaát Moäc Tinh. Vì löïc haáp daãn tác dụng lên toàn bộ sao chổi là khoâng ñeàu, neân sao choåi bò vôû thaønh nhieàu maûnh, moät soá maûnh bay theo quyõ ñaïo elip vónh vieãn rôøi xa haønh tinh; moät soá khoâng nhö theá. Luùc 19h59 GMT, ngaøy 16/07/1994 maûnh ñaàu tieân chaïm Moäc Tinh, baûy giôø sau laø maûnh thöù hai vaø caùc maûnh coøn laïi lieân tieáp nhau rôi xuoáng suoát moät tuaàn. Vôùi nhöõng maûnh 3km hay 4km coù vaän toác 00000km/h, söùc taøn phaù baèng haøng traêm ngaøn quaû bom khinh khí. Neáu coù loaøi ngöôøi soáng treân haønh tinh naày thì thöïc söï sao choåi ñaõ ñem tai họa ñeán hoï!! Sao choåi Shoemaker Levy, là sao chổi cho phép loài người ngắm lần cuối cùng trong cuộc đời của nó chỉ ở thế kỷ 0 mà thôi. b/ Sao choåi Swift-Tuttle, phát hiện năm 186, vaøo thaùng 11/199 bay tôùi gaàn Traùi Ñaát ôû khoaûng caùch 175 trieäu km baèng 460 laàn khoaûng caùch Traùi Ñaát vôùi Maët Traêng. Sao choåi naày coù chu kyø 134 naêm vaø vì theá naêm 16, Swift-Tuttle seõ vieáng thaêm loaøi ngöôøi moät laàn nöõa ôû khoaûng caùch gaàn hôn vôùi trieäu km caùch Traùi Ñaát: ta vaãn yeân taâm; naêm 16 chôø xem!!? Saùu möôi laêm trieäu naêm veà tröôùc phaûi chaêng loaøi thaèn laèn khoång loà treân Traùi Ñaát bò dieät chuûng bôûi tai hoaï sao choåi? c/ Ngaøy xöa sao choåi ñöôïc xem laø söù giaû cuûa thöôïng ñeá baùo hieäu nhöõng tai hoïa lôùn...cöù khoaûng 76 naêm moät laàn, loaøi ngöôøi treân haønh tinh naày ñöôïc chöùng kieán söï xuaát hieän moät sao choåi đó là sao choåi Halley. Tính ñeán theá kyû 1 này ñaõ coù 0 laàn sao choåi naày ñeán thaêm Traùi Ñaát. Sao choåi Halley seõ coøn thöôøng xuyeân vieáng thaêm loaøi ngöôøi treân haønh tinh nầy vôùi chu kyø neâu treân, vaø noù khoâng heà laø söù giaû ñem tai hoaï cho ai caû. Sao choåi Halley đaõ xuaát hieän vaøo caùc naêm 1531, 1607, 168, 1759, , 1986 vaø laàn keá tieáp vaøo naêm 06, vaø 138, 14!! 136

137 d/ Sao choåi Ikeya-Seki: e/ Sao chổi McNaught Là sao chổi rất sáng, sáng hơn cả sao chổi Hale-Bopp năm Ta có thể nhìn thấy sao chổi này lúc Mặt trời lặn. 137

138 (Quỹ đạo của sao chổi Halley là một elip rất dẹt-nằm trong mặt phẳng hợp với mặt phẳng hoàng đạo một góc 18 o ) / Caùc nhaø Vaät lyù nghieân cöùu sao choåi: * Tycho Brahe ( ), nhaø thieân vaên Ñan maïch, laø ngöôøi ñaàu tieân nghieân cöùu sao choåi. * Kepler ( nhaø thieân vaên Ñöùc ), naêm 1607 oâng xaùc ñònh ñöôïc quyõ ñaïo Parabol cuûa moät sao choåi, vaø vónh vieãn noù khoâng quay laïi nöõa. * Newton, theá kyû 17, laàn ñaàu tieân treân neàn taûng ñònh luaät vaïn vaät haáp daãn, oâng ñaõ tính ñuùng quyõ ñaïo cuûa sao choåi xuaát hieän naêm 168. * Edmund Halley ( ), nhaø thieân vaên Anh, treân neàn taûng ñònh luaät vaïn vaät haáp daãn Newton, Halley nghieân cöùu quyõ ñaïo cuûa 4 sao choåi. Moät sao choåi ñöôïc ñaët teân oâng, nhöng raát tieác oâng khoâng coøn soáng ñeå chöùng kieán sao choåi đã được đặt tên mình. *. Phụ lục 8: Nguoàn goác Heä Maët Trôøi. 1/ Giả thuyết Buffon: Trái Đất và các hành tinh khác trong hệ Mặt Trời được tạo ra do quá trình và chạm giữa Mặt Trời và một số sao chổi lớn. Sự va chạm này dẫn tới Mặt Trời vỡ ra nhiều mảnh. Theo thời gian, những mảnh vỡ này nguội dần thành các hành tinh trong đó có Trái Đất. Vào đầu thế kỉ XVIII thì đây là quan niệm hoàn toàn mới khi mà nhiều người vẫn cho rằng Trái Đất là do thượng đế sinh ra. 138

139 Những thành tựu khoa học về vũ trụ sau này đều khẳng định: Sự va chạm không thể tạo ra được những mảnh vỡ đó, vì lõi vật chất của sao chổi rất nhỏ bé, hình dạng to lớn nhưng thật ra chỉ là một túi khí. / Giaû thuyeát cuûa Laplace: Các hành tinh Hệ Mặt Trời Naêm 1796, Laplace- nhaø toaùn hoïc vaø thieân vaên Phaùp cho raèng heä Maët Trôøi có được từ một khối tinh vân khổng lồ, thành phần là chất khí vũ trụ có nhiệt độ rất cao và tự quay xung quanh trục cố định. Khi nhiệt độ giảm, thể tích khối tinh vân giảm, tốc độ chuyển động quay tăng. Khi trọng lực ở xích đạo cân bằng với lực ly tâm thì một vành vất chất tách ra khỏi phôi (Mặt Trời), nguội dần và cùng với Mặt Trời các vật chất trong vành từ từ tích tụ lại tạo thành hành tinh riêng biệt. Các vệ tinh của các hành tinh cũng hình thành tương tự trong đó hành tinh là phôi của vệ tinh. Trái đất khi mới hình thành là một khối vật chất nóng chảy. Sau đó, phần ngoài cùng nguội trước tạo thành lớp vỏ, còn phần dưới lớp vỏ, vật chất vẫn ở trạng thái nóng chảy. Giaû thuyeát cuûa Laplace được xem là đáng chú ý nhất, tuy nhiên vẫn còn nhược điểm là không giải thích được đặc điểm về phân bố moment động lượng. 3/ Giaû thuyeát cuûa Jeans: Vào thập niên 30 của theá kyû XX, Jeanes-nhaø baùc hoïc Anh cho raèng coù moät ngoâi sao laï ñeán gaàn Maët Trôøi laøm cho vaät chaát cuûa Maët Trôøi loài ra ôû hai phía ñoái dieän nhau laøm thaønh hai böôùu vaät chaát noùng ñoû, thon daøi vaø cuøng quay theo Maët Trôøi, sau ñoù caùc böôùu naày taùch ra khoûi Maët Trôøi vaø ñöùt ra töøng ñoaïn, vaø töø töø hình thaønh caùc haønh tinh. Giaû thuyeát naày giaûi quyeát ñöôïc vaán ñeà moâmen quay cuûa caùc haønh tinh khoâng phuï thuoäc vaøo ñoäng löôïng cuûa Maët Trôøi maø thuyeát Laplace chöa giaûi quyeát ñöôïc. Nhöng giaû thuyeát Jeans töï noù ñöa ra moät vaán ñeà baát oån, ñoù laø moät ngoâi sao laï ñeán gaàn Maët Trôøi raát hieám khi xaûy ra. Neáu coù söï ngaãu nhieân ñaëc bieät ñoù thì trong thieân haø cuûa 139

140 chuùng ta trong voøng naêm coù cô hoäi xaûy ra moät laàn, trong khi ñoù ngoâi sao giaø nhaát trong phaïm vi thieân haø cuûa chuùng ta cuõng chæ coù tuoåi. 4/ Giaû thuyeát cuûa OÂttoâ Smit: Naêm 1950, OÂttoâ Smit-nhaø khoa hoïc Ñöùc cho raèng Maët Trôøi trong khi chuyeån ñoäng quanh taâm thieân haø ngẫu nhiên ñaõ baét gaëp ñaùm buïi vaät chaát. Trong ñieàu kieän thích hôïp ñaùm buïi naày chuyeån ñoäng quanh Maët Trôøi. Ngoaøi söï chuyeån ñoäng theo qui luaät (ñònh luaät Kepler) caùc haït vaät chaát naày coøn coù chuyeån ñoäng rieâng. Chuùng va chaïm nhau, toaû nhieät vaø vaän toác giaûm daàn. Keát quaû laø nhöõng haït lôùn haáp daãn veà mình nhöõng haït nhoû taïo thaønh ñaùm maây tích tuï-phoâi thai cuûa caùc haønh tinh. Döïa vaøo caùc ñònh luaät baûo toaøn oâng ñaõ chöùng minh ñöôïc caùc tröôøng hôïp quay theo chieàu ngöôïc chieàu chuyeån ñoäng cuûa moät soá ít haønh tinh khi noù quay quanh Maët Trôøi. Ñoù laø öu ñieåm cuûa thuyeát OÂttoâ Smit, nhöng laïi coù khuyeát ñieåm laø khoâng noùi veà nguoàn goác cuûa Maët Trôøi. 5/ Giaû thuyeát cuûa Fesenkov: Fesenkov cho raèng Maët Trôøi vaø caùc haønh tinh hình thaønh đồng thời nhau vaø có cuøng moät nguoàn goác vaät chaát, ñoù laø ñaùm maây hôi buïi daøy ñaëc hình sôïi. Trong ñaùm maây buïi ñoù hình thaønh moät nhaân coâ ñoäng daïng sao, vaø treân maët phaúng xích ñaïo cuûa noù coù lôùp hôi-buïi cuøng loaïi bao quanh. Sau ñoù Maët Trôøi nguyeân thuyû quay raát nhanh, vaønh ñai vaät chaát treân maët phaúng xích ñaïo buoäc phaûi taùch ra xa taâm coâ ñoäng. Vaät chaát tröôùc vaø sau khi taùch ra vaãn tieáp tuïc quay nguoäi daàn vaø taïo thaønh Heä Maët Trôøi ngaøy nay. Theo Fesenkov haønh tinh ôû xa hình thaønh tröôùc, nhö vaäy Hải Vöông Tinh coù tröôùc roài ñeán Thiên Vöông Tinh...sau cuøng laø Thuyû Tinh. Thuyeát cuûa Fesenkov coù theå xem laø öu ñieåm hôn caû, nhöng vaãn chöa giaûi thích ñöôïc vì sao Maët Trôøi coù 90% khoái löôïng laø nhöõng nguyeân toá nheï nhaát (Hydroâ vaø Heâli) trong khi ñoù ôû Traùi Ñaát caùc nguyeân toá naày raát ít. Tuy có nhiều đóng góp như xây dựng một cách có hệ thống về nguồn gốc của hệ Mặt Trời. Nhưng tất cả các giả thiết trên đều chưa hoàn chỉnh, chưa giải thích đầy đủ các đặc điểm cấu trúc và quy luật chuyển động hệ Mặt Trời. 140

141 Phuï luïc 9: Múi giờ Việt Nam xưa và nay Việt Nam: Kinh tuyến: Đông, múi giờ: 7. Múi giờ: Lấy địa cực Bắc, Nam làm điểm chuẩn, ta kẽ từ cực Bắc đến cực Nam ta có một kinh tuyến. Kẽ nhiều kinh tuyến như vậy giữa kinh tuyến liền kề tạo ra vùng diện tích bề mặt Trái Đất chứa các vùng lảnh thổ, quốc gia, một phần quốc gia cụ thể. Vùng giới hạn bởi kinh tuyến như vậy người ta quy ước có cùng giờ với nhau, gọi là múi giờ. Múi giờ là giờ quốc tế GMT (Greenwich Mean Time) Múi số không được chọn tại kinh tuyến gốc của nước Anh ( trên hình: đường chấm chấm ở giữa, bên dưới ghi số 0) Việt Nam ở múi số 7 được tính từ múi số 0 đếm đến múi thứ 7 sang bên phải ( trên hình: bên dưới ghi số +7). Vậy Việt Nam, Lào, Campuchia, một phần Trung Quốc,.. có cùng múi giờ số 7 sẽ có giờ giống nhau, và nếu nước Anh là 0 giờ thì Việt Nam là 0+7 = 7 giờ Tức ở Anh lúc nửa đêm, thì VN là 7 giờ sáng rồi. Năm 1943, thời thuộc Pháp, VN dùng GMT+8 (Mặt trời vừa mọc 7 giờ, giờ ngọ (đứng bóng) là 1 giờ trưa). Năm 1945, VN dùng GMT+9. Mặt trời vừa mọc 8 giờ, giờ ngọ từ 13 đến 15 giờ. Từ tháng 8/1945, giờ Việt Nam trở lại như cũ (GMT+7). 141

142 Năm 1960, ở miền Nam Việt Nam dùng GMT+8. Năm 1975, VN thống nhất cả nước dùng giờ Đông Dương theo múi giờ GMT+7. CÁC MÚI GIỜ VIẾT TẮT HST Hawaiian Standard Time GMT - 10 AST Alaskan Standard Time GMT - 9 PST Pacific Standard Time GMT - 8 MST Mountain Standard Time GMT - 7 CST Central Standard Time GMT - 6 EST Eastern Standard Time GMT - 5 AST Atlantic Standard Time GMT - 4 WAT West African Time GMT - 1 GMT Greenwich Mean Time GMT 0 WET Western European Time GMT 0 UCT Universal Coordinated Time GMT 0 SWT Swedish Winter Time... GMT + 1 MET Middle European Time GMT + 1 CET Central European Time GMT + 1 EET Eastern European Time and Russia Zone 1 GMT + BT Baghdad and Russian Zone GMT + 3 IST Indian Standard Time GMT WAST Western Australian Standard Time GMT + 7 UTC Việt Nam GMT + 7 JST Japan Standard Time GMT + 9 AEST Eastern Australian Standard Time GMT + 10 NZST New Zealand Standard Time GMT + 1 Năm 197, một hội nghị quốc tế về thời gian đã thay GMT bằng giờ Phối hợp Quốc tế (UTC), được giữ bởi nhiều đồng hồ nguyên tử quanh thế giới. Hiện nay, Việt Nam dùng múi giờ UTC +7. Giờ phối hợp quốc tế hay UTC, là một chuẩn quốc tế về ngày giờ thực hiện bằng phương pháp nguyên tử. "UTC" hay "CUT" (Coordinated Universal Time). Nó được dựa vào giờ trung bình Greenwich -Greenwich Mean Time (GMT) đặt ra vào thế kỷ 14

143 thứ 19, sau đó được đổi tên thành giờ quốc tế UT (Universal Time). Múi giờ trên thế giới được tính bằng độ lệch âm hay dương so với giờ quốc tế. Đến năm 1980 người ta chuyển sang dùng UTC là chuẩn dùng giờ nguyên tử quốc tế. Phuï luïc 10: Tên La tinh của vài sao quen thuộc ST Chòm sao Tọa độ T Sao Tên VN Tên Latinh Xích kinh Xích vĩ (α) ( ) 01 Thiên Đại khuyển Canis Major 6h43ph -16 o 39 1 Lang 0 Chức Nữ Thiên cầm Lyra 18h35ph +38 o Ngưu Lang Đại bàng Aquilla 19h18ph +8 o Cận tinh Bán nhân mã Centaurus 14h36ph +60 o Bắc cực Tiểu hùng Ursa Minor 1h19ph + 89 o 143

144 Phụ lục 11: Bản đồ sao 144