Bài giảng Thiên văn học - Nguyễn Thị Kiều Thu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG
KHOA Cơ BẢN
NGUYỄN THỊ KIÈU THU
BÀI GIẢNG
THIÊN VĂN HỌC
Quảng Ngãi, 2013
LỜI NÓI ĐẦU
Thiên văn học là ngành khoa học nghiên cứu sự chuyển động, bản chất vật lí, cấu tạo hóa học, quá trình phát sinh và phát triển của các thiên thể và các hệ thiên thể nhu Mặt Trời, Mặt Trăng, các hành tinh (kể cả Trái Đất), sao chổi, các sao, các thiên hà, ...
Trong chuông trình CĐSP Vật lý, học phần Thiên Văn học có thời luợng 02 tín chỉ tuong ứng với 30 tiết lên lớp. Việc học Thiên Văn học giúp sinh viên vận dụng đuợc các kiến thức vật lí để nghiên cứu các hiện tuợng tự nhiên trong vũ trụ, có đuợc thế giới quan chính xác về vũ trụ và sự hình thành vũ trụ.
Tập bài giảng Thiên Văn học này đuợc biên soạn dùng cho sinh viên CĐSP ngành Vật lý theo đúng nội dung đã đề ra trong đề cuơng chi tiết. Trên cơ sở tham khảo các tài liệu, giáo trình, bám sát giáo trình Thiên Văn học của Bộ Giáo dục [1], chúng tôi sắp xếp lại các kiến thức một cách có hệ thống, chi tiết giúp cho nguời học dễ dàng trong việc tiếp thu kiến thức. Sau mỗi chuơng có phần câu hỏi ôn tập và bài tập cho sinh viên tự học.
Bài gảng gồm có 08 chuơng:
Các chuơng từ 1 đến 5 trình bày các hiện tuợng có thể quan sát bằng mắt thuờng hoặc các thiết bị đơn giản, các qui luật chuyển động của các thiên thể. Để học tốt các chuơng này, truớc hết sinh viên phải nắm vững các định luật, phuơng trình mô tả chuyển động của các thiên thể, ghi nhớ các điểm, các đuờng cơ bản trên thiên cầu, các hệ toạ độ thiên văn...
Các chuơng từ 6 đến 8 trình bày về thiên văn vật lý. Phần này đề cập đến các thành tựu thiên văn đuợc phát hiện nhờ các kĩ thuật, thiết bị, phuong pháp, phuợng tiện hiện đại. Vì thời luợng lên lớp của học phần ít nên các chuơng này đuợc biên soạn chi tiết cho sinh viên tự đọc.
Trong quá trình biên soạn không thể tránh khỏi thiếu sót. Kính mong các thầy cô đóng góp ý kiến. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi qua email: kieuthu 686@yahoo.com. Xin chân thành cảm ơn.
BÀI MỞ ĐẦU
Đối tượng của môn Thiên Văn Học
Thiên Văn Học là một ngành khoa học ra đời rất sớm, cách đây khoảng 4 ngàn năm. Thiên văn học nghiên cứu các thiên thể, những vật thể tồn tại trong bầu trời nhu Mặt Trời, sao, các hành tinh, thiên hà, sao chổi...và những qui luật chuyển động của chúng.
Nội dung nghiên cứu
Gồm 3 nội dung chính:
Phát hiện các qui luật chuyển động của các thiên thể và các hệ thiên thể nhu Mặt Trời, Mặt Trăng, các hành tinh (kể cả Trái Đất), ...
Nghiên cứu thành phần cấu tạo và bản chất vật lý cơ bản của các thiên thể.
Nghiên cứu về sự hình thành tiến hoá của các dải vật chất tồn tại trong vũ trụ.
Phương pháp nghiên cứu
Khác với các ngành khoa học khác, Thiên văn học không thể xây dựng một phòng thí nghiệm trên Trái Đất. Bởi vậy, phương pháp chủ yếu là quan trắc thiên văn.
Bằng mắt thường và chủ yếu bằng kính thiên văn người ta đã quan sát sự di chuyển của các thiên thể để phát hiện ra qui luật chuyển động của chúng.
Vào giữa thế kỉ XX, kính thiên văn vô tuyến ra đời, có thể quan sát các thiên thể vào ban ngày và không lệ thuộc vào thời tiết, vào các thập kỉ cuối thế kỉ XX, các trạm vũ trụ bay quanh Trái Đất có người làm việc mang theo kính thiên văn, đặc biệt kính thiên văn vũ trụ Hubble phóng ra năm 1990 đã phát hiện ra nhiều đối tượng thiên văn mà trên Trái Đất không thể quan sát được. Việc phóng các trạm tự động lên Mặt Trăng, Hoả Tinh, ... đã làm cho ngành khoa học thiên văn có thêm khả năng nghiên cứu mới có tính chất thực nghiệm.
Những hình ảnh mới nhất được kính thiên văn Hubble gửi về Trái Đất là các bức ảnh chụp một phần nhỏ của một trong những phần rộng lớn có thể quan sát được của tinh vân Carina Nebula trong dải Ngân hà. Đó là hình ảnh phần đỉnh của một cột, được tạo thành từ khí hidro và bụi có chiều cao tới 3 năm ánh sáng, bốc cao từ tinh vân này, đang bị hút vào vùng ánh sáng chói lọi của những ngôi sao sáng cạnh đó.
Y nghĩa của việc nghiên cứu Thiên văn học
Cho con người một thế giới quan chính xác về vũ trụ và sự tồn tại của vũ trụ.
Tìm ra nguồn gốc của vũ trụ và quá trình tiến hoá.
Nghiên cứu vũ trụ cho phép ta tìm ra các dạng tồn tại của vật chất.
Đặt biệt việc nghiên cứu thiên văn cho phép ta tìm ra các qui luật chuyển động của vũ trụ.
Một so khái niệm cư bản
Sao: là những thiên thể nóng như Mặt Trời
Hành tinh: là những thiên thể quay quanh Mặt Trời.
Vệ tinh: là những vật thể quay quanh Trái Đất quanh các hành tinh.
Thiên hà: là một quần thể sao.
PHẦN A
CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC THIÊN THẺ VÀ THIÊN VĂN CẦU Chương 1. CẤU TRÚC HỆ MẶT TRỜI
Chương này đề cập đến các nội dung:
Quá trình tìm ra Hệ Mặt Trời của loài người;
Cấu trúc của Mặt Trời: các thành viên, cấu trúc, qui luật chuyển động.
Bầu trời sao - Nhật động
Bầu trời sao - Khái niệm thiên cầu
Nhìn lên bầu trời, ta có cảm giác như vũ trụ được giới hạn bởi một vòm cầu trong suốt (trên đó có gắn các thiên thể) mà trung tâm là nơi ta đang đứng. Vòm cầu tưởng tượng này được gọi là thiên cầu.
Những đêm trời quang, bằng mắt thường ta có thể nhìn thấy được 6000 sao, đó là những ngôi sao gần Trái Đất. Bằng kính thiên văn có thể nhìn được hàng tỷ sao và hàng triệu thiên hà.
Để quan sát bầu trời, người xưa đã liên kết các ngôi sao thành chòm sao tưởng tượng hình dạng một con vật nào rồi đặt tên, chẳng hạn các chòm sao Con gấu, Thiên hậu, Tiên nữ, Tráng sỹ...Các sao trong chòm đều được kí hiệu a,p,Y,õ... Một số sao cũng được đặt tên như Thiên lang, Chức nữ (sao a trong chòm Thiên Cầm), Ngưu Lang (sao a trong chòm Thiên Ưng), Bắc cực (sao a trong chòm Tiểu Hùng)...
Nhật động
Hàng ngày ta thấy Mặt Trời, Mặt Trăng, các sao...có hiện tượng mọc ở phía Đông từ từ dịch chuyển trên bầu trời rồi lặn ở phía Tây, ta có cảm giác như toàn bộ thiên cầu đang quay quanh một trục xuyên qua nơi ta đứng. Hiện tượng này gọi là nhật động, vòng quay là vòng nhật động, có chu kì là một ngày đêm.
Trục quay tưởng tượng này cắt thiên cầu tại 2 điểm gọi là thiên cực. Những sao càng gần thiên cực có bán kính vòng quay càng nhỏ, những sao tại thiên cực
nằm yên.
Đặc điểm chuyển động biểu kiến của Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh.
Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh ngoài nhật động ra, chúng còn sự dịch chuyển đối với các chòm sao. Cách đây 2000 năm, các nhà thiên văn đã rút ra những nhận xét sau đây về vũ trụ:
Mặt Trời và Mặt Trăng từ từ dịch chuyển đối với các sao theo chiều ngược với chiều nhật động (từ Tây sang Đông). Mặt Trời dịch chuyển một vòng được khoảng 365 ngày, còn Mặt Trăng thì horn 27 ngày.
Các hành tinh nói chung cũng dịch chuyển đối với các sao theo chiều ngược với chiều nhật động nhưng cũng có thời kì chúng dịch chuyển theo chiều ngược lại nên chuyển động của chúng trên nền trời sao có dạng hình nút.
Thuỷ Tinh và Kim Tinh không bao giờ ở quá xa Mặt Trời.
Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh dịch chuyển đối với các sao theo các quỹ đạo rất gần nhau, gần như nằm trong cùng một mặt phẳng.
Hình 1.2.Chuyển động hình nút của Hoả Tinh trong các năm 1994-1995
Mô hình nhật tâm Copecnic
Vào thế kỉ thứ II, nhà thiên văn học Hy Lạp Plotêmê đã đề xuất một mô hình vũ trụ gọi là mô hình địa tâm, coi Trái Đất là trung tâm, Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh đều quay quanh nó. Mô hình này không đúng với thực tế.
Đến năm 1543, là năm cuối đời của mình, Nicolai Copecnic - nhà khoa học người Ba Lan đã cho xuất bản cuốn sách: “Về sự quay của thiên cầu”, trong đó có mô hình vũ trụ nhật tâm với nội dung chủ yếu sau:
Mặt Trời là trung tâm vũ trụ chứ không phải Trái Đất (Hình 1.3)
Các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời theo quỹ đạo tròn cùng chiều và gần như nằm trong cùng một mặt phẳng. Càng xa Mặt Trời, hành tinh có chu kì chuyển động càng lớn.
Trái Đất cũng là một hành tinh. Ngoài chuyển động quanh Mặt Trời, Trái Đất còn tự quay quanh một trục xuyên tâm, với chu kì chuyển động là một ngày đêm và cùng chiều chuyển động quanh Mặt Trời.
Mặt Trăng chuyển động tròn quanh Trái Đất (là vệ tinh của Trái Đất)
Thuỷ Tinh và Kim Tinh có quỹ đạo chuyển động bé hơn quỹ đạo Trái Đất. Từ Mặt Trời đi ra các hành tinh: Thuỷ Tinh, Kim Tinh, Trái Đất, Hoả Tinh, Mộc Tinh, Thổ Tinh, Thiên Vương Tinh, Hải Vương Tinh, Diêm Vương Tinh.
Các sao ở rất xa và cố định trên thiên cầu
Hình 1.3. Hệ nhật tâm của Copecnic
Sự khẳng định mô hình nhật tâm Copecnic
Quan sát của G.Galile (1564-1642)
Năm 1609, Galile đã chế tạo ra kính viễn vọng để quan sát thiên văn và ông đã thu được một số kết quả:
Mặt Trăng có dạng hình cầu.
Phát hiện ra 4 vệ tinh của Mộc Tinh.
Khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời lớn hơn khoảng cách từ Kim Tinh đến Mặt Trời.
Dải Ngân Hà gồm vô số các sao
Ước tính được chu kì tự quay của Mặt Trời khoảng 27 ngày.
Đây là bằng chứng thực nghiệm khẳng định sự đúng đắn của học thuyết Copecnic.
Ba định luật Keple
Keple - nhà thiên văn học và nhà toán học người Đức đã dựa trên số liệu quan trắc Hoả Tinh trong 20 năm của nhà thiên văn học Đan Mạch TikhoBrahe và các số liệu quan trắc trong nhiều năm của mình đã xây dụng nên 3 định luật nổi tiếng cho biết qui luật chuyển động của các hành tinh quanh Mặt Trời.
Định luật I (1609)
“Các hành tinh có quĩ đạo elip mà Mặt	y .
Trời ở một trong hai tiêu điểm của elip đó.”	K TT
p
r =	
1 + e cosn
với p = F2K: thông số của elip
*	►
a
Hình 1.4
Va2 -b1 . u	.
e _	_ : là tâm sai của
a
elip
a, b là bán trục lớn và bán trục nhỏ của elip
Khoảng cách từ Mặt Trời đến cận điểm C và viễn điểm V
rc = a(1 — e)
rv = a(1 + e)
Định luật II (1609)
“Bán kính vẽ từ Mặt Trời đến hành tinh quét được những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau.”
Ta có
Sị=S2=Ss nêu ti=t2=t3
Biểu thức định luật
= Const
dt
rdl „ A.
hay	= Const; với dl = rdm
■ì
2dt
vận tốc diện tích (diện tích quét được
ds r2 dm „
= ~' = Const = ổ
dt	2dt
trong một đơn vị thời gian).
Trong một số trường hợp, người ta còn viết định luật II ở dạng
Định luật III (1619)
“ Bình phương chu kỳ quay của hành tinh thì tỷ lệ với lập phương bán trục lớn của quĩ đạo”
T 2~ a3
■ì
T2 = ha
là hệ số tỷ lệ
_	4,7
với h = -—-	
G(M + m)
G(M + m)trong đó, M: khối lượng Mặt Trời;
m: khối lượng hành tinh.
Định luật III còn được phát biểu ở dạng khác:
Xét hai hành tinh có khối lượng mj và m2 thì theo định luật Keple, ta có:
T 2 _ 4^2al .
" G(M + mỹ
T 2 _	4^2a23
G(M + m2)
™2	3
X T aì v
= “3 vì M + m1 « M + m2
T2	a2
Định luật vạn vật hấp dẫn
Ta đã biết các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời còn các vệ tinh chuyển động quanh hành tinh. Vấn đề đặt ra là lực gì đã đóng vai trò là lực hướng tâm trong các chuyển động ấy? Niutơn đã khái quát và phát hiện ra một định luật chung của tự nhiên dựa trên việc nghiên cứu 3 định luật của Kepler, đó là định luật vạn vật hấp dẫn: “Lực hấp dẫn giữa hai vật tỉ lệ thuận với tích khối lượng của chúng và tỉ lệ với bình phưong khoảng cách giữa chúng”
Trong mục này ta sẽ tìm định luật vạn vật hấp dẫn từ các định luật Keple
p
r =	~	
Từ phương trình:
(1.2)
1 + ecosp r 2d(^ = C = Const dt
Phương trình động lực học: d (
mv2
—
) = Fdr;
(1.3)
với m là khối lượng hành tinh;
v là vận tốc hành tinh.
F là lực hấp dẫn của Mặt Trời tác dụng lên hành tinh
Trong hệ toạ độ cực, vận tốc v có biểu thức
2 .dr 2	2/dọ .2
v = Fr)2 + rÚ—)■'.
dt	dt
Thay (1.4) vào (1.3), ta được
m/7 T*	Z7 /71
7 Uf x 2 ..2/Uọx2-1 T2 1
— ■ d[Fr)2 + r (—r)2] = Fdr . 2 dt dt
m/7	/7	/7 /71 _	/7 F
U .Uf x 2	2/Uọ\21	T2 Ur
hay —	[Ft)2 + r 2Ft-)2] = FT-.
2 dọ dt dt	dọ
Từ (1.2) Uọ = C
dt r
(1.4)
(1.5)
(1.5a)
V dr dr dọ dr C	d z1x
và	^_ = ^_.^ = ^_.ỵ_ = _C^_ ■ (±).
dt dt dt	dt r	dọ r
Thay vào (1.5 a)
1	7 1	/'-’2	7-.
m .ụ {C ^4- (i)f+r - ‘4=F%- 2 dọ dợ r	r4	dọ
mC2 r d r d X-.2 . d , 1.. dr
■ Hr t („ )]2 + ^r: ^2)} = F -V- dọ dọ r	dọ r	dọ
-->
. {2-d(~) .-£.(1) + — (-1)} = F'U'
2	dọ r dọ2 r dọ r2	dọ
mC
-->
mC2	1	dr d2	1	2	dr	dr
—I L 2(—7) — —7 (—) 7 • —— } = F ——
2	r2	dọ	dọ	r	r3	dọ	dọ
dr
dọ	dọ
-->
mệ.. {44 (1)+1}=F.
r	dọ r r
(1.5b)
.1 I e
Từ (1.2), ta có: - = — +—cosọ.
- p
Vi phân 2 lần, ta được
-^2- (1) =
dọ r
e
—cosọ.
p
Kết hợp với (1.5b)
Đặt k = — là hăng sô	F = -k—2r.
p	
k có giá trị chung cho mọi hành tinh. Thật vậy:
Ấ 1*A.	,	'1'1 «1	..	Tab
Vận tôc diện tích mà hành tinh quét được: ơ =
T
C 1	a 4t^
--> k = — = 4t2 ^2 = ——. (theo định luật 3 Niutơn) p	Th
Lực mà hành tinh tác dụng lên Mặt Trời là F có cùng độ lớn nhưng ngược chiều với lực F:
F=-F'	kM = k'M ^km = k’M
r■ r
= — = G = Const
M m
. , Mm Mm.
F = -^—2- , F = G—Tr ',
r	r
với G = 6,67.lO-llN.m2/kg2: hăng sô hấp dẫn
Các thành viên trong hệ Mặt Trời
Mặt Trời
Ở trung tâm của hệ là vật tự phát sáng, phần sáng có dạng hình cầu gọi là
quang cầu, có đường kính 1392000km, mMT = 333000mTĐ = 1,989.1030kg.
Mặt Trời tự quay quanh một trục có chu kì tăng từ xích đạo đến hai cực với
giá trị trung bình khoảng 28 ngày.
Các hành tinh
Hệ Mặt Trời gồm có: Thủy tinh, Trái Đất, Kim tinh, Hoả tinh, Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vương tinh, Hải Vương tinh, Diêm Vương tinh.
Mặt phẳng quỹ đạo của các hành tinh gần trùng với mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất, chỉ lệch vài độ. Chỉ có quĩ đạo Thuỷ tinh ở gần Mặt Trời nhất lệch đến 70 và Diêm Vương tinh ở ngoài cùng lệch đến 170.
Tâm sai của phần lớn các hành tinh là bé nên trong nhiều trường hợp có thể xem quĩ đạo các hành tinh là đường tròn.
Các tiểu hành tinh
Hiện nay đã phát hiện ra trên 2500 tiểu hành tinh, chỉ có 4 tiểu hành tinh có kích thước lớn hàng trăm km, số còn lại có kích thước từ vài nghìn đến hàng chục km.
Sao chổi, sao băng
Sao chổi là những thiên thể nguội, có kích thước bé và chuyển động quanh Mặt Trời với quĩ đạo elip rất dẹt.
Sao băng là những vật thể nhỏ bay quanh mặt Trời trong không gian giữa các hành tinh, khi đi qua khí quyển Trái Đất thì bốc cháy và phát sáng, nếu cháy không hết thì phần còn lại sẽ rơi xuống Trái Đất nên được gọi là thiên thạch.
Các đon vị đo khoảng cách trong thiên văn
- Đơn vị thiên văn (đvtv): có độ dài bằng khoảng cách trung bình từ Trái Đất đến Mặt Trời:
1 đvtv = 1,496.10nm
Năm ánh sáng (nas): có độ dài bằng quãng đường truyền của năm ánh sáng trong chân không trong thời gian 1 năm:
1 nas = 9,460.1015m = 6,324.104đvtv
Parsec (ps): có độ dài bằng quãng đường truyền của ánh sáng trong chân không trong thời gian 1 năm: 1 ps = 3,086.1016m = 206265 đttv
CÂU HỎI ÔN TẬP
Hãy giải thích các đặc điểm chuyển động nhìn thấy của Mặt Trời, Mặt Trăng, các hành tinh và các ngôi sao theo mô hình nhật tâm Copecnic.
Trình bày ba định luật của Keple và từ ba định luật Keple thiết lập định luật vạn vật hấp dẫn của Niutơn.
Hãy giải thích bằng cách nào các pha của Kim Tinh được quan sát bởi Galileo, giúp ông khẳng định mô hình nhật tâm và bác bỏ mô hình địa tâm.
BÀI TẬP CHƯƠNG I
Đe tìm sao Bắc Cực thì người ta dựa vào chòm sao Gấu Lớn (Đại Hùng hay còn gọi là chòm Bắc Đẩu lớn) hoặc chòm sao Thiên Hậu. Sau 2 giờ quan sát vị trí các sao thì vị trí chúng thay đổi như thế nào?
Dựa vào hệ nhật tâm Copecnic, hãy giải thích hiện tượng chuyển động hình nút của các hành tinh.
Giải thích đặc điểm chuyển động nhìn thấy của thiên cầu, Mặt Trời, Mặt Trăng và của các hành tinh theo hệ nhật tâm Copecnic.
Dựa vào đặc điểm chuyển động nhìn thấy của Kim Tinh và Thủy Tinh, hãy xác định khoảng c ... ng lớn, nhiệt độ càng tăng. Đến nhiệt độ khoảng 3000K thì nó bắt đầu toả sáng, hình thành một “phôi sao” (vị trí 1 trên đường tiến hoá-hình 8.1)
Tuổi trẻ: Sự co nén tiếp tục cho đến lúc nhiệt độ ở tâm hạt nhân lên tới hàng chục triệu độ, phản ứng nhiệt hạt nhân tổng hợp hiđrô thành heli diễn ra.
Giai đoạn chính: khi năng lượng bức xạ tạo áp suất cân bằng với áp lực hấp dẫn thì Mặt Trời giữ kích thước và nhiệt độ không đổi (như hiện nay). Theo tính toán thì Mặt Trời ở trạng thái ổn định đã được 4,5 tỉ năm.
Tuổi già: khi nhiên liệu hiđrô cạn, Mặt Trời tiếp tục co, nhiệt độ ở tâm tăng dần cho đến 108K, lúc này có phản ứng biến heli thành cacbon
34 He > C + ỵ
Độ trưng tăng lên đến 104 lần. Lượng bức xạ lớn này chỉ có thể thoát ra không trung khi lớp vỏ của nó mở rộng ra đến 100 lần bán kính trước đó. Nó trở thành sao kềnh đỏ (vị trí 3). Lúc này bán kính lớn đến mức Thuỷ Tinh nằm lọt trong vỏ Mặt Trời, Trái Đất sẽ cực kì nóng, nước sẽ bốc hơi và li khai khỏi Trái Đất. Sự sống trên Trái Đất kết thúc. Tồn tại ở trạng thái kềnh đỏ khoảng 108 năm thì Mặt Trời sẽ phóng một lớp khí ra xung quanh, sản phẩm còn lại là He và H tiếp tục co lại cho đến khi bán kính R = R010-2 (có kích thước vào cỡ Trái Đất).
Kết thúc cuộc đời: khi bán kính Mặt Trời co lại bằng R = R010-2 thì áp suất bức xạ cân bằng với lực hấp dẫn, Mặt Trời không còn co nữa. Nó kết thúc cuộc đời như một sao trắt trắng (vị trí 5 trên đường tiến hoá).
Sự tiến hoá của các sao
Mỗi sao là một Mặt Trời. Tuỳ theo khối lượng mà mỗi sao kết thúc cuộc đời dưới những trạng thái khác nhau.
Những sao có khối lượng bé hơn Mặt Trời:
Chúng tiến hoá giống như Mặt Trời nhưng chậm hơn. Khối lượng càng bé thì nhiệt độ tại tâm càng thấp, quá trình tổng hợp hiđrô càng chậm, độ trưng càng bé, sao có màu gần như đỏ (có vị trí càng gần phía dưới phải của dải chính).
Với khối lượng bé hơn 0,1 khối lượng Mặt Trời thì nhiệt độ tại tâm không đủ để có phản ứng hạt nhân. Những thiên thể này luôn toả nhiệt chậm chạp và cuối cùng thành thiên thể nguội (như hành tinh).
Các sao có khối lượng lớn hơn Mặt Trời:
Nhiệt độ ở tâm của chúng lớn hơn, quá trình tổng hợp hạt nhân nhanh hơn, do đó cuộc đời ngắn hơn Mặt Trời.
Những sao có khối lượng lớn không thể kết thúc cuộc đời như Mặt Trời. Mỗi khi hết nhiên liệu hạt nhân H, He thì C trở thành nhiên liệu tiếp theo...cho đến phản ứng hạt nhân cuối cùng tạo ra sắt ở nhiệt độ 3.109K. Lúc này sao được cấu tạo bằng nhiều lớp: lớp ngoài cùng là H, tiếp theo là He, rồi đến C,O... và trong cùng là Fe. Khi không còn phản ứng hạt nhân nữa thì áp suất bức xạ không đủ để cân bằng với lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn quá mạnh, các lớp vỏ ngoài rơi dần vào tâm. một sự “sụp đổ” hấp dẫn diễn ra. Các hạt chuyển động gần nhau đến mức proton liên kết với electron trở thành nơtron, nhiệt độ lên tới 5.109K. Có hai khả năng xảy ra: hoặc là sao nổ hoặc là nơtron quay cực nhanh (punxa).
Các nơtron không phải là những quả cầu tuyệt đối cứng. Đối với các sao có khối lượng lớn hơn gấp 3 lần khối lượng Mặt Trời thì sự sụp đổ còn tiếp diễn cho đến lúc lực hấp dẫn ngăn cản cả sự bức xạ ánh sáng và sao bị tắt thành lỗ đen.
Thiên hà của chúng ta
Dải Ngân Hà
Thiên hà là một quần thể sao (Mặt Trời) và vật chất nguội.
Thiên hà của chúng ta có tên là Ngân Hà trải dọc theo một đường tròn lớn nghiêng với xích đạo trời gần 620, Thiên hà cũng có hai cực. Vào những đêm hè ta dễ dàng thấy nó in trên thiên cầu theo hướng Đông Bắc - Tây Nam, qua các chòm sao: Thiên Vương, Thiên Hậu, Thiên Nga, Nhân Mã, Con Vịt.
Mật độ sao trong Ngân Hà tăng từ ngoài vào trong. Ngân Hà gồm trên 100 tỷ sao. Mặt Trời của chúng ta là một ngôi sao nhỏ của Ngân Hà và nằm cách tâm Ngân Hà khoảng 2/3 bán kính Thiên hà, có xích kinh a = 2650, xích vĩ là ô = -290. Các sao trong Thiên hà tập trung thành hình xoắn ốc.
Vật chất trong Thiên hà
L Những đám mây bụi khí
Ngoài vật chất nóng sáng dạng sao trong Ngân Hà còn có đám bụi khí. Những đám bụi gần các sao khổng lồ thì chúng cũng sáng (do được dọi sáng). Các tính toán cho biết các đám bụi sáng chiếm 1/100 đám bụi tối.
Những đám khí khuếch tán
Các phép phân tích quang phổ cho thấy trong các Thiên hà còn có các đám bụi khí mật độ 10-21-10-23g/cm3. Các nguyên tử hidrô và các nguyên tử khác hầu như bị ion hoá nếu như chúng gần các ngôi sao nóng có nhiệt độ không dưới 25.000K.
Hidrô trung hoà, từ trường, tia vũ trụ
Phần lớn hidrô trong Thiên hà ở trạng thái trung hoà, bức xạ sóng vô tuyến bước sóng 21 cm. Nhiệt độ của các đám mây hidrô trung bình là 100K. Nhiệt độ của các đám mây ion hoá (phát sáng) lên tới 10.000K. Hidrô chiếm 2% khối lượngThiên hà, trong đó 95% ở trạng thái trung hoà.
Năm 1949 các nhà Thiên văn đã tính được từ trường của Thiên hà của chúng ta vào khoảng 10-11Tesla. Từ trường này khống chế sự khuếch tán của các đám mây bụi khí và các tia vũ trụ.
Tia vũ trụ là những dòng điện tích có năng lượng lớn (cỡ 1020 ev) nhưng không xâm nhập trực tiếp được vào Trái Đất mà bắn phá các phân tử, nguyên tử tạo thành những trận “mưa” bức xạ vũ trụ thứ cấp. Nghiên cứu tia vũ trụ người ta phát hiện ra pozitron, mezon, hiperon...
Sự chuyển động của các sao trong Thiên hà
Chuyển động riêng
Từ thời cổ, các sao đã được xem như nằm cố định trên thiên cầu. Đến thế kỷ XVIII, người ta đã phát hiện sự thay đổi vị trí của sao Thiên Lang. Rõ ràng trong vũ trụ không có đối tượng nào nằm yên.
Vì các sao ở quá xa nên người ta chỉ có thể phát hiện được sự chuyển động của chúng qua quan trắc lâu dài. Chuyển động riêng của các sao được qui ước là cung dịch chuyển hàng năm trên thiên cầu, kí hiệu là ụ (tính bằng don vị giây cung), có trị số vào cỡ một phần nhỏ của giây.
Do có chuyển động riêng nên xích kinh và xích vĩ của các sao thay đổi. Mặc dù chuyển động riêng rất bé nhưng sau hàng nghìn năm vị trí các sao trong mỗi chòm bị thay đổi đáng kể.
Việc đo chuyển động riêng của các sao như trên cũng chưa nói lên được sự chuyển động thực của các sao trong vũ trụ, bởi vì Mặt Trời cũng chuyển động trong không gian, cụ thể là chuyển động quanh tâm Thiên hà của chúng ta.
a)
b)
Hình 7.4.chòm Gấu Lớn
50000 năm trước
Hiện nay
Sau 50000 năm
Sự quay của Thiên hà chúng ta
Dựa vào vận tốc chuyển động trong không gian của các sao người ta biết Thiên hà của chúng ta quay quanh tâm của nó.
Vận tốc góc của các sao kể từ tâm Thiên hà đến Mặt Trời hầu như không đổi (nghĩa là phần trong của Thiên hà quay gần như một vật rắn) còn phần ngoài quay chậm hơn.
Các Thiên hà
Từ thế kỷ 18, Hecsen đã phát hiện thấy hàng ngàn đám mây trong vũ trụ có dạng xoắn ốc. Ngày nay người ta đã xác định được những đám mây đó là Thiên hà. Chẳng hạn Thiên hà Tiên Nữ gần giống Thiên hà của chúng ta là dạng “đĩa xoắn”, nó cách chúng ta 2 triệu năm ánh sáng.
Chỉ cần kính thiên văn bán kính vật kính 5m người ta đã chụp được khoảng một tỷ Thiên hà. Nói chung các Thiên hà đều cỡ 100 tỷ sao và đường kính khoảng 100.000 năm ánh sáng. Hơn nữa trong chúng có dạng xoắn ốc, một số khác có dạng elipxoit.
Các thuyết hình thành hệ Mặt Trời
Các thuyết được xem là hợp lý nếu thoả mãn các điều kiện sau:
Quỹ đạo của các hành tinh nằm gần như trong mặt phẳng xích đạo của Mặt Trời.
Chiều quay của Mặt Trời VƠ hầu hết các hƠnh tinh phải như nhau.
Khối lượng Mặt Trời trong hệ lƠ chiếm 99,8% (các hƠnh tinh chỉ có 0,2%), mômen động lượng của các hƠnh tinh lại chiếm 98%.
Giả thuyết của Kant (1755)
Trong sự chuyển động hỗn loạn của vật chất có sự kết dính VƠ tụ họp dưới tác dụng của lực hút VƠ lực đẩy đã tạo nên Mặt Trời VƠ các hƠnh tinh.
Giả thuyết Laplace (1796)
Hệ Mặt Trời được tạo thƠnh từ một tinh vân nóng bỏng khổng lồ quay chậm. Dưới tác dụng của lực hấp dẫn phôi sao nén lại dần VƠ quay nhanh dần (dạng một quả bƠng dẹt). ơ xích đạo khi trọng lực cân bằng Với lực ly tâm thì một VƠnh Vật chất được tách ra phôi (Mặt Trời). VƠnh nƠy nguội dần đứt ra VƠ họp thƠnh các hƠnh tinh, quá trình quay làm chúng tròn dần. Các Vệ tinh cũng được tạo ra từ các phôi hành tinh.
Giả thuyết Otto-Smit (Đức)
Mặt trời trong khi chuyển động quay quanh tâm Thiên hƠ đã bắt gặp các đám bụi Vật chất. Nếu có điều kiện thích hợp đám bụi nƠy chuyển động quanh Mặt Trời theo định luật III Keple. Chúng Va chạm nhau, toả nhiệt, tốc độ giảm dần. Các hạt lớn trở thƠnh các tâm tích tụ các hạt nhỏ VƠ tạo thƠnh các hƠnh tinh.
Big Bang
Vũ trụ được tạo ra từ một Vụ nổ VƠ Hệ Mặt Trời cũng Vậy. Vật chất bị nén đến một giới hạn nƠo đó đã gây nên một Vụ nổ lớn VƠ tạo ra tâm lƠ một hay một số sao VƠ xung quanh lƠ Vật chất dạng nguội lạnh, theo thời gian liên kết thƠnh các hƠnh tinh.
NgƠy nay, thuyết Vụ nổ lớn-Big bang được coi lƠ luận thuyết hƠng đầu Về Vũ trụ học do có lí thuyết được xây dựng chặt chẽ VƠ nhất lƠ do một số hệ quả của thuyết lại có khả năng kiểm tra được:
Theo lí thuyết thì vụ nổ ấy xảy ra cách đây 15 tỉ năm và từ đó tuổi của các thiên thể phải nhỏ hơn trị số ấy.
Cũng theo lí thuyết thì có bức xạ nén vụ trụ. Điều này đã đuợc cơ quan nghiên cứu vũ trụ NASA khẳng định trong chuơng trình nghiên cứu mang tên FIRAS khi phóng vệ tinh nhân tạo COBE tháng 11-1989.
Nhu vậy, theo quan niệm hiện nay thì vũ trụ có “khai sinh”, đang giãn nở. Câu hỏi đuợc đặt ra là vũ trụ giãn nở đến bao giờ, có chuyển sang trạng thái co lại hay không, hay nói cách khác số phận của vũ trụ sẽ nhu thế nào? Rõ ràng con đuờng nhận thức vũ trụ còn đang rộng mở.
CÁC ĐẺ TÀI SEMINAR
Sự hoạt động của Mặt Trời và mối quan hệ Mặt Trời - Trái Đất: ảnh hưởng của Mặt Trời đến các hiện tượng như bão từ, nhiễu loạn song vô tuyến...
Thiên văn học với việc giáo dục thế giới quan khoa học, chống mê tín dị đoan.
Sự hình thành và phát triển của vũ trụ.
Các thành tựu du hành và thám hiểm vũ trụ. Cơ sở khoa học và công nghệ để phóng vệ tinh nhân tạo, trạm tự động lên Mặt Trăng và các hành tinh, đưa con người vào vũ trụ...Từ vũ trụ nghiên cứu Trái Đất, đi du lịch trong vũ trụ và các công nghệ mới thực hiện trong vũ trụ.
Sự sống và sự tận cùng của các ngôi sao
Vì sao lịch hợp pháp ở nước ta là dương lịch. Phân tích các ưu, nhược điểm của dương lịch và của âm lịch hiện đang dung ở nước ta.
ứng dụng thiên văn trong khoa học và đời sống: xác định toạ độ, thời gian trên mặt đất, thiên văn với các ngành khoa học khác.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Phạm Viết Trinh, Nguyễn Đình Noãn (2005), Thiên Văn học, NXB Đại học Sư Phạm.
Phạm Viết Trinh, Nguyễn Đình Noãn (1999), Giáo trình thiên văn, NXB Giáo dục.
Nguyễn Đình Noãn (chủ biên), Phan Văn Đồng, Nguyễn Đình Huân, Nguyễn Quỳnh Lan (2008), Giáo trình Vật lý thiên văn, NXB Giáo dục.
Donat G.Wentzel, Nguyễn Quang Riệu, Nguyễn Đình Noãn, Phạm Viết Trinh, Nguyễn Đình Huân (2003), Thiên Văn Vật lý, NXB Giáo dục.
Phạm Viết Trinh (chủ biên), Phan Văn Đồng, Lê Phước Lộc (2005), Bài tập thiên văn, NXB Giáo dục.
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐÀU	2
BÀI MỞ ĐÀU	3
PHẢN A ..	.	 5
CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC THIÊN THẺ VÀ THIÊN VĂN CÀU	5
Chương 1. CAU TRÚC HỆ MẶT TRỜI	5
Bầu trời sao - Nhật động	5
Bầu trời sao - Khái niệm thiên cầu	5
Nhật động	5
Đặc điểm chuyển động biểu kiến của Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh. .. 6
Mô hình nhật tâm Copecnic	7
Sự khẳng định mô hình nhật tâm Copecnic	8
Quan sát của G.Galile (1564-1642)	8
Ba định luật Keple .	8
Định luật vạn vật hấp dẫn	10
Các thành viên trong hệ Mặt Trời	12
Mặt Trời 	 12
Các hành tinh	13
Các tiểu hành tinh	13
Sao chổi, sao băng	13
CÂU HỎI ÔN TẬP	14
BÀI TẬP CHƯỚNG I	..	.	 .	15
Chương 2. QUI LUẢT CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC THIÊN THẺ TRONG
TRƯỜNG LƯC HAP DẪN	16
Trái Đằt	16
Hệ toạ độ địa lí	16
Sự phụ thuộc của gia tốc trọng trường vào vĩ độ địa lí	17
Cách xác định khối lượng Trái Đất	18
Bài toán hai vật. Biểu thức chính xác	của ba định luật Keple	19
Suy ra định luật III Keple	19
Suy ra định luật I Keple	21
Suy ra định luật II Keple	22
Phương trình năng lượng	24
Xác định khối lượng thiên the trong hệ Mặt Trời	25
Xác định khối lượng các thiên thể	25
Xác định khối lượng Mặt Trăng	26
Vì Mặt Trăng không quá nhỏ so với Trái Đất nên	không thể lấy gần đúng:	26
Xem Mặt Trăng và Trái Đất quay quanh một khối	tâm chung 0	26
CÂU HỎI ÔN tập	...	26
Bài tập chương 2	27
Chường 3. ĐIÊU KIỆN MỌC VÀ LẶN CỦA CÁC THIÊN THẺ	28
Thiên cầu và các khái niệm trên thiên cầu	28
Định nghĩa thiên cầu	28
Các khái niệm trên thiên cầu	28
Các toạ độ trên thiên cầu	29
Hệ toạ' độ chân trời	29
Hệ toạ độ xích đạo 1	29
Hệ toạ độ xích đạo 2	30
Liên hệ giữa vĩ độ địa lí và độ cao thiên cực	30
Điều kiện mọc và lặn của các thiên the	30
Ở vĩ độ trung gian	31
Sự biến thiên toạ độ của thiên the do nhật động	32
Sự biến thiên của độ cao và độ phương của thiên thể	32
Sự biến thiên của góc giờ t	32
CÂU HỎI ÔN TẬP	...	33
Bài tập chương 3	34
Chường 4. BóN mua - THỜI GIAN - LỊCH	35
Chương này sẽ đe cập đen nguyên nhân gây ra bon mùa: xuân, hạ, thu, đông; trình bày các nguyên tắc đe xây dựng lịch, hệ thong tính giờ.	35
Đặc điểm tự quay và chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời	35
Đặc điểm tự quay của Trái Đất	35
Chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời	35
Sự biến thiên toạ độ xích đạo của Mặt Trời. Bon mùa: xuân, hạ, thu, đông .... 36
Sự biến thiên toạ độ xích đạo của Mặt Trời	36
Bốn mùa và đới khí hậu	36
 Ngày Mặt Trơi thực	38
Giờ múi, giờ quốc te	39
Đường đổi ngày	39
Nguyên tắc xây dựng lịch. Dương lịch, âm dương lịch	40
Dương lịch	40
Âm lịch	41
CÂU HỎI ÔN TẬP	42
Bài tập chương 4	 43
Chường 5. TUAN TRĂNG -NHẬT NGUYỆT THựC -THUỶ TRIÈU	44
Chuyển động của Mặt Trăng - Chu kỳ tuần trăng	44
Chuyển động của Mặt Trăng - Các pha của Mặt Trăng	44
Chuyển động của Mặt Trăng quanh Trái Đất:	45
Chu kỳ tuần trăng. Tháng giao hội	45
Nhật nguyệt thực	46
Nhật thực	46
Nguyệt thực	46
Chu kỳ nhật nguyệt thực	47
Thuỷ triều	47
Định nghĩa	47
Giải thích hiện tượng thuỷ triều	47
CÂU HỎI ÔN TẬP	49
PHÀN B 	 50
THIÊN VĂN VẬT LÍ 	... 	50
Chương 6. PHỪƠNG PHÁP THIÊN VĂN VẬT LÍ	50
Các định luật bức xạ nhiệt	50
Định luật dịch chuyển Wien	50
Định luật Steafan Boltzmann	50
Quang phổ vạch và ứng dụng của nó	50
Xác định thành phần cấu tạo	50
Hiệu ứng Zeeman. Xác định từ trường	51
Hiệu ứng Dopple. Xác định tốc độ chuyển động	51
Chương 7. VẬT LÍ CÁC thiên thẻ TROnG hệ Mạt trời	53
Mặt trời 	 53
Các số liệu về Mặt Trời	53
Hằng số Mặt Trời, Độ trưng	53
Nhiệt độ của Mặt Trời	53
Nguồn gốc năng lượng Mặt Trời	54
Cấu tạo của Mặt Trời	58
Sự hoạt động của Mặt Trời	59
Các hành tinh lớn	60
Tổng quan về các hành tinh lớn	60
Trái Đất	61
Các hành tinh nhóm Trái Đất	64
Các hành tinh nhóm Mộc Tinh	66
Một so vệ tinh. Tiểu hành tinh. Sao chổi-Sao băng-Thiên thạch	67
Mặt Trăng	67
Vệ tinh IO của Mộc Tinh	68
Các vệ tinh của Hoả Tinh	68
Các tiểu hành tinh	69
Sao chổi	69
Sao băng, thiên thạch	70
Chương 8. CÁC SAO - THIÊN HÀ	71
Xác định các đại lượng đặc trưng của các sao	71
Xác định bán kính	71
Xác định khối lượng	71
Hoạ đồ quang phổ. Độ trưng	72
Các sao biến quang	74
Punxa	75
Lỗ đen	76
Sự tiến hoá của các sao	77
Thiên hà của chúng ta	79
Dải Ngân Hà	79
Vật chất trong Thiên hà	79
Sự chuyển động của các sao trong Thiên hà	80
Các Thiên hà	81
Các thuyết hình thành hệ Mặt Trời	81
Giả thuyết của Kant (1755)	82
Giả thuyết Laplace (1796)	82
Giả thuyết Otto-Smit (Đức)	82
 Big Bang	82
CÁC ĐÈ TÀI SeMiNAR	84
TÀI LIỆU THAM KHẢO	85