Giáo trình Địa lí tự nhiên đại cương (Trái đất và thạch quyển)
210 trang
4160
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Địa lí tự nhiên đại cương (Trái đất và thạch quyển)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tài liệu đính kèm:
- giao_trinh_dia_li_tu_nhien_dai_cuong_trai_dat_va_thach_quyen.pdf
Nội dung text: Giáo trình Địa lí tự nhiên đại cương (Trái đất và thạch quyển)
- TRƯ NG ð I H C QUY NHƠN KHOA ð A LÍ GIÁO TRÌNH ð A LÍ T NHIÊN ð I CƯƠNG (TRÁI ð T VÀ TH CH QUY N) Ngư i biên so n: Nguy n H u Xuân Phan Thái Lê Quy Nhơn 2010
- L I NĨI ð U Giáo trình ð a lý t nhiên đ i cương (Trái đ t Th ch quy n) đư c biên so n d a trên nhi u tài li u, giáo trình như đã xu t b n như Cơ s ð a lý t nhiên t p 1, t p 2 (Lê Bá Th o ch biên), ð a hình b m t trái đ t (ð Hưng Thành, Phùng Ng c ðĩnh) và nhi u ngu n tư li u cĩ liên quan m t s trư ng đ i h c, cao đ ng c a nư c ta. Giáo trình cũng c p nh t nh ng n i dung m i trong nhi u tài li u nư c ngồi như The Earth An Introduction to Physical Geology (Edward J. Tarbuk và Frederick K. Lutgens), Physical Geology Exploring The Earth (James Monroe và Reed Wicander) N i dung giáo trình đư c chúng tơi biên t p nh m đáp ng hai yêu c u sau: Cung c p lư ng ki n th c cơ b n, c n thi t cho sinh viên v Trái đ t, Th ch quy n đ a hình b m t trái đ t, làm cơ s đ h c t t các mơn h c khác và v n d ng ki n th c đã h c vào th c ti n cu c s ng. Giáo trình ph i g i m cho ngư i h c nh ng hư ng suy nghĩ, cách gi i quy t v n đ thơng qua h th ng ki n th c và nh ng ví d th c ti n theo t ng n i dung c a giáo trình. N i dung c a giáo trình ð a lý t nhiên đ i cương đư c c u trúc như sau: Ph n 1: Trái đ t. Ph n này cung c p nh ng ki n th c v Trái đ t, Vũ tr , v n đ ng c a Trái đ t và h qu đ a lý c a các v n đ ng đĩ. Biên so n: ThS Phan Thái Lê. Ph n 2: Th ch quy n đ a hình b m t Trái đ t. Ph n này đ c p đ n nh ng khái ni m chung v th ch quy n, đ a hình; Cung c p ki n th c cơ b n v đ c đi m hình thái và quá trình hình thành nh ng d ng đ a hình chính trên Trái đ t. Biên so n: TS Nguy n H u Xuân. M c dù đã c g ng nhi u đ n i dung giáo trình đáp ng đư c yêu c u c a ngư i h c nh m nâng cao ch t lư ng đào t o, song ch c ch n khơng tránh kh i nh ng thi u sĩt. Nhĩm tác gi r t mong nh n đư c s ch b o c a các nhà khoa h c, b n bè đ ng nghi p và nh ng đĩng gĩp c a các b n sinh viên khi s d ng tài li u này. Nhĩm tác gi 1
- M C L C PH N I: TRÁI ð T 5 Chương 1. VŨ TR VÀ H M T TR I 5 1.1. M t s gi thuy t v s hình thành Vũ tr 5 1.1.1. Các quan ni m v Vũ tr 5 1.1.2. M t s thuy t v ngu n g c Vũ tr 5 1.1.3. Các mơ hình Vũ tr 6 1.1.4. S hình thành các thiên hà và h Ngân hà 8 1.1.5. Hi n t ư ng gi ãn n Vũ tr 9 1.2. Các gi thuy t v s h ình thành H M t Tr i v à Trái ð t 10 1.2.1. Gi thuy t Căng Láplátxơ (Kant – Laplace) 10 1.2.2. Gi thuy t c a Jinx ơ (Jeans) 10 1.2.3. Gi thuy t c a Ơttơ Smít (Otto Smith) 11 1.3. K t lu n khoa h c rút ra t các gi thuy t 13 1.4. H M t Tr i 13 1.4.1. ð c đi m chung c a H M t Tr i 13 1.4.2. M t Tr i 17 1.4.3. Các hành tinh và v tinh 21 1.4.4. Ti u h ành tinh – thiên th ch v à sao ch i 28 Chương 2. H ÌNH D NG, KÍCH TH Ư C, KH I L Ư NG, CÁC V N ð NG 34 C A TRÁI ð T VÀ NH NG H QU ð A LÝ 2.1. Hình d ng c a Trái ð t 34 2.1.1. Nh ng quan ni m v hình d ng c a Trái ð t 34 2.1.2. Hình d ng th c c a Trái ð t 36 2.1.3. H qu v hình d ng, kích thư c, kh i lư ng c a Trái ð t 37 2.2. Các v n đ ng c a Trái ð t và h qu đ a lí 42 2.2.1. V n đ ng t quay quanh tr c 43 2.2.2. V n đ ng quay quanh M t Tr i 49 2.2.3. S v n đ ng c a h th ng Trái ð t – M t Trăng v à h qu c a v n đ ng 59 Chương 3: C U TRÚC BÊN TRONG VÀ M T S ð C ðI M C A TRÁI ð T 68 3.1. C u trúc các l p b ên trong c a Trái ð t 68 3.1.1. V Trái ð t 68 3.1.2. Bao manti 69 3.1.3. Nhân Trái ð t 69 3.2. Các gi thuy t v s chuy n th v t ch t trong lịng Trái ð t 70 3.2.1. Gi thuy t v thành ph n hĩa h c khơng đ ng nh t 70 3.2.2. Gi thuy t v s chuy n th c a v t ch t 70 3.3. M t s tính ch t lý hĩa c a Trái ð t 71 3.3.1. Tr ng l c tr ên b m t Trái ð t 71 3.3.2. T tr ư ng c a Trái ð t 71 3.3.3. Nhi t b ên trong Trái ð t 72 3.3.4. Thành ph n hĩa h c c a Trái ð t 73 3.4. S phân b l c đ a và đ i dương trên Trái ð t 73 3.4.1. ð i dương 73 3.4.2. L c đ a và châu l c 73 3.4.3. ð c đi m phân b các l c đ a và đ i dương trên Trái ð t 74 Ph n th c hành 77 Tài li u tham kh o 78 PH N II: ð A H ÌNH B M T TRÁI ð T 79 Chương 4: NH NG KHÁI NI M C Ơ B N V TH CH QUY N V À ð A H ÌNH 79 4.1. Th ch quy n 79 2
- 4.1.1. Th ch quy n đ ng nghĩa v i khái ni m v Trái đ t 79 4.1.2. Th ch quy n l à ph n c ng ngo ài cùng c a Trái đ t 80 4.1.3. Thành ph n v t ch t và ngu n g c c a th ch quy n 81 4.2. ð a hình 83 4.2.1. Khái ni m 83 4.2.2. D ng đ a hình và y u t đ a hình 83 4.2.3. Hình thái đ a hình 84 4.2.4. Quá trình hình thành đ a hình 84 4.2.5. Tu i đ a h ình 86 4.2.6. Phân lo i ð a h ình 86 Bài nghiên c u: Ý ngh ĩa c a vi c nghi ên c u đ a h ình 89 Tài li u tham kh o 90 Câu h i 90 Chương 5: ð A HÌNH KI N T O 92 5.1. Khái ni m và kích thư c c a đ a hình ki n t o 92 5.2. Tu i và đi u ki n thành t o c a đ a hình ki n t o 93 5.3. ð a hình mi n núi 93 5.3.1. Khái ni m mi n núi 93 5.3.2. M t s d ng đ a h ình mi n núi c ơ b n 94 5.3.3. Quá trình hình thành đ a h ình mi n núi 96 5.3.4. Các mi n núi tr 96 5.3.5. Mi n núi tái sinh 97 5.3.6. ð a hình núi l a 98 5.3.7. nh hư ng c a các quá trình ngo i sinh trong vi c hình thành mi n núi 101 5.4. Mi n đ ng b ng 102 5.4.1. Khái ni m đ ng b ng và mi n đ ng b ng 102 5.4.2. Phân lo i đ ng b ng 103 5.4.3. Tính phân đ i theo chi u ngang c a đ a hình đ ng b ng 104 5.4.4. Trung du 104 Bài nghiên c u: ð c đi m đ a h ình và n ăng lư ng đ a h ình vùng núi Tây B c Vi t Nam 104 Tài li u tham kh o 108 Câu h i 109 Chương 6: ð A HÌNH BĨC MỊN, B I T 110 6.1. Khái ni m chung 111 6.1.1. ð nh nghĩa 111 6.1.2. Nhân t tác đ ng và các quá trình 111 6.2. ð a hình do quá trình sư n hình thành 113 6.2.1. Khái ni m chung 113 6.2.2. Nh ng nguy ên nhân gây nên chuy n đ ng 113 6.2.3. Các y u t nh h ư ng đ n s chuy n đ ng 114 6.2.4. Các ki u di chuy n 115 6.2.5. S phân t ng c a các quá tr ình s ư n 118 6.2.6. Ngu n g c phát sinh và quá trình phát tri n c a sư n 119 Bài nghiên c u: Th m h a trư t l đ t Guinsaugon Philippines năm 2004 121 6.3. ð a hình do dịng nư c t o thành 123 6.3.1. Khái quát chung v đ a hình dịng nư c t o thành 124 6.3.2. ð a hình do dịng ch y t m th i t o thành 124 6.3.3. ð a hình do dịng ch y thư ng xuyên t o thành 127 Bài nghiên c u: Hi n t ư ng xâm th c gi t l ùi c a thác Niagara (B c M ) 130 Bài nghiên c u: S bi n đ i c a châu th Mississippi (B c M ) 141 6.4. ð a h ình Karst 143 3
- 6.4.1. Các quá trình và đi u ki n h ình thành, phát tri n đ a h ình cacxt ơ 144 6.4.2. Các đ c đi m th y văn v à đ a ch t th y văn 144 6.4.3. Các d ng đ a hình cacxtơ trên m t 148 6.4.4. Các d ng đ a hình cacxtơ ng m 149 6.4.5. Quá trình phát tri n c a c nh quan cacxtơ và các ki u caxtơ 153 Bài nghiên c u: H th ng hang đ ng Phong Nha, K Bàng Vi t Nam 155 6.5. ð a hình băng hà 157 6.5.1. Băng hà mi n núi 157 6.5.2. Băng hà đ i l c 160 6.6. ð a h ình các mi n khí h u khơ h n 160 6.6.1. ð c đi m mi n khí h u khơ h n 164 6.6.2. ð a h ình hình thành do giĩ 165 6.6.3. ð a hình do phong hĩa 167 6.6.4. Các ki u hình thái hoang m c 167 6.7. ð a hình mi n b bi n 167 6.7.1. M t s khái ni m liên quan đ n đ a hình mi n b bi n 169 6.7.2. Các nhân t và quá trình hình thành đ a hình mi n b bi n 177 6.7.3. Các d ng đ a hình b bi n 179 6.7.4. Phân lo i đ a h ình b bi n 182 Bài nghiên c u: G ành ðá ð ĩa Phú Yên, m t d ng đ a h ình ven bi n đ c đáo 182 Tài li u tham kh o 183 Câu h i 183 Chương 7: ð A HÌNH ðÁY ð I DƯƠNG 183 7.1. Các quá trình hình thành đ a hình đáy đ i dương 184 7.2. Nh ng d ng đ a hình cơ b n c a đáy đ i dương 185 7.2.1. Rìa l c đ a ng p nư c 186 7.2.2. ð i chuy n ti p c a đáy đ i dương 187 7.2.3. H th ng núi ng m đ i dương 188 7.2.4. Lịng đ i d ương 188 7.2.5. So sánh đ a h ình đáy đ i d ương v i đ a h ình l c đ a 191 Bài nghiên c u: H th ng núi ng m đ i d ương 191 Tài li u tham kh o 192 Câu h i 192 PH N III: M T S THU T NG LIÊN QUAN PH N TRÁI ð T 193 4
- PH N I: TRÁI ð T Chương 1. VŨ TR VÀ H M T TR I 1.1. M t s gi thuy t v s hình thành Vũ tr 1.1.1. Các quan ni m v Vũ tr T khi lồi ngư i xu t hi n, Vũ tr đã tr thành m t b c màn bí n ch a đ ng nhi u đi u mà xã h i lồi ngư i mu n khám phá, gi i thích. Vi c tìm hi u v ngu n g c Vũ tr đã đư c con ngư i quan tâm t r t s m. m i qu c gia, khu v c, tơn giáo l i cĩ m t cách hi u khác nhau v Vũ tr . Vì v y, đã cĩ nhi u quan ni m v Vũ tr như sau: Theo tri t h c Phương Tây, Vũ tr đư c hi u là: “ Tồn b th gi i hi n h u mà con ngư i nh n th c đư c ”. Theo tri t h c Phương ðơng, Vũ tr đư c quan ni m là: “T phương, thư ng h vi t vũ, vãng c lai kim vi t tr ”. Cĩ nghĩa: b n phương, trên dư i là Vũ, t c đ n nay là Tr . V y, cĩ th hi u Vũ tr là khơng gian và th i gian, đây là hai y u t vĩnh c u. Trong Thiên văn h c cĩ hai trư ng phái quan ni m khác nhau v Vũ tr . M t trư ng phái cho r ng “Vũ tr là vĩnh c u, vơ th y, vơ chung” nghĩa là Vũ tr t n t i mãi mãi và khơng cĩ m đ u cũng như khơng cĩ k t thúc; trư ng phái cịn l i quan ni m “Vũ tr khơng ph i là vĩnh c u. Nĩ cũng cĩ quá trình sinh ra, phát tri n và t tiêu di t”. Theo trư ng phái này Vũ tr đư c t o ra t m t đi m “kỳ d ” h t s c nh cách đây kho ng 15 t năm, sau m t v n l n (Big bang). Trong hai quan ni m trên, quan ni m sau cĩ nhi u cơ s khoa h c đang đư c ch ng minh, đ c bi t là s phát hi n ra hi n tư ng giãn n c a Vũ tr đang di n. Ngày nay, Vũ tr đư c hi u là “kho ng khơng gian bao la mà chúng ta nh n th c đư c, trong đĩ cĩ tồn b các thiên th , k c H M t Tr i và Trái ð t ”. Cùng v i cách hi u tương t : “Vũ tr là tồn b h th ng khơng th i gian trong đĩ chúng ta đang s ng, ch a tồn b v t ch t và năng lư ng”. Như v y, Vũ tr là m t cái gì đĩ r t r ng l n, khơng cĩ gi i h n c v khơng gian và th i gian. Trong kho ng khơng gian bao la đĩ cĩ s t n t i c a các thiên th luơn luơn v n đ ng. Các thiên th đĩ đư c phân chia thành các lo i: sao, hành tinh, v tinh, ti u hành tinh, sao ch i, thiên th ch, tinh vân 1.1.2. M t s thuy t v ngu n g c Vũ tr Talet (Thales VII VI trư c CN) nhà Tốn h c, Tri t h c Hy L p cho r ng nư c là nguyên t cơ b n c a Vũ tr , nư c luơn v n đ ng nhưng trư c sau khơng thay đ i và do đĩ hịa tan m i v t. B i v y nư c là ngu n g c c a Vũ tr . Anaximăngđrơ (Anaximangdre 611 547 trư c CN) nhà Tri t h c Hy L p cho r ng ngu n g c c a Vũ tr là vơ c c. Vũ tr chia thành 2 m t như khơ và ư t, nĩng và l nh, r i k t h p v i nhau ph c t p mà thành m i v t như đ t, nư c, khơng 5
- khí, l a ð ng th i ơng cho r ng Vũ tr khơng ng ng phát tri n, khơng ng ng hình thành, khơng ng ng s n sinh ra nh ng v t m i. Arixtơt (Aristote 384 322 trư c CN) nhà Tri t h c Hy L p vĩ đ i tin r ng Vũ tr đư c t o nên b i s v n đ ng c a 4 y u t ban đ u: ð t, nư c, khơng khí và l a. M i chuy n đ ng và bi n đ i c a Vũ tr cĩ th đư c gi i thích trên cơ s v n đ ng c a các y u t này. Thuy t Ngũ hành: Theo Tri t h c c Trung Hoa, t t c v n v t đ u phát sinh t 5 nguyên t cơ b n và luơn luơn tr i qua 5 tr ng thái đư c g i là: M c, H a, Th , Kim và Th y. 5 tr ng thái này đư c g i là Ngũ hành (khơng ph i là v t ch t như cách hi u đơn gi n theo nghĩa đen trong tên g i c a chúng mà đúng hơn là cách quy ư c c a ngư i Trung Hoa c đ i đ xem xét m i tương tác và quan h c a v n v t). Thuy t v khí: Coi sinh khí nguyên th y là cơ s hình thành Vũ tr . Theo thuy t này thì ph n nh và trong su t c a khí là “nguyên th dương” t c là tr i, ph n đ c và n ng c a khí là “nguyên th âm” t c là đ t. Âm và dương tương tác t o thành v n v t. T nh ng quan ni m trên, chúng ta th y m i tơn giáo, tín ngư ng, th i đ i và khu v c l i cĩ nh ng quan ni m khác nhau v Vũ tr , nhưng đ n khoa h c hi n đ i ngày nay đã ch ra r ng nh ng quan ni m đĩ cịn r t mơ h và cĩ ít cơ s khoa h c. ð n đ u th k XX m t thuy t m i v Vũ tr ra đ i đĩ là thuy t Big bang, thuy t này đã nhanh chĩng đư c nhi u ngư i quan tâm. Thuy t Big bang (V n l n): Theo nhà v t lý thiên văn và tốn h c G.Le Maitre (ngư i B 1927) thì: Vũ tr là “Tr ng Vũ tr ”, “Tr ng” này là m t nguyên t nguyên th y, ch a đ ng tồn b v t ch t b nén ép trong m t khơng gian c c kỳ nh bé, nên nĩ đ m đ c và nhi t đ vơ cùng cao. Nĩ tr ng thái khơng n đ nh và đ t nhiên t o ra m t v n vĩ đ i vào kho ng 13,7 ± 0,2 t năm trư c đây. V n đã làm cho v t ch t b n tung ra t phía, t o nên nh ng đám khí và b i kh ng l . Hàng t năm sau khi nhi t đ gi m thì ánh sáng m i xu t hi n, r i hàng t năm sau nh ng đám khí và b i m i d n d n co l i dư i tác đ ng c a l c h p d n, chúng t quay và cu n xốy lên, t o thành nh ng thiên hà hình xo n c v i vơ vàn h sao. Thuy t Big bang m ra m t cách ti p c n m i trong nghiên c u Vũ tr và đã đư c nhi u nhà khoa h c hư ng ng r ng rãi. Hi n nay, thuy t này đang đư c ki m nghi m và đã cĩ nh ng cơ s khoa h c đ u tiên, đ c bi t là b ng c máy gia t c kh ng l đư c đ t biên gi i gi a Th y S và Pháp. 1.1.3. Các mơ hình Vũ tr 1.1.3.1 . Mơ hình Vũ tr ð a tâm c a Clơt Ptơlêmê (Claude Ptolêmée) Clơt Ptơlêmê (100 – 170 sau CN), nhà tốn h c, thiên văn h c Hy L p đã đưa ra mơ hình Vũ tr ð a tâm đ gi i thích đ c đi m chuy n đ ng c a các thiên th . 6
- Clơt Ptơlêmê cho r ng Trái ð t Th tinh là trung tâm Vũ tr . Vũ tr b gi i h n M c tinh b i m t m t c u ch a các ngơi sao c đ nh, m t c u quay xung quanh m t tr c qua tâm Trái ð t. M t Tr i, M t M t trăng Trăng và các hành tinh quay xung Th y tinh H a tinh quanh Trái ð t. Ngư i Hy L p c đ i Trái đ t và các nhà tri t h c th i Trung C Kim tinh thư ng quy mơ hình ð a tâm đi cùng M t tr i v i Trái ð t hình c u. Vì th nĩ khơng gi ng v i mơ hình Trái ð t ph ng t ng đư c đưa ra trong m t s th n tho i. Hình 1.1. Mơ hình Vũ tr c a C. Ptơlêmê Ptơlêmê Mơ hình Vũ tr ð a tâm khơng th hi n đúng b n ch t c a Vũ tr , nhưng l i phù h p v i hi n tư ng quay nhìn th y c a b u tr i. B i hàng ngày chúng ta th y M t Tr i, các vì sao c m c phía đơng đi qua đ u chúng ta r i l i l n phía tây, hi n tư ng này là do chúng ta đ ng trên Trái ð t đang quay quanh tr c r t nhanh theo hư ng t tây qua đơng nhìn v các thiên th khác g n như đ ng yên. Vì v y, cĩ c m nh n như là các thiên th đang quay quanh chúng ta ch khơng ph i chúng ta đang quay (hi n tư ng này gi ng như chúng ta ng i trên tàu h a nhìn qua c a kính khi tàu ch y, ta th y m i v t ch y ngư c l i v i chúng ta ch khơng ph i tàu ch y). M t th c t là th i b y gi chưa cĩ m t quan ni m hay ch ng minh nào v hi n tư ng quay c a Trái ð t. Ngồi ra, mơ hình này cịn phù h p v i giáo lý c a nhà th , nên đư c Giáo h i b o v . Vì v y, đã chi ph i n n thiên văn h c châu Âu trong su t 14 th k , mãi t i th i kỳ Ph c hưng thuy t này m i b đánh đ b i thuy t Nh t tâm c a Cơpecnic. 1.1.3.2. Mơ hình Vũ tr Nh t tâm c a N. Cơpecnic (N.Copernic 1473 – 1543) Mơ hình Vũ tr Nh t tâm c a H a tinh N.Cơpecnic ra đ i vào năm 1543. Mơ hình cho r ng M t Tr i n m yên trung tâm Vũ tr , các hành tinh chuy n đ ng quanh M t Tr i trên các qu đ o trịn. Trái ð t quay quanh tr c c a nĩ trong Th y tinh khi chuy n đ ng quanh M t Tr i. tinh M t tr i Mơ hình này đã mơ t đúng v c u trúc c a H M t Tr i, ngư i ta đã M t trăng gi i thích m t cách d dàng các đ c tr tra ng Kim tinh đi m chuy n đ ng nhìn th y c a các thiên th . Tuy nhiên, ngày nay chúng ta Trái đ t chưa th xác đ nh đư c trung tâm c a Vũ tr n m đâu, qu đ o chuy n đ ng Hình 1.2. Mơ hình Vũ tr c a N. Cơpecnic 7
- c a hành tinh quanh M t Tr i khơng ph i là qu đ o trịn. Nhưng mơ hình Vũ tr Nh t tâm đã đánh d u bư c ngo t trong nh n th c c a con ngư i v Vũ tr và đư c coi là cu c cách m ng khoa h c k thu t l n th nh t c a lồi ngư i. Hình 1.3. Hình dáng Vũ tr qua ch p WMAP v b c x phơng vi sĩng Vũ tr 1.1.4. S hình thành các thiên hà và h Ngân hà Ngư i ta cho r ng, sau khi Vũ tr hình thành, m t đ v t ch t trong Vũ tr khơng đ ng đ u. Nơi cĩ năng lư ng và v t ch t t p trung đã hình thành nh ng đám mây nguyên th y cĩ kh i lư ng c c l n, là m m m ng sinh ra nh ng t p h p cĩ hàng ch c, hàng trăm t ngơi sao. S t p h p c a các ngơi sao l i thành t ng nhĩm l n đĩ là các thiên hà, Vũ tr cĩ hàng trăm t thiên hà cĩ kích thư c c c l n, đư ng kính cĩ th t i hàng v n năm ánh sáng (1 năm ánh sáng = 9, 4760. 10 15 m). Cho đ n nay, nh s d ng kính thiên văn đi n t hi n đ i, ngư i ta đã phát hi n ra r t nhi u thiên hà. D a vào đ c đi m v hình d ng, các thiên hà đư c chia thành 3 nhĩm: Nhĩm các thiên hà hình trịn ho c elíp Chi m 60% t ng s các thiên hà trong Vũ tr , các thiên hà này cĩ kích thư c to nh khác nhau (kh i lư ng và kích thư c giao đ ng t 3000 – 500.000 năm ánh sáng), cĩ nh ng thiên hà cĩ kh i lư ng l n g p Ngân hà hàng trăm l n, nhưng cũng cĩ nh ng thiên hà nh ch b ng 1/10.000 kh i lư ng Ngân Hà. Nhĩm các thiên hà d ng xo n c Chi m kho ng 30% t ng s các thiên hà, hình d ng gi ng chi c mâm trịn, d t, chính gi a cĩ m t lõi sáng và xung quanh là nh ng cánh tay xo n c. H thiên hà c a chúng ta cũng là d ng xo n c, cĩ đư ng kính kho ng 100.000 năm ánh sáng và dày hàng nghìn năm ánh sáng. Nĩ ch a kho ng 3×10 11 (300 t ) ngơi sao, nhưng b ng m t thư ng ch nhìn th y kho ng 6000 sao. Ngân hà cĩ t ng kh i lư ng kho ng 6×10 11 (600 t ) l n H M t Tr i. Vì cĩ d ng xo n c nên nhìn ngang gi ng như m t chi c đĩa (hay th u kính). ðêm đêm nhìn lên b u tr i vào nh ng ngày b u tr i trong sáng, chúng ta thư ng th y cĩ m t d i sáng 8
- bàng b c v t ngang tr i. ðĩ là nh ng cánh tay xo n c c a Ngân hà, nơi t p trung hàng t ngơi sao nên ánh sáng c a nĩ ph n x qua nhau. Do v y, ngư i ta g i là Ngân hà (dịng sơng b c). H thiên hà c a chúng ta vì th cĩ tên là H Ngân Hà. Trong H Ngân Hà, H M t Tr i ch là m t b ph n r t nh n m trên m t cánh tay xo n c, cách trung tâm kho ng 27.700 năm ánh sáng và H M t Tr i ph i m t kho ng 226 tri u năm đ hồn thành m t chu kỳ quay chung quanh tâm c a H Ngân Hà (th i gian đĩ g i là “năm thiên hà”) và như v y nĩ đã hồn thành kho ng 25 vịng quay xung quanh tâm H Ngân Hà k t khi nĩ hình thành đ n nay. V n t c qu đ o c a H M t Hình 1.4. Thiên hà xo n c Ngân Hà Tr i như v y đ t 217 km/s. Nhĩm các thiên hà d ng tinh vân Cĩ s lư ng ít nh t, ch gi ng như nh ng đám mây sáng cĩ kích thư c to nh khác nhau trên b u tr i. Hình 1.5. Thiên hà nhìn gi ng như đám mây 1.1.5. Hi n tư ng giãn n Vũ tr Năm 1929 nhà thiên văn ngư i M Hơpbơn (Hubble) trong khi quan sát các thiên hà trong Vũ tr đã phát hi n ra s thay đ i kho ng cách c a 24 thiên hà đã đư c đo tính k t trư c, đĩ là các thiên hà đ u r i ra xa nhau, t c đ r i xa c a chúng t l thu n v i kho ng cách đ n ngư i quan sát. ðĩ là hi n tư ng r i ra xa nhau c a các thiên hà và m r ng kho ng cách gi a chúng, t c đ chuy n đ ng r i xa và m r ng kho ng cách gi a chúng t l thu n v i c ly gi a chúng v i chúng ta và gi a chúng v i nhau (tuân theo đ nh lu t Hubble), đi u này ch ng t Vũ tr đang giãn n . 9
- Hi n các thiên hà v n ti p t c giãn n , cĩ l cịn giãn n cho đ n m t lúc nào đĩ l c đ y ra phía ngồi b l c h p d n tri t tiêu, lúc đĩ s co l i và b ép trong m t kho ng khơng gian nh h p s làm chúng bùng n tr l i. 1.2. Các gi thuy t v s hình thành H M t Tr i và Trái ð t ðã t lâu, ngư i ta luơn tìm cách đ gi i thích v ngu n g c H M t Tr i, cũng vì v y đã cĩ r t nhi u gi thuy t ra đ i gi i thích v ngu n g c H M t Tr i. Nhưng v i kh năng hi u bi t và trình đ nh n th c c a t ng th i kỳ khác nhau, nên đã đưa ra nhi u gi thuy t khác nhau v ngu n g c H M t Tr i. Trong đĩ, tiêu bi u cĩ các gi thuy t: 1.2.1. Gi thuy t c a Căng Láplátxơ (Kant – Laplace) Năm 1755 nhà Tri t h c Căng ngư i ð c (Immanuel Kant) d a vào cơ s lý thuy t c a mơn cơ h c đ gi i thích s hình thành và ngu n g c chuy n đ ng c a các thiên th . Theo ơng, M t Tr i và các hành tinh hình thành t m t đám mây b i Vũ tr dày đ c, cĩ th là ch t khí và cũng cĩ th là ch t r n tr ng thái ngu i l nh. V t ch t g n M t Tr i, do s c hút va ch m nhau và sinh ra v n đ ng xốy c hình thành các vành v t ch t đ c quay xung quanh M t Tr i. Sau đĩ, ph n l n kh i lư ng c a m i vành k t t l i thành m t kh i c u, đĩ là các hành tinh; cịn ph n nh t o thành v tinh. Vì v y, Căng đã t ng nêu ý nghĩ “hãy cho tơi v t ch t tơi s xây d ng nên th gi i”. Năm 1824 nhà Tốn h c, Thiên văn h c Láplátxơ (ngư i Pháp) đã xây d ng gi thuy t m i d a trên cơ s gi thuy t c a Căng g i là gi thuy t Căng Láplátxơ. Theo Láplátxơ, các hành tinh đư c hình thành t m t kh i khí lỗng nĩng b ng, quay nhanh xung quanh M t Tr i. Các v t ch t này ngày càng quay ch m l i và ngu i l nh, đơng đ c sinh ra v n đ ng xốy c và cũng hình thành các vành v t ch t đ c quay xung quanh M t Tr i. Quá trình hình thành hành tinh, v tinh tương t v i gi thuy t Căng. Gi thuy t c a Căng Láplátxơ đã gi i thích đư c c u trúc cơ b n c a H M t Tr i. Tuy nhiên, đ n th k XIX gi thuy t đã b c l m t s h n ch vì khơng tr l i đư c t i sao cĩ m t s v tinh (11 V tinh) c a M c, Th , Thiên Vương tinh cĩ chi u quay ngư c v i chi u quay chung c a h , t i sao m t ph ng xích đ o và m t ph ng qu đ o c a 5 v tinh thu c Thiên Vương tinh đ u vuơng gĩc v i m t ph ng Hồng đ o. N u theo sơ đ c a Láplátxơ thì các hành tinh ph i quay quanh tr c theo chi u kim đ ng h , nhưng th c t các hành tinh l i quay ngư c l i. Trong khi t quay, t i sao khơng khí vành v t ch t l i ngưng t l i thành hành tinh, trong khi k t qu nghiên c u ph i phân tán vào Vũ tr . Sai l m cơ b n c a gi thuy t là momen quay c a M t Tr i. M t Tr i t quay m t vịng quanh tr c ph i m t t 25 27 ngày. T c đ t quay ch m đĩ làm sao đ s c tách m t ph n v t ch t ra thành các hành tinh. Ngay c đ d t do s c ly tâm sinh ra cũng khơng quan sát th y. 10
- 1.2.2. Gi thuy t c a Jinxơ (Jeans) Vào nh ng năm 30 c a th k XX, nhà bác h c Jinxơ ngư i Anh đã đưa ra gi thuy t v ngu n g c H M t Tr i. Theo Jinxơ, vào th i gian xa xưa cĩ m t ngơi sao l kích thư c tương t M t Tr i, chuy n đ ng vào g n M t Tr i, kho ng cách t ngơi sao l đ n M t Tr i ch g n b ng bán kính M t Tr i. Trong đi u ki n đĩ, hi n tư ng tri u l c xu t hi n làm cho v t ch t trên M t Tr i l i ra hai phía đ i di n thành nh ng bư u v t ch t nĩng đ , thon dài. Bư u hư ng v phía ngơi sao l dài hơn phía đ i di n, cu i cùng cu ng v t ch t tách ra kh i M t Tr i, đ t ra t ng đo n và t o thành các hành tinh trong H M t Tr i. Như v y là s hình thành các hành tinh H M t Tr i x y ra là do m t tai bi n Vũ tr . Gi thuy t Jinxơ đã gi i thích đư c mơmen quay c a các hành tinh khơng ph thu c vào đ ng lư ng c a M t Tr i. Nhưng gi thuy t đã cĩ nh ng h n ch đĩ là, ngư i ta đã tính tốn và th y r ng vì kho ng cách gi a các thiên th trong Ngân hà r t l n. N u cho đư ng kính M t Tr i b ng 1mm, thì kho ng cách t ngơi sao l đ n M t Tr i g n nh t cũng là 20 25 km. Các sao chuy n đ ng h n đ n trong Vũ tr , nên xác su t ngơi sao l di chuy n vào g n M t Tr i v i kho ng cách 1mm đ cĩ th t o ra m t l c h p d n b t phá đư c v t ch t c a M t Tr i là r t hi m hoi. Theo tính tốn, hi n tư ng này cĩ th x y ra trong Ngân hà v i kho ng th i gian 20 17 năm, trong khi tu i già nh t c a các ngơi sao là 10 13 năm, nên H Ngân hà chưa cĩ tai bi n đĩ x y ra. 1.2.3. Gi thuy t c a Ơttơ Smít (Otto Smith) Năm 1950, các nhà khoa h c Xơ Vi t (đ i di n cĩ Ơttơ Smít, Lêbêdinxki Krat ) đã đ ra m t gi thuy t m i v ngu n g c H M t Tr i. Gi thuy t cho r ng, nh ng thiên th trong H M t Tr i cũng đư c hình thành t m t đám mây b i và khí ngu i l nh, đám mây b i khí ban đ u quay tương đ i ch m. Trong quá trình chuy n đ ng trong H Ngân hà, s v n đ ng l n x n ban đ u c a các h t b i đã d n đ n hi n tư ng va ch m l n nhau, làm cho đ ng năng chuy n thành nhi t năng. K t qu là các h t b i nĩng lên, dính k t v i nhau, kh i lư ng c a đám b i gi m đi, t c đ quay nhanh hơn và qu đ o c a các h t b i là qu đ o trung bình c a chúng. S chuy n đ ng d n đi vào tr t t , đám mây b i cĩ d ng d t hình đĩa v i các vành xo n c, kh i b i l n nh t t p trung trung tâm, nơi mà nhi t đ tăng lên r t cao và các ph n ng h t nhân b t đ u xu t hi n, M t Tr i như v y là đã đư c hình thành, nh ng vành xo n c phía ngồi cũng d n d n k t t l i dư i tác d ng c a tr ng l c và tr thành các hành tinh. Gi thuy t cho r ng s vi c đã x y ra cách đây vào kho ng 10 t năm. Gi thuy t c a Ơttơ Smít đã gi i quy t đư c nh ng v n đ mà các gi thuy t trư c chưa gi i thích đư c, như các hành tinh thu c nhĩm Trái ð t cĩ kích thư c nh nhưng t tr ng l n, cịn nhĩm M c tinh thì ngư c l i. Nguyên nhân hình thành đ c đi m đĩ là do trong quá trình hình thành các hành tinh, dư i tác d ng b c x nhi t và ánh sáng c a M t Tr i (lúc đĩ l n hơn bây gi ) nh ng vành v t ch t g n trung tâm 11
- b hun nĩng nhi u nh t, thành ph n khí và ngay c m t s ph n v t ch t r n nh ng vành này b b c hơi và b áp l c c a ánh sáng đ y ra ngồi. ði u đĩ đã làm cho nh ng vành v t ch t g n M t Tr i ch cịn l i m t kh i lư ng nh v t ch t nhưng n ng và cĩ đ b c hơi kém như s t và niken. các vành v t ch t xa M t Tr i ít ch u tác đ ng c a áp l c ánh sáng M t Tr i, các hành tinh đư c hình thành t v t ch t nguyên th y chưa phân d và v t ch t b c hơi t các vành bên trong, g m ch y u là các ch t khí nh như hyđrơ nên cĩ kh i lư ng l n, t tr ng nh (thu c nhĩm M c tinh). V i hình d ng đĩa c a đám mây b i ban đ u, gi i thích đư c t i sao qu đ o c a các hành tinh l i đư c s p x p trên cùng m t m t ph ng. Các qu đ o đĩ ít nhi u đ u cĩ hình elíp là do tác đ ng qua l i r t ph c t p gi a các thiên th v i nhau. Trong H M t Tr i, Th y tinh cĩ kh i lư ng và t c đ t quay nh nh t. ði u đĩ cĩ liên quan đ n v trí c a nĩ g n M t Tr i, b c x m nh c a M t Tr i làm gi m kh i lư ng và s ma sát l n c a tri u l c làm gi m t c đ t quay c a nĩ. Cịn tính ch t đ c bi t c a H a tinh v m t kh i lư ng (ch hơn 1/10 kh i lư ng Trái ð t), cũng đư c gi i thích là do tác đ ng c a M c tinh đã cư p đi m t ph n v t ch t c a H a tinh, m t ph n cịn l i t o nên Vành đai các ti u hành tinh. B ph n gi a c a các vành v t ch t bên trong, do cĩ kh i lư ng v t ch t r t l n nên đã xu t hi n m t hành tinh đơi Trái ð t – M t Trăng. Quá trình hình thành hành tinh đơi đư c gi i thích là vì momen quay r t l n nên v t ch t đây khơng th t p trung vào m t trung tâm mà ph i cĩ trung tâm th hai, M t Trăng chính là trung tâm th hai. Tuy đã gi i thích đư c nhi u v n đ v H M t Tr i, nhưng gi thuy t cũng cĩ nh ng h n ch là chưa bi t ngu n g c c a M t Tr i t đâu và s phân b khác nhau v momen đ ng lư ng gi a các hành tinh. * Tuy đã cĩ nhi u gi thuy t v ngu n g c H M t Tr i và s cịn cĩ các gi thuy t m i, nhưng nhìn chung các gi thuy t đã nêu đ u t p trung vào 3 v n đ : V n đ tr ng thái v t ch t: + M t Tr i và các hành tinh đư c hình thành t m t kh i khí và b i ban đ u r t nĩng, sau đĩ ngu i d n. Gi thuy t này cĩ cơ s khoa h c hơn c , vì phù h p v i b n ch t v t lý c a quá trình gi m kích thư c c a kh i khí và b i khi ngu i l nh. + M t Tr i và các hành tinh đư c hình thành t m t đám b i ban đ u ngu i l nh, r i sau đĩ m i d n d n nĩng lên. V n đ th i gian hình thành: + M t Tr i và các hành tinh cùng hình thành m t lúc. + M t Tr i hình thành trư c sau đĩ các hành tinh hình thành t kh i v t ch t cịn l i. + M t Tr i cĩ trư c, sau đĩ các hành tinh m i hình thành do v t ch t t M t Tr i tách ra. V n đ nguyên nhân hình thành: 12
- + M t Tr i và các hành tinh đư c hình thành cùng m t lúc và theo m t cách gi ng nhau là do s ngưng t c a đám mây v t ch t ban đ u. + M t Tr i đư c hình thành trư c sau đĩ các hành tinh m i đư c hình thành do m t “tai bi n Vũ tr ” x y ra. 1.3. K t lu n khoa h c rút ra t các gi thuy t Các gi thuy t v ngu n g c H M t Tr i chưa ng ng l i và cịn nhi u v n đ tranh cãi v ngu n g c, v v t ch t ban đ u, v quá trình hình thành nhưng qua các gi thuy t cĩ th rút ra đư c r ng: Do c u trúc c a H M t Tr i và v trí đ c bi t c a Trái ð t, s xu t hi n l p v đ a lý và s s ng trên Trái ð t là m t đi u h p v i quy lu t phát tri n c a t nhiên, khơng cĩ y u t huy n bí, siêu nhiên đây. M t Tr i là m t ngu n năng lư ng vơ t n, cĩ vai trị r t l n trong l ch s hình thành Trái ð t và l p v đ a lý. Trong l p v đ a lý, ch m t ph n nh năng lư ng c a M t Tr i tích lũy l i đã đ b o đ m cho s phát tri n c a tồn b t nhiên trên b m t Trái ð t. S t n t i c a sinh quy n đã làm cho hành tinh c a chúng ta khác v i các hành tinh khác. 1.4. H M t Tr i H M t Tr i (cịn g i là Thái Dương H ) là m t h hành tinh (t p đồn thiên th ), cĩ M t Tr i (cịn g i là Sao) trung tâm và các thiên th n m trong ph m vi l c h p d n c a M t Tr i g m 8 hành tinh chính quay xung quanh, 6 trong s các hành tinh này cĩ v tinh riêng c a chúng, cùng m t lư ng l n các thiên th khác g m các hành tinh lùn (như Xêrét (Ceres), Diêm Vương (Pluto), Eris), ti u hành tinh, sao ch i, thiên th ch, b i và plasma đã đư c hình thành cách đây kho ng 4,6 t năm. 1.4.1. ð c đi m chung c a H M t Tr i 1.4.1.1 . Ngu n g c Theo các gi thuy t, H M t Tr i đư c hình thành t m t kh i khí và b i kh ng l . Kh i này v a quay v a t t p v t ch t vào trung tâm do l c h p d n, d n d n tr thành m t đám mây b i dày đ c, d t hình đĩa v i các vành v t ch t xo n c. Sau đĩ quá trình t p trung v t ch t cĩ d ng kh i c u trung tâm và theo các vành khác nhau đã t o nên H M t Tr i. 1.4.1.2 . C u trúc H M t Tr i cĩ thiên th l n trung tâm là M t Tr i, quay xung quanh cĩ các thiên th nh hơn g m các hành tinh, ti u hành tinh, các sao ch i, thiên th ch, khí và b i. 13
- Hình 1.6. C u trúc H M t Tr i C u trúc t trong ra ngồi: M t Tr i Th y tinh Kim tinh Trái ð t H a tinh Vành đai ti u hành tinh (cĩ hành tinh lùn Cares) M c tinh Th tinh Thiên Vương tinh H i Vương tinh Hành tinh lùn Diêm Vương Hành tinh lùn Eris Ngồi cùng là Vịng đai Kuiper và ðám mây Oort. 1.4.1.3. V n đ ng c a H M t Tr i H M t Tr i là m t ph n c a thiên hà cĩ tên g i là Ngân Hà. ðây là m t thiên hà xo n c v i đư ng kính kho ng 100.000 năm ánh sáng ch a kho ng 200 t ngơi sao, trong đĩ M t Tr i c a chúng ta là m t ngơi sao đi n hình. H M t Tr i n m trong cánh tay xo n c c a H Ngân Hà. Kho ng cách t H M t Tr i t i tâm Ngân Hà kho ng t 25.000 đ n 28.000 năm ánh sáng. V n t c c a H M t Tr i trên qu đ o là kho ng 251km/s, và nĩ hồn thành m t chu kỳ quay quanh tâm Ngân Hà kho ng 225 250 tri u năm. 1.4.1.4. ð c đi m chung c a các hành tinh thu c H M t Tr i Theo các gi thuy t cho r ng H M t Tr i cùng đư c sinh ra t m t đám khí và b i ban đ u (ch y u là hydro và heli), nên H M t Tr i cĩ chung m t s đ c đi m quan tr ng: T t c các hành tinh đ u quay xung quanh M t Tr i theo m t qu đ o g n trịn (tâm sai nh chưa đ n 0,1). M t ph ng qu đ o c a t t c các hành tinh g n trùng kh p nhau, ph n l n chúng t o v i m t ph ng Hồng đ o m t gĩc khơng quá 4 o (tr Th y tinh và hành tinh lùn Diêm Vương cĩ qu đ o nghiêng so v i m t ph ng Hồng đ o theo nh ng gĩc tương ng là 7 o9’, 17 o9”). T t c các hành tinh đ u quay xung quanh M t Tr i theo cùng m t hư ng ngư c chi u kim đ ng h n u nhìn t B c thiên c c xu ng m t ph ng qu đ o. 14
- T t c các hành tinh (tr Kim tinh và Thiên Vương tinh) và ph n l n các v tinh cũng đ u quay quanh tr c c a chúng theo chi u t Tây qua ðơng (ngư c chi u kim đ ng h ). Hình 1.7. M t ph ng Hồng đ o c a các thiên th H M t Tr i T t c các thành viên trong H M t Tr i đ u cĩ c u t o b i các nguyên t hĩa h c cĩ trong b ng tu n hồn c a Mendeleev. Tuy nhiên, tr ng thái v t ch t và n ng đ kh i lư ng các nguyên t khơng gi ng nhau các thành viên trong H M t Tr i. Các hành tinh c a H M t Tr i cĩ th chia thành 2 nhĩm: Kim Tinh H a Th y Tinh Tinh Trái ð t Hình 1.8. Nhĩm các hành tinh bên trong + Nhĩm các hành tinh bên trong (ki u Trái ð t) g m Th y tinh, Kim tinh, Trái ð t, H a tinh. Cĩ đ c trưng r n đ c, đư c t o thành t đá. Chúng đư c t o thành trong nh ng vùng nĩng hơn g n M t Tr i, nơi các v t li u d bay hơi hơn đã bay m t ch cịn l i nh ng v t li u cĩ nhi t đ nĩng ch y cao, như silicat t o thành v r n c a các hành tinh và l p bán l ng như s t, t o thành lõi c a các hành tinh này. T t c đ u cĩ các h trên b m t t o ra b i va ch m v i thiên th ch và nhi u đ c trưng ki n t o b m t, như các thung lũng n t r n và các núi l a. Các hành tinh nhĩm này cĩ kích thư c 15
- nh , t tr ng trung bình l n, quay ch m quanh tr c, cĩ ít ho c khơng cĩ v tinh (Trái ð t: 1; H a tinh: 2 v tinh). H i Vương Tinh M c Tinh Th Tinh Thiên Vương Tinh Hình 1.9. Nhĩm hành tinh bên ngồi + Nhĩm các hành tinh bên ngồi (ki u M c tinh) g m M c tinh, Th tinh, Thiên Vương tinh, H i Vương tinh. Cĩ c u t o ch y u là các ch t khí, đa ph n là hydro và heli do chúng gi l i khi các khí nh b đ y t vịng trong ra th i kỳ đ u hình thành H M t Tr i. Nhĩm này đư c c u t o b ng ch t khí nên cĩ kích thư c l n, nhưng t tr ng trung bình nh , cĩ nhi u v tinh quay xung quanh (M c tinh: 63, Th tinh: 49, Thiên Vương tinh: 27, H i Vương tinh: 13). + Vành đai ti u hành tinh, n m ranh gi i ngăn cách gi a nhĩm trong và nhĩm ngồi (gi a qu đ o c a H a tinh và M c tinh, kho ng gi a 2,3 3,3 đơn v thiên văn tính t M t Tr i). Vành đai ti u hành tinh bao g m các ti u hành tinh là các thiên th nh hơn hành tinh, thư ng khơng cĩ kh i lư ng đ l n đ l c h p d n làm cho nĩ cĩ hình d ng c u. Vành đai chính cĩ hàng nghìn các ti u hành tinh cĩ đư ng kính l n hơn 1km, các ti u hành tinh v i đư ng kính nh hơn 500 m đư c g i là thiên th ch và hàng tri u các v t th bé như b i. ð c bi t, ti u hành tinh l n nh t Xêrét cĩ đư ng kính kho ng 1000 km, đ l n đ cĩ d ng Hình 1.10 . Vành đai ti u h ành hình c u, làm nĩ cĩ th tr thành m t hành tinh tinh theo m t s đ nh nghĩa. C u t o v t ch t c a vành đai ti u hành tinh ch y u t các khống ch t khơng bay hơi. Ngu n g c c a nĩ theo các nhà khoa h c, các ti u hành tinh đư c cho là nh ng gì cịn sĩt l i c a m t hành tinh ki u Trái ð t, ho c nh hơn đã khơng th k t 16
- h p l i t khi H M t Tr i m i hình thành, vì s gây nhi u c a l c h p d n t Sao M c. Cũng cĩ ý ki n cho r ng là s n ph m cịn l i c a m t hành tinh đá b phá h y do va đ p. 1.4.1.5 . Phân b kh i lư ng trong H M t Tr i Trong H M t Tr i, M t Tr i chi m kho ng 99,86% kh i lư ng c a c H M t Tr i. Hai v t th cĩ đư ng kính l n nh t c a H M t Tr i (sau M t Tr i) là M c tinh và Th tinh chi m 91%, các hành tinh cịn l i và các sao ch i, v tinh, thiên th ch, b i chi m ph n cịn l i ch kho ng 0,1274% kh i lư ng c H . ðám mây Oort cĩ th chi m m t ph n đáng k , nhưng hi n nay s hi n di n c a nĩ cịn chưa đư c xác đ nh. 1.4.2. M t Tr i 1.4.2.1 . V trí c a M t Tr i Trong H M t Tr i, M t Tr i là thiên th duy nh t t phát sáng nh nh ng ph n ng nhi t h ch x y ra bên trong, vì th M t Tr i đư c g i là m t ngơi sao. M t Tr i n m trung tâm và cũng là h t nhân c a H M t Tr i, đ ng th i là ngu n cung c p năng lư ng ch y u và là đ ng l c c a m i quá trình t nhiên x y ra trên Trái ð t. 1.4.2.2 . Kích thư c M t Tr i M t Tr i là ngơi sao đơn, chi m kh i lư ng b ng 99,86% t ng kh i lư ng tồn H . M t Tr i là m t hình c u g n hồn h o, ch hơi d t kho ng chín ph n tri u, cĩ nghĩa đư ng kính c c c a nĩ khác bi t so v i đư ng kính xích đ o ch kho ng 10 km. M t Tr i cĩ đư ng kính 1.329,000 km (g p 109 l n đư ng kính Trái ð t), cĩ di n tích b m t 6,0877 x 10 12 km 2 (g p Trái ð t 11.900 l n), th tích M t Tr i b ng 1,4122 x 10 18 km³ (g p 1,3 tri u l n th tích Trái ð t). Kh i lư ng M t Tr i kho ng 1,9891 x 10 30 kg (g p 332.946 l n kh i lư ng Trái ð t). Chính do kh i lư ng kh ng l này mà s c hút c a M t Tr i đ đ duy trì s chuy n đ ng c a các hành tinh trên qu đ o, khơng đ cho l c li tâm làm văng chúng ra kh i H M t Tr i. Do c u t o b ng khí là ch y u nên t tr ng trung bình c a M t Tr i nh , ch b ng 1,41g/cm 3, t tr ng này nh hơn Trái ð t. 1.4.2.3 . Năng lư ng và b c x Ngu n năng lư ng M t Tr i phát ra là do ph n ng t ng h p nhi t h ch 4H 2 = 1heli phát ra dư i d ng các tia b c x và nĩ t o ra đ sáng 827 x 10 26 W. M i giây M t Tr i tiêu h y kho ng 600 700 tri u t n hydro, trong đĩ kho ng 4 tri u t n bi n thành năng lư ng. Nhi t đ c a M t Tr i cĩ s phân hĩa khác nhau r t rõ r t, nhi t đ tâm 13,6 MK (13.600,000 K); trên b m t kho ng 5.780 K (5.506,85 oC), nhi t đ nh t hoa là 5 MK (b ng 5.000,000 K). 17
- M t Tr i cĩ các chu kỳ ho t đ ng m nh và y u xen k nhau v i chu kỳ kho ng 11,3 năm, s bi n đ i cĩ tính chu kỳ đĩ làm nh hư ng đ n th i ti t và khí h u trên Trái ð t. Tai l a V t đen ð m sáng Hình 1.11. B m t M t Tr i 1.4.2.4 . C u t o c a M t Tr i M t Tr i c u t o ch y u b ng khí, v i kho ng 74% kh i lư ng là khí hyđrơ (kho ng 92% th tích), 24% kh i lư ng là khí heli (kho ng 7% th tích), 2% là các nguyên t khác g m s t, niken, oxy, silicon, sulfur, magnesium, carbon, neon, calcium và chromium. M t đ khí gi m t trung tâm ra ngồi. M t Tr i c u t o g m các l p khác nhau. T trung tâm ra ngồi g m: Lõi vùng b c x vùng đ i lưu quy n sáng quy n s c qu ng v t đen M t Tr i đ m ch l i lên. Lõi M t Tr i: Chi m kho ng 0,2 đ n 0,25 bán kính, cĩ m t đ cao 150 g/cm 3 và nhi t đ g n 13.600,000 K (so v i nhi t đ b m t M t Tr i kho ng 5.800 K). Lõi là đ a đi m duy nh t trong M t Tr i t o ra m t lư ng đáng k nhi t thơng qua ph n ng t ng h p h t nhân. Ph n cịn l i đư c đ t nĩng b i năng lư ng truy n ra ngồi t lõi. T t c năng lư ng đư c t o ra t ph n ng t ng h p h t nhân trong lõi ph i đi qua nhi u l p đ t i quy n sáng trư c khi đi vào khơng gian như ánh sáng M t Tr i hay năng lư ng đ ng l c c a các h t. Vùng b c x : T kho ng 0,25 đ n kho ng 0,7 bán kính M t Tr i, v t li u M t Tr i nĩng và đ c; đ đ b c x nhi t chuy n đư c nhi t đ t trong lõi ra ngồi. Trong vùng này khơng cĩ đ i lưu nhi t; tuy các v t li u l nh đi khi đ cao tăng lên (t 7.000,000 °C t i kho ng 2.000,000 °C), m t đ gi m sút hàng trăm l n (t 20 g/cm³ xu ng cịn 0,2 g/cm³) t đáy lên đ nh vùng b c x . Vùng đ i lưu: Trong l p ngồi c a M t Tr i, t b m t M t Tr i xu ng x p x 200.000 km (kho ng 70% bán kính M t Tr i), plasma M t Tr i khơng đ đ c hay đ nĩng đ chuy n năng lư ng nhi t t bên trong ra ngồi b ng b c x . Vì th , đ i lưu nhi t di n ra khi các c t nhi t mang v t li u nĩng ra b m t (quy n sáng) c a M t 18
- Tr i. Khi v t li u l nh đi b m t, nĩ đi xu ng d ư i đáy vùng đ i l ưu, đ nh n thêm nhi t t đ nh vùng b c x . b m t nh ìn th y đư c c a M t Tr i, nhi t đ đ ã gi m xu ng 5.700 K và m t đ ch c ịn 0,2 g/m ³ (kho ng 1/10.000 m t đ khơng khí m c nư c bi n). Các l p c a M t Tr i 1. Lõi 2. Vùng b c x 3. Vùng đ i lưu 4. Quy n sáng 5. Quy n s c 6. Qu ng 7. V t đen M t Tr i 8. ð m 9. Ch l i lên Hình 1. 12. Mơ hình c u t o M t Tr i v i các l p Quy n sáng: B m t nh ìn th y đư c c a M t Tr i quy n sáng, l à l p mà bên dư i nĩ M t Tr i tr n ên m đ c v i ánh sáng nhìn th y đư c. Tr ên quy n sáng, ánh sáng M t Tr i nhìn th y đ ư c t do đi vào khơng gian và năng lư ng c a nĩ thốt hồn tồn kh i M t Tr i. S thay đ i trong đ m đ c x y ra v ì s gi m kh i l ư ng ion H −, chính vì v y đã d d àng h p th ánh sáng. Trái l i, ánh sáng nh ìn th y đư c mà chúng ta th y, đư c t o ra khi các electron ph n ng v i các nguy ên t hydro đ t o ra các ion H −. Quy n sáng th c t d ày t hàng ch c t i hàng trăm km. Quy n sáng cĩ m t đ h t ~10 23 m−3 . Khí quy n M t Tr i: Là ph n bên trên quy n sáng đư c chia l àm 3 l p L p quang quy n (photosphere) hay l à b m t nhìn th y đư c c a M t Tr i, dày kho ng 100 – 800 km. km. Trên Trên quang quy quang quy n thư ng h ình thành các “v t đen” (cĩ nhi t đ th p hơn, kho ng 4000 K), các “v t đen” thư ng t n t i v ài ngày và các vùng sáng r ng xung quanh. L p th hai là s c quy n (c hromosphere), dày kho ng 14.000 km, thành ph n ch y u hiđro, heli, oxy v à các ch t hơi Natri, Mg, K, Ca, Thư ng th y các lu ng sáng ph t l ên cao hàng trăm hay hàng ngh ìn km (cĩ v n t c trên 400 km/giây) t n t i vài phút, đĩ là nh ng “tai l a hay b ư u l a”, làm cho nhi t đ và lư ng b c x các tia t ngo i tăng lên, xu t hi n b ão t và nh hư ng đ n khí quy n Trái ð t . 19
- Hình 1.13. Giĩ M t Tr i khi đ n Trái ð t làm méo d ng t trư ng Trái ð t L p th 3 là l p ngồi cùng c a khí quy n M t Tr i g i là tán M t Tr i (heliosphere) hay cịn g i Nh t hoa. L p này kéo dài đ n đ cao g p 20 l n bán kính M t Tr i, đây là b ph n lỗng nh t c a khí quy n M t Tr i, luơn luơn x y ra hi n tư ng tràn plasma (giĩ M t Tr i) v i t c đ trung bình 500 km/giây. Giĩ M t Tr i t i Trái ð t làm méo d ng t trư ng Trái ð t và gây nhi u lo n đ a t 2 c c. 1.4.2.5. Chuy n đ ng c a M t Tr i M t Tr i tham gia vào nhi u chuy n đ ng, nhưng cĩ hai chuy n đ ng chính là chuy n đ ng quanh tr c và chuy n đ ng xung quanh tâm Ngân Hà. M t Tr i v n đ ng t quay quanh tr c theo hư ng t tây sang đơng. Tr c nghiêng v i m t ph ng Hồng đ o m t gĩc g n 7,25 o, v i m t ph ng Ngân Hà 67,23 o. V n t c t quay quanh tr c 7,284 km/gi . Do M t Tr i c u t o b ng ch t khí nên t c đ t quay khác nhau m i khu v c, xích đ o quay h t 25,05 ngày m t vịng, t i 16 o là 25 ngày 9 gi 7 phút 13 giây, cịn g n c c là 34,3 ngày. Trung bình 25,38 ngày. M t Tr i quay quanh tâm Ngân Hà theo qu đ o hình g n elíp và ph i m t kho ng 225 – 250 tri u năm đ quay quanh tâm Ngân Hà (th i gian này g i là năm Ngân hà), vì th trong th i gian t n t i c a M t Tr i nĩ th c hi n kho ng 20 25 vịng quay và đã th c hi n đư c 1/1250 vịng t khi lồi ngư i xu t hi n. T c đ qu đ o c a H M t Tr i so v i trung tâm Ngân Hà kho ng 251 km/s. S v n đ ng c a H kéo theo các hành tinh c a nĩ v n đ ng g n 20 km/s v phía sao Ch c N , thu c chịm sao Thiên C m. 1.4.3. Các hành tinh và v tinh 1.4.3.1. Hành tinh tinh c u di đ ng (planet) ð nh nghĩa hành tinh: Cĩ nh ng quan ni m khác nhau v hành tinh, như hành tinh là các thiên th chuy n đ ng xung quanh m t ngơi sao; hành tinh là các thiên th l nh, hình c u quay xung quanh M t Tr i và khơng t phát ra ánh sáng; m t hành tinh là m t thiên th , cĩ kích thư c đáng k , xoay xung quanh m t ngơi sao 20
- Tháng 24/8/2006, g n 2000 nh à nghiên c u thiên văn t p trung Prague (th đơ c ng hịa Czech) đã đưa ra đ nh nghĩa v hành tinh c a H M t Tr i: + Ph i cĩ qu đ o quay xung quanh M t Tr i. + Ph i cĩ kh i lư ng đ l n đ l c h p d n (tr ng l c) c a chính nĩ chi n th ng s c hút c a các thiên th khác sao cho nĩ cĩ d ng cân b ng th y tĩnh (g n nh ư hình c u). + L c h p d n c a h ành tinh ph i “hút s ch” các v t th nh h ơn nĩ n m trong qu đ o c a hành tinh (ngo i tr các v tinh t nhiên c a chính nĩ). T i h i ngh này c ũng đ ã th ng nh t xem Diêm V ương tinh là hành tinh lùn. Vì Diêm Vương tinh cĩ kích thư c và kh i lư ng quá nh nên khơng cĩ d ng h ình c u, là m t ph n c a v ành đai Kuiper, qu đ o cĩ lúc c t qua qu đ o c a H i V ương Tinh. Các hành tinh H M t Tr i: T th i c đ i, ngư i ta quan sát b ng m t i ta quan sát b ng m t thư ng đã phát hi n đư c 5 h ành tinh: Th y, Kim, H a, M c và Th tinh; sau đĩ nh kính thiên văn đã phát hi n th êm Thiên Vương tinh (1781), H i V ương tinh (1846), hành tinh lùn Diêm Vương (1930). B ng 1.1. ð c đi m c a H M t Tr i THIÊN H I M T TH Y KIM TRÁI H A M C TH ð C ðI M VƯƠNG VƯƠNG TR I TINH TINH ð T TINH TINH TINH TINH TINH Kho ng cách đ n 59,2 108 149,5 214 776 1.420 2.859 4.484 M t Tr i (tri u km) Th i gian t quay 58,642 243,7 23 h 10 h 16 h 25,38 ngày 24h 37’ 9h 56’ 17h 15’ quanh tr c (ngày) ngày ngày 56’4” 39’25” 6’36” Th i gian quay 89,969 224,7 365,25 686,96 11,87 29,45 84,07 164,89 quanh M t Tr i ngày ngày ngày ngày năm năm năm năm V n t c trên qu 217 47,87 35,02 29,78 24,08 13,05 9,64 6,79 5,43 đ o (km/s) Bán kính xích đ o 695.000 2.439,7 6.051,8 6.378,1 3. 402,5 71.492 60.286 25.559 24.764 (km) Di n tích b m t 6.090,000 75 460 510,072 144,8 61.400 42.7 00 8.084 7.619 (10 6km 2) Th tích (10 12 km 3) 1.410, 000 0,061 0, 928 1,083 0,1638 1.338 746 68,34 62,53 Kh i lư ng 333 0,052 0,82 1,00 0,11 318 95 15 17 (so v i Trái ð t) T tr ng (g/cm 3) 1,408 5,427 5,243 5,515 3,934 1,326 0,687 1,318 1,638 S v tinh 0 0 1 2 63* 47 27* 13* ð nghiêng gi a xích đ o và m t 7o15’ 7o 3o 24’ 23 o 27’ 24 o 56’ 3o 07’ 26 o 45’ 97 o 29 o ph ng qu đ o Nhi t đ trung 5. 506,85 167 464 14 63 121 130 205 226 bình b m t ( oC) Áp su t khí quy n 0 9321,9 101,3 0,7 0,9 70 140 120 100 300 t i b m t (kPa) ~93,2 =1ðVT ~0,01Tð ~0,7 Tð ~1,4Tð ~1,2 Tð ~1 3 Tð Tð ð Ghi chú Ngày: theo Trái ð t * S li u năm 2004 S li u 2005 ~ T ương đương v i ðơn v Trái ð t Th y tinh (Mercury ) – Hành tinh nĩng b ng và l nh bu t: Sao Th y hay Th y tinh là hành tinh g n M t Tr i nh t và c ũng l à hành tinh nh nh t trong Thái Dương H (ch l n hơn hành tinh lùn Diêm Vương ). Th y tinh khơng cĩ v tinh. 21
- Th y t inh cĩ kích thư c ch b ng 1/2 Trái ð t, th tích b ng 0 ,056 (là 61×10 9 km³) l n Trái ð t, di n tích b m t b ng 0 ,147 (75×10 6 km²) l n Trái ð t, nh ưng cĩ b m t l i lõm, g gh . Khí quy n r t m ng ch b ng 1/3 tri u khí quy n c a Trái ð t n ên áp su t khí quy n t i b m t khơng đáng k (b ng 0 l n so v i áp su t tr ên b m t Trái ð t). Th y t inh quay quanh M t Tr i trên qu đ o elíp r t h p, cĩ kho ng cách c n nh t 46.001,272 km (hay 0,30749951AU), vi n nh t 69.817,079 km (kho ng 0,46669835 AU). Vì n m r t g n M t Tr i n ên ch u nh hư ng c a tr ng l c M t Tr i làm cho Th y tinh cĩ v n t c quay r t cao trên qu đ o (47,87 km/s), chính nh v n t c n ày mà nĩ khơng b M t Tr i hút vào và t n t i đ n ngày nay. V n t c qu đ o c a Th y tinh cũng thay đ i t 39 km/s (vi n nh t) đ n 59 km/s (c n n h t), trung Hình 1.14. Th y tinh bình 47, 87 km/s. Th y t inh quay quanh tr c ch m ch p g n 58,646 ngày m t v ịng, nên m i m t ngày Th y tinh dài b ng 2/3 m t năm c a nĩ, cịn m t năm trên Trái ð t ch b ng 6,2 ngày c a Th y tinh. Nhi t đ t i b m t Th y tinh ngày t i đa: 700 K ( 427°C); đêm h xu ng t i thi u: 90 K ( 183 °C). S chênh l ch nhi t đ ng ày đêm l n (244 oC) là do s chuy n đ ng ch m ch p quanh tr c l àm cho ban ngày b M t Tr i đ t nĩng m t th i gian d ài cịn phía ban đêm b hĩa l nh trong th i gian dài tương ng. Nhi t đ trung bình b m t Th y Th y t t inh cao (167 °C) là do v trí g n M t Tr i v à Hình 1.15 . B m t Th y tinh v i các h va ch m b u khí quy n m ng c a nĩ mang l i. C u t o g m 70% kim lo i và 30% ch t silicat, trong đĩ s t chi m m t t l r t l n (42%) trong c u t o kim lo i c a Th y tinh, đây là t l cao nh t trong các h ành tinh c a Thái Dương H . C u t o b i các nguyên t cĩ t tr ng n ng, l p khí quy n m ng và kích thư c nh bé c a Th y tinh liên quan ch t ch v i ngu n g c h ình thành H M t Tr i, v trí c a nĩ trong H . V ì v y, Th y tinh khơng ph i l à nơi lý tư ng cho s s ng phát tri n và th c t khơng cĩ d u hi u c a s s ng t ng t n t i. Kim tinh (Ve nus ) – N th n s c đ p (Vi t Nam g i là s ao Hơm và sao Mai): ðây là hành tinh g n M t Tr i th hai, cũng là lo i h ành tinh cĩ đ t và đá gi ng như Trái ð t. 22
- Kim tinh cĩ k ích thư c, kh i lư ng và tr ng l c x p x v i Trái ð t , nên c ũng cĩ quan ni m cho r ng đây là hai hành tinh sinh đơi. Kim tinh là ngơi sao sáng nh t trên b u tr i đêm và g n Trái ð t nh t ( cách Trái ð t 41 tri u km). Vì g n Trái ð t v à cĩ l p mây dày đ c ch a nh ng h t ch t l ng nh li ti n ên ph n chi u đa s ánh sáng M t Tr i làm cho nĩ sáng nh t nên cĩ th quan sát đư c sau khi M t Tr i l n (Vi t Nam g i l à sao Hơm) và lúc bình minh (Vi t Nam g i là sao Hình 1.16. Kim tinh Mai). Nhi t đ trên b m t Kim tinh t i thi u 228 K (45°C) t i đa 773 K (500°C) trung bình b m t 737 K (464°C). Kim tinh cĩ nhi t đ cao và khí h u nĩng nh t H M t Tr i là do cĩ b u khí quy n d ày đ c (dày kho ng 200 km) v i 96% thán khí, 3% nit ơ và các axi t khác nhau, khơng cĩ oxy. Vì v y, Kim tinh đã h p th nhi t m à khơng b c x đư c ra ngồi khí quy n n ên đã x y ra hi n tư ng “hi u ng nh à kính” cho dù kho ng cách đ n M t Tr i xa g p đơi Th y tinh và r t ít ánh sáng M t Tr i chi u th ng vào b m t. Áp su t khí quy n trên Kim tinh r t cao 9321,9 kPa (g p 93,219 l n Trái ð t , b ng áp l c đ sâu 1000 m dư i bi n), áp su t này đ bĩp b p m t chi c xe b c s t . Khí quy n ch a nhi u axit ăn m ịn kim lo i, vì th Kim tinh cũng khơng cĩ đi u ki n cho s s ng cĩ th phát tri n. B m t Kim tinh tương đ i b ng ph ng (ph n b ng chi m h ơn 90 %), nhưng cũng g m cĩ núi l a, cao nguy ên, các rãnh ăn mịn do khí quy n, h thi ên thên th ch ð gi i thích cho hi n t ư ng quay r t ch m ch p (6,52 km/h và m t 243,686 ngày đ quay h t m t v ịng) và h ư ng quay ngư c so v i hư ng chung c a H M t Tr i. ðĩ là do m t s va ch m gi a Kim tinh và m t thiên th khá l n trong quá kh đã làm cho hành tinh này quay ch m và đ i chi u quay. C u t o bên trong c a Kim tinh gi ng v i Trái ð t, nĩ cĩ l p v d ày hơn và li n m t kh i. Cĩ b u khí quy n đ c h i, nhi t đ nĩng ch y n ên khơng th t n t i s s ng. 333 H a tinh (Mar s ) – Hành tinh màu l a. Sao H a hay H a tinh l à hành tinh th tư g n M t Tr i và c ũng l à hành tinh th nh t cĩ qu đ o n m ngo ài qu đ o c a Trái ð t. H a tinh gi ng Trái ð t v nhi u đi m như cĩ b n m ùa, hai c c cĩ băng đá, m t b u khí quy n cĩ mây, giĩ, bão cát, m t ngày dài đ 24 gi , H a tinh cĩ m t b u khí quy n t ương đ i dày, nên nhi u ngư i tin là cĩ th cĩ s s ng đây. Cũng v ì s hi n di n c a nhi u l ịng sơng khơ, nên nhi u nhà khoa h c ch c ch n r ng trong quá kh đ ã cĩ m t th i n ư c ch y trên b m t c a H a tinh . Vì v y, đang cĩ nhi u cu c tìm ki m v s s ng cũng nh ư l ch s phát tri n c a H a tinh. 23
- H a tinh ph n chi u ánh sáng cĩ m àu đ trên b u tr i, do đ t đá cĩ ch a nhi u ơxyt s t v à khí quy n ch a r t nhi u b i. B u khí quy n c a H a tinh lỗng, ch a 95% l à thán khí (CO ), 3% 2 N2, 1,6% agon (Ar), và m t l ư ng nh 0,13% oxy. Do cĩ khí quy n lo ãng nên áp su t nh hơn 1% áp su t t i Trái ð t. H a tinh quay quanh M t Tr i tr ên qu đ o elíp cĩ chu vi 1.429 x 10 6 km (b ng 1,52 l n Trái ð t). Chu k ỳ quay b ng 1,88 l n Trái ð t , v i v n t c trung bình 24,077 km/ s (0,810 l n Trái ð t). Quay quanh tr c v i v n t c b ng 1,029 l n Trái Hình 1.17 . H a tinh ð t, v i v n t c quay t i xích đ o 868 ,22 km/h (kho ng 0,51853 l n Trái ð t). Nhi t đ trên H a tinh l nh, t i thi u 133 K ( 140°C), t i đa 293 K (20°C), trung bình 210 K ( 63°C), mùa hè t i H a tinh l nh tương đương v i mùa đơng t i l c đ a Nam C c. B m t H a tinh là m t s pha tr n gi a các dãy núi và các đ ng b ng r ng l n tương đ i b ng ph ng. Cĩ các ng n núi cao ( Olympus Mons cao đ n 27 km) và nhi u h băng, các lịng sơng ch t. Hai c c c a H a tinh đư c che b ng các ch m băng đá, đĩ là l p băng đá t o ra khi nư c và thán khí đĩng băng, hai t ng băng đá n ày tăng lên hay co l i tùy theo mùa. T i xích đ o cĩ m t vùng cĩ nhi u núi l a đã t t. H a tinh cĩ 2 v tinh t nhiên là Phobos và Deimos quay xung quanh , đ ng th i quay quanh chính nĩ. Tuy r ng, cĩ nhi u nét t ương đ ng v i Trái ð t, nhưng nh ng nghi ên c u v H a tinh đ n nay, cũng nh ư đi u ki n thích h p đ s s ng cĩ th phát tri n ch ưa cho phép k t lu n m t cách chính xác là đã t n t i s s ng tr ên đây hay khơng? Hi n t i chưa tìm th y s s ng, c ịn trong t ương lai v i s phát tri n vư t b c c a khoa h c H a tinh cĩ th đư c c y ghép s s ng gi ng nh ư Trái ð t. 444 M c tinh (Jupiter ) – Hành tinh kh ng l đ . M c ti nh là hành tinh khí l n nh t trong H M t Tr i, g p 317,8 l n kh i l ư ng Trái ð t. Cách M t Tr i 776 tri u km. ðây l à hành tinh l nh l o, nhi t đ khí quy n trung b ình 152 K ( 121 oC), bao ph b i m t l p mây d ày ch a nư c đá ph n chi u cĩ màu sáng b c. C u t o ch y u b ng hidro v à heli, bao quanh m t lõi r n b ng đá nh (l n b ng đá nh (l n g p đơi Trái ð t) ch a các nguyên t n ng h ơn. M c tinh cĩ t trư ng m nh, t a ra năng lưnăng lư ng, các sĩng đi n t Hình 1.18. M c Tinh và tia X. 24
- Khí quy n M c n M c tinh tinh ch a ch a nhi u khí đ c h i g m kho ng m kho ng 86% 86% hidro hidro và 14% heli, và m t ph n r t nh c a các ch t khác. Do c u t o b ng khí th l ng n ên các vùng khí quy n c a M c tinh quay v i v n t c khác nhau, v ùng n m m g n g n xích đ o, gi a vĩ tuy n 10° B c và vĩ tuy n 10° Nam, quay m t v ịng trong 9 gi 50 phút 30 giây, ph n cịn l i quay ch m h ơn vùng g n xích đ o hơn 5 phút, hay 9 gi 55 phút 41 giây. Trung bình 0,41351 ngày hay 9.933 gi hay 0,415 l n Trái ð t. Trong lúc quay mây các vĩ tuy n khác nhau bay v i hai chi u ng ư c nhau và thư ng t o ra nh ng cơn b ão l c v i v n t c cao đ n 600 km/h. Cơn l c xốy ngh ch kh ng l v i đư ng kính g p ba l n đ ư ng kính Trái ð t đang th i d d i 300 năm nay, t o thành ð m ð L n tr ên b m t M c tinh. Trên b m t cĩ b ão t m nh, các d i mây tr ng, các đ m tr ịn t i màu ho c sáng chĩi. M c tinh cĩ áp su t khí quy n t i b m t kho ng 70 kPa (0,7 l n Trái ð t). Quay quanh M t Tr i tr ên qu đ o elíp cĩ chu vi 4,888 x 109 km, đi m t vịng h t 11 năm 10 tháng v i v n t c trung b ình 13,050 km/s. M c tinh cĩ 63 v tinh (đ n 2004). 555 Th tinh (Saturn ) – Hành tinh đeo khuyên. Th tinh hay cịn g i sao Th là hành tinh th sáu tính t M t Tr i tr ra và cũng là hành tinh l n th nh ì c a H M t Tr i. ðây là m t hành tinh khí kh ng l nh nh t trong H M t Tr i. Th tinh n m cách M t Tr i 1.426.725,413 km (hay 9,53707032 AU), cĩ ánh sáng r c r . Cĩ v ành khuyên nhi u màu xung quanh xích đ o, nhưng m ng, v i 3 vịng đai đư c t o thành t nhi u v ịng đai nh , đư ng kính kho ng 270.000 km. C u t o c a các v ịng đai này là các viên đá, s t hay thiên th cĩ kích th ư c t nh như h t b i đ n l n như chi c xe. Th tinh cũng cĩ nhi u cơn l c kh ng l gi ng nh ư ð m ð L n c a M c Tinh nh ưng khơng t n t i lâu b ng các đ m đ trên M c tinh. Th tinh cĩ 47 v tinh (2005) đư c phát Hình1.19. Th tinh hi n quay quanh và cĩ th nhi u h ơn, trong đĩ đáng chú ý nh t là 4 v tinh Dion (1,126 km), Titan (5,150 km), Prometheus (102 km), Telesto (24 km). Do c u t o b ng khí n ên gi ng như trư ng h p c a Sao M c, nh ng v ùng khác nhau trên Th tinh quay v i v n t c khác nhau. V ùng xung quanh xích đ o quay m t vịng trong 10 gi 14 phút trong khi v ùng g n hai c c quay ch m h ơn 25 phút (hay 10 gi 39 phút 24 giây). 25
- 666 Thiên Vương tinh (Uranus ) – Hành tinh màu lá bi c. Sao Thiên Vương hay Thiên Vương tinh hay Thiên tinh là hành tinh th b y tính t M t Tr i tr ra và cũng là hành tinh l n th ba c a H M t Tr i n u theo đư ng kính, hay th t ư n u theo kh i lư ng. Hành tinh cĩ màu lá bi c là do ph n chi u b u khí quy n cĩ khí quy n cĩ ch a hidro ch a hidro (83%), (83%), heli 14%, mêtan 1,99%. Nĩ c u u t o t o cũng gi ng gi ng nh nh ư M c tinh và Th tinh, Thiên Vương tinh là lo i hành tinh c u t o b ng các ch t khí th l ng nh ưng Hình 1. 20. Thiên Vương Tinh khơng ch a nhi u khinh khí ( H2) như hai hành tinh trên. Thiên Vương tinh cĩ c u t o gi ng như các lõi c a M c tinh và Th tinh mà khơng cĩ l p khinh khí th đ c b c b ên ngồi. Thiên Vương tinh cĩ kho ng cách đ n M t Tr i g p đơi Th tinh, kích thư c g p 4,007 l n Trái ð t, v i di n tích b m t 15,849 l n Trái ð t. Thi ên Vương tinh cĩ m t vịng đai r t m t o b ng nh ng h ịn đá v i đư ng kính vào kho ng 10 m. Vịng đai này th t s bao g m nhi u v ịng đai nh . Cĩ 27 v tinh (tính đ n 2004) quay xung quanh. Thiên Vương tinh quay quanh tr c quay n m ngang v i qu đ o, đ nghi êng c a tr c quay đ i v i qu đ o c a nĩ l à 97°. H u qu c a vi c n m ngang tr ên qu đ o là hai c c c a Thi ên Vương tinh nh n đư c nhi u năng lư ng M t Tr i h ơn vùng xích đ o . Tuy nhiên, vùng xích đ o c a Thiên Vương tinh v n nĩng h ơn hai vùng c c và các nhà khoa h c v n ch ưa gi i thích đư c. Mùa trên Thiên Vương t inh r t dài, l nh l o. 777 H i Vương tinh (Neptune ) – Hành tinh màu xanh th m. H i Vương tinh hay sao H i Vương, là hành tinh th tám tính t M t Tr i tr ra và cũng là hành tinh n ng th ba trong H M t Tr i. H i Vương tinh cịn là hành tinh xa M t Tr i nh t. C u t o là các ch t khí th l ng nh ư Thiên Vương tinh. Cĩ th cĩ m t l õi b ng đá và kim lo i, trên là m t h n h p g m đá, nư c, mêtan (CH 4) và ammonia (NH 3). Các ph n t chính c a khí quy n, nh t là t i tr ên cao, là khinh khí ( H2) và heli (He) nhưng càng xu ng sâu th ì t l các ch t khí khác tăng lên và khơ ng khí d n d n đ c lên cho Hình 1.21. H i V ương Tinh đ n khi thành th l ng t i b m t. Quay xung quanh cĩ 13 v tinh (đ n 2004). 26
- B u khí quy n ch y u là H 2 (>84%), heli (>12%), mêtan (2%), cĩ các vành khuyên m ng, r ng, lỗng bao quanh. Khác h n v i Thiên Vương tinh, các hi n tư ng trong b u khí quy n c a H i Vương tinh rõ hơn r t nhi u. Giĩ trên H i Vương tinh cĩ th đ t đ n 2000 km/h. H i Vương tinh cũng cĩ m t cơn l c kh ng l x y ra thư ng xuyên và đư c đ t tên là ð m ðen L n. H i Vương tinh nh n đư c r t ít năng lư ng c a M t Tr i vì cĩ m t qu đ o quá xa (4.498.252.900 km). Tuy nhiên, H i Vương tinh v n cịn t a ra nhi t. Các nhà khoa h c cho r ng đây là nhi t cịn dư l i t th i m i hình thành hành tinh này, và cũng nghĩ đây là đ ng cơ t o ra các lu ng giĩ 2000 km/h. Quay quanh tr c nghiêng 28,32 o, vì v y th i ti t cĩ th thay đ i theo 4 mùa, v i đ dài th i gian m i mùa kho ng 40 năm 1.4.3.2 . V tinh (satellite) M t v tinh t nhiên (hay cịn g i là m t trăng khi khơng vi t hoa), cĩ th là b t kỳ m t v t th t nhiên nào quay quanh m t hành tinh hay ti u hành tinh. Thu t ng v tinh t nhiên cũng cĩ th đư c dùng đ ch m t hành tinh quay quanh m t ngơi sao, như trong trư ng h p Trái ð t và M t Tr i. Trong H M t Tr i, cĩ kho ng 240 v tinh t nhiên đã đư c bi t t i bao g m 155 quay quanh các hành tinh và kho ng 85 v tinh quay quanh các ti u hành tinh. Ngồi ra cịn cĩ các v t th khác quay xung quanh các hành tinh hay các ngơi sao khác. M t trăng là m t v tinh l n thu c H M t Tr i quay quanh Trái ð t Ngu n g c c a các v tinh thu c H M t Tr i đang cĩ nhi u gi thuy t, như cho r ng đa s các v tinh t nhiên cĩ l đã đư c t o nên t vùng s p đ c a đĩa ti n hành tinh; Hình 1.22. V tinh Phobos c a H a tinh nhi u v tinh t nhiên đư c cho là nh ng ti u hành tinh b b t gi ; nh ng v tinh t nhiên khác cĩ th là nh ng m nh c a nh ng v tinh t nhiên l n b v ra b i va ch m, hay cĩ th là m t ph n c a chính hành tinh b b n vào qu đ o b i m t v va ch m l n. Vì cịn ít thơng tin, nên đa s các lý thuy t v ngu n g c c a chúng hi n v n cịn chưa ch c ch n. ð c đi m d nh n di n nh t v các v tinh là: h u h t các v tinh trong H M t Tr i đ u cĩ m t m t luơn hư ng v phía hành tinh, các v tinh r t ít cĩ v tinh con. 1.4.4. Ti u hành tinh – thiên th ch và sao ch i 1.4.4.1 . Ti u hành tinh (Asteroid) Ti u hành tinh, hành tinh nh là nh ng t đ ng nghĩa đ ch m t nhĩm các thiên th nh trơi n i trong H M t Tr i trên qu đ o quanh M t Tr i. 27
- Trong H M t Tr i, ngồi 8 hành tinh l n, các v tinh cịn cĩ hàng trăm nghìn ti u hành tinh đã đư c phát hi n bên trong H M t Tr i và t l phát hi n là kho ng 5000 ti u hành tinh/tháng. T i ngày 17 tháng 9 năm 2006, trong t ng s 342.358 ti u hành tinh đư c bi t, 136.563 cĩ qu đ o đư c xác đ nh và đư c đánh ký hi u chính th c. Ư c tính hi n nay trong H M t Tr i, cĩ kho ng t 1,1 đ n 1,9 tri u ti u hành tinh cĩ đư ng kính hơn 1 km. Hình 1.23. Ti u hành tinh Mathilde Các ti u hành tinh quay quanh M t Tr i cùng hư ng v i các hành tinh, thư ng cĩ qu đ o elíp nhưng cũng cĩ nh ng ti u hành tinh qu đ o d t hơn qu đ o c a các hành tinh. M t s ti u hành tinh cĩ đư ng kính nh hơn 100 km cĩ qu đ o cách M t Tr i khơng quá 1 đơn v thiên văn. ðơi khi cĩ m t s ti u hành tinh xuyên qua khí quy n rơi xu ng Trái ð t đư c g i là thiên th ch. M t s ti u hành tinh cĩ các m t trăng ho c đi thành c p tr thành các h đơi. Trong H M t Tr i t p trung m t vành đai ti u hành tinh, đĩ là nh ng v t th b ng đá, r n, s c c nh, khơng cĩ hình d ng nh t đ nh n m gi a qu đ o c a H a tinh và M c tinh. Vành đai này cĩ qu đ o chuy n đ ng quanh M t Tr i g n trịn. Trong vành đai cĩ hàng nghìn các ti u hành tinh l n hơn 1 km, và hàng tri u các v t th bé như b i. Dù cĩ s lư ng l n như v y, Vành đai nhưng t ng kh i lư ng c a c vành đai nh ti u hành hơn kh i lư ng Trái ð t 1000 l n. tinh Trong vành đai, cĩ các ti u hành tinh l n là Xê rét (Ceres), Pa lát (Pallas) và Vét ta (Vesta) cĩ đư ng kính tương ng kho ng 1003 km, 489 km, 385 km, th i gian quay quanh M t Tr i kho ng 3 7 năm 1 vịng, quay cùng hư ng v i các hành tinh. Tuy nhiên, v i kích thư c l n nên ti u hành tinh Ceres đã đư c x p h ng là hành tinh lùn t tháng 8 năm 2006. Cĩ r t nhi u ý ki n cho r ng các ti u hành tinh là tàn tích c a m t đĩa ti n hành Hình 1.24. Vành đai ti u hành tinh tinh, và trong vùng này s h p nh t c a các tàn tích ti n hành tinh thành các hành tinh khơng th di n ra vì nh ng nh hư ng h p d n to l n t M c tinh trong giai đo n thành t o c a H M t Tr i. Cịn cĩ ý ki n cho r ng, chúng là nh ng m nh v cịn l i c a m t hành tinh l n xưa kia đã t ng t n t i gi a hai hành tinh này, hay đư c cho là nh ng gì cịn sĩt l i c a m t hành tinh ki u Trái ð t, ho c nh hơn đã khơng th k t h p l i t khi H M t Tr i m i hình thành, vì s gây nhi u c a l c h p d n t Sao M c. 28
- 1.4.4.2 . Thiên th ch (meteorite b i Vũ tr ) Ngồi các thiên th cĩ đư ng kính l n hơn 500 m, cịn cĩ m t kh i lư ng l n v t ch t r n cĩ đư ng kính nh hơn 500 m v i kh i lư ng t vài gam, vài kg đ n hàng t n, nĩ di chuy n trong khơng gian gi a các hành tinh là các thiên th ch hay cịn g i là b i Vũ tr . B i Vũ tr rơi xu ng Trái ð t hơn 25 ngàn t n m i năm, nhưng h u h t là b b c cháy và bi n m t. Nh ng thiên th ch khi di chuy n t i g n b u khí quy n Trái ð t b tác đ ng m nh c a l c h p d n Trái ð t, rơi vào khí quy n Trái ð t v i v n t c 70 80 km/s, ma sát v i khí quy n t o nên áp su t cao đ n vài trăm Hình 1.25 . Thiên th ch Willamette atm tphe, nhi t đ b m t thiên th ch cĩ th Meteorite Hoa Kỳ đ t đ n 1.600 °C và đ cao trên 100 km, b m t c a nĩ nĩng ch y, bi n thành ch t khí, b c hơi nhanh và phát sáng t o nên nh ng v t sáng trên b u tr i đêm đ cao kho ng 120 150 km. C nh tư ng nhìn th y đĩ đư c g i v i r t nhi u tên như sao băng, sao sa hay cịn g i là sao đ i ngơi; ð p nh t v n là nh ng tr n mưa sao băng, x y ra khi Trái ð t đi qua m t cái đuơi hay m t đám b i c a sao ch i đ l i. Khi đĩ chúng ta s th y hàng ch c, th m chí hàng trăm ngơi sao băng, nĩ gi ng như m t màn pháo hoa trên b u tr i đêm. Nh ng kh i thiên th ch l n cháy khơng h t, rơi vào b m t Trái ð t t o ra các ti ng n l n và t o nên các h thiên th ch. vùng Sibia (Nga) ngày 30/6/1908 cĩ m t thiên th ch n ng kho ng 2.200 t n rơi xu ng gây ti ng n l n, xa hàng nghìn km cịn nghe th y, r ng xung quanh b ngã đ quay g c v mi ng h ; h thiên th ch Mêtêơ Cratơ Arazơna (B c M ) cĩ đư ng kính mi ng h 1240 m, sâu trên 170 m, xung quanh mi ng Hình 1.26 . H thiên th ch Mêtêơ Cratơ h đùn cao 40 m. Arazơna – Hoa Kỳ Qua nghiên c u c u t o các thiên th ch (tính đ n gi a năm 2006, trên th gi i đã cĩ kho ng 1050 m u thiên th ch đư c thu th p) th y r ng chúng đư c c u t o b i các nguyên t hĩa h c cĩ trong b ng tu n hồn c a Mendelev và g m 3 lo i thiên th ch cĩ thành ph n khác nhau: + Thiên th ch s t (siderites ), g m 83% s t, 16,5% niken và m t s ch t khác (kh i l n nh t quan sát đư c hi n nay n ng 60 t n Nam Phi). 29
- + Thiên th ch đá (aerolites ), thư ng cĩ kh i lư ng nh hơn, g m các lo i đá M cma. + Thiên th ch h n h p g m s t và đá (siderolites ). 1.4.4.3 . Sao ch i (comet) Sao ch i là thiên th thu c H M t Tr i, quay quanh M t Tr i và cĩ qu đ o hình elíp r t d t và trong ph n l n th i gian t n t i n m r t xa M t Tr i, trong tr ng thái đĩng băng t i nhi t đ th p. Ngồi ra cĩ nh ng sao ch i cĩ qu đ o vư t ra c ngồi qu đ o c a hành tinh lùn Diêm Vương. Qu đ o c a sao ch i cịn khác bi t so v i các v t th khác trong H M t Tr i ch chúng khơng n m g n m t ph ng Hồng đ o mà phân b ng u nhiên trong khơng gian c a H M t Tr i. Nhi u sao ch i cĩ vi n đi m n m vùng ðám mây Oort. ðây là nơi đư c cho là vùng xu t phát c a các sao ch i. ðĩ là m t vùng hình v c u, Hình 1.27 . Sao ch i West, v i đuơi g m các v t ch t đ l i t khi H M t Tr i m i b i màu tr ng và đuơi khí màu b t đ u hình thành. xanh lam (3/1976 ). Qu đ o sao ch i đư c phân chia thành các lo i: sao ch i ng n h n cĩ chu kỳ qu đ o ít hơn 200 năm, sao ch i dài h n cĩ chu kỳ qu đ o l n hơn 200 năm nhưng v n tr l i, và sao ch i thống qua cĩ qu đ o parabol hay hyperbol ch bay ngang qua M t Tr i m t l n và s ra đi mãi mãi sau đĩ. Sao ch i ng n h n đư c bi t đ n, cĩ sao ch i Encke cĩ qu đ o nh bé, khơng bao gi ra xa M t Tr i hơn M c tinh, sao ch i Halley cĩ chu kỳ 76 năm. Sao ch i dài h n cĩ chu kỳ chuy n đ ng quanh M t Tr i đ n hàng v n năm như sao ch i Hyukutake (11.000 năm). Hình 1.28. Qu đ o sao ch i v i 2 đuơi khí và b i 30
- Sao ch i c u t o t h n h p cácboníc, mêtan và nư c đĩng băng l n v i các h p ch t h u cơ cao phân t và các khống ch t khác. D a vào hình d ng cĩ th th y nĩ g m hai b ph n, ph n đ u và ph n đuơi sao ch i. Khi sao ch i ti n v g n M t Tr i, t c là vào vịng trong H M t Tr i, b c x đi n t c a M t Tr i khi n các l p băng bên ngồi b t đ u thăng hoa. Dịng b i và khí bay ra t o nên m t b u “khí quy n” l n nhưng r t lỗng bao quanh sao ch i g i là ph n đ u sao ch i, ph n đ u sao ch i cĩ th l n hơn c M t Tr i. Ph n đ u sao ch i cĩ m t lõi r n g i là nhân. Nhân sao ch i cĩ d ng thon dài, c u t o là nh ng khống ch t n ng, hay ch t h u cơ cao phân t . H t nhân c a sao ch i thu c v t th đen nh t trong H M t Tr i, nĩ ph n x ánh sáng th p hơn c nh a đư ng (7% ánh sáng). Chính màu đen c a sao ch i t o nên kh năng h p th nhi t m nh, tăng cư ng quá trình b c hơi các ch t khí. Nhân sao ch i cĩ đư ng kính kho ng 50 km. Ph n đ u sao ch i khi ti n càng g n M t Tr i, dư i áp su t b c x và giĩ M t Tr i th i vào b u khí quy n này kéo dài nĩ ra thành hai đuơi kh ng l . B i và khí t o hai đuơi riêng r , chĩa v hai phương hơi l ch nhau; các h t b i cĩ kh i lư ng l n khơng d b giĩ M t Tr i tác đ ng, ch b tách r i kh i ph n đ u c a sao ch i và bay ch m l i trên qu đ o ngay sau ph n đ u (do đĩ đuơi b i cong theo đư ng cong c a qu đ o) cịn đuơi khí (đúng hơn là khí đã b ion hĩa) ch a các h t ion nh , d dàng b giĩ M t Tr i th i theo phương n i th ng đ n M t Tr i, và sau đĩ chúng đi theo đư ng s c t trong khơng gian thay cho đư ng qu đ o. ðuơi sao ch i cĩ hình cái ch i, kéo dài v phía đ i di n v i M t Tr i. Chi u dài đuơi sao ch i cĩ th kéo dài đ n c m t đơn v thiên văn ho c hơn. Theo các nghiên c u, nh ng sao ch i ng n h n đư c cho là cĩ ngu n g c t vành đai Kuiper, cịn các sao ch i dài h n cĩ th đ n t đám Vành đai Oort. Cĩ nhi u kh năng chúng ch a Kuiper các v t ch t t th i kỳ H M t Tr i m i hình thành, đ c bi t là các sao ch i dài h n. Chúng n m r t xa M t ðám mây Tr i, th nh tho ng m t vài va ch m Oort hay nhi u lo n qu đ o cĩ th gây ra b i m t ngơi sao nào đĩ n m g n M t Tr i hay c a các hành tinh như M c Hình 1.29. Vành đai Kuiper và đám mây Oort tinh đưa m t s m nh v t ch t bay vào trung tâm. Sau m i l n đ n g n M t Tr i, nhân sao ch i l i b tiêu hao m t ph n do v t ch t b b c hơi làm cho nhân nh l i. Kích thư c nh , qu đ o chuy n đ ng khơng n đ nh, chúng s b các hành tinh tĩm l y khi bay vào qu đ o c a các hành tinh đĩ, ho c va ch m v i các thiên th và b h y ho i. Khi b phá h y các ph n t r n c a nhân sao ch i s tr thành ngu n v t li u hình 31
- thành nên nh ng thiên th ch di chuy n trong khơng gian Vũ tr theo qu đ o c a sao ch i đã m t. N u Trái ð t đi vào đám mây thiên th ch này, chúng ta s nhìn th y c nh tư ng “mưa sao băng”, như mưa sao băng Sư t (Leonids) ngày 17 18/11/2009 xu t hi n khi Trái đ t đi xuyên qua đám b i c a đuơi sao ch i 55P/Tempel Tuttle. Ho c c vào kho ng t 17 7 đ n 24 8 hàng năm, khi qu đ o c a Trái ð t c t qua đám mây b i và nh ng m nh v c a sao ch i 109 P/ Swift Tuttle (S T) tr i dài trên qu đ o c a nĩ quanh H M t Tr i l i x y ra mưa sao băng. 1.4.4.4 . Vành đai Kuiper Vành đai Kuiper là các thiên th c a H M t Tr i n m tr i r ng t ph m vi qu đ o c a H i Vương tinh kho ng 4,5 đ n 7,5 t km (kho ng 30 AU t i 44 AU) tính t phía M t Tr i, qu đ o n m g n v i m t ph ng Hồng đ o. Các thiên th trong vành đai Kuiper g m nh ng m nh v , gi ng v i vành đai các ti u hành tinh, nhưng đư c t o thành ch y u t băng cĩ th cĩ hình d ng g n gi ng các ti u hành tinh. Ranh gi i ngồi c a vành đai Kuiper chưa đư c xác đ nh m t cách c th , nhưng cĩ s suy gi m rõ ràng v m t đ các thiên th n m ngồi ph m vi đã bi t. Trong vành đai, hành tinh lùn Diêm Vương là m t ph n c a vành đai Kuiper. 1.4.4.5 . ðám mây Oort ðám mây Oort ðám mây tinh vân Oort (l y theo tên c a Ernst Julius Ưpik và Jan Hendrik Oort) là m t đám mây b i khí, sao ch i và thiên th ch kh ng l bao quanh H M t Tr i v i đư ng kính kho ng 1 năm ánh sáng. Nĩ g m cĩ hai ph n: đám mây phía trong và đám mây phía ngồi cách M t Tr i kho ng 30.000 đ n 50.000 đơn v thiên văn. Theo gi thuy t, các sao ch i đư c hình thành t i đây, và 50% s sao ch i trong H M t Tr i đư c t o thành t đám mây phía trong. V ngu n g c ðám mây Oort, cĩ th đư c hình thành t khi H M t Tr i cịn là đám mây b i khí. Khi l c h p d n l n d n lên, nĩ kéo các khí và b i l i g n nhau, t o thành M t Tr i và các hành tinh. Nhưng ph n bên ngồi, do l c h p d n khơng đ m nh, nên chúng v n cịn lơ l ng trong Vũ tr . Chúng hình thành nên ðám mây Oort, ranh gi i cu i cùng c a H M t Tr i. 32
- CÂU H I ƠN T P CHƯƠNG 1 1. T i sao l i cĩ nhi u quan ni m khác nhau v Vũ tr ? 2. Phân tích, so sánh, rút ra ý nghĩa và giá tr khoa h c, th c ti n c a 2 mơ hình Vũ tr Clơt Ptơlêmê và N. Cơpecnic. 3. Gi a thuy t Big bang v s hình thành Vũ tr và hi n tư ng giãn n Vũ tr cĩ m i quan h gì? 4. Hi n tư ng giãn n Vũ tr di n ra như th nào? Phân tích m i quan h gi a hi n tư ng giãn n Vũ tr v i ngu n g c và quan ni m v Vũ tr . 5. Nh ng v n đ cơ b n mà các gi thuy t v ngu n g c H M t Tr i nêu ra là gì? 6. Cơ s nào đ nĩi r ng H M t Tr i cĩ chung ngu n g c. 7. Vì sao cĩ th chia các hành tinh H M t Tr i ra làm hai nhĩm? 8. Ngu n năng lư ng c a M t Tr i đư c sinh ra nh ph n ng gì? Phát ra dư i d ng nào? 9. Phân bi t gi a hành tinh, hành tinh lùn và v tinh. T i sao Diêm Vương tinh l i khơng đư c coi là m t hành tinh? 10. Phân bi t gi a ti u hành tinh, thiên th ch và sao ch i. Khi nào thì thiên th ch đư c g i là sao băng? 11. Hi n tư ng mưa sao băng x y ra khi nào? N I DUNG TH O LU N CHƯƠNG 1 N i dung 1 . Vai trị c a năng lư ng M t Tr i đ i v i s phát tri n sinh gi i. N i dung 2 . Ngu n năng lư ng M t Tr i đ i v i s phát tri n kinh t xã h i ngày nay. N i dung 3. Thiên th ch và sao ch i cĩ gây ra th m h a t nhiên! 33
- Chương 2. HÌNH D NG, KÍCH TH Ư C, KH I LƯ NG, CÁC V N ð NG C A TRÁI ð T V À NH NG H QU ð A LÝ ( ) Trái ð t là hành tinh th ba tính t M t Tr i, đ ng th i cũng l à hành tinh l n nh t trong các hành tinh c u t o b n g đ t đá c a H M t Tr i xét trên các y u t v bán kính, kh i lư ng và m t đ v t ch t . Trái ð t là hành tinh duy nh t trong H M t Tr i cĩ sinh v t phát tri n, trong đĩ cĩ con ngư i và cho đ n nay đây l à nơi duy nh t trong Vũ tr đã đư c khám phá cĩ s s ng. Qua các tài li u đ a hĩa v à nghiên c u thiên th ch ngư i ta cho r ng Trái ð t đư c hình thành cách đây kho ng 4,55 t năm và cĩ th sinh quy n đã xu t hi n trên b m t Trái ð t t kho ng 3,5 t năm trư c. K t đĩ, sinh quy n c a Trái ð t , đ c bi t Hình 2.1. Trái ð t ch p t Apollo 17 là t o lam đã cĩ vai trị quan tr ng làm thay đ i đáng k b u khí quy n và các đi u ki n vơ cơ khác c a Trái ð t. ði u đĩ đã t o đi u ki n thu n l i cho s ph bi n c a các vi sinh v t ưa khí cũng nh ư s hình thành c a t ng ơzơn l p b o v quan tr ng, c ùng v i t trư ng c a Trái ð t, đ ã ngăn ch n các b c x cĩ h i và ch che cho s s ng t n t i và phát tri n đ n ng ày nay . Các đ c đi m v đ a lý và đ a v t lý c a Trái ð t cũng như l ch s phát tri n đ a lý hay qu đ o chuy n đ ng c a nĩ , cho phép s s ng t n t i trong th i gian qua. Trên cơ s tính tốn v ngu n năng l ư ng M t Tr i và s tương tác gi a các v t th trong H M t Tr i, theo đánh giá Trái ð t cịn cĩ th duy trì s s ng th êm 1,5 t năm n a, trư c khi kích thư c c a M t Tr i tăng lên và tri t tiêu s s ng. Hi n nay, chú ng ta bi t m t cách ch c ch n Trái ð t cĩ d ng h ình c u, nh các đi u ki n v thám hi m Vũ tr v à các k thu t đo đ c. Tuy nhiên, trư c khi cĩ t àu vũ tr đ cĩ th quan sát Trái ð t t ngo ài khơng gian, cũng như s d ng các phép tính chính xác đ xác đ nh kích thư c, hình d ng, các tính ch t v t lý c a Trái ð t mà chúng ta ngày nay cĩ đư c, thì trong m t th i gian dài (trư c n a đ u th k XX) đã t n t i nhi u quan ni m khác nhau v hình d ng Trái ð t. 2.1. Hình d ng c a Trái ð t 2.1.1. Nh ng quan ni m v h ình d ng c a Trái ð t T th i xa xưa, do b nh hư ng b i tr c giác, hay b i các tơn giáo v à s tích nên đã cĩ nh ng quan ni m cho r ng Trái ð t cĩ d ng chi c mâm tr ịn, d t n m trên lưng 3 con cá voi (ngư i B c Âu) ; ho c trên lưng 3 con voi (ngư i n ð ) ; phương ðơng và Vi t Nam thì quan ni m Trái ð t cĩ hình vuơng “Tr i trịn – ð t vuơng”. 34
- Vào th k VI trư c cơng nguyên nhà tốn h c, thiên văn h c Hy L p Pi ta go (Pythagoras 582 – 507 TCN) và trư ng phái c a ơng đã đ ra thuy t v d ng c u c a Trái ð t theo l p lu n lơgic h c. H cho r ng, Trái ð t là m t th hồn h o thì ph i cĩ m t hình d ng hồn h o, đĩ là hình c u. ð n th k IV trư c cơng nguyên Aritst t (Aristoteles 384 – 322 TCN) nhà Tri t h c Hy L p đưa ra ch ng c khoa h c v hình c u c a Trái ð t khi ơng quan sát hi n tư ng nguy t th c, lúc đĩ trên M t Trăng cĩ cái bĩng hình c u đư c in lên, hay khi ta quan sát hi n tư ng con tàu ra khơi b khu t d n t m nhìn do b m t cong c a bi n hay chính là b m t cong c a Trái ð t. ð n th k th III trư c cơng nguyên, Eratoxten (Eratosthenes 276 – 194 TCN) m t nhà tốn h c, đ a lý và thiên văn ngư i Hy L p cho r ng Trái ð t cĩ hình kh i c u, trên m t cĩ các l c đ a và m t đ i dương duy nh t. Ơng cũng ti n hành đo đ c chu vi c a Trái ð t v i kích thư c g n chính xác 250.000 stadia (đơn v đo đ dài c a Hy L p) kho ng 40.000 km (s li u hi n nay 40.007,86 km). Sau chuy n đi vịng quanh th gi i (t 20/9/1519 – 6/9/1522) b ng đư ng bi n c a Fecđinăng Magienlăng (Ferdinand Magellan 1480 – 1521) nhà thám hi m hàng h i ngư i B ðào Nha đã kh ng đ nh Trái ð t cĩ hình c u. B i theo ơng, do cĩ hình c u nên c đi theo m t hư ng thì s quay v đư c v trí ban đ u (chuy n thám hi m đi theo hư ng Tây). T sau chuy n đi này, ngư i ta đã tin r ng Trái ð t cĩ hình c u. V i các quan ni m và nh ng cơ s khoa h c ch ng minh đư c Trái ð t cĩ hình d ng c u đã t o nên m t bư c ngo t trong th gi i quan đ i v i s phát tri n c a Tri t h c và ð a lý h c th i kỳ b y gi . Tuy nhiên, năm 1672 nhà V t lý h c Risê (Richer) đem chi c đ ng h qu l c thiên văn r t chính xác t Paris (49 o vĩ B c) sang Cayenne (5 o vĩ B c) thu c Guyane Nam M , th y r ng vĩ đ Cayenne g n xích đ o đ ng h ch y ch m hơn vĩ đ Paris m i ngày 2 phút 28 giây. Các quan sát nhi u nơi khác cũng cho th y t c đ qu l c ch m d n t c c đ n xích đ o. Ta bi t r ng, qu l c đ ng h dao đ ng nhanh hay ch m là do cư ng đ tr ng l c c a nơi nĩ l c l n hay bé. Cư ng đ l n thì l c nhanh, bé thì l c ch m. Cư ng đ tr ng l c t i m t nơi l n hay bé ph thu c vào t c đ t quay c a Trái ð t nơi đĩ, t c đ này gi m d n t xích đ o v hai c c. xích đ o t c đ quay l n, s c ly tâm do t quay l n nên c n l i tr ng l c làm cho cư ng đ tr ng l c kém đi, v l i xích đ o kho ng cách t m t đ t đ n tâm l n hơn Paris nên làm cho tr ng l c xích đ o cũng nh hơn. V y, trong trư ng h p qu l c đ ng h c a Risê là do cư ng đ tr ng l c Trái ð t Paris l n hơn xích đ o. ði u đĩ cũng cĩ nghĩa là b m t đ t xích đ o n m xa tâm Trái ð t hơn so v i Paris (n u mu n cho đ ng h ch y đúng, ph i rút ng n qu l c 3 mm). T cơ s khoa h c đĩ, Newton (1690) đưa ra k t lu n Trái ð t khơng ph i là m t kh i c u hồn h o (v m t hình h c) mà là m t kh i c u d t hai c c và phình ra xích đ o – kh i elípxơit (ellipsoid). Hình d ng này chính là k t qu c a l c ly tâm do hi n tư ng t quay quanh tr c c a Trái ð t, t c đ quay càng nhanh thì đ d t càng l n. 35
- Tuy nhiên, năm 1859 nhà khoa h c ngư i Nga Subert đã xác đ nh Trái ð t khơng ch d t hai c c mà cịn b d t c xích đ o, v i đ d t nh b ng 1/30.000 bán kính xích đ o. Như v y, xích đ o khơng ph i là m t đư ng trịn mà là m t đư ng elíp, đư ng elíp này cĩ bán tr c l n nh t n m kinh tuy n 15 o đơng, bán tr c nh kinh tuy n 105o đơng. Vì v y, kh i elípxơit Trái ð t cĩ ba tr c. 2.1.2. Hình d ng th c c a Trái ð t Tr i qua m t th i gian dài, v i các quan ni m và nh ng ch ng minh khoa h c. ð n th k XVII ch ng minh đư c Trái ð t cĩ d ng hình c u hơi d t 2 c c, phình ra xích đ o (elípxơit). Nhưng đ n th k XIX phát hi n Trái ð t khơng ch cĩ d t c c mà cịn hơi d t c xích đ o, v i hình elípxơit cĩ 3 tr c và th k XX v tinh nhân t o l i phát hi n bán c u Nam so v i bán c u B c nĩi chung cịn cĩ m t đ phình nh vào kho ng 30 m. Hình 2.2. D ng Giêơit c a Trái ð t Hình 2.3. Trái ð t nhìn t Vũ tr cĩ d ng c u Vì v y, Trái ð t cĩ hình d ng ph c t p và đ c bi t, nĩ khơng thu c hình d ng tốn h c nào. Cho nên đư c g i là “Hình Trái ð t” hay hình Giêơit (Geoid). Qua các th i kỳ và các phương pháp đo đ c khác nhau c a các nhà nghiên c u, các s li u đo đ c vì th cũng cĩ nh ng thay đ i và càng ngày càng chính xác hơn. Hi n nay, các s li u v kích thư c Trái ð t đư c s d ng ph bi n: B ng 2.1 . Các s li u v tính ch t v t lý c a Trái ð t Bán kính xích đ o hay bán tr c l n (a) 6.378,3 km Bán kính c c hay bán tr c nh (b) 6.356,8 km Bán kính trung bình 6.371 km Chi u dài trung bình vịng kinh tuy n 40.007,86 km Chi u dài vịng xích đ o 40.075,02 km Chu vi trung bình c a hình c u 40.041,47 km ð d t c c 1/298 = 21,36 km ð d t xích đ o 1/30.000 = 213 m Di n tích b m t Trái ð t 510.072,000 km 2 Th tích 1,083 × 10 12 km 3 Kh i lư ng 5,9736 × 10 24 kg M t đ trung bình 5,5153 g/cm 3 Gia t c tr ng trư ng t i xích đ o 9.780,327 m/s² tương ng 0,99732 g V n t c vũ tr c p 2 11,186 km/s 36
- Trên th c t , b m t kh i Giêơit tuy khơng trùng v i kh i elípxơit nhưng cũng khơng sai bao nhiêu. 35 o vĩ B c b m t c a kh i Giêơit th p hơn b m t c a kh i elípxơit, ngư c l i 35 o bán c u Nam l i cao hơn kho ng 20 m, xích đ o 2 b m t trùng nhau. C c B c Giêơit cao hơn kho ng 15 m, cịn c c Nam th p hơn kho ng 20m. L c đ a Nam C c th p hơn b m t elípxơit kho ng 30 m, vì th ngư i ta cho r ng hình c a Trái ð t gi ng hình qu lê ho c hình trái tim. Tuy nhiên, do Trái ð t cĩ hình d ng g n gũi v i hình elípxơit và hình c u. ð c bi t khi bay ra ngồi khơng gian quan sát v Trái ð t các thay đ i nh v đ d t khơng th phát hi n đư c, bên ngồi l p v Trái ð t l i cĩ l p nư c bao b c nên nh ch p v nĩ cĩ d ng c u. Vì v y, ta g i Trái ð t cĩ d ng t a c u hay là ð a c u th . 6.356,8 6.378,3 6.378,1 Hình 2.4 . D ng elípxơit 3 tr c Hình 2.5. So sánh Elípxơit – Geoid Hình c u 2.1.3. H qu v hình d ng, kích thư c, kh i lư ng c a Trái ð t 2.1.3.1 . V m t đ a lý Hi n tư ng ngày đêm làm nhi t đ trên b m t Trái ð t đư c đi u hịa. D ng hình c u c a Trái ð t làm cho b m t Trái ð t thư ng xuyên đư c chi u sáng m t n a đ i di n v i M t Tr i g i là ngày và n a cịn l i n m khu t phía sau b che trong bĩng t i g i là đêm, k t h p v i v n đ ng t quay quanh tr c làm cho m i nơi trên Trái ð t luơn luơn đư c chi u sáng và che khu t sinh ra nh p đi u ngày đêm, nh p đi u này làm nhi t đ trên b m t Trái ð t đư c đi u hịa. Ngày 22/6 Ngày 21/3 và 23/9 Ngày 22/12 Hình 2.6. Di n tích chi u sáng trên Trái ð t vào các ngày chí và phân. 37
- S phân b gĩc nh p x cũng như b c x M t Tr i khác nhau trên b m t đ t. D ng hình c u c a Trái ð t làm cho các tia sáng song song c a M t Tr i khi chi u xu ng b m t Trái ð t trong cùng m t th i đi m nhưng các vĩ đ khác nhau t o ra nh ng gĩc nh p x và b c x khác nhau. Các gĩc nh p x nh d n t vĩ đ M t Tr i chi u th ng gĩc đi v hai phía vuơng gĩc v i đư ng vĩ đ đĩ. Ví d : vào ngày 22/6 M t Tr i chi u vuơng gĩc t i chí tuy n B c, gĩc nh p x t i đây là 90 o. Tuy nhiên, cùng th i đi m đĩ gĩc nh p x xích đ o là 66 o30 ’ cịn 47 o VB là 23 o30’; vào ngày 22/12 thì ngư c l i bán c u Nam. Tia trư t 0 o 90o Tia nghiêng 30 o 23 o30’ 60o Tia nghiêng 60 o 47 o o 30 o Tia th ng đ ng 90 o 0o 90 66 o30’ 43 o 0o Gĩc nh p x vào ngày phân Gĩc nh p x vào ngày 22/6 Hình 2. 7 . S phân b gĩc nh p x M t Tr i khác nhau trong ngày. Trong m t năm, do M t Tr i ch ho t đ ng bi u ki n trong khu v c n i chí tuy n (23 o27’B 23 o27’N) nên s thay đ i gĩc nh p x và s phân b b c x trên bình di n chung là gi m d n t xích đ o v hai c c. Cũng do hình d ng c u c a Trái ð t nên cĩ hi n tư ng khác bi t v b c x trên các kinh tuy n khác nhau trong ngày (hi n tư ng m c – lên đ nh đ u – l n c a M t Tr i), đây là y u t cơ b n t o nên bi n thiên nhi t trong ngày. Hình thành các vịng đai nhi t, áp, giĩ, khí h u phân b đ i x ng qua xích đ o v hai c c. Do d ng c u c a Trái ð t làm cho năng lư ng M t Tr i khi b c x xu ng b m t đ t cĩ s phân b thay đ i gi m d n t xích đ o v hai c c. Nguyên nhân c a s phân b gi m d n v hai c c là do vùng xích đ o ngu n năng lư ng đĩ ch tr i trên m t di n tích nh , nhưng càng v c c nĩ càng tr i r ng ra trên m t di n tích l n d n và cĩ th g p ba l n khi vùng g n c c, nên lư ng nhi t mà b m t đ t nh n đư c cũng gi m theo tương ng. Vì v y, hình thành các vịng đai nhi t gi m d n t xích đ o v hai c c. Chúng ta cũng bi t r ng, các vịng đai khí áp và giĩ trên b m t Trái ð t liên quan ch t ch v i các vịng đai nhi t, nơi cĩ nhi t đ cao thì cĩ áp su t th p, nơi cĩ nhi t đ th p thì áp su t cao. Cũng vì s phân b cĩ tính quy lu t c a các y u t t 38
- nhiên trên nên đã hình thành các đai khí h u tương ng t xích đ o v hai c c, khí h u nhi t đ i, khí h u ơn đ i, khí h u hàn đ i, khí h u c c. Hình d ng c u c a Trái ð t làm cho t m nhìn khi lên cao đư c m r ng. T m nhìn xa trên m t đ t c a chúng ta b gi i h n b i đư ng chân tr i, đĩ là nơi tia m t ti p tuy n v i m t c u c a Trái ð t. Vì v y, khi đ ng lên cao ti p tuy n s m r ng ra và cho chúng ta t m nhìn xa hơn. B ng 2.2. S thay đ i t m nhìn ðư n g ðư ng chân tr i ð cao (m) T m nhìn xa (km) chân B tr i A 1 3,57 10 11,28 100 35,69 Hình 2.8. S thay đ i t m nh ìn Hi n tư ng này r t d ki m nghi m khi ta đ ng trên b bi n quan sát con tàu ra khơi và vào b , con tàu s b chìm d n khi ra khơi và n i lên d n khi đi vào b . S đ i x ng qua xích đ o Hình d ng c u nên xích đ o là vĩ tuy n l n nh t và chia Trái ð t thành hai n a đ i x ng qua xích đ o thành hai bán c u (bán c u B c và Nam). S đ i x ng này gây ra s đ i x ng và ngư c nhau v các hi n tư ng đ a lý. ðĩ là s đ i x ng c a các vịng đai nhi t, áp, giĩ trên đ a c u. Giĩ tín phong bán c u B c cĩ hư ng đơng b c cịn bán c u Nam l i cĩ hư ng đơng nam, trong khi bán c u B c là mùa nĩng thì bán c u Nam l i là mùa l nh và ngư c l i. Khi bán c u B c là mùa nĩng n u càng đi v hư ng B c càng l nh, ngư c l i bán c u Nam càng đi v hư ng B c càng nĩng và ngư c l i. T xích đ o đi v hai c c cĩ s đ i x ng nhau c a các vành đai áp, g m cĩ m t áp th p xích đ o, hai áp cao chí tuy n, hai áp th p ơn đ i, hai áp cao c c đ i x ng qua áp th p xích đ o. Vành đai l nh 60 o B Vành đai ơn hịa 30 o B Vành đai nĩng 30 o N Vành đai ơn hịa 60 o N Vành đai l nh a b Hình 2.9. Các vành đai nhi t (a); áp, giĩ (b) trên Trái ð t 39
- S khác nhau c a đ dài các cung vĩ đ ð d t c a Trái ð t gây ra s khác bi t trong đo đ c đ dài c a các cung vĩ đ , càng lên nh ng vĩ đ cao, đ dài c a các cung vĩ đ càng tăng. B ng 2.3. Chi u dài cung 1 o trên các kinh tuy n Cung vĩ đ ð dài c a cung 1 0 ð dài cung 1 o càng l n khi đi v hai c c o 0o – 1o 110.576 km Cung 1 44 o – 45 o 4o – 5o 110.583 km 44 o – 45 o 111.134 km Cung 1 o xích đ o Hình 2.10 . S khác bi t đ dài cung 1 o 2.1.3.2 . V m t đ a v t lý Trái ð t cĩ th tích nh , nhưng ch a đư c m t lư ng v t ch t t i đa so v i các hình h c khác cĩ cùng di n tích b m t. Do cĩ hình d ng kh i c u nên Trái ð t cĩ s c căng di n tích b m t t i đa, đi u đĩ cho phép kh năng ch a đư c lư ng v t ch t t i đa. V t ch t càng vào trung tâm càng b nén ch t và t tr ng càng l n, đ ng th i phân b thành các l p đ ng tâm, hình thành nhân trung tâm. H qu v s nén ch t và hình thành các quy n liên quan đ n th i gian đ u khi Trái ð t hình thành, v t ch t chưa n đ nh, hi n tư ng phân d x y ra, các v t ch t n ng chìm vào tâm, chi u dài c a bán kính làm tăng áp su t xu ng bên dư i đ ng th i nén v t ch t. H qu này cũng cĩ liên quan đ n chuy n đ ng quanh tr c c a Trái ð t. V Manti trên Manti dư i Nhân ngồi Nhân trong Hình 2.11. C u trúc các l p đ ng tâm c a Trái ð t bên trong 40
- nh hư ng ma sát ngư c c a tri u l c làm cho Trái ð t quay ch m l i, t c đ quay gi m đã làm bi n d ng v Trái ð t, hình thành vành đai đ t gãy kho ng 35 o vĩ B c và Nam. Hình d ng kh i elípxơit c a Trái ð t (d t 2 c c) đã làm tăng di n tích ti p xúc (cĩ th hi u là l c h p d n c a Vũ tr ti p xúc trên m t di n tích l n hơn so v i m t hình c u chu n), l c h p d n này cũng là ma sát sát ngư c khi Trái ð t chuy n đ ng quanh tr c. Chính nh hư ng ma sát ngư c c a tri u l c đã làm cho Trái ð t quay ch m l i (theo các nhà khoa h c, vào đ i Thái c th i gian quay quanh tr c 1 ngày đêm c a Trái ð t ch 20 gi ). T c đ quay gi m đã làm bi n d ng v Trái ð t, bi u hi n s gi m đ d t hai c c làm cho th ch quy n vùng xích đ o h th p, các vĩ đ cao (t vĩ tuy n 62 o v c c) đư c nâng lên, gi a các vành đai nâng lên h xu ng đã hình thành vành đai đ t gãy kho ng 35 o vĩ B c và Nam. M i v t đ u b Trái ð t hút vào tâm Trái ð t . Kích thư c và kh i lư ng v t ch t c a Trái ð t r t lý tư ng vì đã sinh ra m t s c hút đ l n đ gi các v t theo hư ng v tâm và gi đư c m t l p khơng khí bên ngồi t o đi u ki n cho s s ng t n t i. Mu n thốt kh i s c hút này, các v t ph i cĩ t c đ vũ tr c p II (ít nh t b ng 11,2 km/s). Các ch t khí trong khí quy n (như ơxi, nitơ, cácbonic, ) nhi t đ 0 oC cũng ch cĩ t c đ kho ng 0,5 km/s. Như v y chúng khơng th ng đư c s c hút c a Trái ð t, mà b “cư ng b c” b o v cho Trái ð t, do đĩ Trái ð t gi đư c l p khí quy n bao quanh. Nh chi c “áo giáp” khơng khí này, Trái ð t tr thành nơi duy nh t trong H M t Tr i t n t i s s ng. Gi s , n u kích thư c và kh i lư ng c a hành tinh quá l n như M c tinh, Thiên Vương tinh thì l p khí quy n l i r t đ m đ c, đi u đĩ khơng cĩ l i cho s t n t i c a s s ng; cịn n u quá nh thì khơng gi đư c khơng khí bao quanh. Vì v y, các hành tinh này đ u khơng cĩ sinh v t. 2.2. Các v n đ ng c a Trái ð t và h qu đ a lí Trái ð t th c hi n nhi u v n đ ng khác nhau trong H M t Tr i, H Ngân Hà và trong Vũ tr . Trong đĩ cĩ 3 v n đ ng quan tr ng nh t (v n đ ng quanh tr c, quanh M t Tr i và quanh tâm chung Trái ð t – M t Trăng) mà ta c m nh n đư c và th y đư c qua m i quan h v i các y u t t nhiên trên Trái ð t. M t câu h i l n đư c đ t ra là “Vì sao Trái ð t cĩ th v n đ ng đư c?”. Theo các nhà khoa h c, là do Trái ð t cĩ đ ng lư ng gĩc nguyên th y c a đám khí và b i ban đ u khi co l i thành các hành tinh nên Trái ð t t v n đ ng. Theo gi thuy t đư c nhi u ngư i ch p nh n thì H M t Tr i đư c hình thành t nh ng đám b i khí nguyên th y. Nh ng đám b i khí này v n đã cĩ đ ng lư ng gĩc. Sau khi hình thành H M t Tr i, đ ng lư ng gĩc c a nĩ khơng b m t đi (theo đ nh lu t b o tồn đ ng lư ng gĩc) nên t t nhiên phát sinh s phân b l i. Các tinh th b i, khí trong quá trình tích t l n lư t nh n đư c đ ng lư ng gĩc nh t đ nh c a đám b i khí nguyên th y. Vì đ ng lư ng gĩc khơng đ i nên các hành tinh trong quá trình co l i 41
- s chuy n đ ng ngày càng nhanh. S phân ph i đ ng lư ng gĩc mà nĩ thu đư c s làm cho Trái ð t t quay và quay quanh M t Tr i. 2.2.1. V n đ ng t quay quanh tr c 2.2.1.1 . Nh ng phát hi n v n đ ng c a Trái ð t Trong quá trình l ch s lâu dài, vi c nh n th c v hi n tư ng t quay c a Trái ð t đã g p r t nhi u khĩ khăn. Do quan sát th y hàng ngày M t Tr i, M t Trăng và các vì sao c m c phía đơng và l n phía tây làm cho chúng ta cĩ c m nh n là Trái ð t đ ng yên cịn các thiên th thì v n đ ng quanh Trái ð t. ði u đĩ đã đưa đ n thuy t ð a tâm h c a Pơtơlêmê. Ngư i đ u tiên trong l ch s cĩ đơi con m t thiên tài đã nh n th c đúng đư c hi n tư ng t quay quanh tr c c a Trái ð t là nhà thiên văn h c Ba Lan – N. Cơpécnic. Ơng đã đ xư ng H Nh t tâm (năm 1543), coi M t Tr i là trung tâm Vũ tr , các hành tinh chuy n đ ng quanh M t Tr i, Trái ð t t quay quanh tr c trong khi quay quanh M t Tr i. V i nh n th c c a N. Cơpécnic đã m ra m t con đư ng m i cho khoa h c Vũ tr phát tri n. Tuy nhiên, nh n th c đĩ đã đi ngư c l i quan ni m c a nhà th cơ đ c giáo lúc b y gi nên đã b Giáo h i ph đ nh, c m lưu hành, đàn áp và thiêu s ng ai ng h (năm 1600 nhà bác h c Ý Giordano Bruno đã b thiêu s ng khi truy n bá và ng h thuy t H Nh t tâm). Năm 1851, nhà V t lý h c Pháp Phucơ (Foucalt) ti n hành ki m nghi m hi n tư ng t quay c a Trái ð t b ng cách s d ng m t con l c n ng 28 kg cĩ đ u nh n, treo b ng s i dây dài 40m vào tr n đi n Pantêơn (Panthéon) Paris và đ dư i con l c m t bàn cát r i cho con l c dao đ ng theo m t hư ng nh t đ nh. Sau khi con l c ng ng ơng th y cĩ nh ng đư ng th ng, nhưng chéo v i đư ng th ng đ u tiên và l ch d n theo hư ng t đơng sang tây (theo nguyên lý cơ h c thì m t ph ng dao đ ng c a qu l c hồn tồn đ ng yên). T đĩ ơng đã đi t i k t lu n bàn cát di đ ng, hay chính m t đ t đã di đ ng. ði u đĩ cũng ch ng t Trái ð t t quay quanh tr c theo hư ng ngư c l i (tây sang đơng). V i thí nghi m này, ơng chính là ngư i đ u tiên ch ng minh đư c Trái ð t t quay quanh tr c b ng cơ s khoa h c th c nghi m. 2.2.1.2 . ð c đi m v n đ ng Trái ð t t quay quanh tr c tư ng tư ng theo hư ng t tây sang đơng (ngư c chi u quay kim đ ng h ) n u nhìn t B c thiên c c xu ng m t ph ng Hồng đ o. Tr c Trái ð t t o v i m t ph ng Hồng đ o (m t ph ng ch a qu đ o chuy n đ ng c a Trái ð t và các hành tinh) m t gĩc 66 o33 ’. Cịn m t ph ng xích đ o Trái ð t t o v i m t ph ng Hình 2.12. Hư ng v n đ ng Hồng đ o m t gĩc 23 o27’. quanh tr c 42
- Trái ð t hồn thành m t vịng t quay quanh tr c trong kho ng th i gian m t ngày đêm, quy ư c 24 gi g i là ngày đêm theo M t Tr i. Kho ng th i gian đĩ đư c xác đ nh b ng v trí c a M t Tr i 2 l n lên thiên đ nh trên kinh tuy n cĩ đ a đi m quan sát. Trong th c t , các qu c gia quy ư c ngày M t Tr i b t đ u t lúc 0 gi , đĩ là th i gian lúc n a đêm. Nhưng chúng ta bi t, vì hư ng chuy n đ ng c a Trái ð t quanh M t Tr i trùng v i hư ng t quay quanh tr c c a Trái ð t, nên cách xác đ nh ngày đêm theo M t Tr i đã dài hơn ngày đêm th c. Ngày đêm th c, là kho ng th i gian mà Trái Sao là m chu n M t Tr i α α Qu đ o Tð A A Tð Tð 2 1 Hình 2.13 . S khác nhau gi a ngày M t Tr i và ngày theo sao ð t quay trịn m t vịng quanh tr c n u ch n m t ngơi sao làm m c, kho ng th i gian này ch là 0,99726968 ngày, t c là 23 gi 56 phút 4 giây. Ngày đêm này g i là ngày đêm theo sao hay ngày đêm thiên văn. 2π 360 T c đ gĩc quay c a Trái ð t: ω = = = 15 o/h, t c đ gĩc quay khơng T 24h ph thu c vào v trí đ a lý mà b t c vĩ đ nào cũng ph i quay trong m t đơn v th i gian nh t đ nh 15 o quay h t 1h; 1 o quay h t 4’. V n t c quay c a Trái ð t (cịn g i là v n t c dài v) ph thu c vào vĩ đ , gi m d n t xích đ o đ n hai c c. 2πR + xích đ o v n t c c a Trái ð t b ng: V = hay ωR = 464 m/s. T 2π 2π V= R = 6378,000= 463,58m/ s ≈ 464m/ s T 864.000 Trong đĩ: ω: t c đ gĩc quay R: bán kính Trái ð t t i xích đ o tính ra m T: th i gian tính ra giây V n t c xích đ o g n 1.670,4 km/gi . ðây là nơi cĩ v n t c quay nhanh nh t trên Trái ð t. Vì v y, đư c ch n làm sân bay Vũ tr vì khi b n nĩ s b sung cho tên l a m t v n t c tương ng. 43
- + Càng lên các vĩ đ cao v n t c càng gi m, vĩ đ ϕ, v n t c v 1 là v1 = v. cos ϕ hay v 1 = ωR cos ϕ (Trong đĩ v là v n t c t quay c a Trái ð t xích đ o). Trái ð t quay quanh tr c khơng đ u đ n theo th i gian, tháng 8 nĩ quay nhanh nh t, tháng 3 và 4 quay ch m nh t. Hi n tư ng này cĩ nhi u gi i thích nhưng gi i thích c a Ghéplít (ngư i Anh) cho là do giĩ mùa cĩ lý hơn c . B ng 2.4. V n t c quay c a Trái ð t t i các vĩ đ Vĩ đ T c đ m/s Vĩ đ T c đ m/s 10 456,6 40 355,4 15 447,7 45 325 20 435,7 50 297,8 25 420.4 55 265,8 30 401,8 60 232 35 380,0 65 195 2.2.1.3 . H qu đ a lý c a v n đ ng t quay quanh tr c c a Trái ð t Nh p đi u ngày, đêm Trái ð t cĩ hình d ng kh i c u, vì v y luơn cĩ m t n a đư c chi u sáng g i là ngày, m t n a kia b khu t trong bĩng t i g i là đêm. Nhưng do Trái ð t t quay quanh tr c nên m i đ a đi m trên b m t trong 24 gi đ u luân phiên ngày đêm t o nên nh p đi u ngày đêm trên Trái ð t, nh p đi u này t o nên s đi u hịa nhi t đ . Gi s Trái ð t khơng quay quanh tr c thì Trái ð t v n cĩ hi n tư ng ngày đêm, nhưng đĩ là nh ng ngày và đêm dài vơ t n. N a ngày s b thiêu nĩng, n a đêm s b băng giá, áp su t khơng khí gi a hai bên s chênh l ch kh ng khi p, nh ng cơn cu ng phong như th cũng s luơn luơn xu t hi n. Nh ng đi u ki n này s khơng ph i là đi u ki n s ng cho sinh v t và con ngư i. Hình 2.14. Luân phiên ngày, đêm t i m t đi m Nhưng hi n nay, th i gian 24 gi cho m t vịng t quay quanh tr c c a Trái ð t đã hình thành nên m t nh p đi u thích h p v ngày và đêm (v i th i gian ngày và đêm 44
- khơng quá dài, cũng khơng quá ng n) vì th ngày khơng quá nĩng, đêm khơng quá l nh. ðây là đi u ki n r t thu n l i cho s s ng phát sinh, t n t i và phát tri n b m t Trái ð t đ ng th i t o nên tính nh p đi u cho c gi i h u cơ và vơ cơ. Gi trên Trái ð t + Gi đ a phương – gi M t Tr i : Do M t Tr i ch chi u sáng đư c m t n a Trái ð t, Trái ð t l i v n đ ng quanh tr c. Vì v y, m t đ a đi m quan sát trên m t đ t, trong m t ngày đêm theo quy ư c ch th y m t l n M t Tr i lên cao nh t trên b u tr i là lúc 12 gi trưa. Trong th i đi m đĩ thì các v trí quan sát các kinh tuy n khác nhau s nhìn th y M t Tr i trên b u tr i v i các gĩc khác nhau, cịn t i v trí quan sát đĩ ta th y phía đơng c a v trí M t Tr i đã ng v phía tây, nhưng phía tây c a v trí th y M t Tr i s p trịn bĩng. Nguyên nhân này là do Trái ð t đang t quay t tây sang đơng v i t c đ gĩc khơng đ i 360 o/24 gi = 15 o/gi , 1 o quay m t 4 phút. V n đ ng này đã t o nên m i đ a phương trên m i kinh tuy n cĩ nh ng th i gian M t Tr i lên thiên đ nh khác nhau, hay cùng m t th i đi m m i đ a phương cĩ m t gi riêng. Như v y, trong m t ngày đêm các đ a phương cùng n m trên m t kinh tuy n cĩ m t l n M t Tr i lên cao nh t trên đư ng chân tr i là lúc 12 gi trưa, các đ a phương trên cùng m t kinh tuy n như v y đã cĩ gi gi ng nhau. Gi này g i là gi đ a phương hay gi M t Tr i. + Gi khu v c – múi gi : N u s d ng gi đ a phương trong sinh ho t và giao d ch qu c t thì chúng ta s cĩ 360 gi /ngày, m t lãnh th s cĩ r t nhi u gi khác nhau. Vì th , đ tránh tình tr ng l n x n v gi gi c, ngư i ta đã quy đ nh gi th ng nh t cho t ng khu v c trên Trái ð t. Gi quy ư c đĩ là gi khu v c hay gi múi. B m t Trái ð t đư c chia ra làm 24 khu v c, b d c theo kinh tuy n tương đương 15 kinh đ b ng 1 khu v c gi . Vì m i khu v c đ u cĩ hình gi ng múi cam nên cịn đư c g i là múi gi . V y, gi khu v c hay múi gi là gi th ng nh t c a các đ a phương n m trong khu v c 15 kinh đ ch n kinh tuy n đi qua chính gi a khu v c làm gi chung cho c khu v c hay múi. Ví d : Vi t Nam n m trong múi gi s 7, múi gi này gi i h n t kinh tuy n 97 o30’ð đ n 112 o30’ð. Múi gi này cĩ kinh tuy n 105 oð đi qua gi a múi, nên gi đ a phương c a kinh tuy n này đư c ch n làm gi chung cho c múi (trong th c t khi M t Tr i chi u đ ng bĩng lên kinh tuy n 105 oð là lúc 12 gi c a c múi, lúc này kinh tuy n 112 o30’ð đã ng v chi u đư c 30 phút, cịn kinh tuy n 97 o30’ð thì ph i đ i 30 phút sau M t Tr i m i chi u đ ng bĩng). Ranh gi i c a các khu v c gi , v nguyên t c là các đư ng th ng d c theo các kinh tuy n mép múi. Tuy nhiên, vì các qu c gia cĩ ranh gi i thư ng khơng ph i là m t đư ng th ng v l i n u lãnh th cĩ nh ng ph n khơng trùng kh p v i ranh gi i gi khơng đáng k thì các qu c gia đĩ cũng ch ch n m t múi gi làm chu n nên ranh gi i gi này thư ng là m t đư ng ngo n ngoèo theo đư ng biên gi i qu c gia và gi th ng nh t cho lãnh th mang tính quy ư c. Trư c năm 1967, Vi t Nam l y gi B c Kinh làm chu n cho âm l ch. Ngày 8 tháng 8 năm 1967, nư c Vi t Nam Dân ch C ng hịa ban hành quy đ nh đ i l ch dùng múi gi GMT + 7 làm chu n. 45
