DuyTngNguy4
Vote: 5
The Story of the Solar System - Câu chuyện về Hệ Mặt Trời @Trịnh Khắc Duy - CLB Thiên văn Bách khoa Lời người dịch
Giới thiệu về bản dịch: Cuốn sách gốc mang tên: The Story of the Solar System Tạm dịch: Câu chuyện về Hệ Mặt Trời Nhà xuất bản: Cambridge University Press Tác giả: Mark A. Garlick Năm xuất bản lần đầu: 2002, sau đó có in một lần nữa vào năm 2003, bản này của năm đó
Về nội dung
Đầu tiên, xin nhắc, vì xuất bản từ năm 2002 nên cuốn sách có sai so với kiến thức hiện tại là trong đó ghi có 9 hành tinh trong Hệ Mặt Trời. Tuy nhiên, Sao Diêm Vương giờ đây đã bị loại. Xin lưu ý. Tuy nhiên, dù có bị loại hay không thì tính chất của nó vẫn vậy, chỉ khác cái tên nên không phải là vấn đề quan trọng lắm.
Thứ hai, phần giới thiệu của cuốn sách, phần mở đầu chưa được dịch, chỉ là đoạn ngắn và đây là phong cách dịch của tui, phần đó luôn để sau :); còn cả phần mục lục nữa, sẽ update thường xuyên dọc theo các bài post ở đây.
Cuối cùng là về nội dung: như tiêu đề có thể đã hé lộ phần nào, đây sẽ là một câu chuyện đưa ta từ quá khứ tới tương lai của Hệ Mặt Trời, hệ đã hình thành như thế nào, phát triển ra sao và sẽ kết thúc theo cách nào.
Có thể nói đây là câu chuyện đầy đủ và căn bản nhất cho người mới làm quen, cộng thêm tính hấp dẫn từ những hình vẽ tuyệt đẹp nữa.
Giới thiệu Mặt trời, chín hành tinh của nó và các vệ tinh, tiểu hành tinh, và những sao chổi-tất cả là những thành phần tạo nên Hệ Mặt Trời. Trong cuốn sách này chúng ta sẽ gặp gỡ chúng một cách chi tiết. Chúng ta sẽ biết đặc điểm, vị trí của chúng trong Hệ Mặt Trời, hình dáng chúng như thế nào và chúng liên kết với các thành phần khác ra sao. Chúng ta sẽ tìm hiểu chúng được tạo thành từ cái gì và như thế nào. Chúng ta sẽ khám phá những thành phần nào còn tồn tại trong Hệ Mặt Trời kể từ ngày sinh của nó. Và, cuối cùng, chúng ta sẽ xem điều gì sẽ xảy ra với chúng-với cả Hệ Mặt Trời-trong tương lai rất xa, trong hàng tỷ năm nữa, khi ngôi sao mệt mỏi mà chúng ta gọi là Mặt Trời bước vào tuổi già, và xa hơn nữa. Những chủ đề này và nhiều nữa là một phần của câu chuyện vĩ đại-câu chuyện về Hệ Mặt Trời.
Hình ảnh mô tả các hành tinh trong quỹ đạo của chúng quanh Mặt Trời, chia theo tỷ lệ. Hầu hết đều chuyển động trên đường gần tròn, trong cùng một mặt phẳng-gọi là mặt phẳng hoàng đạo-nhưng Sao Thủy, Sao Hỏa và đặc biệt Sao Diêm Vương lại có quỹ đạo elip với Mặt Trời nằm lệch về phía một tiêu điểm. Lưu ý trong hình-sự khác biệt về tỷ lệ giữa những hành tinh vòng trong và vòng ngoài-khu vực vòng trong được phóng to ở góc dưới bên phải.
Tổng quan về Hệ Mặt Trời Hình dáng của Hệ Mặt Trời như thế nào? Các vật thể khác nhau được tìm thấy ở đâu, và chuyển động của chúng có liên quan gì với nhau? Đây là những câu hỏi quan trọng. Bởi vì, nếu chúng ta không thể trả lời chúng một cách chính xác nhất có thể, chúng ta sẽ thất bại với chủ đề còn cơ bản hơn trong cuốn sách: nguồn gốc của Hệ Mặt Trời. Vì vậy tốt hơn hết là bỏ một chút thời gian để cùng nhau xem lại những điều đã biết về Hệ Mặt Trời mà chúng ta là một phần trong đó.
Điều đầu tiên cần nhắc đến là trung tâm của hệ các hành tinh này chính là vùng lãnh thổ mặt trời. Chủ của nó chính là ngôi sao màu vàng mà chúng ta gọi là Mặt Trời-không phải Trái Đất hay bất kỳ thiên thể lớn nào khác trong Hệ Mặt Trời. Lời khẳng định này nghe có vẻ tầm thường nhưng hãy nghĩ lại. Tuyết Nhật Tâm Hệ bị chế nhạo-hay thậm chí còn bị coi là dị giáo quyết liệt ở thế giới phương Tây-cho đến 400 năm trở về trước. Trước đó quan điểm được chấp nhận phổ biển là Trái Đất nằm ở tâm, và Mặt Trời, Mặt Trăng và những hành tinh đã biết khác (tổng cộng là năm) di chuyển xung quanh nó. Mô hình này được nhà khoa học người Ai Cập Claudius Ptolemaeus (Ptolemy) công bố vào thế kỷ thứ hai sau Công Nguyên. Cho đến 1543 mới có một nhà khoa học và là giáo sĩ người Ba Lan Nicolaus Copernicus (1473-1543) xuất bản lý thuyết dám lấy Trái Đất khỏi trung tâm và đưa Mặt Trời vào. Không ngạc nhiên, lý thuyết của Copernicus đối diện với sự chống đối khủng khiếp từ giới tu sĩ. Thực ra, Copernicus đã đoán trước được công trình của mình sẽ bị đối xử như thế nào, vì không muốn đối đầu với những ý kiến phản đối, ông đã trì hoãn việc xuất bản cho đến năm mình mất. Nhưng dù sao thì lý thuyết của Copernicus cũng không hoàn hảo. Ngoại trừ việc đặt Mặt Trời vào trung tâm thì quỹ đạo của các hành tinh đã sai. Nhiều thập kỷ sau, nhà thiên văn học người Đức Johannes Kepler (1571-1630) trở thành người tìm ra câu trả lời chính xác. Những hành tinh không chuyển động trong một quỹ đạo tròn hoàn toàn. Thay vào đó, quỹ đạo của chúng hơi có dạng elip-hình giống như vòng tròn bị đè bẹp. Cùng với nhà quan sát người Ý Galileo Galilei (1564-1642), Kepler là dụng cụ để xác nhận một lần nữa rằng mô hình của Ptolemy đã sai hoàn toàn-mặc dù nó đã thống trị một khoảng thời gian đáng nể là 1500 năm.
Khi thể hiện ở cùng tỷ lệ, các hành tinh có thể được chia thành ba loại. Những hành tinh gần Mặt Trời nhất (bên dưới) là những tảng đá nhỏ được gọi là các hành tinh đá. Sao Mộc và Sao Thổ gấp 11,2 và 9,5 lần Trái Đất và được biết với cái tên những hành tinh khí khổng lồ. Sao DIêm Vương tí hon và mặt trăng Charon của nó không nằm trong bất kỳ nhóm nào nên thường được coi thuộc về nhóm gọi là các thiên thể của vành đai Kuiper-những thiên thể băng và đá chuyển động bên ngoài Sao Hải Vương. Dù là thế giới lớn nhất, Sao Mộc, nhưng nó chỉ bằng một phần mười kích thước của Mặt Trời.
Kể từ đó hiểu biết của chúng ta về Hệ Mặt Trời được sàng lọc liên tục. Tất nhiên, các phát hiện xuất hiện ngày càng nhiều theo thời gian. Nhưng đây là tổng kết của một vài tính chất chính của Hệ Mặt Trời được biết ngày nay.
Như vậy, bức tranh nổi lên là một Hệ Mặt Trời trật tự, với mọi thứ chuyển động và quay cùng một hướng và gần như trùng một mặt phẳng. Sao Diêm Vương là hành tinh duy nhất có quỹ đạo lệch khỏi mặt phẳng hoàng đạo một cách rõ ràng, hơn 17 độ. Ngoài nó ra, Hệ Mặt Trời khá mỏng, có thể nói mỏng hơn cả một cái đĩa ăn tối nữa. Nó có hình dáng như một cái đĩa.
Ngoài những đặc điểm trên, Hệ Mặt Trời của chúng ta còn có những tính chất quan trọng khác. Chúng ta cần nhớ rằng Trái Đất không chỉ chia sẻ ngôi nhà với tám hành tinh khác mà còn là hàng sa số những mảnh vụn nhỏ hơn là các tiểu hành tinh và sao chổi.
Những tiểu hành tinh này, là những hòn đá và kim loại không rõ định hình, được tìm thấy chủ yếu là giữa quỹ đạo của các hành tinh đất và khổng lồ, và một lần nữa tạo nên một không gian giống như một cái đĩa rộng được biết đến là vành đai tiểu hành tinh. Những sao chổi, những vật thể băng đá nhỏ, có hai nơi ở. Một số nằm lẩn khuất xa khỏi những hành tinh khổng lồ trong một cái đĩa có tên vành đai Kuiper, và hàng tỷ ngôi sao chổi khác nằm cách xa mặt trời hàng ngàn lần so với Sao Diêm Vương. Chúng nằm xung quanh ngôi sao của chúng ta trong một cấu trúc hình cầu gọi là đám mây Oort. Đây chính là phần mở rộng thực sự của Hệ Mặt Trời.
Những giả thuyết về sự hình thành của Hệ Mặt Trời Nhưng những thiên thể trong Hệ Mặt Trời từ đâu mà có? Câu hỏi này đã làm đau đầu con người trong hàng ngàn năm. Những lời giải thích đầu tiên là những câu chuyện thần thoại chảy suốt từ tôn giáo. Thực tế, chỉ vài thế kỷ gần đây các nhà khoa học và triết học, khi nhìn vào hành vi của Mặt Trời, Trái Đất và các thiên thể khác, mới bắt đầu thúc đẩy những học thuyết khoa học để giải thích sự hình thành của Mặt Trời và gia đình nhỏ của nó. Tất nhiên, nhiều tính chất đã biết của Hệ Mặt Trời được kể ở trên là những phát hiện mới đây. Ví dụ, vành đai Kuiper và đám mây Oort được xác nhận lần đầu tiên vào giữa thế kỷ thứ hai mươi. Vì vậy không ngạc nhiên gì khi những hiểu biết về cấu trúc của Hệ Mặt Trời trước đây là sai lầm. Vì chúng được hình thành vào thời điểm mà chúng ta chưa có cái nhìn tổng quát. Điều này không có nghĩa rằng chúng ta đã có bức tranh toàn diện vào thời điểm này. Nhưng chắc chắn chúng ta có bức tranh đầy đủ hơn-và kiến thức phát triển của chúng ta về vật lý cũng giúp ích rất nhiều cho hành trình tìm kiếm sự thật.
Một trong những người đầu tiên mô tả sự hình thành Hệ Mặt Trời một cách khoa học là nhà triết học và là nhà toán học người Pháp René Descartes (1596-1650). Descartes sống trước thời của Sir Isaac Newton (1642-1727)-như vậy là trước thời của khái niệm hấp dẫn. Vì vậy, quan điểm của Descartes là vật chất không di chuyển theo ý chúng mà là do sự tác động của Chúa. Ông tưởng tượng ra vũ trụ được lấp đầy bởi những phần tử xoáy, và năm 1644 ông đã cho rằng Mặt Trời và các hành tinh đông đặc từ một cơn lốc xoáy khổng lồ và sau đó lại liên kết với nhau bằng một cách nào đó. Lý thuyết của ông đã giải thích được quỹ đạo tròn của các hành tinh và thật thú vị vì ông đã có một ý tưởng đúng về việc liên kết. Nhưng, ngày nay chúng ta biết vật chất không hoạt động theo cách ông nghĩ, và lý thuyết của Descarte không phù hợp với các dữ liệu đã có.
Sau đó, năm 1745, một người Pháp khác đã thiết lập một ý tưởng thay thế. Tên ông là Georges-Louis Leclerc, comte de Buffon (1707-1788). Buffon cho rằng một sao chổi khổng lồ đã tiến đến gần Mặt Trời và đã bị kéo ra thành một vòng cung vật chất lớn ra không gian, từ đó các hành tinh được tích tụ thành. Ông không giải thích trực tiếp Mặt Trời được hình thành từ đâu. Thú vị là, mô hình này-lý thuyết ‘gặp gỡ’-lại được sử dụng vào năm 1900 khi có hai nhà thiên văn học cho rằng Mặt Trời không gặp một sao chổi khổng lồ mà là một ngôi sao khác. Tất nhiên các ý tưởng này đều sai. Vật chất bị kéo ra từ Mặt Trời quá nóng để hình thành nên các hành tinh. Và khoảng cách trung bình giữa các ngôi sao giống như những trái sơ ri cách nhau hàng dặm-khả năng có bất kỳ hai ngôi sao đến đủ gần với nhau, cho dù là xét trong suốt tuổi đời của thiên hà Ngân Hà, cũng là rất thấp. Nếu đúng, thì lý thuyết gặp gỡ mới sẽ cho thấy Hệ Mặt Trời của chúng ta là khá hiếm gặp, một sự trùng hợp thần kỳ, và có thể là duy nhất trong 200 tỷ ngôi sao trong thiên hà mà Mặt Trời ở trong đó. Nhưng như chúng ta sẽ thấy bên dưới, hệ các hành tinh là bình thường, không phải đặc biệt. Một lần nữa, các lý thuyết không phù hợp với dữ liệu thực tế.
Lý thuyết đúng nhiều nhất-hay ít nhất là được chấp nhận hiện nay-về sự hình thành của Hệ Mặt Trời được mô tả lần đầu tiên vào năm 1755 bởi nhà triết học người Đức Immanuel Kant (1724-1804). Kant tin rằng Mặt Trời và các hành tinh được tích tụ từ một đĩa khí bụi khổng lồ mà nó được tạo thành từ một đám mây vật chất giữa các vì sao. Tuy nhiên, lsy thuyết của ông ít được chú ý tới, và cho đến khi Pierre-Simon, marquis de Laplace (1749-1827) độc lập đưa ra ý tưởng tương tự 54 năm sau đó thì nó mới được sự chú ý của đông đảo mọi người. Kant và Laplace đã thành công nơi Descartes đã thất bại vì công trình của họ được sự hổ trợ bởi khái niệm hấp dẫn của Newton. Quan điểm của họ là một đám mây giữa các vì sao khi sụp đổ sẽ bị làm phẳng do sự quay của nó. Mặt Trời sẽ được hình thành tại tâm trong khi cấc hành tinh được tạo thành ở xung quanh trên cái đĩa, đông đặc từ các vòng tròn đồng tâm vật chất bị bắn ra từ ngôi sao. Lý thuyết này được biết đến với cái tên ‘thuyết tinh vân’.
Giả thuyết hiện đại về nguồn gốc Hệ Mặt Trời là dựa trên mô hình từ thế kỷ mười tám do Kant và Laplace tạo ra. Được biết với cái tên thuyết tinh vân, nó cho rằng Mặt Trời, các hành tinh, tiểu hành tinh và sao chổi đề được tạo ra từ một đám mây giữa các vì sao suy sập dưới tác động của lực hấp dẫn và bẹt ra do chuyển động quay. Mặt Trời được tạo thành ở trung tâm và các hành tinh tích tụ dần dần ở cái đĩa.
Ngoại trừ Sao Diêm Vương và Sao Kim, quỹ đạo của tất cả các hành tinh đều rất gần mặt phẳng hoàng đạo, được định nghĩa là mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo ra. Vì vậy khi nhìn từ bên cạnh, hầu hết các hành tinh đều nằm trên một cái đĩa mỏng, ở đây được thể hiện là hai tam giác màu cam.
Ưu điểm của thuyết tinh vân có rất nhiều. Nó tạo ra một Hệ Mặt Trời hình đĩa với Mặt Trời làm tâm, các hành tinh có quỹ đạo gọn gàng, gần tròn, tất cả đều quay và chuyển động theo một hướng-thỏa mãn tính chất 1-6 ở trên. Nhưng một vấn đề lớn vẫn còn tồn tại trong ý tưởng này: nó làm cho Mặt Trời tự quay quá nhanh. Mặt Trời, tự quay quanh trục giống như các hành tinh, quay một vòng mất 30 ngày. (Thực tế vận tốc quay khác nhau phụ thuộc vào vĩ độ trên nó.) Nhưng theo thuyết tinh vân thì nó phải quay nhanh hơn ít nhất là 400 lần. Theo ngôn ngữ khoa học, Mặt Trời còn rất ít momen quán tính so với ban đầu, và nó được gọi là vấn đề momen quán tính. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học hiện đại vẫn chưa phủ nhận thuyết tinh vân. Thực tế, họ đã tìm cách cải tiến nó để tạo ra một Mặt Trời chuyển động chậm hơn và thỏa mãn điểu 7-10. Quan trọng hơn, khi kỹ thuật quan sát đã phát triển, người ta đã xác nhận rằng thiên hà Ngân Hà chúng ta được lấp đầy bởi những thiên thể, mà theo Kant và Laplace, đã tạo nên Hệ Mặt Trời chúng ta: những cái bánh khí và bụi ấm khổng lồ mang cái tên đĩa tiền hành tinh. Ngày nay, cái đĩa đã tạo nên Hệ Mặt Trời của chúng ta được gọi là Tinh Vân Mặt Trời.
Tuy nhiên, mô hình Tinh Vân Mặt Trời cũng có những vấn đề. Các nhà thiên văn không chỉ tìm thấy những đĩa tiền hành tinh; họ còn tìm thấy những hành tinh khác bên ngoài Hệ Mặt Trời-được gọi là hành tinh ngoài hệ mặt trời, quay xung quanh các ngôi sao khác-và chúng xuất hiện với tỷ lệ đáng báo động. Chỉ trong vòng năm năm, con số hệ hành tinh được biết nhảy từ không lên hàng tá. Vấn đề của mô hình tinh vân là, mặc dù nó đúng với nhiều tính chất của Hệ Mặt Trời, nó lại thất bại trong việc tạo ra những tính chất chi tiết của những hệ khác. Ví dụ, một sô hệ có những hành tinh cực nặng với quỹ đạo cực dẹt, không phải gần tròn như hầu hết các hệ mặt trời hành tinh khác. Các ngôi sao khác lại có những hành tinh nặng ở rất, rất gần sao trung tâm, thường có chu kỳ chuyển động-‘năm’-bằng với vài ngày trên Trái Đất! Những hành tinh nặng này rõ ràng là khí, như Sao Mộc hay Sao Thổ. Hiện nay vẫn chưa có cách nào đơn giản để biết bằng cách nào chúng lại được hình thành gần ngôi sao mẹ đến vậy. Phần lớn mọi người tin các hành tinh khổng lồ được hình thành ở vị trí giôgns như Hệ Mặt Trời của chúng ta, cách xa Mặt Trời, vì đó là khoảng cách duy nhất mà nhiệt độ xuống đủ thấp để những phần tử băn đá có thể tích tụ, gần hơn, sẽ quá nóng, và chỉ có những hành tinh đá và sắt nhỏ có thể được hình thành.
Tống kết là vẫn còn một chặng đường dài để chúng ta thực sự có mô hình có thể tạo ra những tính chất quan sát được ở mọi hệ hành tinh đã biết, bao gồm của chúng ta. Thực tế, có thể sẽ không có mô hình nào có thể được tìm ra. Ví dụ, trong Hệ Mặt Trời của chúng ta, nhiều hành tinh có những tính chất như hiện nay là do những tác động không tiên đoán được trong không gian vào thời điểm trước đây rất lâu. Nếu Hệ Mặt Trời được hình thành một alàn nữa, Trái Đất có thể không có Mặt Trăng, và Sao Diêm Vương có thể có qux đạo gần tròn bình thường hơn-đây chỉ là hai trong rất nhiều tính chất của Hệ Mặt Trời mà chúng có thể đã khác đi so với ngày nay. Tuy nhiên, bức tranh chung về các ngôi sao và hành tinh được hình thành từ một cái đĩa xoay tròn có vẻ vẫn còn chính xác. So với nhiều lý thuyết khác, thuyết tinh vân phù hợp với dữ liệu nhất. Đây là mô hình tôi sử dụng trong cuốn sách này.
Câu chuyện về Hệ Mặt Trời Nhưng cuốn sách này không chỉ viết về sự hình thành của Hệ Mặt Trời. Thực ra, đó chỉ là một phần của câu chuyện về Hệ Mặt Trời, được nói toàn bộ từng bước một trong phần 1 và 2. Phần ba cũng nhắc đến chủ đề này, nhưng chủ yếu nó mô tả chi tiết vật chất và so sánh các thành phần trong Hệ Mặt Trời, và mô tả về việc chúng đã thay đổi và phát triển như thế nào kể từ khi được sinh ra. Cuối cùng, phần 4 nhắc đến tương lai. Nó nói về sự sụp đổ của hệ hành tinh của chúng ta, trong thời điểm quá xa để chúng ta thực sự hình dung được.
Một cái nhìn về tương lai nghe có vẻ khá đáng ngờ. Rõ ràng là chúng ta sẽ không thể chứng kiến được điều gì sẽ xảy ra với Mặt Trời, Trái Đất và những thành phần khác trong tương lai tốt hơn như việc chúng ta tìm kiếm dấu vết về sự hình thành của chúng trong quá khứ. Vậy bằng cách nào chúng ta biết chắc những lý thuyết của mình là đúng? Tất nhiên là gần như không thể. Nhưng chúng ta có thể đoán bằng cách quan sát và phân tích dữ liệu. Các nhà thiên văn đã nghiên cứu đủ các vì sao để biết rằng không chỉ Mặt Trời sẽ trải qua, từ khi được sinh ra, mà hàng tỷ ngôi sao ngoài kia cũng sẽ đến thời kỳ sụp đổ của chúng. Một cách tốt để hiểu được các nhà thiên văn học tìm hiểu bằng cách nào là tưởng tượng ra những tấm ảnh của gia đình. Các cá nhân có thể nói rất ít về vòng đời của con người. Nhưng bằng cách nghiên cứu các tấm hình của con người ở những giai đoạn khác nhau trong cuộc sống của họ có thể đưa ra kết luận về việc con người sẽ thay đổi như thế nào về vật lý theo thời gian. Họ bắt đầu khi còn nhỏ, cao lớn hơn, đạt đến một mức nào đó, phát triển nếp nhăn và còng xuống-những hình ảnh không duyên dáng chút nào!-và sau đó là chấm dứt sự sống. Điều này cũng tương tự với các vì sao. Có rất nhiều trong số chúng, mỗi một ngôi sao lại ở một thời kỳ phát triển, khi kết hợp lại chúng sẽ kể một câu chuyện-câu chuyện về vòng đời của một ngôi sao đơn lẻ, thông thường, từ khi nằm nôi cho đến khi ra nghĩa địa.
Và bằng cách đặt giả thuyết, và kiểm tra giải thuyết bằng quan sát, các nhà thiên văn học đã đạt được hiểu biết hiện tại của họ về Hệ Mặt Trời, quá khứ, hiện tại và tương lai. Bây giờ, chúng ta sẽ theo dõi câu chuyện lớn này một cách chi tiết, bắt đầu, như mọi câu chuyện khác, tại thời điểm xuất phát.
Phần 1 : Khởi điểm của Mặt Trời và Tinh Vân Mặt Trời ‘Let there be light’ Genesis 1:3 *(1)
Ba mươi nghìn đến 50 triệu năm. Đó là khoảng thời gian để hình thành ngôi sao mà chúng ta gọi là Mặt Trời. Nghe có vẻ như khá lâu, nhưng hay làm một phép so sánh. Kể từ ngày con khủng long cuối cùng bước đi trên hành tinh này cho đến nay là khoảng thời gian đủ để cho hai ngôi sao như Mặt Trời hình thành, nối tiếp nhau-hoàn toàn từ đầu. Chi tiết về sự hình thành này vẫn chưa được biết rõ, nhưng các nhà thiên văn vẫn có những cái nhìn cơ bản. Có thể thật mỉa mai là, sự hình thành của một ngôi sao lại bắt đầu tại điểm kết thúc của một ngôi sao khác-khi nó chết.
Nói chung, các ngôi sao tồn tại theo hai cách. Một ngôi sao khối lượng nhỏ như Mặt Trời sẽ liên tục giãn nở lớp bên ngoài cho đến khi trở thành một vật thể khổng lồ: sao khổng lồ đỏ. Dần dần, phần vỏ bên ngoài nở rộng, trở nên mỏng đi cho đến khi nhân đặc bên trong của ngôi sao đó hiện ra. Thiên thể đó được gọi là sao lùn trắng. Nó là một thiên thể nhỏ và nóng-trắng với với khối lượng của một ngôi sao-cố gắng chứng tỏ sự sống của mình với đường kính bằng cỡ một hành tinh. Trong khi đó phần còn lại của ngôi sao, phần không khí bị thổi đi, càng ngày càng lớn dần ra. Cuối cùng nó trở thành một lớp khí mỏng rộng hơn một năm ánh sáng. Đây là định mệnh đang chờ đợi Mặt Trời, như chúng ta sẽ thấy ở phần 4. Ngược lại, một ngôi sao nặng hơn sẽ chết một cách oanh liệt hơn. Nó tự làm mình nổ tung thành từng mảnh trong một vụ nổ sao mang tên siêu sao mới. Phần khí của ngôi sao này sẽ được bắn vào không gian rồi tan đi. Dù là theo cách nào thì một ngôi sao cũng phải đi vào cõi chết, hầu hết vật chất của nó sẽ có một kết cục giống nhau: bay trở lại thiên hà. Sau hàng tỷ năm, phần dư của các ngôi sao này sẽ tập hợp và liên kết với nhau thành một đám may lớn mà các nhà thiên văn học gọi chúng là vật chất giữa các vì sao.
Nhưng đó không phải là cái kết của câu chuyện. Thực tế, đây là sự bắt đầu của chúng ta. Vũ trụ là một cỗ máy tái chế khổng lồ. Bắt đầu từ khoảng 4660 triệu năm về trước, từ đống tro tàn của những ngôi sao chết, một ngôi sao đang dần lớn lên: ngôi sao mang tên Mặt Trời.
Thời điểm không - Đám mây phân tử khổng lồ Trước 4660 triệu năm trước, Hệ Mặt Trời của chúng ta tồn tại như là một đám mây vật chất nguyên liệu ban đầu. Mặt Trời, các hành tinh, cây cối, con người, virut AIDS-tất cả đều đến từ một đám mây khí bụi loãng. Những phần tử giữa các vì sao nhỏ xíu này phổ biến vào hàng tỷ năm về trước giống như bây giờ. Chúng được biết đến với tên gọi những đám mây phân tử khổng lồ.
Đôi khi, các ngôi sao mới được hình thành trong các đám mây phân tử sẽ kích thích khí và làm chúng phát sáng. Đây là lý do mà Tinh vân Orion, cách 1500 năm ánh sáng, lại dễ thấy như vậy. Ảnh chụp bởi C. R. O'Dell và NASA. Đôi khi, các ngôi sao mới được hình thành trong các đám mây phân tử sẽ kích thích khí và làm chúng phát sáng. Đây là lý do mà Tinh vân Orion, cách 1500 năm ánh sáng, lại dễ thấy như vậy. Ảnh chụp bởi C. R. O'Dell và NASA. Quay xung quanh nhân của một thiên hà mang tên Dải Ngân Hà, khoảng hai phần ba quãng đường từ tâm ra tới rìa, đám mây cổ đại mà Hệ Mặt Trời đã bùng nổ trong đó có đường kính khoảng 50-100 năm ánh sáng, cùng kích thước với những người họ hàng gần đây của nó. Và một lần nữa, giống như những đám mây phân tử khổng lồ ngày nay, nó chứa một lượng vật chất gấp hàng triệu ngôi sao như Mặt Trời. Hầu hết khối lượng của nó, khoảng 73 phần trăm, là phân tử hydro, một chất khí mà một nguyên tử hydro kết hợp với một nguyên tử hydro khác tạo thành một phân tử đơn giản. Phần còn lại của đám mây vật chất này là heli, và một ít các nguyên tố khác như cacbon, nito, oxy và những mẩu vật chất silicat-những mẩu mà các nhà thiên văn học xếp nó vào danh mục ‘bụi’. Với mật độ vài nghìn đến vài tỷ phân tử khí trên một cetimet khối, đám mây này được công nhân là tốt hơn chuẩn của những máy hút bụi tốt nhất ngày nay. Và nó rất lạnh, khoảng -250 độ C, chỉ ấm hơn không gian giữa các vì sao một chút. Những phân tử hydro không thể tồn tại ở nhiệt độ lớn hơn nhiều, vì năng lượng sẽ bẽ gãy phân tử. Vì vậy cái lạnh đã giúp phân tử dính liền với nhau. Những đám mây lại ẩn chứa mối nguy bị phá hủy. Một đám mây nguyên tử giống như căn nhà bằng bài của các vì sao, luôn luôn nằm trong tình trạng có khả năng tan rã. Một lực đẩy, lực kéo, bất cứ thứ gì cũng có thễ làm nó sụp đổ-và sẽ có rất nhiều khả năng tan ra phần không gian rộng 100 năm ánh sáng giữa các vì sao. Đám mây đã có thể đi ngang qua một ngôi sao nặng mà lực hấp dẫn của nó đã khuấy động những nguyên tử của tinh vân. Hay đám mây đã có thể trôi đến gần một vụ nổ siêu sao mới, chấn động từ ngôi sao chết sẽ hòa vào đám mây và nén những phần tử của chúng. Chỉ cần một sự kiện xảy ra thôi cũng đủ làm sập đổi ngôi nhà, và làm cho nó rơi vào chính trọng lực của mình.
Điều gì đó như vậy hẳn phải xảy ra cho ngôi sao cổ đại của chúng ta vào 4660 năm về trước. Đây là bước đầu tiên trong quá trình mà dần dần dẫn đến sự hình thành của một ngôi sao.
Một siêu sao mới, một vụ nổ khủng khiếp cua rmoojt ngôi sao đang chết, tạo ra một cơn sóng xung kích đến một đám mây phân tử gần đó và xé nhỏ nó ra. Những mảnh vụn này sau đó sẽ bắt đầu đổ sập xuống lực hấp dẫn của chính chúng, và một trong số đó đã được định mệnh cho trở thành Mặt Trời.
2030000 năm - Tiền Mặt Trời Sau mười ngàn năm, khí bên trong tiểu cầu tiếp tục rơi khỏi rìa bên trong của cái kén, rơi vào bên trong cái nhân đặc ở trung tâm. Lúc này, nhân của tiểu cầu đang hình thành hình dáng rõ ràng-một quả bong khổng lồ, khoảng kích thước của Hệ Mặt Trời tính tới Sao Diêm Vương ngày nay. Bề mặt của nó vẫn quá lạnh để có thể nhìn thấy. Nhưng, cuối cùng, phần nhân bên trong của nó đã đạt đến nhiệt độ cần thiết-khoảng 10000 độ C-và phân tử ở đó đã tách thành hai nguyên tử hydro.
Điều này đánh dấu một bước quan trọng trong quá trình phát triển của Mặt Trời. Tại nhiệt độ này, nhân của đám mây đã đủ nóng để bức xạ của nó tạo ra lực đáng kể. Bức xạ được tạo thành từ những gói năng lượng nhỏ tên là photon, mỗi photon có thể được ví như là một hạt hạ nguyên tử. Nếu có đủ lượng photon cần thiết phát ra trong mỗi giây chúng có thể va chạm như là một trận mưa đá, va đập của lực điện từ có tên gọi là áp suất bức xạ. Trước điểm này hạt nhân của tiểu cầu phát ra quá ít photon để tạo ra lực đáng kể. Tuy nhiên, bây giờ, khi làn song bức xạ chảy ra ngày càng lớn từ cái nhân nóng, chúng đã đâm vào vòng bên ngoài của tiểu cầu, nơi mà khí ít đậm đặc hơn và cản nhẹ cuộc hành trình của chúng. Vì vậy, sự tích tụ của nhân bị chậm lại, nhưng không dừng hẳn, cuối cùng lực hút vào trong của hấp dẫn bị đánh bại. Trung tâm của cái nhân bây giờ đã đặc đế nỗi mà nó bắt đầu che khuất bức xạ nhiệt phát ra từ bên trong nó. Năng lượng giờ đây không thể thoát ra dễ dàng nữa, vì vậy từ đây hạt nhân bị nung nóng nhanh hơn bị thu nhỏ. Chính vì vậy sức nóng ngày càng tăng đã làm việc tích tụ ngày càng chậm, và nhân lớn lên chậm hơn rất nhiều. Nó đã đạt đến trạng thái mà các nhà thiên văn học đặt cho thuật ngữ ‘tiền sao’*(2).
Lúc này, tiền sao này-‘tiền Mặt Trời’*(2) trong trường hợp này-đã bắt đầu đánh dấu sự quay của mình. Giống như nước chảy xuống lỗ sẽ đi theo đường xoắn ốc, khí bụi bây giờ khi rơi vào tiền Mặt Trời bắt đầu đi theo vòng xoáy. Và cũng giống như cái yo-yo sẽ chạy nhanh hơn khi sợi dây quấn quanh ngón tay ngắn hơn-theo định luật bảo toàn momen động lượng-mà khí rơi vào gia tăng vận tốc góc trên con đường rơi vào trong của nó. Vì vậy khi tiền Mặt Trời nhỏ hơn và nóng hơn thì nó bắt đầu quay nhanh hơn.
Hình ảnh tiền mặt trời khi nó xuất hiện nhiều tỷ năm về trước-nếu chúng ta có thể nhìn vào bên trong lớp vỏ kén khí và bụi dày vẫn còn bao bọc lấy nó. Bề mặt trong tấm hình này, hình ảnh của tiền Mặt Trời ở giai đoạn phát triển, đã đủ nóng để phát sáng, nhiệt độ của nó ở khoảng vài ngàn độ.
21300000 năm - Tinh vân Mặt Trời Sự suy sập của tiền Mặt Trời vẫn tiếp tục. Trong 100000 năm hay hơn nữa nó phồng lên thành một khối gần như hình cầu, hai cực bị dẹt do sự tự quay. Nhiệt độ bề mặt của nó khoảng vài ngàn độ, cuối cùng thì tiền Mặt Trời cũng lần đầu tiên được nhìn thấy. Và đường kính của nó bây giờ gần bằng quỹ đạo hiện nay của Sao Thủy-khoảng 100 triệu kilomet. Nhưng ngôi sao mới hình thành này không còn đơn độc nữa. Sau khoảng thời gian dài rơi vào trong theo vòng xoắn ốc như vậy đã làm phẳng những chất khí giống như miếng bột pizza bị kéo sợi trong không khí. Giờ đây, một cái bánh kẹp khí bụi khổng lồ xoay xoắn ốc và rơi ngay xuống bề mặt của tiền Mặt Trời. Mỏng hơn ở gần tâm, phồng lên theo chiều dọc ở rìa, cấu trúc này được gọi là Tinh vân Mặt Trời*(3).
Đĩa tiền hành tinh, khá phổ biến trong Dải Ngân Hà, là bằng chứng trực tiếp cho thấy hệ hành tinh được hình thành như thế nào. Các đĩa tiền hành tinh trong Tinh vân Orion có lẽ là những ví dụ mạnh mẽ nhất, như trong ảnh này của Kính thiên văn Vũ trụ Hubble cho thấy. Ảnh chụp của C. R. O'Del và NASA.
Tinh vân Mặt Trời có kích thước khoảng 100 đến 200 đơn vị thiên văn (AU), trong đó 1 AU là khoảng cách tương đối giữa Trái Đất đến Mặt Trời, 150 triệu kilomet. Cái đĩa có lẽ chiếm khoảng 1-10 phần trăm khối lượng hiện thời của Mặt Trời – hầu hết trong đó là khí, với khoảng 0,1 phần trăm khối lượng Mặt Trời nằm ở các phần tử bụi. Gần tâm của đĩa, gần với tiền Mặt Trời đang sôi sục, nhiệt độ có thể đã đạt đến 2000 độ C. Ở đây, nơi mọi thứ nóng và đóng vai trò quan trọng, cái đĩa có thể đã đủ nóng để tự phát ra bức xạ - nhưng dù sao thì nó cũng tỏa ra ánh sáng thấy được do phản xạ ánh sáng từ tiền Mặt Trời. Xa hơn trên cái đĩa, nhiệt độ giảm nhanh theo khoảng cách và vì vậy có thể nó chỉ tỏa ra ánh sáng hồng ngoại. Tại 5 AU, khoảng cách hiện thời của Mộc Tinh, nhiệt độ giảm xuống dưới -70 độ C. Và ở ngoài rìa, nơi vật chất loãng hơn và cái đĩa giãn theo chiều dọc, nhiệt độ ở đó còn lạnh hơn nữa. Cái hồ vật chất rộng lớn này là nguyên liệu cho các hành tinh sẽ sớm hình thành sau này, mà dấu hiệu của nó sẽ có ở phần 2. Đây được gọi là đĩa tiền hành tinh*(4).
Lúc này, gần như toàn bộ tiểu cầu ban đầu đã bị tiêu thụ. Hầu hết trong số đó đã rơi vào tiền Mặt Trời, phần còn lại nằm trong cái đĩa. Cuối cùng, khi tiểu cầu bị ăn hết, ngôi sao mới hình thành sẽ lộ ra lần đầu tiên với vũ trụ và nó sẵn sàng cho bước tiếp theo – bước dữ dội nhất – trong quá trình hình thành của mình: dạng T-Tauri.
Tinh vân Mặt Trời, một cái bánh kẹp xoay vòng của khí và bụi, bao quanh ngôi sao vừa mới được hình thành mang tên Mặt Trời. Một thời gian sau, các hành tinh sẽ được hình thành ở đó. Tinh vân Mặt Trời, một cái bánh kẹp xoay vòng của khí và bụi, bao quanh ngôi sao vừa mới được hình thành mang tên Mặt Trời. Một thời gian sau, các hành tinh sẽ được hình thành ở đó. 3 triệu năm - Dạng T-Tauri Vào thời điểm khoảng 3 triệu năm – khoảng 1 triệu năm sau sự kiện suy sập vào trong của tiểu cầu – tiền Mặt Trời đã sập còn khoảng vài bán kính Mặt Trời. Nhiệt độ tại tâm của nó giờ đây là khoảng 5 triệu độ C, trong khi đó bề mặt của nó sôi lục bục ở khoảng 4500 độ C. Và cuối cùng thiên thể này đã bước qua giới hạn phân cách giữa tiền sao và một ngôi sao thực sự. Nó đã đạt đến cấp độ mà các nhà thiên văn học gọi là sao T-Tauri.
Được đặt tên theo mẫu ngôi sao trẻ trong chòm sao Taurus, dạng T-Tauri là một trong những thiên thể cực kỳ cuồng bạo. Và như mọi ngôi sao T-Tauri, hoạt động mặt trời thuở ban đầu của nó đã bắt đầu – ít nhất là một phần – bằng một từ trường cực mạnh. Vì khí bên trong ngôi sao trẻ giờ đây đã bị ion hóa hoàn toàn – một nồi canh của những hạt mang điện dương và âm – nên chuyển động của chúng khi ngôi sao quay đã tạo ra một lượng lớn những dòng điện khổng lồ. Vì vậy ngôi sao quay đã tạo ra từ trường giống hệt như cách các sợi điện – cũng như Mặt Trời tạo ra từ trường ngày nay. Trong dạng T-Tauri của Mặt Trời, ngôi sao có lẽ đã quay rất nhanh – làm một vòng mất 8 ngày so với một vòng mất 30 ngày – được tăng tốc do khí bụi đã cày vào nó trước đây. Điều này có nghĩa là Mặt Trời T-Tauri có từ trường mạnh hơn nhiều so với ngày nay, và đó là điều đã làm quá trình hình thành của Mặt Trời ở giai đoạn này dữ đội như vậy. Mặt Trời vẫn bị bao quanh bởi đĩa tiền hành tình. Vì vậy, khi Mặt Trời xoay vòng nó đã luồn từ trường của mình vào trong cái đĩa. Nơi từ trường và cái đĩa được kết nối, những khối khí khổng lồ bị kéo ra khỏi cái đĩa và bị hút dọc theo đường sức từ đi thẳng vào Mặt Trời trẻ tuổi. Và khi những gói khí này đâm vào, ngôi sao bị quấy rầy đã trả lời bằng những đợt bùng nổ khủng khiếp thể hiện dạng T-Tauri trong quá trình hình thành ngôi sao.
Vì vậy Mặt Trời trước kia dữ dội hơn rất nhiều so với ngôi sao chúng ta biết ngày nay. Vẻ bề ngoài của nó cũng góp phần vào đó. Bề mặt lớn hơn và nguội hơn của nó đồng nghĩa với việc tỏa ra màu đỏ giận dữ, không phải màu vàng dịu dàng. Và những vết đen trên bề mặt lớn hơn rất nhiều so với hiện nay. Vết đen mặt trời được ❤❤❤ rạ khi sự quay của Mặt Trời làm rối loạn từ trường và tạo ra những vùng tăng cường sức từ. Ở những nơi được tăng cường mạnh nhất thì từ trường chặn những dòng khí trên bề mặt làm nhiệt độ của nó giảm xuống – và chúng trở thành những vùng tối. Ngày nay, vết đen trên Mặt Trời chiếm ít hơn 1 phần trăm bề mặt của nó. Nhưng Mặt Trời T-Tauri có thể đã có những ‘lục địa’ vết đen bao phủ những vùng rộng lớn trên bề mặt của nó.
Tuy nhiên, điểm đáng chú ý nhất của dạng T-Tauri có lẽ là những dòng phân tử. Điều này sẽ được đề cập tiếp sau đây. Hình dưới: Mặt Trời trong dạng T-Tauri ban đầu của nó vẫn bị bao bọc bởi một cái đĩa khổng lồ, nhưng khu vực tâm đĩa giờ đây đã bị quét sạch bởi những cơn lốc từ trường. Giống như những chuỗi hạt, các khối khí bị chạy ngang qua khu vực trống này từ cái đĩa đến Mặt Trời, và những vụ bùng nổ mạnh mẽ xảy ra khi khí đâm vào bề mặt sôi súc của ngôi sao.
Mặt Trời trong dạng T-Tauri ban đầu của nó vẫn bị bao bọc bởi một cái đĩa khổng lồ, nhưng khu vực tâm đĩa giờ đây đã bị quét sạch bởi những cơn lốc từ trường. Giống như những chuỗi hạt, các khối khí bị chạy ngang qua khu vực trống này từ cái đĩa đến Mặt Trời, và những vụ bùng nổ mạnh mẽ xảy ra khi khí đâm vào bề mặt sôi súc của ngôi sao.
3 triệu năm - Dòng phân tử và dạng hậu T-Tauri Gần như ngay sau khi Mặt Trời đạt trạng thái T-Tauri – có thể trước đó một ít – nó tạo ra thứ mà các nhà thiên văn học gọi là gió sao. Mặt Trời hiện nay cũng có nó: một biển các phần tử mang điện chảy ra từ bề mặt ngôi sao, đi vào Hệ Mặt Trời. Nhưng gió T-Tauri mạnh hơn nhiều và chứa nhiều vật chất hơn, chuyển động với vận tốc lên đến 200 kilomet một giây.
Nơi những dòng vất chất va chạm với những chất khí giữa các vì sao, năng lượng vụ va chạm sẽ làm cho những chất khí đó sáng lên. Chúng ta coi những cột khí vũ trụ này, dài hàng ngàn tỷ kilomet, là một thiên thể Herbig-Haro, một trong số đó được chụp trong tấm ảnh của Kính thiên văn Vũ trụ Hubble này. Ảnh của J. Morse (STScI) và NASA.
Gió sao T-Tauri được tạo ra như thế nào thì vẫn chưa được hiểu rõ. Một lần nữa khả năng có thể là do vận tốc quay lớn. Một phần khí bị hút khỏi đĩa Tinh vân Mặt Trời có thể đã bị bơm về phía bề mặt của ngôi sao. Nhưng không phải tất cả. Vì Mặt Trời giờ đây đang xoay rất nhanh, một phần khí bị kéo ra khỏi mặt phẳng đĩa lại bị bắn mạnh ra ngoài, giống như nước bắn ra khỏi quần áo trong máy giặt. Hệ quả là có một giòng khí cố định bắn ra từ bề mặt ngôi sao. Tuy nhiên khi gió T-Tauri của Mặt Trời nổi lên, hiệu ứng của nó lại rất kịch tính. Cơn gió khi bị bắn ra từ bề mặt của Mặt Trời trẻ tuổi đã đâm vào cái đĩa và bị phản hồi với một góc rất gấp ra khỏi bề mặt đĩa. Cái đĩa có thể đã bị từ trường cắt rãnh, và chúng có thể đã dẫn cho những dòng khí bay ‘lên’ và ‘xuống’ khỏi cái đĩa để đi vào không gian. Kết quả là có một ‘dòng’ những phần tử mang điện bay ra khỏi Mặt Trời trẻ tuổi về hai hướng đối nhau, vuông góc với đĩa tiền hành tinh. Các nhà thiên văn gọi đây là dòng phân tử lưỡng cực*(5). Giờ đây Mặt Trời dừng việc hút lấy vật chất và thực tế là mất đi một phần nhỏ khổi lượng của mình, trong suống cuộc đời của cơn gió, thông qua những dòng khí.
Vào thời điểm cơn gió chấm dứt, 10000 năm trôi qua kể từ khi nó bắt đầu, khối lượng của Mặt Trời bắt đầu ổn định. Tuy nhiên, nó tiếp tục bị thu nhỏ dưới lực hấp dẫn vì áp lực tại nhân của nó, dù rất lớn, vẫn không đủ để dừng sự co lại. Trong suốt thời gian đó Mặt Trời vẫn thu nhỏ một cách chậm chạp và cũng dần dần đạt đến nhiệt độ và độ sáng như bây giờ. Đây là thời kỳ chậm nhất trong quá trình hình thành Mặt Trời. Dù thời kỳ mãnh liệt của Mặt Trời đã qua và nó đã bước vào dạng hậu T-Tauri nhẹ nhàng, vài triệu năm sau khí nó bắt đầu thì Mặt Trời vẫn còn mười triệu năm nữa để hoàn toàn trưởng thành.
Nhìn từ bên cạnh ở khoảng cách khoảng 20 tỷ kilomet, Tinh vân Mặt Trời giống như một cái bánh kẹp lớn và nổi cục. Bị phản xạ bởi cái đĩa và được tập trung bởi lực từ, gió T-Tauri của Mặt Trời hình thành một dòng lưỡng cực: hai dòng khí trả dài vài năm ánh sáng bắn ra ngoài và đi vào không gian sâu thẳm.
30 đến 50 triệu năm - Dãy chính Cuối cùng, sau một khoảng thời gian có lẽ là 30 đến 50 triệu năm – các nhà thiên văn học vẫn chưa thống nhất về con số - sự tích tụ của Mặt Trời cuối cùng cũng đã kết thúc. Vì sao ? Vì nhiệt độ bên trong Mặt Trời đã đạt đến nhiệt độ 15000000 độ C – và có điều gì đó đã bắt đầu xảy ra với nguồn hydro của nó.
Hydro là nguyên tố đơn giản nhất. Mỗi nguyên tử chỉ chứa một hạt hạ nguyên tử duy nhất là proton trong nhân, mang điện dương. Trong khi đó, quay xung quanh nó là phần tử nhỏ hơn rất nhiều mang điện trái dấu: hạt electron. Bên trong Mặt Trời, những nguyên tử này bị ion hóa : các hạt electron bị tách ra và chuyển động hỗn loạn trong biển hạt nhân nguyên tử hydro hay proton. Rất thường xuyên, hai hạt nhân hydro đến gần nhau. Như hai cực giống nhau của từ trường thì đẩy nhau, hai proton cũng vậy. Nhưng điều đó sẽ không xảy ra nếu chúng được mang lại gần nhau với vận tốc đủ lớn. Vận tốc của các phần tử tỏng một chất khí có thể đo được bằng nhiệt độ của nó. Với nhiệt độ 15000000 độ C, các hạt nhân mang điện dương của Hydro ở tâm mặt trời giờ đây chuyển động nhanh đến nỗi đâm sầm vào nhau thắng được cả lực đẩy tĩnh điện, và kết hợp với nhau khi lực hạt nhân mạnh hơn chiếm ưu thế. Cuối cùng, hydro bị tiêu thụ, nhanh chóng biến đổi thành heli trong nhân của Mặt Trời thông qua một chuỗi các phản ứng hạt nhân. Năng lượng được ❤❤❤ ra từ các phản ứng này. Và vì vậy Mặt Trời bắt đầu tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ trong nhân của mình. Áp lực từ bức xạ ban đầu này mạnh đến nỗi lần đầu tiên kể từ ngày đám mây nguyên thủy bắt đầu kết hợp, vào mười triệu năm trước, lực hấp dẫn cuối cùng cũng đã gặp đối thủ. Cân bằng vừa đúng với sự tích tụ và chậm rãi biến đổi hydro thành heli trong nhân, Mặt Trời cuối cùng cũng nếm mùi vị đầu tiên của thứ được gọi là dãy chính*(6). Nó đã trở thành một ngôi sao ổn định, trong một trạng thái mà các nhà thiên văn gọi là cân bằng thủy tĩnh.
Điều này, sự đánh lửa của nhân đầy hydro, là điểm mà Mặt Trời của chúng ta chính thức ra đời. Được gọi là dãy chính, hay dạng đốt cháy hydro, đây là trạng thái dài nhất trong cuộc đời của một ngôi sao. Mặt Trời mất mười triệu năm để đạt điểm này – và nó tồn tại trong khoảng thời gian dài gấp 100 lần như vậy với sự thay đổi rất ít. Khoảng 4600 triệu năm sau, nó vẫn chưa đi được nửa đường trong cuộc hành trình dãy chính. Nó vẫn còn một cuộc sống dài phía trước.
Phần 2 - Sự xuất hiện của gia đình Mặt Trời 'Không gian có thể sản sinh ra những thế giới mới' John Milton, Thiên đường bị lãng quên
Các hành tinh, mặt trăng của chúng, tiểu hành tinh và sao chổi – tất cả là một phần của gia đình Mặt Trời. Và chúng cũng già như mẹ của chúng. Các bằng chứng cho thấy các thành phần trong Hệ Mặt Trời bắt đầu hình thành ngay khi chính Mặt Trời vẫn chỉ là một tiền sao, gần như là khi Tinh vân Mặt Trời xuất hiện. Chúng ta đã thấy rằng, bằng một cách nào đó, Mặt Trời hình thành theo cách giống như một bức tượng được tạo ra. Khởi đầu là một khối vật chất lớn – đám mây phân tử khổng lồ - được thổi tung đi để tạo ra một sản phẩm cuối nhỏ hơn. Nhưng khởi nguyên của các hành tinh lại giống như những tòa nhà. Chúng lớn lên từng chút một, từ dưới lên, bằng cách kết hợp với những tảng đá lớn hơn. Quá trình đầu tiên trong chuỗi sản xuất tòa nhà hành tinh là hiện tượng ngưng tụ rất quen thuộc. Bạn có thể thấy quá trình này khi có ai đó đeo gương bước vào một căn phòng ấm sau khi vừa ở bên ngoài trời lạnh. Ngay khi các phân tử hơi nước chạm vào bề mặt gương lạnh, các phân tử hạ nhiệt và dính vào gương tạo ra một lớp nước mỏng – rất khó chịu – hoặc những hạt nước nhỏ. Chính xác như hiện tượng trên là điều đã xảy ra trong trạng thái sớm nhất của Tinh vân Mặt Trời. Khi ngày càng nhiều vật chất từ Tinh vân Mặt Trời bị cuốn vào Mặt Trời mới hình thành, cái đĩa trở nên ít đậm đặc hơn.Dần dần nó mỏng đến nỗi năng lượng hồng ngoại có thể xuyên qua với ít sự ngăn cản hơn. Kết quả là nhiệt mất đi vào không gian, cái đĩa bắt đầu nguội đi, và vật chất của nó bắ đầu ngưng tụ - nhưng nguyên tử đơn hay phân tử kết hợp với nhau cho đến khi chúng lớn lên thành những hạt hay giọt nhỏ với đường kính nhỏ hơn một phần triệu met. Nhưng chỉ hiện tượng ngưng tụ thì không đủ để tạo nên gia đình Mặt Trời.
Ngưng tụ chỉ hoạt động tốt khi những hạt hay giọt còn nhỏ, vì vật chất nhận một nguyên tử hay phân tử một lần. Dần dần, khi lớn hơn, quá trình này được thay thế bằng kết tụ và bồi tích – sự kết dính của những phần tử lớn hơn qua sự bồi tích các phần tử lớn hơn, không phải các nguyên tử.
Quá trình xây dựng nên các hành tinh khá dễ hiểu. Tuy vậy, qua nhiều thập kỷ nghiên cứu, các nhà thiên văn học vẫn chưa nhất trí về thời điểm tiến hóa các thời kỳ và thứ tự các sự kiện diễn ra. Rõ ràng rằng những hành tinh nhiều khí như Sao Mộc và Sao Thổ hình thành rất nhanh – một lát nữa chúng ta sẽ thấy bằng chứng của việc này. Những hành tinh còn lại thì không chắc chắn. Và vì vậy tiếp sau đây trình bày về một khả năng có thể trong quá trình hình thành các phần tử trong gia đình Mặt Trời. Phần hai của câu chuyện của chúng ta, bắt đầu trong Tinh vân Mặt Trời, sau khi bắt đầu hiện tượng ngưng tụ. Thời gian trôi qua từ khi phân mảnh và suy sập của đám mây phân tử khổng lồ: 2200000 năm.
2200000 năm - Hạt giống hành tinh và tiền hành tinh Tinh vân Mặt Trời là một nồi canh chứa nhiều thành phần. Các chất khí như hydro, heli, cacbon và oxy khá phổ biến. Vì vậy cái đĩa đầy những nguyên tử - nước, amoiac và metan – tạo thành từ những chất khí đã có. Các nguyên tử silic – nguồn gốc của đá – cũng rất dồi dào, nằm cùng với các kim loại. Tuy nhiên những kim loại này không nằm đều trên đĩa. Gần tiền mặt trời, nơi nhiệt độ khoảng 2000 độ C, chỉ có những vật chất rất nặng, như sắt mới ngưng tụ được. Vì vậy những hạt vật chất lớn lên có thành phần sắt là chính. Xa hơn một chút, nơi nhiệt độ lạnh hơn, các phần tử silic ngưng tụ thành những hạt đá. Và khoảng 5 AU tính từ tâm, vị trí hiện tại của Sao Mộc, những phần tử băng bắt đầu liên kết với nhau. Tại đây, nơi mà các nhà thiên văn gọi là ‘vòng tròn tuyết’*(7), Tinh vân Mặt Trời lạnh hơn nhiều – có thể thấp hơn -70 độ C. Ở đây và xa hơn nữa nơi mà nước, ammoniac và metan cuối cùng cũng ngưng tụ và đông đặc thành tinh thể băng.
Vì vậy, với sự bắt đầu ngưng tụ của Tinh vân Mặt Trời, đĩa tiền hành tinh nhanh chóng bắt đầu hình thành một cơn bão xoắn ốc của cát, sắt và băng quay xung quanh ngôi sao trung tâm với vận tốc mười kilomet một giây. Sự va chạm giữa các phần tử tất nhiên là điều tất yếu. Tuy nhiên, hầu hết tương tác là khá nhẹ nhàng. Một cách để tưởng tượng ra khung cảnh là những chiếc xe hơi đang chạy nhanh trên đường đua. Những chiếc xe chuyển động rất nhanh – so với con đường và khán giả. Nhưng, so với nhau, vận tốc của chúng bị giảm đi rất nhiều, xấp xỉ mức không. Thỉnh thoảng một trong những chiếc xe di chuyển ra bên cạnh và chạm vào các xe khác. Và hiện tượng như vậy cũng xảy ra với các phần tử trong Tinh vân Mặt Trời. Dù chúng chuyển động tròn rất nhanh, chúng vẫn có thể chạm những người hàng xóm bên cạnh mình khá nhẹ. Khi điều này xảy ra, nhiều phần tử kết dính với nhau, mối liên kết có lẽ là do lực điện từ. Đây được gọi là sự kết tụ. Vì vậy, qua quá trình này, những phần tử ban đầu đã bắt đầu lớn lên. Và sản phẩm có tốc độ hình thành rất lớn. Chỉ vài nghìn năm xuất hiện, Tinh vân Mặt Trời đã kết bạn không chỉ với bụi mà còn với hàng sa số những khối vật chất nhỏ - đá và kim loại ở trong, băng đá ở ngoài vòng tròn tuyết. Chuỗi sản xuất hành tinh đang được tiến hành.
Một cái nhìn về Mặt Trời vừa mới hình thành (bên phải) từ giữa mặt phẳng của TInh vân Mặt Trời cho thấy vô số các khối vật chất đủ mọi kích thước từ cỡ hạt bụi đến cỡ tiểu hành tinh với đường kính vài kilomet. Lớn nhất trong số chúng là các hạt giống hành tinh, những viên gạch tạo nên các hành tinh.
Dần dần, qua những vụ va chạm ngày càng tăng, phần lớn những khối vật chất nguyên thủy này bị đẩy về giữa mặt phẳng của cái đĩa. Nhờ vật chất tập trung vào mặt phẳng mỏng hơn, tỷ lệ các vụ va chạm tăng mạnh. Chỉ khoảng 1000 năm sau đó, những khối vật chất nhỏ đã đạt đường kính vài kilomet tạo ra những ‘hạt giống hành tinh’*(8) có kích thước của một ngọn núi. Điều này đánh dấu một bước đi nữa cho sự hình thành các hành tinh.
Vì kích thước của chúng, những hạt giống hành tinh bây giờ không chỉ lớn nhờ sự va chạm với các phần tử nhỏ mà còn hút chúng bằng lực hấp dẫn. Khi những hạt giống lớn lên thì chúng cũng có lực hấp dẫn lớn hơn. Và vì vậy, chỉ 10000 – 100000 năm sau sự xuất hiện của Tinh vân Mặt Trời, vòng đĩa trong đã tràn đầy những thiên thể có kích thước bằng Mặt Trăng ngày nay. Những thiên thể này, khá chính đáng, được gọi là ‘tiền hành tinh’*(9).
Ở khoảng cách chừng 59 năm ánh sáng so với Trái Đất có một ngôi sao mang tên Beta Pictoris. Kể từ năm 1984, các nhà thiên văn đã biết rằng Beta Pictoris được bao bọc bởi một cách bánh kẹp gồm khí ga và bụi. Vật chất trong cái đĩa này, như chúng ta thấy ở từ ngoài vào trong đã được tô màu khác đi là xanh da trời và lá cây của bức ảnh từ Hubble, đã bắt đầu kết dính với nhau để tạo ra các viên đá và có thể là cả hạt giống hành tinh. Ảnh của A. Schultz (SCS/STScI), A. Heap (GSCF/NASA), và NASA)
2021-09-26T03:26:36Z
VitAnhNguy758022 | Vote: 0...
2021-09-26T13:01:30Z