BÀI GIẢNG THIÊN VĂN HỌC MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU Chương .6 LƯỢC SỬ THIÊN VĂN HỌC Đại cương thiên văn học Tổng quan cấu trúc vũ trụ .8 Chương 14 TRÁI ĐẤT 14 Hệ tọa độ địa lý 14 Kích thước hình dạng Trái Đất .15 Chuyển động quay quanh Mặt Trời Trái Đất .16 Tiến động chương động trục quay Trái Đất 17 Chương 19 QUY LUẬT CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC THIÊN THỂ 19 1.Phương trình chuyển động toán hai vật 19 Nhiễu loạn chuyển động 23 Chuyển động vệ tinh nhân tạo trạm vũ trụ 24 Chương 25 THIÊN CẦU - NHẬT ĐỘNG 25 Thiên cầu 25 Hệ toạ độ chân trời 26 Các hệ toạ độ xích đạo 27 Hệ toạ độ hoàng đạo hệ toạ độ thiên hà 28 Nhật động với toạ độ địa lý toạ độ thiên thể 29 Biến thiên toạ độ thiên thể nhật động .31 Chương 32 BỐN MÙA, THỜI GIAN VÀ LỊCH 32 Hoàng đạo hoàng đới 32 Vị trí MT thiên cầu Các mùa 33 Lịch 35 Chương 37 LƯỢNG GIÁC CẦU 37 Các công thức tam giác cầu .37 Ứng dụng 39 Khúc xạ ánh sáng Hoàng hôn bình minh .40 Chương 42 MỘT SỐ PHÉP ĐO THIÊN VĂN CƠ BẢN 42 Xác định thời gian kinh độ vỹ độ địa lý .42 Đo đồng thời kinh độ vỹ độ Đo độ phương .42 Xác định khoảng cách kích thước thiên thể 43 Chương 44 TUẦN TRĂNG NHẬT, NGUYỆT THỰC THỦY TRIỀU 44 Tuần trăng 44 Nhật, Nguyệt thực 45 2.1 Hiện tượng nhật thực nguyệt thực .45 Triều Trái Đất 46 Chương 48 PHƯƠNG PHÁP THIÊN VĂN VẬT LÝ 48 Bức xạ vũ trụ 48 Các thiết bị kỹ thuật nghiên cứu thiên văn 51 Sinh viên đọc thêm để tìm hiểu từ các tài liệu đã được giới thiệu 51 Các nội dung cần ý chương này: 51 Chủ yếu mục 51 Chương 10 52 VẬT LÝ CÁC THIÊN THỂ TRONG HỆ MẶT TRỜI 52 Khái quát thiên thể Hệ Mặt Trời 52 Trái Đất 52 Mặt Trăng 55 Các hành tinh nhóm Trái Đất 57 Các hành tinh thuộc nhóm Mộc Tinh 59 Các tiểu hành tinh Thiên thạch Sao chổi Sao băng 60 Chương 11 62 MẶT TRỜI 62 Cấu tạo lớp Mặt trời số liệu chung .62 Các trình bên Mặt Trời .63 Hoạt động khí Mặt Trời 65 Mối quan hệ hoạt động Mặt Trời Trái Đất 67 Chương 12 69 CÁC SAO 69 Xác định đại lượng đặc trưng 69 Cấp 69 Phân loại quang phổ 71 Các biến quang .73 Các hành tinh 74 Sự tiến hóa lụi tàn 75 Chương 13 79 THIÊN HÀ .79 Thiên hà 79 Vật chất khuếch tán 80 Các thiên hà Các quasar 81 Chương 14 83 SỰ TIẾN HÓA CỦA VŨ TRỤ 83 Các tham số vũ trụ 83 Vật chất tối .84 Khi nghiên cứu chuyển động thiên thể quay quanh Mặt Trời cho thấy thiên thể xa chuyển động chậm, quỹ đạo dài, điều hoàn toàn phù hợp với quy luật học biết 84 Các giả thuyết hình thành vũ trụ .85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 LỜI GIỚI THIỆU Môn Thiên văn học theo chương trình giảng dạy cho chuyên ngành vật lý trường đại học sư phạm với tài liệu “Giáo trình thiên văn”[1] tác giả Phạm Viết Trinh Nguyễn Đình Noãn, Hội đồng thẩm định sách Bộ Giáo dục Đào tạo giới thiệu làm sách dùng chung cho trường Tuy nhiên, Giáo trình thiên văn biên soạn từ năm 70 kỷ trước nên cần phải bổ sung nội dung liên quan đến vật lý thiên văn Năm 2008, tác giả cộng giới thiệu thêm Giáo trình Vật lý thiên văn theo hướng mong muốn bổ sung thêm kiến thức đại giúp cho sinh viên ngành sư phạm vật lý tích lũy kiến thức để chuẩn bị cho việc giảng dạy chương trình Vật lý lớp 12 Theo chương trình đào tạo trường đại học Tây Nguyên, học phần Thiên văn học bố trí vào học kỳ 6, dùng cho lớp sư phạm vật lý Cuốn Bài giảng Thiên văn học biên soạn theo yêu cầu để sinh viên nắm vấn đề cần tiếp cận giáo trình Thiên văn Vật lý thiên văn, kiến thức thiên văn vũ trụ, thời lượng lớp hạn chế không tránh khỏi khiếm khuyết Học phần quan tâm tìm hiểu nhiều đối tượng nghiên cứu khác nhau, tác giả mong muốn góp ý phê bình người đọc Xin chân thành cám ơn NGƯỜI BIÊN SOẠN Tạ Lý Chương LƯỢC SỬ THIÊN VĂN HỌC Đại cương thiên văn học Thiên văn học ngành khoa học nghiên cứu chuyển động thiên thể, chất tiến hóa vũ trụ Thiên văn học phát triển sớm từ khoảng 3000 năm trước, xuất phát từ đời sống vật chất tinh thần người Ngày Thiên văn học ngành quan trọng liên quan mật thiết đến phát triển nhận thức người vũ trụ Sau nói đến số bước phát triển ban đầu Thiên văn học 1.1 Thiên văn học thời cổ đại Cư dân văn minh cổ đại thu kinh nghiệm thay đổi khí hậu, thời tiết gắn liền với chuyển động Mặt Trời, Mặt Trăng Người Ai Cập, Trung Quốc, Hy Lạp biết cách xác định thời gian mùa liên quan đến nước có lý giải nguồn gốc vũ trụ, xây dựng lịch dựa vào thay đổi mặt trăng mùa năm Từ thời này, thiên văn học với hiểu biết sơ khai có liên quan tự nhiên với quan điểm tôn giáo khác Một nét chung là, họ xem sao, chòm sao, Mặt Trăng, Mặt Trời có ảnh hưởng thần bí đến đời sống người Hy Lạp cổ đại xem nôi thiên văn học Một số triết gia thời đưa số quan điểm giải thích giới tự nhiên, đáng lưu ý là: Anaxagoras (499 ÷ 429 trước Công nguyên, vt = tr.CN) cho Trái Đất có dạng hình cầu quan sát nguyệt thực Democritus (460 ÷ 370 tr.CN) cho giải Ngân Hà tạo xa Heraclides (388 ÷ 325 trCN) cho nhật động thiên thể kết quay Trái Đất Aristotle (384 ÷ 322 trCN) xem vũ trụ tạo nguyên tố đất, nước, không khí lửa, Trái Đất trung tâm bất động vũ trụ, thiên thể chuyển động tròn quanh với tốc độ không đổi Hiparachus (194 ÷ 120 trCN) xem Mặt Trời trung tâm vũ trụ, mặt trời khác Ông phát khoảng cách Trái Đất Mặt Trời thay đổi năm Người Trung Quốc từ thời Nhà Chu (Thế kỷ 11 trCN) xây dựng đồ với 28 chòm (nhị thập bát tú) quanh khu vực hoàng đới xây dựng lịch mặt trăng (âm lịch) 1.2 Mô hình địa tâm Từ kỷ thứ 2CN, người ta biết vị trí đặc điểm chuyển động hành tinh với độ xác đáng kể Claudius Ptolemy (100 ÷ 170CN) phác thảo mô hình địa tâm vũ trụ vào năm 125 Nhìn lên vòm trời (thiên cầu) ta thấy Mặt Trời quay theo chiều định vào ban ngày Mặt Trăng quay theo chiều vào ban đêm Hiện tượng quay quanh trục xuyên qua chỗ ta đứng quay vòng ngày đêm gọi nhật động Trên sở quan sát thời ấy, tóm tắt sau: - Bầu trời quay xung quanh Trái Đất (viết tắt = TĐ) với chu kỳ 24h (nhật động) - Mặt Trời, Mặt Trăng bên cạnh nhật động chuyển động theo chiều ngược với nhật động có chu kỳ tương ứng 365 ngày 27 ngày - Các hành tinh chuyển động với theo chiều ngược với nhật động có thời kỳ chúng chuyển động theo chiều ngược lại - Hai hành tinh Thủy Kim dao động xung quanh Mặt Trời (viết tắt = MT) với ly giác tương ứng 280 480 (xem hình 4, Giáo trình thiên văn[1]) Ptolemy đưa mô hình vũ trụ địa tâm sau: - TĐ trung tâm vũ trụ - Vũ trụ bị giới hạn mặt cầu chứa cố định Mặt cầu quay quanh trục xuyên tâm TĐ - MT, Mặt Trăng chuyển động quỹ đạo tròn với tốc độ không đổi, với chu kỳ lớn chu kỳ nhật động - Các hành tinh chuyển động với tốc độ không đổi quỹ đạo tròn nhỏ (gọi vòng ngoại luân) Tâm ngoại luân chuyển động quỹ đạo tròn (vòng đạo) xung quanh TĐ - Các thiên thể quay quanh TĐ theo thứ tự xa dần: Mặt Trăng, Thủy, Kim, MT, Hỏa, Mộc, Thổ Tinh Mô hình giải thích quan sát thiên văn thời tồn đến kỷ XVI phù hợp với quan điểm Thiên chúa giáo 1.3 Mô hình nhật tâm Mô hình có từ thời cổ đại đến năm 1543 Copernicus xuất “Sự quay thiên cầu “có nội dung là: - MT nằm tĩnh trung tâm vũ trụ - Các hành tinh chuyển động xung quanh MT quỹ đạo tròn chiều - TĐ chuyển động quanh MT tự quay quanh trục - Mặt Trăng (vt = Tr) chuyển động tròn quanh TĐ - Các hành tinh khác có khoảng cách xa MT theo thứ tự là: Thủy, Kim, TĐ, Hỏa, Mộc, Thổ - Các xa cố định vòm trời (xem hình 5, [1]) Mô hình cho phép giải thích đặc điểm chuyển động thiên thể hệ MT đắn sở xác định chu kỳ chuyển động khoảng cách hành tinh tới MT Jocdano Bruno ủng hộ mô hình tin MT có hành tinh quay xung quanh sống riêng TĐ Johaner Keppler (1571÷1630) Galileo Galilei(1564÷1642) đưa biểu thức toán học quan sát thực nghiệm công nhận mô hình Tổng quan cấu trúc vũ trụ 2.1 Các đại lượng đo đạc thiên văn 2.1.1 Khoảng cách - Đơn vị thiên văn: Khoảng cách trung bình từ TĐ đến MT tức độ dài bán trục lớn quỹ đạo elip TĐ, (vt đ.v.t.v.hay 1A.U) 1A.U = 149.597.870 km ≈ 150 triệu km = 1,5813.10-5 n.a.s - Năm ánh sáng (n.a.s) là quãng đường ánh sáng được năm 1n.a.s(1L.Y) = 9,4606.1012 km = 63240 đ.v.t.v - Parsec khoảng cách tương ứng với thị sai năm 1” pc = 3,0857.1013 km = 206265 đ.v.t.v = 3,2616 n.a.s 2.1.2 Thị sai (Parallax) Là thay đổi vị trí vật so với cố định xa nhìn từ vị trí khác người quan sát chuyển động Vật xa tốc độ thay đổi hướng nhìn (còn gọi tốc độ dịch chuyển biểu kiến vật) nhỏ Có thể tính khoảng cách đến vật quan sát xa nhờ góc thị sai góc nhìn có đỉnh vật quan sát cạnh lấy theo hướng nhìn từ điểm quan sát khác - Thị sai năm (annual parallax) góc nhìn π từ đến bán kính quỹ đạo TĐ Trong năm từ TĐ thấy dịch chuyển trời vẽ thành hình elip gọi elip thị sai Thị sai năm nhỏ cỡ giây cung Phương pháp đo cho ta xác định khoảng cách tới gần TĐ cỡ 150 n.a.s - Thị sai ngày (diurnal parallax) gọi thị sai chân trời (hay xích đạo) góc nhìn P từ thiên thể hệ MT tới bán kính TĐ Khi thiên thể nhìn đường chân trời xích đạo cho góc P lớn so với thời điểm khác ngày Ngoài đại lượng đo trên, đại lượng quang độ sáng, độ trưng, cấp v v đề cập tới phần sau 2.2 Quan sát bầu trời Mắt thường từ TĐ quan sát 5776 vòm trời (thiên cầu) có đồ chi tiết đặt tên từ kỷ 17 Nhờ kính thiên văn đến trước kỷ 20 thấy 7000 nằm 88 chòm có ký hiệu khác Sao gần TĐ Proxima thuộc chòm Bán Nhân Mã (Centaurus) cách TĐ 4,22 n.a.s quan sát thấy thiên thể xa cách ta 13,4 tỷ n.a.s Từ xưa, việc đặt tên cho chòm theo tưởng tượng hình dáng gắn với nhân vật thần thoại (các chòm Gấu Lớn, Gấu Nhỏ, Thiên Hậu, Tráng Sỹ, v v ) Từ TĐ quan sát thiên cầu tưởng tượng có trục quay cắt qua điểm gọi thiên cực Thiên cực bắc quy ước nhìn chiều quay ngược chiều kim đồng hồ, tay phải phương đông, tay trái phương tây, thiên thể mọc đằng đông lặn đằng tây Có nhỏ nằm chòm Gấu Nhỏ cách thiên cực bắc 10 gọi Bắc cực nhìn thấy vào ban đêm xác định chòm Thiên Hậu Gấu Lớn (xem hình 3, [1]) 2.3 Tổng quan vũ trụ Ngày nay, người ta biết TĐ hành tinh hệ MT MT sáng bình thường vô số phân bố không đồng bầu trời TĐ quay quanh MT với vận tốc khoảng 30 km/s với vòng quay hết năm Hệ MT lại nằm dải Ngân Hà gọi Thiên hà Hệ MT quay quanh tâm Ngân Hà với vận tốc khoảng 230 ÷ 250 km/s từ sinh quay vài chục vòng Ngân Hà có chừng 100 tỷ lại có vô số thiên hà khác nhìn thấy dạng vết sáng nhòe yếu trước gọi tinh vân Hiện nay, người ta thấy Ngân Hà di chuyển phía thiên hà Andromede (Tinh vân Tiên Nữ) với vận tốc 90km/s thiên hà lại hướng tới tâm điểm khác gọi Cụm thiên hà địa phương với vận tốc 45km/s Cả Cụm lại chuyển động tâm hút lớn (chứa hàng chục ngàn thiên hà khác) với vận tốc 600km/s, chất vấn đề tiếp tục nghiên cứu Tìm hiểu thêm có thể xem [5] và [6] Như vậy, vật chất vũ trụ vận động biến đổi không ngừng, nhiều vấn đề phía trước mà Thiên văn học phải nghiên cứu 2.4 Keppler định luật chuyển động hành tinh J.Keppler (1571-1630) xác định quỹ đạo hành tinh chuyển động tròn theo hệ Copernic với quan điểm thuyết địa tâm Các công trình ông Tycho Brahe quan tâm giúp đỡ nghiên cứu J.Keppler người áp dụng phương pháp toán học để nghiên cứu thiên văn học biểu diễn định luật tự nhiên toán học Copernic xác định khoảng cách từ TĐ đến Thủy Tinh Kim Tinh theo phương pháp sau: Từ TĐ xác định góc α hành tinh P ly giác cực đại với mặt trời S cho hành tinh chuyển động theo quỹ đạo tròn Khoảng cách R R= SE.sin α (vì góc SEP=900) Đối với hành tinh bên TĐ việc xác định phức tạp Các kết đo cho thấy quỹ đạo E Hỏa Tinh elip α P S R Năm 1609, Keppler công bố định luật: - Các hành tinh chuyển động quỹ đạo elip, MT nằm tiêu điểm H1.1 Tính quỹ đạoHT - Bán kính vectơ hành tinh quét diện tích khoảng thời gian Năm 1619 ông công bố định luật thứ ba: - Bình phương chu kỳ quay hành tinh tỷ lệ với lập phương bán trục lớn quỹ đạo chuyển động chúng Ta chứng minh định luật chương sau Ở cần lưu ý đến đặc điểm elip,(xem hình 8,9 [1]) Phần nhắc lại vài công thức ellip (H1.2): p Nếu gọi tiêu điểm F1và F2 có MT v a b F2 O ϕ F1 c nằm F1, O tâm elip đường nối OF1 kéo dài cắt elip C cận điểm OF2 kéo dài cắt elip V viễn điểm H1.2.Quỹ đạo ellip của MT Ta có VC = 2a trục lớn, trục nhỏ vuông góc với VC qua điểm O gọi b = bán trục nhỏ Tâm sai e = F1F2/VC = OF1 /VC = 2 a −b a Trong hình học giải tích, độ lệch tâm lớn cho elip dẹt (0 < e < 1) e > cho hình hypecbol, e = cho hình tròn 10 Bảng phân loại đây: Loại phổ Nhiệtđộ(K) Màu chủ yếu Vạch bật Các + ++ +++ O >25000 Lam -Tím He ,N ,Si 10Lacertar B >11000 Lam He,Si++,O+, Rigel,Spica + + + A 7,5-11000 Lam-Trắng H,Mg ,Si ,Fe , Vega,CiriusA F 7.500 Trắng -Vàng H,Fe+,Cr+Ca+ Canopus, + G 6000 Vàng Ca ,H Sun K >3500 Da cam KL,Fe,Ti CentauriB M < 3500 Đỏ TiO,KL Proxima 3.2 Biểu đồ Hertzsprung-Russell Biểu đồ cho trục tung xác định cấp tuyệt đối M từ +15 đến -7 độ trưng xác định theo L/L0 (tỷ lệ với MT = 1) Trên trục hoành xác định dải quang phổ từ O đến M nhiệt độ 30000K đến 3000K Vị trí đánh dấu chấm biểu đồ cho nhóm Việc xác định phổ lại chia 10 loại theo ký hiệu từ O đến M (riêng loại O có từ đến 9) Để biểu thị độ trưng lại chia dãy theo chữ số La mã Ι→VΙΙ Thí dụ: MT có loại phổ G2V có độ trưng thấp loại G2ΙΙΙ Trên biểu đồ H-R loại chia làm nhóm: 3.2.1 Sao Siêu khổng lồ Loại này có độ trưng cỡ 104 - 106 L0, cấp M từ -5 đến -10, R từ 100 đến 1000 R0, khối lượng M = (20-30)M0 Thời gian sống khoảng vài triệu đến tỷ năm thành Red Super Giant (dãy Ι, ΙΙ) Độ trưng lớn η-Carinae có L = 6.5.106.L0và M = 200M0 cách ta 9100 n.a.s To ε-Aurigae có R = 2700R0 3.2.2 Sao Khổng lồ (Giant) Loại này có M = +1 ÷ (-1) R = (10÷100)R0, có màu vàng da cam Sao Red Giant kích thước lớn hàng chục lần ban đầu (nhiệt độ T = 2000÷3000K) thuộc dãy ΙΙΙ ΙV 3.2.3 Sao lùn (Dwaf Star) Còn gọi là trắt có L = (10 -4÷10+4)L0 khối lượng riêng cỡ trung bình lớn nằm dãy V&VI Các lùn chia thành loại: - Sao lùn đỏ có quang phổ M cấp M < +1, R = 0.1R 0, T0 = 2500 ÷ 3000K sống dài đến 100 tỷ năm - Sao lùn trắng R = 500 km giai đoạn cuối có M ≤ 1,4M0 - Sao lùn nâu có M < 0,08M0 T < 1800K phát tia hồng ngoại 72 - Sao lùn đen xác lùn trắng hết động Ngoài loại khác nói đến phần sau Các biến quang Với hoạt động đại lượng vật lý T, R, L không thay đổi Loại có độ trưng thay đổi biến quang Thực tế, biến quang có nhiều loại khác 4.1 Sao biến quang che khuất Thực chất đôi có quỹ đạo tròn hay elip Biểu diễn cường độ sáng theo thời gian đồ thị cho thấy xác định rõ chu kỳ thay đổi có tính qui luật Khi nhỏ bị lớn che khuất cường độ sáng giảm ngược lại Thí dụ: Sao β-Angel chòm Thiên Vương (Cepheus) có chu kỳ che khuất d 20h49m (có hàng vạn loại này) 4.2 Sao biến quang co giãn Sao loại có độ sáng thay đổi theo thời gian Trên đồ thị cho thấy độ trưng phổ thay đổi cách đặn, đo chu kỳ co giãn Đáng quan tâm Cepheid có chu kỳ co giãn phụ thuộc độ trưng Với Cepheid có chu kỳ co giãn tháng có độ trưng 10 4L0 đo quang thông giúp ta xác định khoảng cách với Cepheid nằm giải Ngân Hà Hiện nay, kính thiên văn Hubble bay vũ trụ đo khoảng cách tới loại để phát thiên hà Bằng việc giải phương trình dao động cầu khí (12.13) cuối đưa công thức (12.18) cho thấy chu kỳ dao động Cepheid co giãn tỷ lệ nghịch với bậc hai khối lượng riêng trung bình ρ (xem GTTV tr.220-221) Ta xét truyền sóng âm lòng (cũng toán đo sóng âm truyền MT phần trên) Tốc độ áp suất âm truyền chất khí tính theo công thức sau: VS = γRT μ với p.V=R.T(m/µ) Rõ ràng làVs∼ p với ρ mật đô khí trung ρ bình tỷ lệ với M/R3 Từ biểu thức (11.7) cho p ∼ GM2R-4 thay vào ta có p ∼ G.M.ρ.R-1 Thời gian cần thiết để sóng âm truyền từ tâm là: (R\v s) ∼ R ρ Vậy ta có R\vs∼1\ Gρ p Kết cho thấy giống với kết luận từ cách tính trong[1] Công thức cho thấy, có ρ nhỏ chu kỳ co giãn dài, Cepheid đậm đặc có kích thước độ trưng lớn 73 Tóm lại, việc phát mối liên hệ chu kỳ co giãn độ trưng giúp nhà thiên văn khảo sát xa dải Ngân Hà 4.3 Sao biến quang đột biến Một số mờ bùng sáng đột ngột, độ sáng tăng nhanh đến hàng ngàn vạn lần sau giảm chậm đến độ sáng ban đầu thời gian kéo dài hàng năm Đó (novastar) Hiện người ta quan sát 400 Các có độ sáng tăng lên đột ngột hàng triệu lần gọi siêu giai đoạn cuối lớn đề cập đến phần sau Các hành tinh Về phương diện kỹ thuật, phát hành tinh khó Hiển nhiên, có hành tinh lực hấp dẫn phải ảnh hưởng đến quĩ đạo chuyển động Chẳng hạn, lực hấp dẫn Mộc Tinh làm MT chuyển động lắc lư quỹ đạo xung quanh khối tâm chung chúng với vận tốc 12m/s Các hành tinh gây chuyển động nhỏ cỡ 10m/s phát nhờ dịch chuyển Doppler đặn theo chu kỳ quay hành tinh Tuy nhiên, tốc độ bé chưa có khả đo Xét có khối lượng Ms có mặt phẳng quỹ đạo chuyển động dọc theo đường ngắm từ nơi quan sát Cho rằng, độ dịch chuyển Doppler thay đổi theo quy luật hình sin với chu kỳ T biên độ đo V s, hành tinh có quỹ đạo dịch chuyển tròn Hành tinh quay với vận tốc v (không đo được) xác định khối lượng m bán kính r từ định luật học biết với công thức sau: Ms.vs = m.v (ĐLBT động lượng), T = 2π.r/v (v2/r) = (GMs/r2) Vậy có: (m/Ms)3 = (vs/v)3 = (vs)3(T/2πr)(r/GMs) = (vs)3(T/2πGMs) Thay vào với T2 = (4π2r2 /v2) suy r3 = T2GMs/4π2 (là dạng định luật Keppler) Nếu biểu diễn khối lượng Mộc Tinh so với MT, ta có m m/M0=10-3 tính Ms theo M0 cho công thức là: (m/mm)3 = 4,4.10-5(vs)3(T/năm)(Mo/Ms) ý đổi (r/1A.U)3 = (T/1năm)2(Ms/Mo) Thực tế cho vs lớn (do quỹ đạo thực hành tinh nghiêng) Thí dụ: Sao 47Ma (thuộc chòm Gấu Lớn) có Ms =1,05Mo, vs = 44 m/s T = năm, thấy hành tinh có m = 2,3mM r = 2,1 đ.v.t.v Sao 51Peg (chòm Phi Mã) có M s = 1,0Mo vs = 58 m/s; T = 4,2 ngày cho hành tinh có m = 0,46mM , r = 0,05 đ.v.t.v 74 Phương pháp chưa đo v s < m/s nên phát hành tinh cỡ Mộc Tinh Các hành tinh nêu cho khối lượng cực tiểu Năm 1999 phát ν-And (chòm Tiên Nữ) có hành tinh khối lượng 0,75; 4mM Đến cuối năm 2001 phát 50 hành tinh hy vọng tìm thấy nhiều hành tinh cỡ Thổ Tinh xử lý số liệu siêu máy tính Tháng 4-2005 quan sát hành tinh kính thiên văn vũ trụ hồng ngoại chòm Phi Mã chòm Thiên Cầm; đến người ta phát thấy ngày nhiều hành tinh Các phương pháp cho phép phát hành tinh có kích thước cỡ TĐ cuối năm 2011 phát hành tinh có nhiều điều kiện giống TĐ Sự tiến hóa lụi tàn 6.1 Sự tiến hóa Mặt Trời khối lượng MT 6.1.1 Hình thành Một đám mây khí tụ hợp co lại khoảng 4,6 tỷ năm trước, phần gần tâm nhỏ dần đậm đặc trở nên không suốt với ánh sáng khả kiến hồng ngoại Bề mặt nóng tới 1000 K 6.1.2 Tiền (protostar) Bên đám mây nóng dần đến trạng thái cân thủy tĩnh có áp suất nhiệt độ tâm cao Vì xạ làm lượng thoát giảm nhiệt giảm áp suất bên Để giữ trạng thái cân thủy tĩnh tiền tư từ co lại đậm đặc hơn, bị nén nóng lại làm tăng áp suất giải phóng xạ nhiệt 6.1.3 Trưởng thành Sau khoảng 30 triệu năm R đạt tới Ro L = 0,8Lo đủ có tổng hợp H2, giai đoạn kéo dài khoảng 10 tỷ năm có lượng xạ vào vũ trụ Sau 4,6 tỷ năm L tăng khoảng 30% giai đoạn định sống Trái Đất 6.1.4 Tuổi già Khi hydro hết, phản ứng hạt nhân chậm lại làm nhiệt áp suất giảm Để trì khí tâm từ từ co lại làm nhiệt độ nóng lên tới 10 8K Khi hạt α tổng hợp cacbon hạt γ nhiên liệu hạt nhân cho L lớn cỡ 10 4Lo Lượng xạ thoát R cỡ 100 R o trở thành khổng lồ đỏ sau khoảng 108năm Sau Mặt Trời phóng lớp khí (như quan sát nhiều khổng lồ đỏ) làm nhiệt co lại tới R∼10-2Ro sau khoảng 104năm 6.1.5 Cái chết 75 Một áp suất electron cung cấp làm thắng lực hấp dẫn trì lùn trắng Sao tỏa nhiệt chậm đến xác gọi lùn đen Các có khối lượng tương tự MT có trình xảy giống Riêng với đôi, cặp với lùn trắng tiến tới vụ bùng nổ dội với độ sáng gấp vạn lần bình thường gọi siêu loại Ia nhà thiên văn dùng làm cột mốc đo giãn nở vũ trụ 6.2 Sự tiến hóa vụ nổ siêu 6.2.1 Sao Các có khối lượng khác từ lớn cỡ hàng trăm, hàng ngàn M o đến nhỏ cỡ < 0,1Mo nên trình tiến hóa đa dạng Từ lý thuyết thực tế quan sát bầu trời, gần người ta đưa nhận định sau: Các hình thành từ đám mây khí (tinh vân) bị co lại, lớn thời kỳ tiền ngắn, vài trăm ngàn năm Khi nhiệt độ đủ cao (10 ÷ 15 triệu độ K) bắt đầu trình tổng hợp hạt nhân lượng thoát làm khối khí phát sáng ngừng co (áp suất khí cân với lực hấp dẫn), lúc có tên biểu đồ H-R Các nặng có tuổi thọ ngắn: có M = 60M o hết hydro sau vài triệu năm Các có M ≅ 0,1Mo sống khoảng 20 tỷ năm có màu đỏ nằm gần cuối dải biểu đồ H-R trình tổng hợp hạt nhân diễn chậm Các có M < 0,1Mo không đủ nhiệt để tổng hợp hạt nhân lùn đỏ Nhờ kính thiên văn người ta biết số chiếm 80% số có dải Ngân Hà Các nhẹ cỡ M < 4Mo có tiến hóa giống MT(đã nói tới mục 1) Các nặng có M = ÷ 8M0 thành siêu khổng lồ đỏ co mạnh vượt qua kích thước lùn trắng tới R = 20km gây vụ nổ siêu loại II cuối lực đẩy tạo n p làm ngừng co đồng thời làm thoát electron trở thành neutron có dạng gọi xung hay pulsar (phát vào năm 1967) Các có M > 8Mo hết nguồn hydro lõi co lại, vỏ phồng hàng trăm triệu km siêu khổng lồ đỏ sau chừng vài triệu năm co lại nhanh loại trên, vụ nổ siêu diễn mạnh trở thành nơtron hay Lỗ Đen tùy thuộc vào lõi lớn hay nhỏ 3M0 76 6.2.2 Nổ siêu Khác với vụ nổ nhiệt hạch với lùn trắng nói trên, vụ nổ siêu loại II nặng xảy hết nhiên liệu hạt nhân, áp suất mất, khí bị nén vào tâm nhanh lực hấp dẫn, hạt nặng bị vỡ thành n, p, e- Proton electron bị ép lại thành nơtron nhân nơtron bị cô đặc thành nhân cứng Các khí H, He, O bên tiếp tục rơi vào bị nung nóng tới khoảng tỷ độ dẫn đến vụ nổ Năm 1054 vụ nổ loại lần đầu phát hiện, đám mây khí hình thành từ vụ nổ gọi Tinh vân Con Cua có tốc độ nở rộng khoảng 10 3km/s nhân pulsar phát xung vô tuyến 30 lần s Sao siêu SN1987 nổ cách Trái đất 1,5.10 5n.a.s tiếp tục quan sát cho kết phù hợp với nhận định lý thuyết Các vụ nổ siêu cung cấp lượng lớn khí bụi có chứa nguyên tố nặng bao bọc quanh không gian Sự tập trung đám mây đĩa quay tiền thân tạo Các lớp bụi tập hợp lại thành tảng đá quay quanh sở tạo hành tinh vật chất thông thường vũ trụ Phần lõi lại bị co mạnh lại tùy thuộc vào khối lượng lõi trở thành nơtron hay lỗ đen 6.2.3 Sao nơtron pulsar Sau vụ nổ siêu mới, phần lõi có khối lượng từ 1,4M đến 3M0 (tổng khối lượng trước vụ nổ gồm lớp vỏ khoảng 25M 0) trở thành nơtron Từ năm 1967 đến nay, người ta phát 700 pulsar với chu kỳ quay khác Nếu chất lùn trắng pulsar Tinh vân Con Cua quay với 30vòng/s bị xé vụn lực hướng tâm, Lan-đao số nhà khoa học khác tiên đoán tồn nơtron từ lâu sau từ quan sát thực tế cho thấy pulsar dạng nơtron dị thường Từ trường đạt tới 2.109 T Trục quay không trùng với trục quay từ trường e- bị gia tốc dọc theo vòng xoắn ốc với vận tốc lớn quay theo Khi vòng xoắn hướng phía Trái Đất phát thấy xung xạ Lý thuyết cho thấy nơtron quay tới 2500 vòng/s bị vỡ thực tế thấy quay tới 642 vòng/s Các nơtron quay nhanh thường có đồng hành bị hút khí nên mang lượng lớn Ta tưởng tượng Mặt Trời co lại chậm với mômen động lượng MR2ω = const, R giảm chu kỳ T = 2π/ω giảm tỷ lệ với R2 Nếu giảm đến cỡ n có 77 R = 10km (Ro/R)2 = 5.1011 lần chu kỳ quay từ T o đến T cỡ 5.10-4s ngắn trước bị xé Khi dòng điện chạy có B.R = const ban đầu Bo = 10T có B cỡ 5.1010T Một nơtron có khối lượng cỡ 3M o qua tính toán cho thấy tồn lực hấp dẫn cân với áp suất n Như vậy, trường hợp nổ siêu lại lõi có khối lượng 3M o có trình diễn phải khác 6.2.4 Lỗ đen Trường hợp trưởng thành có khối lượng 25M phần lõi sau vụ nổ siêu có khối lượng lớn 3M0 Khối lượng lớn đến mức electron nơtron chống lại tác dụng nén lực hấp dẫn bề mặt Khi ánh sáng không thoát thiên thể trở thành lỗ đen Lý thuyết tương đối cho thấy, vật có khối lượng M bị nén tới bán kính quay lui Schwarzschild rs = 2GM/c2 vật thành lỗ đen, ρ = 2.1016(Mo/M)2 (g/cm3) Mặt Trời có khối lượng 2.10 30kg có rs= 2,96 km ρ = 2.1016g/cm3 lớn ρ hạt nhân Những tiên đoán tồn lỗ đen đưa từ lâu Cho đến nay, người ta quan tâm nghiên cứu Có ý kiến cho khối lượng cực đại n 5M o mà 3Mo Qua đo đạc phát Cyg X-1 (ở chòm Thiên Nga ) lỗ đen Tháng 2-2004 người ta quan sát hình ảnh lỗ đen khổng lồ nuốt (ở chòm RXJ-1242-11) Các nhà vật lý nghĩ tới tồn lỗ đen siêu nặng cỡ hàng tỷ lần M0 nguyên nhân nguồn lượng dị thường phát từ thiên hà lớn quasar Tạp chí Nature ngày 5/11/2011 công bố việc phát lỗ đen siêu nặng siêu thiên hà NGC3842 có khối lượng khoảng 9,7 tỷ M0 cạnh NGC4889 có lỗ đen khối lượng lớn Các nội dung cần ý chương này: Xem thêm tài liệu thông tin website theo hướng dẫn giảng viên 78 Chương 13 THIÊN HÀ Thiên hà Ngân Hà Thiên hà có tới 200 tỷ có khối lượng chừng 1011Mo(1039tấn) kể vật chất tối khối lượng lớn Việc quan sát dải Ngân Hà bầu trời nước ta (ở nửa địa cầu bắc gần xích đạo) tùy thuộc vào nhật động mùa nên xác định rõ hướng quay suốt đêm Cách nhận biết dễ thấy xác định vị trí sáng thuộc tam giác mùa hè có đỉnh Vêga (Chức Nữ, thuộc chòm Thiên Cầm)-Altair (Ngưu Lang, thuộc chòm Thiên Ưng)-Deneb(Thiên Tân 4, thuộc chòm Thiên Nga, nằm Ngân Hà) tam giác mùa đông có đỉnh Procyon (Nam Hà 3, thuộc chòm Tiểu Khuyển nằm bên bờ Ngân Hà bên bờ có đỉnh Betelgeuse (Sâm Tú 4, thuộc chòm Lạp Hộ), Sirius (Thiên Lang) Vào tối mùa đông nhìn hướng bắc sau tam giác mùa hè lặn, dải Ngân Hà qua chòm Thiên Hậu, Anh Tiên, Ngự Phu, Song Tử, Đại Khuyển,… Vào tối mùa hè, ta không thấy tam giác mùa đông, phát thấy chòm khác dải Ngân Hà Bọ Cạp, Thiên Đàn (Ara)… Mặt phẳng Ngân Hà nghiêng so với mặt phẳng quĩ đạo trời 62 0.Tâm Ngân Hà có xích vỹ δ = - 28056’và xích kinh α = 17h46m thuộc hướng chòm Sagittarius (Cung Thủ, Nhân Mã), nơi phát thấy có nguồn xạ phi nhiệt Lỗ đen Kích thước đĩa thiên hà rộng khoảng 30kps nhân có dạng lồi bán kính 1kps dày 200-400ps (xem hình vẽ GTTV) Ngân Hà thuộc loại xoắn ốc (ký hiệu Sb) loại O B quan sát thấy vùng hydro HII có chứa xếp thành vệt theo dạng cung xoắn Mặt Trời cách tâm Ngân Hà 8,5 kps cánh cung nhỏ Orion (Lạp Hộ,Thợ Săn, Tráng Sỹ) nằm nhánh Cung Thủ nhánh Tráng Sỹ Nhân Ngân Hà có mật độ dày đặc cỡ 10 7sao/ps3 vùng biên phía Mặt Trời có 1sao/10ps3 Ở có nguồn phát xạ vô tuyến gọi Sagittarius A* (cũng phát xạ hồng ngoại) có L = 20 triệu L phóng luồng gió cực mạnh Vật chất bắn có dạng sợi trải rộng phía đĩa Ngân Hà rơi tâm Chưa rõ Lỗ đen tâm Ngân Hà (nếu có) M cỡ hàng trăm hay hàng triệu M0 Quầng Ngân Hà bao trùm quanh đĩa tụ thành đám dày gọi đám hình cầu có già tụ lại có đường kính khoảng 40ps Nghiên cứu quay nhiều thiên hà khác gợi mở ý tưởng quầng chứa chất phát dạng vật chất thường có với sóng thông thường Khối lượng vật chất không nhìn thấy nhiều lần tổng khối lượng vật chất 79 phát Đó điều nhà vật lý hạt quan tâm tìm hiểu chất chúng Vật chất khuếch tán Môi trường chứa khí, bụi, từ trường tia vũ trụ khối lượng khoảng vài phần trăm so với tổng thể phần vật chất tách rời vòng tuần hoàn tiến hóa Quan sát chúng dấu hiệu tốt để nghiên cứu cấu trúc thiên hà tiến hóa 2.1 Khí Ở đa số thiên hà, khí tập trung mặt phẳng đĩa tạo lớp dày đến 100 ps có mật độ lớn tâm từ đến ps xa đĩa nóng loãng Khí chiếm vài % M với mật độ 10 -24g/cm3 tập trung thành đám mây với nhiều loại khác xa gần Thành phần hóa học chủ yếu khí hydro trung hòa chiếm tới 90% có vạch phổ 21 cm (ν = 1420 MHz) nhiều người tập trung quan sát Người ta phát khoảng 100 phân tử khí đồng vị chúng có phân tử có 13 nguyên tử (HC11N) Một ngành Hóa học thiên hà khai sinh 2.2 Bụi Có hai loại bụi graphid silicat chiếm khoảng 1% khối lượng khí có kích thước cỡ vài phần mười µm Nó hấp thụ phản xạ ánh sáng, riêng màu đỏ bị hấp thụ nên xa thấy có màu đỏ bụi Nhờ đám bụi mà quan sát rõ tinh vân hấp thụ phản xạ ánh sáng 2.3 Từ trường Không gian có từ trường yếu khoảng 10-10T, đám mây khí đậm đặc đạt tới B = 10 -7 T Từ trường tác động mạnh đến electron có vận tốc cao phát xạ syncrotron, tương tác với tia vũ trụ có liên quan chặt chẽ tới động lượng đám mây khí hình thành hệ hành tinh 2.4 Tia vũ trụ Các tia vũ trụ sơ cấp có đến 90% proton, 1% e - có vận tốc 100.000km/s không lọt tới Trái đất, ngoại trừ tia va chạm với khí tạo tia vũ trụ thứ cấp (các mezon, muyon) 2.5 Tinh vân (Nebula) Trước phương tiện kỹ thuật hạn chế, người ta gọi số thiên hà, đám sao, quần tinh vân Nay tên gọi Tinh vân dành cho đám mây bụi khí sáng tối xung quanh Có dạng tinh vân khác tinh vân phát xạ, tinh vân hành tinh, loại tàn dư vụ nổ siêu hay đám mây khí bụi phản xạ (hấp thụ ) ánh sáng 80 Các thiên hà Các quasar Năm 1918, kính thiên văn lớn thời (d = 2,5m) Mỹ (Mount Wilson) bắt đầu hoạt động đến năm 1923, Hubble khám phá tinh vân dải Ngân Hà phát vũ trụ giãn nở Đến biết vũ trụ chứa hàng trăm tỷ thiên hà Sau (khoảng năm 1960) phát thiên thể có mật độ vật chất lớn tự phát sáng với nguồn vô tuyến mạnh Đó quasar thiên hà elip khổng lồ, quasar thiên thể xa (hơn 13 tỷ năm a.s) phát hiện, giúp nhân loại nhìn sâu vào vũ trụ 3.1 Các thiên hà Hubble chia làm ba loại thiên hà Theo thống kê cho thấycó 60% thiên hà dạng xoắn ốc, 15% dạng ellip, 20% dạng thấu kính, 2% dạng vô định hình có thiên hà lùn có dạng bất thường Các thiên hà elip chứa khí có khối lượng từ vài nghìn M đến loại 1013 M0 có chứa nhiều khí, thiên hà ellip lùn lại phát sóng vô tuyến mạnh Các thiên hà xoắn ốc đa dạng, trung bình có khối lượng cỡ 10 11M0 chứa nhiều khí Loại fhiên hà có nóng trẻ tinh vân phát xạ nằm cánh cung xoắn ốc (có phổ vạch phát xạ thuộc nhóm HII) Các thiên hà bất thường có lượng khí nhiều nhất, khối lượng cỡ 10 10 M0 Hai thiên hà gần ta nhìn thấy nam bán cầu Đám mây Magienlăng Lớn Bé cách ta khoảng 50 ÷ 60 kps có dạng bất thường Tiếp thiên hà xoắn ốc có tên Tinh Vân Tiên Nữ (Andromeda) lớn gấp đôi Ngân Hà cách ta 690 kps có M cỡ 300 tỷ M0 Các thiên hà không phân bố đồng không gian mà tập hợp thành nhóm (cụm) nhiều nhóm lại thành quần thể (đám) Ngân Hà thuộc Cụm thiên hà địa phương có khoảng 30 thiên hà, lớn thứ hai sau Tinh Vân Tiên Nữ, chúng va chạm với có lực hấp dẫn Cụm Thiên hà Địa phương lại thuộc quần thể thiên hà Virga (Trinh Nữ) có khoảng 3000 thiên hà quay tâm chung Thiên hà ellip khổng lồ M87 Đám thiên hà lại bị hút phía Siêu đám thiên hà mang tên Hydre &Centaure , v v 3.2 Các quasar thiên hà vô tuyến Các kính thiên văn vô tuyến đại phát loại thiên thể xa hàng tỷ n.a.s dịch chuyển mạnh phía đỏ có dạng gần tròn giống sáng gấp hàng nghìn thiên hà Chúng gọi quasar (quasi-stellar) Bức xạ quasar phát khí nóng khí tâm thiên hà dạng bất thường có 81 nhân hoạt động sáng Quasar tập trung lượng lớn thể tích vài n.a.s Các thiên hà có nhân hoạt động quasar nguồn phát sóng synchrotron mạnh quan tâm nghiên cứu 3.3 Thiên hà thấu kính Một sao, thiên hà, hay đám thiên hà bị lệch hướng quan sát có thiên thể nằm chắn hướng quan sát Độ lệch tỷ lệ với số G có góc lệch α = 8GM/c2r với thấu kính quang học, gọi thấu kính hấp dẫn Năm 1979 khám phá quasar kép đặt tên 0957+561 sau xác nhận có thiên hà xen hướng quan sát nằm cách ta tỷ n.a.s Như quasar hai nằm cách xa khoảng 10 tỷ n.a.s Thấu kính hấp dẫn tạo ảo ảnh vũ trụ tạo nghịch lý chuyển động nhanh vận tốc ánh sáng Các phép đo giao thoa vô tuyến quan sát tượng góp phần phát đám thiên hà, quasar xa 3.4 Một số đặc tính vật lý thiên hà (xem [1] và[3]) Các nội dung cần ý chương này: Xem thêm tài liệu thông tin website theo hướng dẫn giảng viên 82 Chương 14 SỰ TIẾN HÓA CỦA VŨ TRỤ Vũ trụ học trở thành chuyên ngành nghiên cứu tìm hiểu vũ trụ phần quan trọng Vật lý thiên văn đại Xây dựng mẫu vũ trụ khác tiếp tục đặt với câu hỏi lớn là: Vũ trụ giãn nở sau có co lại hay không? Vũ trụ có điểm bắt đầu điểm cuối hay không ? Vũ trụ có biên không? Vũ trụ có luân hồi hay không? Những quan sát cho thấy chắn vũ trụ giãn nở tuổi vũ trụ không 13 tỷ n.a.s Các tham số vũ trụ Các phép đo phổ cho thấy thiên hà chuyển động tự quay chuyển dịch phía đỏ tức rời xa Khi thiên thể dịch chuyển bước sóng λ đo thực tế λ+∆λ Theo hiệu ứng Doppler, độ dịch chuyển cho ∆λ/λ = v/c = z quy ước v > 0, ∆λ > dịch chuyển xa Với thiên thể dịch chuyển có v ≥ 0,4c phải sử dụng công thức tương đối tính Quasar phát có z = 0,16(đó quasar 3c273) đến phát quasar có z = tức v = 0,95c 1.1 Định luật Hubble Định luật Hubble mô tả giãn nở vũ trụ theo công thức v = H.r r khoảng cách thiên thể rời xa Tham số H gọi tham số Hubble thực chất số Hiện giá trị khoảng 15÷30 km/(s.triệu n.a.s.) tức 50÷100km/s.Mps Nếu cho tốc độ rời xa thiên thể lực nổ ban đầu làm vũ trụ giãn nở lực hấp dẫn toàn vật chất toàn vũ trụ làm giảm tốc độ giãn nở Khi chưa kể tới độ giảm tốc độ dịch chuyển lực hấp dẫn tuổi vũ trụ tỷ lệ với 1/H 10 tỷ năm lấy H = 30 20 tỷ năm lấy H = 15 Một đại lượng khác sử dụng độ giảm tốc độ dịch chuyển q ∼ ∂v/∂t tính theo công thức Friemann 1.2 Mật độ trung bình vật chất Tưởng tượng lấy hình cầu bán kính R chứa toàn thiên hà (R nhỏ bán kính vũ trụ chung) Khối lượng cầu M= πR3.ρ Thế hấp dẫn là: Et = - mMGR-1 = - πmR2ρG (với m khối lượng thiên hà) Động 1 mv2 = mH2r2 2 Như vậy, lượng toàn phần E = mR2[ H2 - 83 πρG] Nếu E < thiên hà không thoát khoảng không vô hạn E > thiên hà dịch chuyển với động lại Khi E = 0, tức thiên hà có vận tốc thoát, mật độ vật chất tới hạn là: ρ = 3H /8πG Công thức phù hợp xét với học tương đối, mật độ lượng toàn phần = ρth.c2 Xét với H = 15 ρth= 4,5.10-30g/cm3 tức 1m3 có nguyên tử H2 Xét với H = 30 ρth =1,8.10-28g/cm3 tức 1m3 có 12 nguyên tử H2 Nếu ρ > ρth vũ trụ đóng, ρ = ρth vũ trụ dừng sau thời gian giãn nở ρ < ρth vũ trụ mở tức giãn nở Đến kiểm kê toàn vật chất vũ trụ (kể vật chất tối chưa xác định) ρ = ρth nghĩa vũ trụ tiếp tục giãn nở Để nghiên cứu vũ trụ người ta đưa tham số giảm tốc q = ρ/ρth, xác định xác tham số cho kết luận hoàn hảo tranh vũ trụ Vật chất tối Khi nghiên cứu chuyển động thiên thể quay quanh Mặt Trời cho thấy thiên thể xa chuyển động chậm, quỹ đạo dài, điều hoàn toàn phù hợp với quy luật học biết Khi xét chuyển động dải Ngân Hà, Mặt Trời quay quanh tâm Ngân Hà vòng hết 250 triệu năm quay dao động lên xuống quỹ đạo với vận tốc 10km/s Chuyển động cho phép xác định mật độ vật chất toàn phần Khi cộng gộp toàn vật chất (sao, bụi, khí) lại thấy mật độ vật chất nửa mật độ vật chất toàn phần Khảo sát rộng với khí H2 trải rộng ÷ lần khoảng cách đĩa thiên hà lại thấy chúng quay với vận tốc 230 km/s với thiên thể tức không tuân theo quy luật chuyển động chậm (v ∼ r-2) Như bao quanh đĩa thiên hà có quầng không nhìn thấy có khối lượng tăng tỷ lệ với khoảng cách tác động lên chuyển động nguyên tử hydro Thực tế, từ năm 1933 Fritz Zwicky tính toán khối lượng nhìn thấy đám thiên hà Trinh Nữ phát thấy khối lượng đám thiên hà lớn nhiều so với tổng khối lượng thiên hà riêng rẽ Đến nay, nghiên cứu chuyển động thiên hà cặp đôi tìm hiểu nguyên nhân thiên hà Tiên Nữ tiến dần phía Ngân Hà với vận tốc 90km/s cho thấy có tồn khối lượng ẩn Khối lượng vật chất không nhìn thấy bao quanh đĩa thiên hà khoảng 300.000 n.a.s.lớn gấp 10 lần khối lượng đĩa thiên hà Bản chất chết, lỗ đen, phải 84 hạt lạ khác mà người chưa biết đến Vật chất tối chiếm tới 95% vũ trụ chưa đạt tới ρth chứng tỏ vũ trụ giãn nở liên tục Các giả thuyết hình thành vũ trụ 3.1 Nguyên lý Vũ trụ học Các phát từ Hubble cho thấy phân bố thiên hà quy mô lớn với 100 Mps đồng chất đẳng hướng Phát triển thuyết tương đối rộng Eisntein, Friedmann đưa giả thuyết vũ trụ đồng theo hướng quan sát điều với vị trí quan sát nơi Trên sở ông đưa mô hình vũ trụ là: 3.1.1 Vũ trụ giãn nở đủ chậm để lực hấp dẫn thiên hà chậm đến lúc dừng hẳn đến trình co lại 3.1.2 Vũ trụ giãn nở nhanh tới mức lực hấp dẫn làm trình dừng lại thiên hà có vận tốc 3.1.3 Vũ trụ giãn nở nhanh để tránh trình co lại vị trí ban đầu Nguyên lý vũ trụ đồng đẳng hướng thừa nhận từ kết quan sát 3.2 Nguồn gốc tiến hóa vũ trụ Cho đến có nhiều giả thuyết khác tiến hóa vũ trụ, quy thành trường phái: 3.2.1 Thuyết Fred Hoyle Gold,T.Bondi năm 1948 cho vũ trụ trạng thái ổn định, điểm đầu điểm kết thúc cuối Vật chất tạo 3.2.2 Thuyết vũ trụ nóng G.Gamow khởi xướng năm 1948 phát triển thêm vào năm 1970 -1980 Theo thuyết này, vũ trụ tạo từ Vụ Nổ Lớn (Big Bang) cách 15 tỷ năm giãn nở, loãng dần Quá trình tiến hóa vũ trụ từ Vụ Nổ Lớn theo thời gian xem giáo trình và phụ lục Phần nêu minh chứng quan sát thực tế ghi nhận giả thuyết Đó là: - Các quan sát vươn tới khoảng cách 13 tỷ n.a.s cho thấy mật độ thiên hà dày - Các thiên hà rời xa với tốc độ v = H.r, đo vạch phổ cho thấy dịch chuyển phía đỏ theo hiệu ứng Doppler - Thuyết Big Bang cho rằng vũ trụ nguyên thủy nóng tới hàng triệu độ K giãn nở nguội dần đến nhỏ 10 K Pensias Wilson đã đo xạ tàn dư ngày 2,735K và thấy đồng phía Vũ trụ giàu nguyên tử Heli: có 25% p & n tổng hợp thành Heli, tỷ lệ H, He thiên thể vũ trụ chiếm lượng lớn đồng Ngoài kể đến tượng ngày đêm Trái Đất cho thấy vũ trụ giãn nở vô hạn Giải Nobel năm 2011 trao cho Saul Perlmute, Brian P 85 Schmidt và Adam G Riess với thành tựu nghiên cứu giãn nở ngày nhanh vũ trụ Những vấn đề nóng nghiên cứu vũ trụ phía trước +++ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Phạm Viết Trinh, Nguyễn Đình Noãn…, Giáo trình thiên văn, NXB Giáo dục Hà Nội,2001 [2].Phạm Viết Trinh, Phan Văn Đồng…, Bài tập thiên văn, NXB Giáo dục Hà Nội,2005 [3] Nguyễn Đình Noãn…, Giáo trình vật lý thiên văn, NXB Giáo dục Hà Nội,2009 [4].Donat G.Wentzel, Nguyễn Quang Riệu, Phạm Viết Trinh, Nguyễn Đình Noãn…Thiên văn vật lý, NXB Giáo dục, Hà Nội,2002 [5].Trịnh Xuân Thuận, Giai điệu bí ẩn, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội,2001,( Phạm Văn Thiều dịch từ tiếng Pháp) [6].Trịnh Xuân Thuận, Những đường ánh sáng, NXB Trẻ, TP Hồ Chí Minh, 2009, tập và tập 2,( Phạm Văn Thiều Ngô Vũ dịch từ tiếng Pháp) [7].Stephan Hawking, Lược sử thời gian, NXB Trẻ, TP Hồ Chí Minh, 2006, ( Cao Chi Phạm Văn Thiều dịch từ tiếng Anh) [8].Sterven Weinberg, Ba phút đầu tiên, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội,1998, ( Lê Văn dịch từ tiếng Anh) [9].www.astroalex.com; www.nasa.gov; www.bisque.com; www.fsf.org; www.stellarium.org; www.thienvanvietnam.org; v…v… 86 ... BIÊN SOẠN Tạ Lý Chương LƯỢC SỬ THIÊN VĂN HỌC Đại cương thiên văn học Thiên văn học ngành khoa học nghiên cứu chuyển động thiên thể, chất tiến hóa vũ trụ Thiên văn học phát triển sớm từ khoảng 3000... việc giảng dạy chương trình Vật lý lớp 12 Theo chương trình đào tạo trường đại học Tây Nguyên, học phần Thiên văn học bố trí vào học kỳ 6, dùng cho lớp sư phạm vật lý Cuốn Bài giảng Thiên văn học. .. người Ngày Thiên văn học ngành quan trọng liên quan mật thiết đến phát triển nhận thức người vũ trụ Sau nói đến số bước phát triển ban đầu Thiên văn học 1.1 Thiên văn học thời cổ đại Cư dân văn minh