Một số nét hệ Mặt Trời

Mặt Trời – Sun

Mặt  Trời  là ngôi  sao  ở  trung tâm Hệ Mặt Trời, chiếm khoảng 99,86% khối lượng của Hệ Mặt Trời. Trái Đất và các thiên thể khác như các hành tinh, tiểu hành tinh, thiên thạch, sao chổi và bụi quay quanh Mặt Trời. Khoảng cách trung bình giữa Mặt Trời và Trái Đất xấp xỉ 149,6 triệu kilômét (1 Đơn vị thiên văn AU) nên ánh sáng Mặt Trời cần 8 phút 19 giây mới đến được   Trái   Đất.   Trong   một   năm, khoảng  cách  này  thay  đổi  từ  147,1 triệu kilômét (0,9833 AU) ở điểm cận nhật (khoảng ngày 3 tháng 1), tới xa nhất là 152,1 triệu kilômét (1,017 AU) ở điểm viễn nhật (khoảng ngày 4 tháng 7). Năng lượng Mặt Trời ở dạng ánh sáng hỗ trợ cho hầu hết sự sống trên Trái Đất thông qua quá trình quang hợp và điều khiển khí hậu cũng như thời tiết trên Trái Đất.

Thành phần của Mặt Trời gồm hydro (khoảng 74% khối lượng, hay 92% thể tích), heli (khoảng 24% khối lượng, 7% thể tích) và một lượng nhỏ các nguyên tố khác gồm sắt, nickel, oxy, silic, lưu huỳnh, magiê, carbon, neon, canxi, và crom. Mặt Trời có hạng quang phổ G2V. G2 có nghĩa nó có nhiệt độ bề mặt xấp xỉ 5.778 K (5.505 °C) (độ K = độ C + 273,15) khiến nó có màu trắng, và thường có màu vàng khi nhìn từ bề mặt Trái Đất bởi sự tán xạ khí quyển. Chính sự tán xạ này của ánh sáng ở giới hạn cuối màu xanh của quang phổ khiến bầu trời có màu xanh. Quang phổ Mặt Trời có chứa các vạch ion hoá và kim loại trung tính cũng như các đường hydro rất yếu. V (số 5 La Mã) trong lớp quang phổ thể hiện rằng Mặt Trời, như hầu hết các ngôi sao khác, là một ngôi sao thuộc dãy chính. Điều này có nghĩa nó tạo ra năng lượng bằng tổng hợp hạt nhân của hạt nhân hydro thành heli. Có hơn 100 triệu ngôi sao lớp G2 trong Ngân Hà của chúng ta. Từng bị coi là một ngôi sao nhỏ và khá tầm thường nhưng thực tế theo hiểu biết hiện tại, Mặt Trời sáng hơn 85% các ngôi sao trong Ngân Hà với đa số là các sao lùn đỏ.

Nguồn năng lượng do Mặt Trời có được là do phản ứng nhiệt hạch tổng hợp H thành He. Mỗi giây có khoảng 600-700 triệu tấn bị hydro tiêu huỷ và khoảng 4 triệu tấn được biến thành năng lượng theo phương trình E = mc2. Với tốc độ tiêu thụ nhiên liệu như hiện nay thì Mặt Trời còn có thể sáng thêm 5 tỷ năm nữa mặc dù nó đã sáng được 4 đến 5 tỷ năm rồi.

Bề mặt của Mặt Trời là lớp khí mà từ đó ánh sáng của Mặt Trời tới chúng ta, lớp này gọi là quang quyển có chiều dày khoảng 300 km. Bán kính của Mặt Trời được xác định như là khoảng cách của quang quyển tính từ tâm Mặt Trời RMo = 7.105 km.

Ánh sáng của Mặt Trời có cường độ rất mạnh, không thể nhìn bằng mắt thường trực tiếp hoặc qua các thấu kính, kính thiên văn, muốn quan sát được chúng ta phải hứng ảnh của Mặt Trời qua kính thiên văn vào một màn hứng hoặc một bề mặt trắng, hoặc cũng có thể lắp thêm kính lọc trước thị kính của kính thiên văn để quan sát.

Vết đen Mặt Trời

Galileo là người đầu tiên quan sát Mặt Trời và các vết đen của nó hầu như mỗi ngày. Ông đã thấy rằng những vết đen Mặt Trời rộng hơn và tồn tại lâu hơn hiện ra ở một phía của Mặt Trời, sau đó di chuyển ngang qua bề mặt Mặt Trời và biến mất ở phía khác sau khoảng 2 tuần. Galileo đã khẳng định rằng những vết đen Mặt Trời phải thực sự là một phần của Mặt Trời và quay cùng với chiều quay của Mặt Trời, khoảng 28 ngày. Đường kính của vết đen rộng nhất vào cỡ 104 km, nghĩa là lớn gấp vài lần đường kính Trái Đất. Các vết đen Mặt Trời hoàn toàn không phải đen, độ sáng bề mặt của chúng điển hình vào khoảng 1/4 độ sáng của môi trường xung quanh, khoảng 4.103  K, ngay cả đối với độ sáng đó nó vẫn dễ làm mù mắt người quan sát.

Các vết đen trên Mặt Trời là những vùng khí xoáy có nhiệt độ thấp hơn vào khoảng 4.500oC do từ trường gây ra. Những vết đen rộng nhất tồn tại trong khoảng 2 tháng, khoảng thời gian này là đủ dài để các vết đen biến mất ở một phía của đĩa Mặt Trời và tái xuất hiện ở phía khác hai tuần sau đó. Hầu hết các vết đen được quan sát thấy trong vài ngày và sau đó biến mất để được thay thế bởi những vết đen khác.

Vì toàn bộ Mặt Trời là một quả cầu khí nên không thể có các vật chất từ rắn ở đó. Từ trường phải do dòng điện tạo ra như đã xảy ra đối với một nam châm trong phòng thí nghiệm. Vậy liệu dòng điện có thể chạy trong chất khí không? Hoàn toàn có thể vì có nhiều nguyên tử trong khí của Mặt Trời bị ion hoá nên có nhiều electron tự do. Khi các electron và các hạt mang điện của chúng chuyển động tương đối với các nguyên tử và các ion, có dòng điện chạy trong chất khí. Các vết đen Mặt Trời là một trong số nhiều ví dụ của các dòng điện và từ trường vũ trụ.

Các tai lửa

Thỉnh thoảng người ta thấy các tai lửa bắn ra từ Mặt Trời, ta thấy chúng như những vòng khí màu đỏ, điển hình khoảng 104  km phía trên bề mặt Mặt Trời. Chúng tồn tại bên trên Mặt Trời trong một số ngày.

Màu đỏ (bước sóng 656,3mm) của tai lửa  cho  chúng  ta  biết  rằng  chúng  ta  đang quan sát Hydro nóng khoảng 104 K. Tại sao những khí nóng này lại bốc cao như vậy mà không rơi vào bề mặt Mặt Trời?. Một bằng chứng được rút ra từ hình dáng của nhiều tai lửa. Nhìn hình bên: tai lửa như hình ảnh của bột sắt xung quanh một nam châm rắn trong phòng thí nghiệm. Điều này cho thấy có từ trường  tạo  nên  tai  lửa.  Nếu  ở  đó  cũng  có dòng điện thì tai lửa được nâng lên bởi các lực  IxB.  Những  tai  lửa  này  có  nhiệt  độ khoảng 7.000oC đến 10.000oC cao hơn nhiệt độ bề mặt của Mặt Trời, điều này không hề vô lý, nó chứng tỏ rằng các tai lửa có nguồn gốc từ bên trong Mặt Trời.

Nhật thực và vành nhật hoa

Trong suốt nhật thực toàn phần, khi Mặt Trăng bao phủ đĩa sáng của Mặt Trời, khi đó ta mới quan sát được vành nhật hoa (corona: tiếng La tinh có nghĩa là vương miện). Nhật thực toàn phần có thể kéo dài đến 7 phút.

Nguyên nhân của ánh sáng nhìn thấy phát ra từ vành nhật hoa là: Hầu hết ánh sáng này là ánh sáng Mặt Trời được tán xạ về phía chúng ta bởi các electron tự do. Từ độ sáng của ánh sáng Mặt Trời bị tán xạ, chúng ta biết mật độ của electron và của các proton trong vành nhật hoa. Mật độ khí có thể đạt 10-6 mật độ trong quang quyển, mật độ còn giảm hơn ở phía ngoài, do vậy vành nhật hoa rất mờ, không quan sát  được  trong  điều  kiện  bình  thường, chúng ta chỉ thấy nó khi có hiện tượng nhật thực toàn phần như hình trên.

Một phần khác của bức xạ từ vành nhật hoa là sự phát xạ ở những bước sóng xác định từ các nguyên tử bị ion hoá cao độ như các ion sắt mất đến 8 đến 12 electron. Khi một ion được tích điện nhiều như vậy cần rất nhiều năng lượng để dịch chuyển tiếp một electron, những electron còn lại trong các ion phải bị đánh bật ra bởi những vụ va chạm rất mạnh với các electron hoặc ion khác. Năng lượng va chạm cao đòi hỏi chuyển động nhiệt với tốc độ lớn, do đó nhiệt độ cao. Hiện nay, vật lý nguyên tử cho chúng ta biết rằng nhiệt độ vành nhật hoa phải vào 2.106 K. Gần như tất cả Hydro đều bị ion hoá ở nhiệt độ này. Vì những vụ va chạm giữa các nguyên tử và electron mạnh như vậy nên các photon được phát ra mang năng lượng rất lớn. Ở nhiệt độ của vành nhật hoa, hầu hết các photon là tia Vì thế hình ảnh của vành nhật hoa có thể thu được bằng cách sử dụng một camera tia X. Tia X không xuyên qua khí quyển Trái Đất nên camera tia X phải được đặt trong vũ trụ.

Dưới   đây   là   một   vài thông số cơ bản về các hành tinh trong Hệ Mặt Trời:

So sánh kích cỡ của 8 hành tinh trong hệ Mặt Trời