CẤU TẠO VŨ TRỤ

BÀI 41. CẤU TẠO VŨ TRỤ

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Hệ mặt trời

Thành phần cấu tạo chính của hệ Mặt Trời gồm: Mặt Trời, các hành tinh và các vệ tinh.

+ Mặt trời: là thiên thể trung tâm của hệ mặt trời, có bán kính lớn hơn 109 lần bán kính Trái Đất, khối lượng bằng 333000 lần khối lượng Trái Đất.

Lực hấp dẫn của Mặt Trời đóng vai trò quyết định đến sự hình thành, phát triển và chuyển động của hệ.
Mặt Trời là một quả cầu khí nóng sáng với khoảng 75% là hiđrô và 23% là heli. Nhiệt độ mặt ngoài của Mặt Trời là 6000 K và nhiệt độ tỏng lòng lên đến hàng chục triệu độ.
Mặt Trời là nguồn cung cấp năng lượng chính cho cả hệ. Công suất phát xạ của Mặt Trời lên đến 3,9,1026 W.
Nguồn năng lượng của mặt trời là phản ứng nhiệt hạch, trong đó các hạt nhân hiđrô được tổng hợp thành hạt nhân heli.

+ Các hành tinh: Có 8 hành tinh, theo thứ tự từ trong ra ngoài là Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh, Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh.

Các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời theo cùng một chiều, trùng với chiều quay của bản thân Mặt Trời quanh mình nó. Quỹ đạo của các hành tinh gần như những vòng tròn, nghiêng góc với nhau rất ít.
Xung quanh mỗi hành tinh có các vệ tinh, chúng chuyển động hầu như trên cùng một mặt phẳng quanh hành tinh. Hệ thống gồm một hành tinh và các vệ tinh của nó là một cấu trúc hệ thống nhỏ nhất của thế giới vĩ mô.
Các hành tinh được chia thành hai nhóm: nhóm Trái Đất (gồm Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất và Hỏa tinh) và nhóm Mộc tinh (Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh).

+ Các tiểu hành tinh: là các hành tinh có đường kính vài kilômét đến vài trăm kilômét chuyển động quanh Mặt Trời trên các quỹ đạo có bán kính từ 2,2 đến 3,6 đvtv.

+ Sao chổi và các thiên thạch

Sao chổi là những khối khí đóng băng lẫn với đá, có đường kính vài kilômet, chuyển động xung quanh Mặt Trời thưo những quỹ đạo hình elip rất dẹt mà Mặt Trời là một tiêu điểm. Chu kì chuyển động của sao chổi quanh Mặt Trời khoảng từ vài năm đến trên 150 năm.

Thiên thạch là những tảng đá chuyển động quanh Mặt Trời. Số thiên thạch nhiều không kể xiết. Chúng chuyển động theo rất nhiều quỹ đạo khác nhau.
Sao chổi và thiên thạch cũng là những thành viên của hệ Mặt Trời.

2. Sao và các thiên hà

+ Các sao

Mỗi ngôi sao trên bầu trời mà ta nhìn thấy về ban đêm thực chất là một khối khí nóng sáng như Mặt Trời. Vì khoảng cách từ Trái Đất đến các ngôi sao quá lớn (sao gần nhất cũng cách ta trên bốn năm ánh sáng), nên chúng ta chỉ thấy mỗi sao là một chấm sáng, dù có dùng kính thiên vẫn có số bội giác lớn nhất. Nếu kể cả những ngôi sao có độ sáng rất nhỏ, chỉ có thể phát hiện được bằng kính thiên văn, thì số sao lên đến hàng trăm tỉ.
Nhiệt độ ở trong lòng các sao lên đến hàng chục triệu độ, trong đó xảy ra các phản ứng nhiệt hạch. Tuy nhiên sự mãnh liệt của các phản ứng này ở mỗi sao một khác. Điều đó làm cho nhiệt độ mặt ngoài của các sao rất khác nhau. Sao nóng nhất có nhiệt độ mặt ngoài lên đến 50000 K; nhìn từ Trái Đất ta thấy sao đó có màu xanh lam. Sao nguội nhất có nhiệt độ mặt ngoài là 3000 K; sao này có màu đỏ. Mặt Trời có nhiệt độ mật ngoài là 6000 K; nó có màu vàng.
Điều đặc biệt là khối lượng của các sao mà ta xác định được năm trong khoảng từ 0,1 đến vài chục lần (đa số là 5 lần) khối lượng Mặt Trời, Trong khi đó thì bán kính các sao mà ta đã xác định được lại biến thiên trong khoảng rất rộng. Những sao có nhiệt độ bề mặt cao nhất có bán kính chỉ bằng một phần trăm hay một phần nghìn lần bán kính Mặt Trời; đó là những sao trắt. Ngược lại, những sao có nhiệt độ mặt ngoài thấp nhất lại có bán kính lớn gấp hàng nghìn lần bán kính Mặt Trời ; đó là những sao kềnh.
Ngoài ra, người ta còn phát hiện được hàng vạn cặp sao có khối lượng tương đương với nhau, quay xung quanh một khối tâm chung, đó là những sao đôi. Quan sát các sao đôi từ Trái Đất, ta sẽ thấy độ sáng của chúng tăng giảm một cách tuần hoàn theo thời gian. Đó là vì trong khi chuyển động, có những lúc chúng che khuất lẫn nhau.
Trên đây là những sao đang ở trong trạng thái ổn định. Bên cạnh đó còn có những sao đang ở trong trạng thái biến đổi rất mạnh: Các sao mới có độ sáng đột nhiên tăng lên hàng vạn lần và các sao siêu mới có độ sáng đột nhiên tăng lên hàng triệu lần. Sự tăng đột ngột của độ sáng là kết quả của các vụ nổ xảy ra trong lòng các sao này, kèm theo sự phóng ra các dòng vật chất rất mạnh. Ngoài ra còn có những sao không phát sáng: Các Punxa và các lỗ đen (còn gọi là hốc đen).
Punxa là sao phát ra sóng vô tuyến rất mạnh. Người ta phát hiện ra chúng nhờ cùng các kính thiên văn vô tuyến. Punxa được cấu tạo toàn bằng nơtron, Chúng có một từ trường rất mạnh và quay rất nhanh quanh một trục.
Lỗ đen cũng được cấu tạo từ nơtron, nhưng những nơtron này được xếp khít chặt với nhau tạo ra một loại chất có khối lượng riêng rất lớn. Kết quả là gia tốc trọng trường ở gần lỗ đen lớn đến nỗi ngay cả các phôtôn rơi vào đó cũng bị lỗ đen hút vào. Lỗ đen không bức xạ bất kì một loại sóng điện từ nào. Người ta phát hiện ra lỗ đen nhờ tia X mà nó phát ra khi “hút” một thiên thể gần nó.
Ngoài ra ta còn thấy có những “đám mây” sáng. Đó là các tinh vân. Tinh vân là các đám bụi khổng lồ được rọi sáng bởi các ngôi sao gần đó hoặc những đám khí bị ion hoa được phóng ra từ một sao mới hay siêu mới.

Tất cả các vật thể nêu ở trên đều là thành viên của một hệ thống sao vĩ đại gọi là thiên hà.

+ Thiên hà

Thiên hà là một hệ thống gồm nhiều loại sao và tinh vân. Tổng số sao trong một thiên hà có thể lên đến vài trăm tỉ. Trong những kính thiên văn lớn, ảnh của các sao chỉ là những chấm sáng, còn ảnh của các thiên hà lại có hình dạng nhất định, mặc dù khoảng cách từ các Sao đến ta rất nhỏ so với khoảng cách từ các thiên hà đến ta.
Thiên hà gần ta nhất là thiên hà Tiên Nữ, cũng cách chúng ta hai triệu năm ánh sáng. Ngày nay, người ta đã chụp ảnh được khoảng một tỉ thiên hà khác nhau.

Đa số thiên hà có dạng hình xoắn ốc. Một số có dạng elipxôit. Một số ít có dạng không xác định. Đường kính của thiên hà vào khoảng 100 000 năm ánh sáng.

+ Thiên Hà của chúng ta: Ngân Hà

Hệ Mặt Trời là thành viên của một thiên hà mà ta gọi là Ngân Hà. Sở dĩ có tên gọi này vì vào những đêm trời trong không trăng, ta thấy có một dải sáng vắt ngang bầu trời mà ta gọi là dải Ngân Hà (hay Song Ngân). Nếu quan sát kĩ ta sẽ thấy dải Ngân Hà được cấu tạo từ vô vàn những ngôi sao. Dải Ngân Hà có chỗ rộng, chỗ hẹp. Chỗ rộng nhất, phình to, có mật độ sao dày đặc, nằm ở vùng chòm sao Nhân Mã, “sau lưng” chòm sao Thần Nông. Dải Ngân Hà mà ta thấy trên bầu trời chính là hình ảnh của một thiên hà mà chúng ta nhìn thấy khi chúng ta đứng ở một điểm bên trong và gần mép của nó
Căn cứ vào hình ảnh của dải Ngân Hà và vào kết quả đo khoảng cách đến các sao trong Ngân Hà, các nhà thiên văn đã xây dựng được một mô hình Ngân Hà, Ngân Hà có dạng hình đĩa, phần giữa phòng to, ngoài mép dẹt. Đường kính của Ngân Hà vào khoảng 100 000 năm ánh sáng. Bề dày của chỗ phồng to nhất vào khoảng 15 000 năm ánh sáng.
Hệ Mặt Trời nằm trên mặt phẳng qua tâm và vuông góc với trục của Ngân Hà và cách tâm một khoảng cỡ 2/3 bán kính của nó.
Những nghiên cứu tỉ mỉ đã cho thấy Ngân Hà cũng có cấu trúc dạng xoắn ốc.

+ Các đám thiên hà

Các thiên hà có xu hướng tập hợp với nhau thành đám. Ngân Hà của chúng ta là thành viên của một đám gồm 20 thiên hà. Đến nay người ta đã phát hiện được khoảng năm chục đám thiên hà. Khoảng cách giữa các đám lớn gấp vài chục lần khoảng cách giữa các thiên hà trong cùng một đám.

+ Các quaza (quasar)

Vào đầu những năm 1960, người ta đã phát hiện | ra một loại cấu trúc mới, nằm ngoài các thiên hà phát xạ mạnh một cách bất thường các sóng vô tuyến và tia X; đặt tên là các quaza. Điều đặc biệt là công suất phát xạ của các quaza lớn đến mức mà người ta cho rằng các phản ứng nhiệt hạch không đủ để cung cấp năng lượng cho quá trình phát xạ này. Ở các khoảng cách càng xa Ngân Hà thì mật độ quaza càng lớn. Các sự kiện này được dùng làm cơ sở thực nghiệm cho thuyết Vụ nổ lớn (Big Bang).

III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Bài 1 (trang 216 SGK Vật Lí 12):

Trình bày cấu tạo của hệ Mặt Trời

Lời giải:

Cấu tạo của hệ Mặt Trời gồm Mặt Trời, 8 hành tinh bay xung quanh theo thứ tự từ trong ra ngoài: Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh, Mộc tinh, Thiên vương tinh và Hải vương tinh. Xung quanh mỗi hành tinh có các vệ tinh.

Ngoài ra trong hệ Mặt Trời còn có các hành tinh nhỏ, sao chổi và các thiên thạch.

Bài 2 (trang 216 SGK Vật Lí 12):

Mặt Trời có vai trò gì trong hệ Mặt Trời?

Lời giải:

Lực hấp dẫn của Mặt Trời đóng vai trò quyết định đến sự hình thành, phát triển và chuyển động của hệ. Mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng chính cho cả hệ. Nguồn năng lượng của Mặt Trời là phản ứng tổng hợp hạt nhân, trong đó các hạt nhân hidro được tổng hợp thành hạt nhân heli.

Bài 3 (trang 216 SGK Vật Lí 12): Phân biệt hành tinh và vệ tinh.

Lời giải:

Hành tinh là thiên thể lớn, chuyển động quanh Mặt Trời.

Vệ tinh là thiên thể nhỏ, chuyển động quanh hành tinh.

Bài 4 (trang 216 SGK Vật Lí 12):

Tiểu hành tinh là gì?

Lời giải:

Tiểu hành tinh là các hành tinh có đường kính vài kilômét đến vài trăm kilômét chuyển động quanh Mặt Trời trên các quỹ đạo có bán kính từ 2,2 đến 3,6 đvtv.

Bài 5 (trang 216 SGK Vật Lí 12): Những hành tinh nào thuộc nhóm Trái Đất và những hành tinh nào thuộc nhóm Mộc tinh ? Nêu những đặc điểm chung của các hành tinh trong mỗi nhóm.

Lời giải:

+ Những hành tinh thuộc nhóm Trái Đất gồm: Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất và Hỏa tinh. Đó là các hành tinh “nhỏ”, nhưng là các hành tinh rắn, có khối lượng riêng tương đối lớn. Tuy nhiên mỗi hành tinh trong nhóm chỉ có rất ít hoặc không có vệ tinh, chúng ở gần Mặt Trời nên nhiệt độ bề mặt tương đổi cao.

+ Những hành tinh thuộc nhóm Mộc tinh gồm : Mộc tinh, Thổ tinh, Hải Vương tinh và Thiên Vương tinh, chúng là các hành tinh “lớn”, có kích thước lớn, khối lượng lớn, nhưng khối lượng riêng nhỏ. Chúng là một khối khí hoặc một nhân rắn hoặc lỏng, bao bọc xung quanh là các lớp khí rất dày. Chúng có rất nhiều vệ tinh.

Bài 6 (trang 216 SGK Vật Lí 12):

Sao chổi, thiên thạch, sao băng là gì ? Sao băng có phải là một thành viên của hệ mặt trời hay không ?

Lời giải:

Sao chổi là những khối khí đóng băng lẫn với đá, chuyển động xung quanh Mặt Trời.

Thiên thạch là những tảng đá chuyển động quanh Mặt Trời.

Khi một thiên thạch bay vào bầu khí quyển của Trái Đất thì nó sẽ bị ma sát mạnh, nóng sáng và bốc cháy, để lại một vết sáng dài gọi là sao băng.

Sao chổi, thiên thạch đều là các thành viên của hệ Mặt Trời.

Bài 7 (trang 216 SGK Vật Lí 12):

Thiên hà là gì ? Đa số thiên hà thường có dạng cấu trúc nào? Nêu những thành viên của một thiên hà.

Lời giải:

+ Thiên hà là một hệ thống gồm nhiều loại sao và tinh vân.

+ Đa số các thiên hà có dạng xoắn ốc, một số có dạng elipxoit và một số có dạng elipxôit và một số ít có dạng không xác định. Đường kính của thiên hà vào khoảng 100000 năm ánh sáng.

+ Các thành viên của Thiên Hà gồm các sao (sao chắt, sao đôi, sao siêu mới…) các lỗ đen, các tinh vân, các punxa.

Bài 8 (trang 216 SGK Vật Lí 12):

Ngân Hà có hình dạng Hệ Mặt Trời gì ? Hệ Mặt Trời ở vị trí nào trong Ngân Hà ?

Lời giải:

Thiên hà của chúng ta gọi là Ngân Hà, Ngân hà có dạng hình đĩa, phần giữa phồng to, ngoài mép dẹt. Ngân Hà có cấu trúc dạng xoắn ốc. Hệ Mặt trời nằm trên mặt phẳng qua tâm và vuông góc với trục của Ngân Hà và cách tâm cỡ 2/3 bán kính của nó.

Bài 9 (trang 216 SGK Vật Lí 12):

Người ta dựa vào đặc điểm nào dưới đây để phân các hành tinh trong hệ Mặt Trời làm hai nhóm?

A. Khoảng cách đến Mặt trời. B. Nhiệt độ bề mặt hành tinh.

C. Số vệ tinh nhiều hay ít. D. Khối lượng

Lời giải: Chọn D.

Các hành tinh trong nhóm Trái Đất có khối lượng nhỏ. Các hành tinh trong nhóm Mộc Tinh có khối lượng lớn.

Bài 10 (trang 217 SGK Vật Lí 12):

Hãy chỉ ra cấu trúc không là thành viên của một thiên hà.

A. Sao siêu mới. B. Punxa. C. Lỗ đen. D. Quaza.

Lời giải: Chọn D.

Các thành viên của Thiên hà gồm các sao, các lỗ đen, các tinh vân, các punxa. Quaza không là thành viên của thiên hà.

Bài 11 (trang 217 SGK Vật Lí 12):

Khoảng cách từ Mặt Trăng và Trái Đất đến Mặt Trời coi như bằng nhau. Khoảng cách từ Mặt Trời đến Trái Đất coi như bằng 300 lần khoảng cách từ Mặt Trăng đến Trái Đất. Khối lượng Mặt Trời coi như bằng 300 lần khối lượng Trái Đất. Xét các lực hấp dẫn mà Mặt Trời và Trái Đất tác dụng lên Mặt Trăng. Lực nào lớn hơn và lớn hơn bao nhiêu lần ?

A. Hai lực bằng nhau.

B. Lực hút do mặt Trời nhỏ hơn.

C. Lực hút do Mặt Trời bằng 3/10 lực hút do Trái Đất.

D. Lực hút do Mặt Trời bằng 10/3 lực hút do Trái Đất.

Lời giải: Chọn D.

Gọi: R1 là khoảng cách từ Mặt Trời đến Mặt Trăng.

R2 là khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời

m là khối lượng của Mặt Trăng.

m1 là khối lượng của Mặt Trời

m2 là khối lượng của Trái Đất

Lực hấp dẫn do Mặt Trời tác dụng lên Mặt Trăng: \({{\text{F}}_{1}}=\text{G}\cdot \frac{{{\text{m}}_{1}}.\text{m}}{\text{R}_{1}^{2}}\)

Lực hấp dẫn do Mặt Trăng tác dụng lên Mặt Trời: \({{\text{F}}_{2}}=\text{G}\cdot \frac{{{\text{m}}_{2}}.\text{m}}{\text{R}_{2}^{2}}\)

\( \Rightarrow \frac{{{\text{F}}_{1}}}{{{\text{F}}_{2}}}=\frac{{{\text{m}}_{1}}.\text{R}_{2}^{2}}{{{\text{m}}_{2}}\text{R}_{1}^{2}}\)

Mà R1 = 300R2; m1 = 300000 m2

\(\Rightarrow \frac{{{\text{F}}_{1}}}{{{\text{F}}_{2}}}=\frac{300000\cdot {{\text{m}}_{2}}\cdot \text{R}_{2}^{2}}{~{{\text{m}}_{2}}.90000\cdot \text{R}_{2}^{2}}=\frac{30}{9}=\frac{10}{3}\Rightarrow {{\text{F}}_{1}}=\frac{10}{3}\cdot {{\text{F}}_{2}}\)

Bài 12 (trang 217 SGK Vật Lí 12):

Nêu những sự tương tự và những sự khác biệt về cấu trúc giữa Hệ mặt Trời và nguyên tử nêon.

Lời giải:

a) Sự tương tự về cấu trúc giữa hệ Mặt Trời và nguyên neon .

- Một hạt có khối lượng rất lớn nằm tại tâm và các thành viên quay xung quanh.

- Chuyển động của các thành viên do một lực hút xuyên tâm, có cường độ tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách.

b) Sự khác biệt về cấu trúc :

- Trong hệ Mặt Trời lực hút giữa Mặt Trời và các hành tinh là lực vạn vật hấp dẫn, còn trong nguyên tử neon thì lực hút giữa hai nhân là 10 electron là lực cu-lông.

- Trong hệ Mặt Trời thì các thành viên khác nhau, còn trong nguyên tử neon, 10 thành viên là electron giống nhau.

- Trong hệ Mặt Trời, các hành tinh chuyển động trên những quỹ đạo xác định, còn trong nguyên tử nêon, các êlectron tồn tại trên những orbitan.

Bài 13 (trang 217 SGK Vật Lí 12):

Có phải tất cả các sao mà ta thấy từ Trái Đất đều thuộc Ngân Hà hay không ? Tại sao các sao nằm ngoài dải Ngân hà cũng thuộc Ngân Hà ?

Lời giải:

Tất cả các sao mà ta nhìn thấy từ Trái Đất đều thuộc Ngân Hà. Nhìn về phía tâm Ngân Hà, ta sẽ thấy một vùng dày đặc các sao, đó là “hình chiếu” của Ngân hà trên nền trời và cũng là dãy Ngân Hà.

Do đó những sao nằm ngoài dãy Ngân hà vẫn thuộc về Thiên hà của chúng ta.

Hy vọng bài giảng "Cấu tạo vũ trụ" giúp các em nắm vững các kiến thức phục vụ cho việc học tập trên lớp.

Đánh giá (418)