Luận văn tiến sỹ" Mặt trời - Tìm hiểu và quan sát quan kính thiên Takahashi "

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:142

Thêm vào BST

Báo xấu

177
lượt xem 46
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Từ xa xưa con người đã biết quan sát bầu trời , biết dựa vào các hiện tượng xảy ra trên bầu trời để giải thích và vận dụng chúng vào cuộc sống. Ông cha ta có câu " Trời vàng thì gió, trời đỏ thì mưa" , " Trăng quầng thì hạn, trăng tán thì mưa" ...Cụ thể thì Vật lý khoa học nghiên cứu về các quy luật vận động của tự nhiên, từ thang vi mô (các hạt cấu tạo nên vật chất) cho đến thang vĩ mô (các hành tinh, thiên hà và vũ trụ). Trong...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn tiến sỹ" Mặt trời - Tìm hiểu và quan sát quan kính thiên Takahashi "

TRƯỜNG……………………… KHOA…………………… Luận văn tiến sỹ" Mặt trời - Tìm hiểu và quan sát quan kính thiên Takahashi "
M đu Lý do ch n đ tài T xa xưa con ngư i đã bi t quan sát b u tr i, bi t d a vào các hi n tư ng x y ra trên b u tr i đ gi i thích và v n d ng chúng vào cu c s ng. Ông cha ta có câu “Tr i vàng thì gió, tr i đ thì mưa”, “Trăng qu ng thì h n, Trăng tán thì mưa”,… Đó là nh ng câu t c ng nói lên m i quan h gi a b u tr i bao la huy n bí v i các hi n tư ng quan sát đư c trên Trái đ t c a chúng ta. B u tr i đó còn đư c g n v i bi t bao câu chuy n th n tho i như N Oa vá tr i, s hình thành th gi i b i chúa Giexu, s tích ch H ng Nga và chú Cu i… mà lúc nh em đã đư c nghe Bà k . Tuy nhiên Bà không th gi i thích đư c vì sao l i như th , k t đó em luôn mu n mình tr thành m t ngư i bi t th t nhi u chuy n, có th t nhi u ki n th c và gi i thích đư c t t c các s v t hi n tư ng trên th gi i. Đ n khi l n lên tí n a, đi dư i ánh n ng M t tr i hay dư i ánh trăng em l i đ t ra câu h i: T i sao M t trăng và M t tr i l i đi theo mình khi mình đi nh ? Và nó cũng s d ng l i khi mình không đi n a? T i sao ban đêm l i có trăng và sao nhưng ban ngày l i không có? Đ n nh ng năm bư c vào c p II, khi đư c làm quen v i nhi u môn khoa h c t nhiên m i thì V t lý là môn đã đ l i trong em ni m đam mê và thích h c h i nhi u nh t vì nó gi i thích đư c nhi u hi n tư ng trong t nhiên ví d như là: T i sao khi chúng ta m c nhi u áo m ng l i m hơn khi m c m t chi c áo dày? T i sao khi ch i đ u chi c lư c l i b nhi m đi n? T i sao l i xu t hi n c u vòng sau m i cơn mưa? ….Ni m đam mê đó nó không d ng l i mà ti p t c l n theo em. Ti p t c h c ph thông, v i nhi u đ nh lu t và lý thuy t m i nh ng câu h i đó đã l n lư t đư c gi i đáp nhưng chính s thích tìm tòi, thích h c h i, thích chinh ph c nh ng cái m i mà con ngư i chúng ta không d gì b ng lòng v i nh ng gì mình đã có và đã bi t. Th gi i v n muôn màu và muôn v , khoa h c ngày càng phát tri n nên khi ch m d t tu i h c trò em v n mang trong mình nhi u câu h i t i sao? Chính vì l đó 1
mà em đã đ n v i ngành sư ph m V t lý, mong r ng mình có th đem l i th t nhi u, th t nhi u đi u thú v cho h c sinh. S phát tri n c a khoa h c, k thu t và công ngh không ch đ i m t ai, nó m ra m t k nguyên m i cho loài ngư i. V t lý h c cũng phát tri n như vũ b o, thiên văn h c cũng ti n lên m t bư c m i, lĩnh v c “Thiên văn cao không” bư c vào giai đo n phát tri n r c r , nhi m v c a nó là nghiên c u t t c các hi n tư ng trên trên b u tr i đi t th gi i vi mô đ n siêu vĩ mô và gi i quy t t t c các v n đ bí n c a thiên văn V t lý, nó tr thành m t trong nh ng ngành mũi nh n c a khoa h c hi n đ i. Tuy nhiên đây là m t môn h c còn m i đ i v i nư c ta, vì nó đòi h i ph i có s quan sát th c t , v i trang thi t b d ng c thiên văn hi n đ i… mà nư c ta thì không đ đi u ki n đ phát tri n r ng r i. Chính vì v y, môn h c này chưa th đưa vào chương trình ph thông, nó ch đư c đưa vào m t s trư ng đ i h c sư ph m nh m giúp giáo viên nghiên c u khoa h c và gi ng d y cho sinh viên, tuy nhiên ch m c đ b t đ u v i th i lư ng r t ít i, tài li u sách v l i nghèo nàn. Năm IV đ i h c khi đ n v i môn h c này em l i có thêm cơ h i đ tìm hi u v th gi i huy n bí nhưng nó r t g n gũi v i chúng ta: Nguyên nhân nào đ M t tr i chi u sáng? S v n đ ng v t ch t bên trong M t tr i ra sao? S hình thành, phát tri n và cái ch t c a Ngôi sao di n ra như th nào? Lý thuy t v Vũ tr hi n đ i là gì?….. Chính vì đi u đó, khi đư c làm lu n văn em quy t đ nh ch n đ tài nghiên c u v THIÊN VĂN H C nh m có cơ h i tìm hi u và khám phá sâu hơn, nhi u hơn ch đ mà mình yêu thích. Đ ng th i qua đó góp m t ph n lý thuy t đã t ng h p và nghiên c u cho nh ng ai thích thú và đam mê v ch đ này. Nhưng ch trong m t kho ng th i gian r t ng n em không th tìm hi u, gi i thi u, t ng k t và quan sát h t t t c nh ng đi u huy n bí c a b u tr i đư c cho nên s l a ch n cu i cùng c a em là ch nghiên c u m t ph n nh trong th gi i huy n bí đó, Ngôi sao g n chúng ta nh t luôn luôn chi u sáng: “M t tr i” v i đ tài M T TR I: TÌM HI U VÀ QUAN SÁT QUA KÍNH THIÊN TAKAHASHI như m t cơ h i đ mình h c t p và nghiên c u. 2
Trong đ tài, em đã dành m t ph n nh đ gi i thi u v th gi i các sao: C u t o và s s ng c a chúng trư c khi đi vào nghiên c u M t tr i. V i n i dung: S hình thành, phát tri n và ti n hóa c a M t tr i theo gi thuy t khoa h c; cũng như c u trúc và nh hư ng c a M t tr i lên Trái đ t; đ c bi t là chu kỳ ho t đ ng c a nó có liên quan m t thi t đ n s sinh t n và phát tri n c a con ngư i trên Trái đ t. Qua đ tài này em mong r ng mình có th đem đ n m t cái nhìn t ng quát và sinh đ ng hơn v M t tr i, m t lư ng ki n th c nh v Vũ tr bao la. M c dù là đ tài yêu thích, v i s n l c r t l n c a b n trong vi c tìm ki m và thu th p tài li u thêm n a là s t n tình, chu đáo c a Th y hư ng d n nhưng trong kho ng th i gian r t ng n, đ tài l i mang tính r ng l n mà lư ng ki n th c c a em thì còn h n h p nên không tránh kh i nh ng sai xót và h n ch . Vì v y em r t mong đư c s góp ý c a h i đ ng xét duy t, c a quý th y cô và ý ki n c a các b n đ c đ lu n văn ngày càng đư c hoàn thi n hơn. Nh ng kinh nghi m quý báo đó là hành trang đ em ti p t c phát huy và sáng t o hơn n a trên con đư ng s nghi p sau này c a mình. Phương pháp nghiên c u • Nghiên c u lí lu n: Đ c và x lí thông tin t sách, báo, wesite, các lu n văn t t nghi p… có liên quan đ n đ tài. Trao đ i, xin ý ki n c a GVHD đ hoàn thi n và ki m tra tính chính xác c a lý thuy t. • Th c hành: Ti n hành quan sát M t tr i vào các ngày khác nhau và trong nh ng kho ng th i gian khác nhau, lưu l i hình nh đã quan sát đ ki m ch ng lý thuy t và so sánh v i k t qu đã tìm đư c t trư c. L y và đo các giá tr quang h c khi cho M t tr i qua h th u kính c a kính thiên văn TAKAHASHI. 3
S d ng phương pháp gi i toán V t lý đ x lý s li u v a thu đư c t th c nghi m t đó tính l i kích thư c c a bán kính M t tr i. K t qu đ t đư c • Lí lu n: Qua vi c tìm ki m, đ c, t ng h p ki n th c t nhi u ngu n t i li u khác nhau sau đó trình bày thành n i dung c a lu n văn này trong lu n văn đã đ c p đ n nh ng v n đ sau: Trình bày nh ng đ c tính cũng như nh ng đ c đi m chung c a t t c các vì sao trên b u tr i. + C u t o chung c a các Ngôi sao. + Các đ i lư ng đ c trưng cho m t Ngôi sao như: C p sao, đ trưng, màu s c và nhi t đ . + Cu c đ i c a Ngôi sao: Quá trình đư c sinh ra, phát tri n r i già đi, sau đó là cái ch t c a nó. T khi m i sinh ra cho đ n khi ch t đi nó nó tr i qua m t ch ng đư ng dài v i nhi u bi n đ i, th i gian c a ch ng đư ng đó thì ph thu c vào kh i lư ng c a chúng. Sau đó là tìm hi u chi ti t v Ngôi sao đã mang đ n s s ng cho toàn nhân lo i và g n loài ngư i chúng ta nh t đó là M t tr i: + Các lo i qu đ o chuy n đ ng c a M t tr i. + S ti n hóa c a M t tr i, c u trúc c a nó cũng như nh ng nh hư ng do nó gây ra đ i v i Trái đ t c a chúng ta. + Gi i thích đư c câu h i t i sao M t tr i l i luôn t a sáng? Nguyên nhân t i đâu? và th i gian là bao lâu? + Đ c bi t hơn là: Có th quan sát đư c nh ng v t đen trên b m t c a M t tr i, s xu t hi n c a nh ng v t đen này có liên quan đ n s ho t đ ng c a M t tr i, và nó di n ra luôn theo chu kỳ trùng v i chu kỳ ho t đ ng c a M t tr i. 4
• Th c ti n : N m đư c c u t o cũng như nguyên t c ho t đ ng c a kính thiên văn, bi t đư c r ng mu n t o ra m t chi c kính thiên văn không ph i là khó nhưng đ s d ng đư c và quan sát M t tr i sao cho t t thì không h đơn gi n. Bi t cách đi u ch nh và s d ng kính thiên văn TAKAHASHI đ quan sát M t tr i. Ch p đư c nh c a M t tr i qua kính thiên văn, qua so sánh và nh n xét rút ra k t lu n r ng: H u như nh ng b c nh ch p đư c hoàn toàn gi ng v i nh ng b c nh mà các đài thiên văn l n đã ch p đư c. T nh ng b c nh ch p đư c đó đã giúp chúng ta nhìn th y đư c v t đen trên M t tr i, cũng như bi t đư c nó luôn luôn chuy n đ ng trên quang c u. Như v y t th c nghi m đã giúp chúng ta kh ng đ nh đư c ki n th c lý thuy t đã h c, M t tr i chuy n đ ng quanh tr c c a nó (theo k t lu n c a Galile – ngư i đ u tiên quan sát v t đen M t tr i vào năm 1609). Tính đư c bán kính c a M t tr i và ch s v t đen c a M t tr i. S d ng ph n m n AutoCAD đ xác đ nh t a đ c a các v t đen M t tr i t m t s hình nh ch p đư c t ngày 01/03/10 đ n 04/04/10 c a các đài thiên văn, qua đó v trên m t h tr c t a đ đ th th hi n qu đ o chuy n đ ng c a v t đen M t tr i. 5
Chương 1- Các sao 1.1. Ngôi sao là gì. T xưa r t xưa, khi loài kh ng long đang còn ng tr , r i đ n th i kỳ kim t tháp c a Ai C p b t đ u xây d ng thì các vì sao đã m c trên b u tr i. Ban đ u chúng là v t ch đư ng cho các nhà hàng h i Phênixi và các tàu bu m c a Coulomb, các Ngôi sao này c n m im trên b u tr i đ nhìn ng m con ngư i, nh ng cu c chi n tranh kéo dài hàng th k , ng m v n bom nguyên t Hiroshima và Nagasaki t i Nh t b n do t ng th ng Harru S Truman c a Hoa kỳ ch đ nh trong cu c chi n tranh th gi i th hai. Vì v y có r t nhi u quan đi m và cách nhìn nh n v Ngôi sao, m t quan đi m th hi n quan ni m s ng, m t lư ng tri th c mà loài ngư i chi m l nh đư c vào th i đi m đó. Có m t s ngư i nhìn nh n Ngôi sao b ng ánh m t th n linh, đôi khi h còn g n v i các v th n; có ngư i l i xem nó như nh ng chi c đinh b c, đ p và quý hi m đư c g n trên b u tr i đêm; có ngư i l i cho r ng đó là nh ng l th ng đ ánh tr i l t qua và truy n đ n chúng ta. Chính vì v y mà th i này các Ngôi sao đư c coi là v a mang tính b t bi n v a mang tính b t kh tri (không nh n bi t đư c). Cho nên, ngư i Ai C p c đ i cho r ng khi con ngư i đoán ra đư c bí n c a các Ngôi sao thì s đ n ngày t n th , còn m t s dân t c khác cho r ng đ i s ng trên Trái đ t s ch m d t ngay khi chòm sao Chó săn đu i k p G u l n. Như v y theo h bên c nh m i s vi c luôn luôn đ i thay thì v n còn m t th là b t bi n v i th i gian, chính là các Ngôi sao và h nghĩ r ng nh ng bi n đ i c a Ngôi sao thì luôn g n li n v i m t s ki n nào đó s x y ra trong Vũ tr . + Theo kinh thánh cho r ng: M t Ngôi sao b ng sáng là d u hi u cho s ra đ i c a chúa Giêxu, còn m t Ngôi sao khác xu t hi n s là d u hi u cho ngày t n th đã đ n. 6
+ Các nhà chiêm tinh thì cho r ng: M t Ngôi sao s đ nh đo t s ph n c a m t con ngư i riêng l hay môt qu c gia nào đó. Nhưng nó s không đ nh đo t m t cách tuy t đ i, nó ch khuyên ta ch không ra l nh cho ta. Antoine de Saint – Exupéry là ngư i đ u tiên cho r ng các Ngôi sao không ph i là nh ng tinh tú lãng m n như m i ngư i v n nghĩ t trư c đ n nay, Ông xem nó như nh ng v t th và ph i d a vào các đ nh lu t t nhiên m i gi i thích đư c nó. Đ n ngư i Hy L p c đ i h đã nh n bi t đư c r ng: Các Ngôi sao có s thay đ i v đ sáng (sau này g i là sao bi n quang). Các nhà khoa h c th i c n đ i cũng cho r ng: Nh ng s thay đ i đó mang tính ch t ít nhi u khác nhau, và r t nhi u các Ngôi sao x y ra hi n tư ng này. Cho nên đ n th i c n đ i mà các Ngôi sao v n đư c coi là b t đ ng và ngư i ta g i đó là nh ng đ nh tinh. Đ n năm 1718 nhà thiên văn h c Edmond Halley (1652 – 1742) ngư i Anh đã phát hi n ra 3 Ngôi sao: Sirius, Procyon, Arcturus d ch chuy n ch m ch p so v i các Ngôi sao khác. Đ n cu i th k XIX, cũng m t nhà thiên văn ngư i Anh khác Uyliam Hecsen cho r ng: T t c các Ngôi sao đ u phát ra m t lư ng ánh sáng là như nhau nhưng khi đ n Trái đ t có s khác nhau là do kho ng cách c a chúng đ n Trái đ t là khác nhau, nhưng kh ng đ nh này c a ông không còn đúng n a vào năm 1837 khi ngư i ta đo đư c kho ng cách t các Ngôi sao đ n Trái đ t. Nh ng h n ch d n đ n nh ng k t lu n sai l m c a các nhà thiên văn là do: T m nhìn đ n các Ngôi sao c a con ngư i chúng ta còn r t h n h p, chúng ta ch nhìn th y các Ngôi sao g n kho ng vài parsec mà thôi (1ps =3,26 light year =30.109 Km = 206265 đvtv), còn th gi i sao huy n bí và đa d ng thì đã b che khu t. Cho đ n khi các d ng c thiên văn đ u tiên ra đ i thì câu h i “Ngôi sao là gì?” m i đư c m i hi n lên đ y đ trư c m t các nhà khoa h c. Nhưng ban đ u câu tr l i này ch đ tr l i cho Ngôi sao g n chúng ta nh t đó là M t tr i. M c dù ngành thiên văn đã b t đ u hình thành và phát tri n nhưng nh ng quan ni m cũ v n đã ăn sâu vào trong m i con ngư i nên không d dàng xóa b tri t đ các quan ni n đó trong m t lúc đư c. Chính vì v y mà ngư i Hy L p c đ i đã g n M t tr i v i 7
ng n l a vĩnh c u. D n đ n nh ng sai l m khi gi i thích ngu n năng lư ng c a M t tr i l y t đâu ra? + Cu i th k XIX ngư i ta v n còn cho r ng bên ngoài M t tr i thì nóng còn bên trong M t tr i thì l nh th nh tho ng nó đư c hi n qua các v t đen c a M t tr i. V i quan ni m này ngư i ta đã đ t ra gi thuy t v ngu n g c năng lư ng M t tr i là do các thiên th ch và sao ch i liên ti p rơi xu ng M t tr i. + Sau đó ngư i ta đưa ra gi thuy t M t tr i là nh ng ng n l a cháy đư c và phát ra năng lư ng nh vào các ph n ng hóa h c. Nhưng gi thuy t này cũng không t n t i đư c lâu vì theo s li u c a các nhà đ a ch t cho bi t Trái đ t đã hình thành lâu hơn nhi u so v i th i gian phát ra năng lư ng c a M t tr i. + Vào năm 1953 nhà thiên văn ngư i Đ c H. L. F. von Helmholtz cũng đã đưa ra m t gi thuy t m i ông cho r ng: Ngu n năng lư ng c a M t tr i và các Ngôi sao khác có đư c là do s co l i c a chúng. Tuy nhiên, m c dù ngu n năng lư ng này có l n hơn nhưng v n chưa đ đ cho M t tr i ho t trong m y t năm. S b t c trên đòi h i ph i gi i quy t, m t nhi m v m i đư c đ t ra cho ngành khoa h c. Cho đ n đ u th k XX t công trình nghiên c u c a nhà thiên văn ngư i Anh Athơ Eđinhtơn ngư i ta m i xây d ng đư c hoàn ch nh câu tr l i Ngôi sao là gì? Ngôi sao là m t qu c u l a nóng r c ch a trong lòng chúng ngu n năng lư ng kh ng l có đư c t s t ng h p h t nhân Hydro b ng ph n ng nhi t h ch, ngoài ra chúng còn t ng h p nên c các nguyên t hóa h c n ng hơn. V i m t Ngôi sao nh thì ánh sáng y u hơn m t Ngôi sao n ng. 1.2. C u t o c a Ngôi sao. Trong Ngôi sao ch a các h t cơ b n (electron, neutron, proton), các nguyên t hóa h c gi ng h t các nguyên t và các h t cơ b n trên Trái đ t. M t ngôi sao là m t qu c u khí kh ng l , chính vì th mà t i m i đi m bên trong Ngôi sao đ u có m t l c c a áp su t khí tác đ ng làm cho nó có xu hư ng n ra nhưng đ ng th i nó cũng ch u tác d ng c a tr ng l c t các l p bên ngoài tác 8
d ng lên làm cho nó có xu hư ng b nén l i, như v y t i m i đi m bên trong sao đ u ch u tác d ng c a hai l c ngư c chi u nhau và n u t i m i đi m bên trong Ngôi sao đ u ch u tác d ng c a hai l c trên mà có đ l n b ng nhau thì ngôi sao này s t n t i b n v ng trong m t kho ng th i gian dài có nghĩa là nó không giãn ra và cũng không co l i. Nhưng càng đi vào bên trong sao thì tr ng l c càng l n làm cho áp su t và nhi t đ c a sao tăng lên d n đ n Ngôi sao b c x ra năng lư ng, vùng này chính là tâm c a Ngôi sao. Nhi t đ trong Ngôi sao đư c phân b sao cho b t kỳ l p nào, trong th i đi m nào, năng lư ng nh n đư c t l p phía dư i cũng b ng năng lư ng truy n cho l p phía trên. Có bao nhiêu năng lư ng đư c sinh ra thì có b y nhiêu năng lư ng b c x b m t. Như v y trong sao còn t n t i m t áp su t b c x , áp su t này đ i v i M t tr i và các Ngôi sao nh như M t tr i thì ch là m t ph n r t nh so v i áp su t khí, nhưng đ i v i các Ngôi sao kh ng l thì l i khá l n. V t ch t c a sao thì không trong su t cho nên đ truy n đư c năng lư ng t trong tâm sao ra đ n l p b m t đôi khi còn ph i m t h t m y nghìn năm. S b c x phát ra b m t sao khác v ch t so v i s b c x sinh ra trong lòng Ngôi sao nhưng nó không khác gì v lư ng ( b m t b c x ch y u là các tia ánh sáng nhìn th y đư c và h ng ngo i còn trong lòng m i Ngôi sao thì b c x gamma và tia Rơnghen là ch y u). N ng đ v t ch t bên trong sao r t đ c nó đ c hơn b t kỳ v t r n nào t n t i trên Trái đ t. Đi u này đư c gi i thích như sau: V i nhi t đ ư c lư ng trong lòng các Ngôi sao là t kho ng 107K – 3.107K thì m i nguyên t c a các nguyên t hóa hc đây đ u b m t l p v electron bên ngoài c a mình tr thành các h t nhân nguyên t và các electron riêng bi t. Ti t di n c a các h t này r t nh , nh hơn hàng v n l n so v i các lo i h t khác nên trong cùng m t th tích gi s m t ch t nào đó ch a đư c hàng ch c nguyên t thì Ngôi sao l i ch a đư c hàng t h t nhân nguyên t và các electron riêng bi t này, chính vì v y mà v t ch t bên trong sao r t đ c (m t đ v t ch t tâm M t tr i l n g p 100 l n so v i m t đ nư c). Nhưng nó v n mang đ y đ tính ch t c a m t ch t khí lý tư ng. Ch t khí đư c t o thành t 9
các nguyên t Hydro, Heli, Natri và S t các nguyên t này có kh i lư ng luôn luôn không đ i cho nên n u n ng đ các h t trong m i nguyên t càng l n thì kh i lư ng trung bình c a nó s càng nh d n đ n nhi t đ c a kh i khí đó càng th p. Khi b ion hóa phân t Hydro có l p v electron ngoài cùng b tách ra kh i h t nhân nó tr thành 2 h t: M t là h t nhân nguyên t , m t là electron riêng bi t cho nên kh i lư ng trung bình c a phân t Hydro khi b ion hóa s b ng ½ , tương t như v y kh i lư ng trung bình c a Heli b ng 4/3 (2 electron và m t nguyên t h t nhân), c a Natri b ng 23/12 (11 electron và 1 nguyên t h t nhân), c a S t b ng 56/27 (26 electron và 1 nguyên t h t nhân), như v y n u m t Ngôi sao ch a khí Hydro và Heli thì nhi t đ c a nó s th p hơn Ngôi sao ch a khí Natri và S t cho nên ngư i ta ư c tính r ng n u trong M t tr i ch ch a toàn Hydro thì nhi t đ t i tâm c a nó kho ng 10.106K, n u ch a toàn khí Heli thì nhi t đ tâm c a nó s là 26.106K, còn n u toàn b là các khí n ng thì nhi t đ t i tâm c a nó s đ t đ n 46.106K. D a vào vi c phân tích đ trưng c a sao phát ra và d a vào m i quan h gi a ch t khí v i nhi t đ c a nó ngư i ta ư c tính r ng đa s các Ngôi sao đ u ch a không dư i 98% là kh i lư ng c a khí Hydro và Heli. Như v y Ngôi sao là m t qu c u khí kh ng l , luôn nóng sáng, là nơi v t ch t t n t i dư i d ng plasma, phát ra năng lư ng dư i d ng ánh sáng, nhi t lư ng và các lo i tia b c x . C u t o ch y u c a nó là t Hydrovà Heli, liên k t v i nhau b i l c h p d n và b nén ch t nhân c a Ngôi sao. Ngu n năng lư ng kh ng l c a các Ngôi sao h u h t xu t phát t nh ng ph n ng h t nhân t ng h p Hydro thành Heli và các nguyên t n ng khác như: C,O, Si, S, Ar, Fe....di n ra trong nhân Ngôi sao sau đó gi i phóng ra b m t c a Ngôi sao. 10
Hình 1. 1: C u t o c a Ngôi sao theo các l p t ng h p năng lư ng 1.3. S s ng c a sao. Con ngư i m t khi đã bi t c u t o c a sao thì h s không d ng l i đó, h mu n tr l i đươc nhi u câu h i hơn n a: Các Ngôi sao đó đư c hình thành như th nào? S ti n hóa c a chúng ra sao? Có khi nào chúng ng ng phát sáng hay không?... Đ tr l i nh ng câu h i đó chúng ta s ph i đi tìm hi u quá trình ti n hóa c a các sao hay nói cách khác là s s ng c a chúng, đ quá trình tìm hi u đư c di n ra d dàng ta c n bi t m t s phép tr c quan trong thiên văn trư c sau đó l p nên bi u đ Hecsprung – Rutxen (H – R) v d u v t ti n hóa c a các sao thì s tr l i đư c v n đ mà chúng ta đã đ t ra. 1.3.1. C p sao nhìn th y C p sao nhìn th y là thang dùng đ đo đ sáng c a m t thiên th nhìn th y trên b u tr i. thang này c p “0” đư c quy ư c là Ngôi sao sáng trên b u tr i, nó đư c nhìn th y t m t đ t. Th c ra trư c kia không ph i c p “0” là c p nhìn th y Ngôi sao sáng nh t mà là c p 1, nhưng v sau ngư i ta th y r ng ch có t c p 1 đ n c p 6 là không đ đ bi u di n đ sáng c a các sao vì v y mà c p sao “0” và âm xu t hi n, hơn n a các c p sao không ch mang giá tr nguyên mà còn mang c giá 11
tr th p phân. Khi s d ng thang đo này c n chú ý m t đi u: Đ i v i các sao càng sáng thì c p sao càng nh và ngư c l i. C p sao nhìn th y đư c ký hi u b ng ch m. Hai sao khác nhau m t c p đ có đ r i khác nhau 2,512 l n. Còn n u khác nhau n c p thì đ r i khác nhau là (2,512)n l n. Hay ta có bi u th c th hi n t s đ r i c a hai c p sao như sau: E1 = (2, 512)m2 − m1 E2 E1 hay: lg = 0, 4 ( m2 − m1 ) (g i là công th c Pogson). E2 Trong đó: m1 và m2 là c p sao nhìn th y ng v i E1 và E2 là đ r i c a sao 1 và 2. Đ r i c a sao là m t đ i lư ng không đ i nên nó là đ i lư ng đ c trưng cho sao nhưng nó không bi u th đư c năng lư ng b c x c a sao. 1.3.2. C p sao tuy t đ i Là thang đo c p sao nhìn th y, đư c quy ư c là t t c các sao ph i cùng m t kho ng cách 10 pasec so v i Trái đ t (v i 1ps = 3,262 last year =20.6265 đvtv = 3,0857.1013 Km). C p sao tuy t đ i đư c ký hi u b ng ch M, nó giúp ta d dàng so sánh đ sáng gi a các sao (c p sao tuy t đ i c a M t tr i b ng 4,8 và nó đư c l y làm đơn v , ký hi u b ng ch M0). N u như chúng ta bi t đư c c p sao nhìn th y và th sai h ng năm π c a m t Ngôi sao thì chúng ta có th tính đư c c p sao tuy t đ i c a m t Ngôi sao đó theo công th c: M = m + 5 + 5lg π . 1.3.3. Đ trưng Là đ i lư ng đ c trưng cho công su t b c x c a sao (năng lư ng đư c phát ra b i Ngôi sao trong m t đơn v th i gian). Nó đư c xác đ nh b ng công th c: L = 4 π d2E. 12
Nu ly đ trưng c a M t tr i làm đơn v và ký hi u b ng L0 (L0=3,8.1026W) thì có m t s sao có L l n c 106L0, có sao l i có L nh hơn 10-4L0. Ngoài ra ta còn có th tính đư c đ trưng c a các Ngôi sao b ng cách so sánh đ trưng c a Ngôi sao đó v i đ trưng c a M t tr i theo công th c: lgL = 0,4(M0 – M) 1.3.4. Màu s c và nhi t đ Màu s c là đ c tính d xác đ nh nh t c a m t Ngôi sao, nó ph thu c vào nhi t đ b m t c a Ngôi sao mà nhi t đ b m t c a Ngôi sao l i nói lên kh năng phát x c a Ngôi sao đó, b ng các b thu năng lư ng phát x và vi c so sánh vùng ph nào năng lư ng phát x chi m ch y u cho phép chúng ta bi t đư c màu s c c a sao, t đó suy ra đư c nhi t đ c a sao. Như v y ngư i ta đã xác đ nh đư c r ng các Ngôi sao nóng nh t luôn có màu xanh lam k theo sau là màu tr ng, ít nóng hơn thì có màu hơi vàng và các Ngôi sao l nh thì có màu đ . Hình 1. 2: Nhi t đ và màu s c c a sao 13
1.3.5. Phân lo i sao theo quang ph Hình 1. 3: Quang ph c a Ngôi sao có tên M t tr i Trên th u kính thiên văn đư c l p m t thi t b quang h c đ c bi t g i là cách t nhi u x , ánh sáng c a Ngôi sao sau khi qua cách t nhi u x đư c m t máy phân tích ph phân tích thành m t d i ph c u v ng. Qua phân tích đ c đi m c a d i ph m i thu đư c (s v ch, bư c sóng c a t ng v ch, m t đ c a các v ch….) chúng ta s có đ y đ thông tin v b n ch t phát x năng lư ng c a các sao: Đánh giá đúng nhi t đ và màu s c c a Ngôi sao tương ng v i nhi t đ đó. V i m t nguyên t hóa h c có m t t p h p các v ch riêng c a quang ph nên khi d a vào quang ph chúng ta cũng có th xác đ nh đư c thành ph n c u t o nên sao (hóa ra cũng g m các ch t đã bi t trên Trái đ t, mà nhi u nh t là Hydro và He) m c dù ph h p th c a m t nguyên t hóa h c thì không hoàn toàn gi ng nhau do nó còn ph thu c vào nhi t đ và m t đ c a khí quy n. Như v y d a vào nhi t đ và màu s c c a sao, theo quy ư c ngư i ta đã x p quang ph các sao thành 8 lo i chính và đư c ký hi u b ng 8 ch in hoa trong b ng ch cái. 14
B ng 1.1: Đ c trưng cơ b n c a sao theo quang ph Nhi t đ Lo i sao Màu Các v ch quang ph n i b t (0C) V ch phát x He+, He, và N hay C và O 50.000 L c (xanh bi n) W V ch h p th He+, He, H và ion C, Si, 30.000 Lam (xanh lá) O N, O 20.000 Xanh nõn chu i V ch He B 10.000 Tr ng V ch H A V ch Ca+, Mg+, …v ch H y u 8.000 Vàng chanh F V ch Ca+, Fe, Ti... 6.000 Vàng G 4.000 Da cam V ch Fe, Ti K 3.000 Đ D i h p th c a phân t TiO. M 1.4. Bi u đ Hecsprung – Rutxen Vào năm 1905 – 1907 trên cơ s tr c quang các sao sáng c a hai qu n sao tương đ i g n nhau là Pleiades ( Tua Rua) và Hyades (T t Tú). Nhà thiên văn ngư i Đan M ch Hertzsprung Ejnar đã phát hi n ra r ng các sao xanh lam trong m i qu n sao luôn có đ sáng cao nh t còn các sao đ thì có th chia làm hai lo i g m các sao sáng y u và các sao tương đ i sáng. Như v y n u đ các sao lên trên gi n đ đ i chi u c p sao và màu sao thì các sao đư c chia thành các nhóm riêng l (giá tr c p sao đư c dùng đ so sánh và v gi n đ đ i chi u gi a các sao là vì kho ng cách c a các Ngôi sao trong qu n sao đ n chúng ta là không đ i nên đ sáng bi u ki n c a sao cũng không đ i và nó đư c bi u th b ng c p sao). Như v y ta có m t bi u đ màu – đ trưng th hi n m i quan h gi a màu sao v i đ trưng c a nó. Nhưng màu sao thì l i ph thu c và nhi t đ c a nó, mà nhi t đ l i liên quan ch t ch v i hình d ng c a quang ph . Năm 1913, nhà thiên văn ngư i M Russell Henry đã đ i chi u đ sáng c a các sao khác nhau v i các lo i quang ph 15
c a chúng trên gi n đ ph - đ trưng, trên gi n đ này ông đ t t t c các Ngôi sao cùng m t kho ng cách. T đó các gi n đ màu – đ trưng và nhi t đ - đ trưng tương t nhau v ý nghĩa nên chúng đ u đư c g i là giãn đ Hertzsprung – Russell Hình 1. 4: Bi u đ Hertzsprung – Russell 1.4.1. Gi i thích gi n đ Hertzsprung – Russell. N u như chúng ta nhìn lên b u tr i và quan sát vài ngàn Ngôi sao trong ph m vi 100pc v i gi i s r ng t t c chúng đã đư c sinh ra t i nh ng th i đi m ng u nhiên trong quá kh . V i gi s đó, ta có th xem các Ngôi sao gi ng như M t tr i đư c hình thành cách đây kho ng t 2-10.109 năm và r t hay g p chúng khi quan sát còn nh ng Ngôi sao gi ng như M t tr i nhưng giai đo n ti n sao (hình thành cách đây kho ng 108 năm) ho c giai đo n tu i già c a nó (sao k nh đ - hình thành cách đây kho ng 10.109 năm) thì r t ít b t g p khi quan sát chúng trong ph m 16
vi trên. Chính vì v y mà các sao t p h p l i thành các nhóm riêng khi bi u di n trên gi n đ Hertzsprung – Russell, m i nhóm đư c g i là m t d i sao. H u như 90% s sao đư c b t g p giai đo n chính c a cu c đ i chúng (t ng h p h t nhân Hydro thành Heli), chúng n m trên d i chính c a gi n đ kéo dài t góc ph i bên dư i lên góc trái bên trên, t sao lùn đ đ n sao kh ng l xanh. Nh ng Ngôi sao n m phía trên bên ph i c a d i chính là nh ng Ngôi sao lo i G – M, có nhi t đ trong kho ng t 6.000K – 3.000 K, có c p sao tuy t đ i b ng “0”, có kích thư c và đ trưng r t l n nó là nh ng Ngôi sao kh ng l đ hay siêu kh ng l đ . Nh ng Ngôi sao n m phía dư i bên trái c a d i chính là nh ng Ngôi sao lo i B – A – F, có nhi t đ b m t kho ng 20.000K – 8.000K, có c p sao tuy t đ i kho ng +5 đ n +10, là nh ng Ngôi sao có đ trưng th p, kích thư c nh bé và có màu tr ng nên chúng đư c g i là sao lùn tr ng. Theo gi n đ Hertzsprung – Russell thì các Ngôi sao g n nh t đ i v i chúng ta ch y u là nh ng Ngôi sao gi i chính, đi u đó nh m gi i thích t i sao khi quan sát m t ph m vi xác đ nh trên b u tr i thì chúng ta luôn b t g p các Ngôi sao đang giai đo n chính c a nó, như nh ng Ngôi sao gi i chính. Đ i v i các Ngôi sao có kh i lư ng l n thì t t c các giai đo n c a cu c đ i chúng đ u ng n hơn. Khi nhìn vào các Ngôi sao g n M t tr i thì vi c nhìn th y các Ngôi sao có kh i lư ng bé và s ng lâu, nhi u hơn các Ngôi sao có kh i lư ng l n và s ng ng n như m t l đương nhiên. Đi u này cũng đư c gi n đ Hertzsprung – Russell gi i quy t phù h p, khi nhìn vào gi n đ Hertzsprung – Russell ta th y các Ngôi sao g n M t tr i h u như đ u n m trên d i chính và dư i M t tr i chính vì v y mà các Ngôi sao ta nhìn th y khi quan sát đ u có kh i lư ng nh và có cu c s ng dài. D a vào gi n đ Hertzsprung – Russell chúng ta có th gi i thích đư c hi u ng l a ch n đư c s d ng trong thiên văn h c, nó r t quan tr ng khi các nhà thiên văn phát hi n ra các thiên th m i. Như trên b u tr i hi n nay các nhà thiên văn đã tìm th y 20 Ngôi sao sáng nh t, khi h đem đi so sánh v i M t tr i thì h th y r ng các Ngôi sao này sáng hơn r t nhi u so v i M t tr i, chúng cũng l n hơn M t tr i 17
cho nên h đưa ra k t lu n r ng: M t tr i không ph i là Ngôi sao đi n hình cho các Ngôi sao sáng trên b u tr i. 1.4.2. Tu i c a các Ngôi sao. Các Ngôi sao d i chính có ánh sáng màu xanh lam thì cu c đ i c a chúng ph i ng n vì năng lư ng do chúng phát ra r t l n, d n đ n các ph n ng h t nhân bên trong nó di n ra m nh, k t qu nhiên li u c a chúng nhanh ch ng c n ki t. Cho nên chúng là nh ng Ngôi sao ph i đư c hình thành g n đây, kho ng 106 năm tr v trư c. Tinh vân L p H là m t ví d đi n hình, trong tinh vân đó có ch a vài ngàn Ngôi sao r t nóng, r t xanh lam, kho ng 106 năm tu i. Và chính chuy n đ ng c a khí cho chúng ta bi t r ng nó b nun nóng b i m t Ngôi sao khác ch m i 2.104 năm qua cho nên có th nói r ng Ngôi sao tr nh t bên trong tinh vân ch có 2.104 tu i. Như v y các đám sao và các Ngôi sao có màu r t xanh lam (xanh lá) ph i có tu i ít hơn 107 năm còn các Ngôi sao nóng trung bình thì hơi già hơn (đám Pleiades) kho ng 108 năm tu i. Hình 1. 5: B n ngôi sao tr trong chòm L p H Orion 18
Hi n nay khi quan sát các đám sao chúng ta h u như không th y Ngôi sao nào đang d i chính như M t tr i đi u đó có nghĩa là các đám sao này ph i đ già đ các sao như M t tr i tr thành sao lùn tr ng và r t m . Các đám sao này già hơn 1010 năm, các sao hình c u là các sao già nh t có tu i vào kho ng 1,3.1010 năm, chúng đư c g i là hình c u vì trong chúng có d ng tròn và tu i c a nó đư c xác đ nh b i v tinh nhân t o c a Trái đ t HIPPARCOS r t chính xác (có sai s t i thi u vào c 109năm). 1.5. S ti n hóa và s ph n cu i cùng c a các sao. 19