Tải bản đầy đủ
Khái quát về các thiên thể trong Hệ Mặt Trời

Khái quát về các thiên thể trong Hệ Mặt Trời

Tải bản đầy đủ

- TĐ là hành tinh đang hoạt động có lớp vỏ ngoài đã nguội, nhưng bên trong
vẫn thường xảy ra các hiện tượng động đất hay núi lửa phun. Sự hoạt động kiến
tạo mảng cùng với hoạt động của núi lửa làm nhiệt thoát ra từ lòng đất tạo ra sự
thay đổi về cấu trúc bề mặt.
- TĐ có nhiều hố thiên thạch (miệng phễu) hình thành từ các vụ va chạm
trong quá khứ giúp ta đoán nhận tuổi của nó liên quan đến sự sống ở từng giai
đoạn.
- Sự tự quay quanh trục 23027’tạo ra khí hậu bốn mùa cùng với sự chênh
lệch khí áp tạo gió góp phần điều chỉnh nhiệt độ.
- Tốc độ quay nhanh và nhân chứa nhiều sắt, niken nên có một từ trường
mạnh hơn các hành tinh khác, một địa từ trường mạnh đã ngăn chặn được các bức
xạ vũ trụ có hại xâm nhập vào.
Hơn nữa TĐ chỉ có một vệ tinh là Tr với các điều kiện đặc biệt của nó đã
góp phần quan trọng trong sự tạo triều làm cho sự sống trên TĐ hài hoà.
2.1.2. Khái quát về cấu trúc Trái Đất
Có nhiều thuyết khác nhau về cấu tạo TĐ, hiện nay người ta thừa nhận các
vấn đề sau đây liên quan đến cấu tạo chung:
Nhân của TĐ có đường kính 6940 km, chiếm 31,5% khối lượng được chia
làm hai lớp, trong cùng là nhân rắn có nhiệt độ 4000 0C đường kính 2400-2600 km
và lớp nhân ngoài lỏng, đặc quánh chứa sắt, niken là chủ yếu. Lớp vỏ chiếm
khoảng 67% khối lượng dày 2800-2900 km chủ yếu chứa siliccat manhê, siliccat
sắt. Ngoài cùng là vỏ bề mặt dày 3-4 km đến 40-70 km được phân thành vỏ lục
địa và vỏ đại dương.
Theo thuyết lục địa trôi thì cách đây chừng 250 triệu năm lớp vỏ bề mặt chỉ
có một lục địa và một đại dương. Nhiệt từ lòng đất thoát ra và các lớp mảng vỏ
ngoài va đập liên tục dẫn tới việc tách rời nhau hoặc dồn lại thành núi, hoặc tách
sâu thành biển. Do đó, mảng chứa Nam Mỹ dịch chuyển về phía tây còn các
mảng chứa châu Âu, châu Phi dịch chuyển về phía đông với tốc độ 2 cm/1 năm
và sau 0,2 tỷ năm đã dịch xa 4000 km.
Vấn đề xác định tuổi TĐ cũng có nhiều luận thuyết khác nhau.
Có hai giả thuyết cho rằng tuổi của TĐ là 3 tỷ năm dựa vào độ mặn của
muối biển hay cho rằng Tr tách khỏi TĐ với tốc độ 1,3 cm / năm. Người ta đã tìm
thấy những hòn đá già nhất ở thuở khai sinh ra TĐ có tuổi 3,7 tỷ năm là cơ sở để
bác bỏ hai thuyết trên.
Giả thuyết thứ ba tính tuổi của uran phóng xạ khi biết hiện nay trong uran tự
nhiên có 99,3% U238 và 0,7% U235 với chu kỳ bán rã tương ứng là 4,51 và 0,7
53

tỷ năm. Chúng ta đã biết đến bài toán này khi giả sử ban đầu khi mới hình thành
TĐ tỷ lệ này là 1:1 sẽ cho kết quả là t = 6 tỷ năm.
Qua nghiên cứu MT và các hành tinh khác cho thấy tuổi thực tế không quá
5 tỷ năm chứng tỏ kết quả trên còn chưa đúng.
Cũng dùng cách đo như trên với nhiều đồng vị phóng xạ tự nhiên khác nhau
và so sánh tỷ lệ, hiện nay người ta ghi nhận tuổi TĐ là 4,55(± 0,07) tỷ năm.
Phương pháp tính như sau:
Gọi lần lượt X, Y, Z là lượng chì Pb206, Pb207, Pb208 tương ứng có các
giá trị X0, Y0, Z0 khi TĐ mới hình thành. Lấy mẫu quặng ở hai nơi A và B rồi tính
theo công thức:
exp λ1t − 1
X ( A) − X ( B )
= k.
Y ( A) − Y ( B )
exp λ 2 t − 1
với U238, U235, Th232 v..v…; k là tỷ số hiện nay.
Tính toán với nhiều phương trình X&Y, X&Z…so sánh với nhiều mẫu khác
nhau ở các vùng A,B… cho kết quả trên.
2.2. Khí quyển
Khí quyển TĐ nặng 5,15.1018kg với 78,09% N2; 20,95% oxy; 0,93% Ar;
0,03% CO2; 0,53% hơi nước và còn lại là các khí khác. 99% không khí nằm ở độ
cao dưới 30 km tập trung ở sát mặt đất. Một cách tương đối người ta chia khí
quyển thành 5 tầng với tỷ lệ khoảng cách độ cao không rõ rệt:
- Tầng đối lưu (<18 km, riêng ở 2 đầu cực khoảng 7-8 km) sát mặt đất có
không khí đậm đặc xảy ra các quá trình liên quan đến khí tượng. Do hấp thụ năng
lượng MT, vỏ TĐ nóng lên và toả nhiệt dưới dạng tia hồng ngoại. Nhiệt độ ở tầng
này giảm dần theo độ cao và ở trên 10 km có nhiệt độ -500C. Sự chênh lệch nhiệt
độ giữa các lớp khí quyển tạo thành các dòng đối lưu chuyển động. Các hiện
tượng thời tiết như mưa, gió, sương mù…xảy ra ở tầng này.
- Tầng bình lưu có độ cao < 50 km nhiệt độ tăng dần từ -60 0 C đến 00C do
có xảy ra các phản ứng quang hoá toả nhiệt ( O 3 + hν → O2 + O; O2 + hν → O++
O+e- ) rồi tạo ra ozon: O + O2 → O3 . Việc thải ra các chất thải công nghiệp như
chlorofluorcarbone (CFC) phá hủy các phân tử ôzon tạo ra lỗ thủng ở tầng này
làm tia tử ngoại xâm nhập mạnh tác hại đến sự sống trên mặt đất. Ở khoảng 50 ÷
80 km chứa nhiều ozon nên còn được gọi là tầng ozon có tác dụng chắn tia tử
ngoại và làm các thiên thạch nhỏ bốc cháy tạo ra sao băng.
- Tầng trung gian (< 100 km) có nhiệt độ giảm dần đến -900C.
- Tầng nóng còn gọi là tầng ion hay tầng điện ly (<400 km) có không khí
loãng chứa ni tơ. Ở tầng này nhiệt độ giảm rồi sau đó tăng nhanh ở 150 km, oxy
hấp thụ tia tử ngoại bị ion hoá theo phản ứng O 2 + hν → O + e - toả nhiệt mạnh.
54

Do có mật độ các hạt tích điện nhiều nên có tác dụng mạnh đến sóng vô tuyến
điện và diễn ra hiện tượng cực quang ở hai vùng cực. Ở cao hơn 400 km nhiệt độ
tăng cao có thể tới 3-4000 0C và vào những năm MT hoạt động các loại khí nhẹ
trong bầu khí quyển có thể vươn tới.
- Tầng ngoài ở độ cao 700-3000 km là vùng biên giữa khí quyển TĐ và
khoảng không vũ trụ. Do không khí rất loãng, nhiệt độ rất cao nên một số phân
tử, nguyên tử có thể thoát khỏi TĐ bay vào vũ trụ nên còn gọi là tầng thoát ly.
2.3. Thủy quyển
Với 71% lượng nước trên mặt đất có khoảng 1,4 tỷ km 3, nếu phủ đều trên bề
mặt TĐ thì thủy quyển dày khoảng 2,7 km. Nước trên TĐ ở dạng lỏng chiếm
97%, còn lại ở dạng băng hà và rất ít trong khí quyển dưới dạng hơi.
2.4. Từ quyển và các vành đai phóng xạ
TĐ như một nam châm khổng lồ cực bắc ở ϕ = 7806 và λ = 7001 (tây); khi
đo cảm ứng từ thấy giảm dần theo độ cao và ở vùng cực cỡ 10 -5 Tesla còn ở xích
đạo cỡ 5.10-6Tesla.
Từ trường xuất hiện là do dòng sắt nóng chảy chuyển động đối lưu và TĐ có
khối lượng lớn lại quay nhanh kéo theo dòng chất lỏng chuyển động. Từ trường
này tạo nên từ quyển xung quanh TĐ làm cho các hạt mang điện từ bức xạ MT và
vũ trụ khi bay đến sẽ bị chuyển động xoắn dọc theo trục của véc tơ B. Các hạt có
năng lượng cao bị bẫy từ giữ lại và nằm trong mặt phẳng xích đạo địa từ tạo thành
các vành đai phóng xạ Van Alen:
- Vành trong chứa proton và electron có năng lượng cỡ 20 ÷ 500KeV ở độ
cao khoảng 2.400 ÷ 5.600 km.
- Vành ngoài chứa các hạt có năng lượng thấp hơn ở cách mặt đất khoảng
12.000÷ 20.000 km.
Qua tính toán còn có một vành nữa cách 50.000 km.
Do ảnh hưởng của gió MT vào những năm MT bùng nổ, từ trường của TĐ
bị gián đoạn làm xuất hiện hiện tượng cực quang và rối loạn viễn thông.
3. Mặt Trăng
3.1. Các số liệu thống kê
Quan sát từ TĐ cho các số liệu về Tr cách TĐ khoảng 384 Mm và:
- Đường kính 3.474 ÷ 3.476 km = 0.2735 đường kính TĐ.
- Khối lượng 7,34.1022kg = 1/81,3 lần khối lượng TĐ.
- Khối lượng riêng 3,34 g/ cm3 = 0,61 khối lượng riêng của TĐ.
- Diện tích 37,96 triệu km2 = 7,43% diện tích TĐ.
- Chu kỳ quay quanh TĐ là 27,32 ngày.
55

- Gia tốc trọng trường 1,63 m/s2 không đủ giữ được khí quyển và hơi nước
trên bề mặt. Ngoài ra nhiệt độ đo được khoảng -170 0C đến 1300 C và vận tốc vũ
trụ cấp 2 là 2,38 km/s.
Từ năm 1959, người Nga đã chụp ảnh phía sau Tr đến năm 1970 đưa xe tự
hành lên lấy mẫu đất đá; Mỹ đã cho người đổ bộ lên Tr 6 lần từ 1969 đến 1972.
Ngày 15/10/2003, Trung Quốc đã phóng thành công tàu vũ trụ Thần Châu V,
đang có ý định sẽ đưa người lên Tr. Các nước châu Âu cũng có kế hoạch thám
hiểm Tr.
3.2. Cấu trúc của Mặt Trăng
Theo các kết quả nghiên cứu hiện nay, Tr có thể có nhân là sắt hoặc đá nóng
chảy, có lớp vỏ dày 1000-1100 km và lớp ngoài là đá phía hướng về Đ dày
khoảng 60 km còn phía đối diện khoảng 100 km; trên bề mặt phủ bụi dày 15 cm.
Trên Tr, vùng núi có nhiều hố thiên thạch (thường gọi là miệng núi lửa) do
các thiên thạch trước đó đã va đập vào tạo nên; vùng đồng bằng tối thẫm do đá ba
dan thường gọi là biển (mare) ít thấy miệng hố thiên thạch hơn. Người ta đã đếm
được hơn 300.000 hố thiên thạch có đường kính hơn 1 km.
Ở độ sâu 1100 km cũng có động đất (gọi là nguyệt chấn) do bức xạ MT làm
chênh lệch lớn về nhiệt độ giữa ngày và đêm; còn có nguyệt triều do lực hấp dẫn
của TĐ. Hiện nay các chấn động từ Tr được xác định nhờ hệ thống thiết bị đo đặt
ở bề mặt Tr và hệ thống gương phản xạ phát xung laze đặt trên mặt đất.
Dựa vào các bức ảnh đã chụp và phân tích các mẫu đất Tr cho các kết quả
sau:
- Tuổi đá ở vùng cao nguyên già hơn vùng đồng bằng và tốc độ tạo hố thiên
thạch do va chạm ở thời tiền sử lớn hơn giai đoạn sau đó.
- Tuổi đá ở vùng núi Tr già hơn đá TĐ giúp cho việc nghiên cứu quá khứ
của Tr ở giai đoạn xa hơn.
- Tuổi các vật liệu ở đồng bằng 3,1-3,8 tỷ năm có thể là nhiều hố thiên thạch
đã bị phủ kín.
- Cấu tạo hoá học cho thấy ít có các nguyên tố dễ bay hơi và đá Tr ít nước
hơn rất nhiều so với đá TĐ. Các kết quả nghiên cứu mới nhất vào đầu thế kỷ XXI
cho thấy có nước nằm ở dưới bề mặt của Tr.
3.3. Tuổi Mặt Trăng
3.3.1. Giả thuyết song sinh
Khi cho rằng Tr cùng sinh với TĐ trái với các kết quả nghiên cứu vì thành
phần cấu tạo hoá học không giống nhau.
3.3.2. Giả thuyết tóm bắt
56

Cho rằng Tr là một tiểu hành tinh bị TĐ bắt giữ. Nếu xem TĐ là một quả
cầu rắn còn Tr là tiểu hành tinh chuyển động đến gần theo quỹ đạo hypecbol thì
khi gặp khí quyển và thuỷ triều bị hãm lại trở thành quỹ đạo gần tròn là điều khó
chấp nhận.
3.3.3. Giả thuyết va chạm
Tr bị tách khỏi TĐ khi có một thiên thể cỡ sao Hoả va chạm vào và bị tách
làm hai mảnh. Nếu điều đó xảy ra thì các vật liệu lớp vỏ của chúng phải chứa
nhiều nguyên tố giống nhau.
3.3.4. Giả thuyết hiện nay
Người ta đang lập mô hình với giả thuyết rằng TĐ hình thành từ 4,6 tỷ năm
trước và cách đây 4,5 tỷ năm va chạm với một tiểu hành tinh cỡ Hoả Tinh làm
hình thành một hố thiên thạch khổng lồ ở vỏ TĐ. Vụ nổ làm đá bị nung nóng và
cùng với thiên thể này bắn lên cao trong quỹ đạo TĐ. Trong chân không vũ trụ,
phần vật chất còn lại sau quá trình tương tác tạo thành đá lớn bị gom lại tạo thành
Tr vào 4,42 tỷ năm trước. Sau nửa tỷ năm, miệng phễu lớn của hố thiên thạch trên
mặt đất cũng bị lấp đầy và thay đổi do kiến tạo mảng.
Tiếp đó 0,7 tỷ năm các vụ va chạm với các thiên thạch tạo ra các miệng
phễu lớn; trong giai đoạn 3,8- 3,1 tỷ năm trước những dòng nham thạch đã lấp
đầy các hố này ở vùng đồng bằng; giai đoạn 2,5 tỷ năm trước nhiệt đã thoát ra
nên Tr không còn hoạt động. Những hố miệng phễu quan sát thấy hiện nay là do
các vụ va chạm khoảng 3 tỷ năm trở lại đây.
4. Các hành tinh nhóm Trái Đất
4.1. Thuỷ Tinh
Tên Hán cổ còn gọi là Thần Tinh ( sao buổi sớm).
Ngày mặt trời dài hơn với chu kỳ tự quay là 59 ngày và quay quanh MT với
chu kỳ 87,0 ngày.
Có cấu tạo địa hình giống Tr bên trong có nhân sắt đường kính 3600 km, vỏ
chứa đá silicat dày 600 km và lớp ngoài cũng là vỏ đá.
Khí quyển rất loãng tương đương mật độ khí quyển TĐ ở độ cao 620 km,
chủ yếu chứa He, H2, rất ít O2. Nhiệt độ nơi sáng 200-4000C và nơi tối là âm 1502000C. Từ trường cỡ 1/200 từ trường TĐ.
4.2. Kim Tinh
Kim Tinh còn có tên là sao Hôm, sao Mai hay sao Thái Bạch, Thái Tuế.
Nó gần TĐ nhất, xoay quanh trục chậm nhất với 1 ngày bằng 243 ngày TĐ
và ngược theo chiều từ đông sang tây.
Địa hình (do tàu vũ trụ quan sát) có 60% bề mặt là đồng bằng và có 2 dãy
núi lớn cỡ lục địa, không có kiến tạo mảng như nhận định trước đây.
57

Cấu tạo có nhân sắt và nikel đường kính 6000 km, vỏ đá 3000 km bên ngoài
là lớp vỏ đá silicat 50 km. Không có từ trường.
Khí quyển có CO2 chiếm tới 96,5% gây hiệu ứng nhà kính làm nhiệt độ bề
mặt nóng tới 4700C và tầng trên khí quyển có các đám mây acid sunfuric quay rất
nhanh.
4.3. Hoả Tinh còn gọi là sao Huỳnh Hoặc, hành tinh Đỏ.
Các nghiên cứu gần đây từ TĐ, các vệ tinh nhân tạo và trạm quan sát vũ trụ
cho thấy:
Về địa hình, Hoả Tinh bằng phẳng ở phía bán cầu bắc, có nhiều dung nham
núi lửa đã ở thể rắn; bán cầu nam có nhiều hố miệng phễu hơn; ở 2 cực có đóng
băng chứa nước với CO2 thay đổi theo mùa.
Cấu tạo bên trong có nhân đá rắn đường kính 2500 km, vỏ silicat 2000 km
bên ngoài là lớp đá dày 40-50 km.
Khí quyển mỏng tương đương với TĐ ở độ cao 35 km với 95% CO 2 ; 2,7%
N2 và hơi nước 0,03%. Lớp bụi đỏ bên ngoài chứa sắt bị gió cuốn mạnh. Nhiệt độ
mùa hè 20-220 C còn ở các cực mùa đông là -1400C.
Hỏa Tinh có 2 vệ tinh là Deimos và Phobos.
Theo Wentzel, có thể trước đây nước và khí quyển chứa nhiều hơn nhưng
đến nay chưa tìm thấy minh chứng xác đáng về việc có tồn tại sự sống.
Một số quan sát gần đây về Hoả Tinh:
- Các vùng đất lâu đời có vết tích của các thung lũng, lòng sông phải chăng
có một phần bị đóng băng dưới lòng đất.
- Các nguyên tử H2 và một số O2 có thể là bằng phân nửa số đã thoát khỏi
Hoả Tinh tức là đã bị thất thoát nước do môi trường bị thay đổi.
- Một số thiên thạch từ Hoả Tinh rơi vào TĐ có chứa nước, hydro và đơtêri
nhiều hơn đá của TĐ.
- Tỷ lệ giữa Ar, các nguyên tố nhẹ lớn hơn trên TĐ có thể là do H 2,
He...thoát khỏi Hoả Tinh nhiều và trước đây có thể có khí quyển tương tự như TĐ
và bằng cỡ 1/4 khí quyển TĐ.
- Hoả Tinh đã từng có các núi lửa lớn hoạt động; các núi lửa thải nhiều hơi
nước và CO2 vào khí quyển.
- Một xe tự hành di chuyển theo một con kênh đã quan sát các tảng đá bị
lệch nghiêng có thể do trước đây bị dòng nước tác động.
- Ảnh chụp từ tàu vũ trụ cho thấy hình ảnh như một hồ nước đã bị khô.
- Vùng đất thấp bằng phẳng ở phía bắc giống như hình ảnh một đáy đại
dương không có nước. Hiện nay, người ta xác nhận có phát hiện thấy nước ở dạng
băng phía dưới bề mặt.
58