Câu hỏi : Sao là gì? có những loaị sao nào ? Sao hình thành và phát triển ra sao?
Trả lời :
1. Khái niệm sao là gì
Ngôi sao là một quả cầu plasma sáng, khối lượng lớn được giữ bởi lực hấp dẫn. Ngôi sao gần Trái Đất nhất là Mặt Trời, nó là nguồn của hầu hết năng lượng trên Trái Đất. Nhiều ngôi sao khác có thể nhìn thấy được trên bầu trời đêm, khi chúng không bị lu mờ đi dưới ánh sáng của Mặt Trời. Về mặt lịch sử, hầu hết các ngôi sao sáng và nhìn thấy bằng mắt thường nằm trên thiên cầu được nhóm lại cùng nhau thành các chòm sao và các mảng sao, và những ngôi sao sáng nhất đều được đặt những tên gọi riêng. Các danh lục sao mở rộng đã được các nhà thiên văn lập nên, cung cấp các cách định danh sao theo tiêu chuẩn hóa
.
Trong phần lớn thời gian hoạt động của nó, một sao chiếu sáng được là do các phản ứng tổng hợp hạt nhân tại lõi của nó, giải phóng năng lượng truyền qua phần bên trong sao và sau đó bức xạ vào không gian bên ngoài. Hầu hết mọi nguyên tố xuất hiện trong tự nhiên nặng hơn heli đều được tạo ra nhờ các ngôi sao, hoặc thông qua quá trình tổng hợp hạt nhân sao trong suốt thời gian hoạt động của nó hoặc bởi tổng hợp hạt nhân siêu tân tinh khi ngôi sao phát nổ. Các nhà thiên văn học xác định được khối lượng, độ tuổi, thành phần hóa học và nhiều tính chất khác của ngôi sao bằng cách quan sát phổ, độ sáng và chuyển động của nó trong không gian. Khối lượng tổng cộng của ngôi sao là yếu tố chính trong quá trình tiến hóa sao và sự tàn lụi của nó. Nhiều đặc trưng khác của một sao được xác định thông qua lịch sử tiến hóa của nó, bao gồm đường kính, sự tự quay, chuyển động và nhiệt độ. Một biểu đồ liên hệ giữa nhiệt độ với độ sáng của nhiều ngôi sao, gọi là biểu đồ Hertzsprung-Russell (biểu đồ H-R), cho phép xác định được tuổi và trạng thái tiến hóa của một ngôi sao
Bầu trời sao
Một sao bắt đầu từ một đám mây co sụp lại của các vật chất với thành phần cơ bản là hiđrô, cùng với heli và một ít các nguyên tố nặng hơn. Một khi nhân của sao đủ đặc, một số hạt nhân hiđrô ngay lập tức biến đổi thành heli thông qua quá trình tổng hợp hạt nhân. Phần còn lại của lớp bên trong ngôi sao mang năng lượng từ lõi ra ngoài thông qua quá trình kết hợp giữa bức xạ và đối lưu. Áp suất bên trong ngôi sao ngăn không cho ngôi sao tiếp tục bị co lại dưới ảnh hưởng của chính lực hấp dẫn của nó. Đến khi nhiên liệu hiđrô tại lõi bị cạn kiệt, các ngôi sao với khối lượng ít nhất bằng 0,4 lần khối lượng của Mặt Trời bắt đầu nở ra để trong một số trường hợp trở thành một sao khổng lồ đỏ tiếp tục đốt cháy các nguyên tố nặng hơn tại lõi sao hoặc tại các lớp vỏ bao quanh lõi. Ngôi sao sau đó bước vào giai đoạn suy biến, tái chế lại một tỷ lệ vật chất vào môi trường không gian liên sao, nơi đây sẽ hình thành lên một thế hệ sao mới với một tỷ lệ cao các nguyên tố nặng
.Ảnh chụp sao đêm
Hệ sao đôi và nhiều sao chứa hai hoặc nhiều ngôi sao có liên kết về lực hấp dẫn với nhau, và nói chung chúng di chuyển quanh nhau theo những quỹ đạo ổn định. Khi hai ngôi sao có quỹ đạo tương đối gần nhau, tương tác hấp dẫn giữa chúng có thể có một ảnh hưởng quan trọng lên quá trình tiến hóa của các ngôi sao.[4] Các sao có thể tập hợp lại thành một cấu trúc liên kết hấp dẫn lớn hơn, như một quần tinh hay một thiên hà.
Đó là định nghĩa chính xác, còn dùng trong ngữ nghĩa khác là do con người, nhóm người, cộng động tự quy định với nhau.
Ví như: Sao là cái chổi, không ai cản tôi khái niệm điều đó cả.
2.Quá trình tiến hóa của các ngôi sao
Vòng đời của một ngôi sao chỉ phụ thuộc vào khối lượng của nó. Mà khối lượng thì chỉ có được sau khi ngôi sao đã hình thành. Do đó về cơ bản, các ngôi sao có quá trình hình thành khá giống nhau dù có những sao có hành tinh, có sao không, có sao lại có các bạn đồng hành tạo thành sao kép, sao chùm trong khi có những sao chỉ đứng cô độc như Mặt Trời của chúng ta. Chỉ sau khi giai đoạn hình thành hoàn tất, các ngôi sao mới thể hiện các tính chất đặc trưng của mình, tương ứng với từng loại sao có khối lượng và thành phần quang phổ khác nhau trên biểu đồ H-R. Dưới đây là vài nét về các giai đoạn chính của vòng đời một ngôi sao:
1- Sao hình thành từ các đám mây khí, bụi (tinh vân - nebula hay tinh vân hành tinh - planetary nebula). Dưới tác dụng của hấp dẫn, chúng co dần lại vào một tâm chung. Các phân tử khí tăng dần vận tốc, cọ xát làm khối khí nóng lên (tiền sao - protostar). Thời kì này kéo dài vài trăm ngàn đến 50 triệu năm.
2- Khi nhiệt độ ở tâm khối khí đủ lớn và lực nén vào tâm tạo ra áp suất đủ lớn (hàng chục triệu độ và atm), các hạt nhân hidro1 kết hợp với nhau tạo ra hạt nhân của các hydro nặng (deutri và triti), các phản ứng giữa các hạt nhân hydro nặng này tiếp tục xảy ra tạo ra hạt nhân Heli4 (phản ứng nhiệt hạch). Phản ứng này giải phóng năng lượng dưới dạng các tia gamma(g) làm cho khối khí phát sáng. Áp suất do năng lượng giải phóng ra cân bằng với lực hấp dẫn làm ngừng quá trình tự co lại của khối khí. Cuộc đời của một ngôi sao bắt đầu.
3- Tùy theo khối lượng sao. Các sao càng nặng càng cần nhiều năng lượng để chống lại hấp dẫn nên các phản ứng hạt nhân diễn ra mạnh mẽ hơn và kết quả là nhiên liệu nhanh bị đốt cháy hết. Do đó tuổi thọ của sao càng nặng thì càng ngắn ngủi.
Các sao như Mặt Trời có tuổi thọ khoảng 10 tỷ năm. Các sao siêu khổng lồ chỉ thọ vài triệu năm, các sao khổng lồ 10- 15 triệu năm còn các sao lùn đỏ là 20 triệu năm.
4- Sau khi hêt nhiên liệu. Ngôi sao không thể tiếp tục chống lại hấp dẫn bản thân. Phần trong co lại về phía lõi còn vỏ ngoài phồng to và phát ra ánh sáng đỏ. Ngôi sao trỏ thành sao khổng lồ đỏ trong khoảng 100 triệu năm (với sao cỡ Mặt Trời) hoặc sao siêu khổng lồ đỏ trong vài triệu năm. Lõi trong co lại và tiếp tục nóng lên. Đây là lúc phản ứng xảy ra kết hợp hạt nhân Heli thành hạt nhân Cacbon. Khi áp suất giải phóng ra cân bằng với hấp dẫn, lõi ngôi sao ngừng co lại.
5- Đối với các sao nhỏ cỡ Mặt Trời, sau quá tình trên, lõi sao có lịa thành sao lùn trắng còn lớp ngoài phóng ra tạo thành tinh vân hành tinh (planetary Nebula)
Với các sao có khối lượng lớn, nhiệt độ ở lõi sẽ tăng đủ lớn dể xảy ra các quá trình tổng hợp hạt nhân tạo ra các nguyên tố nặng như C, O, Mg, Al, P, S,....Fe. Ngôi sao có lõi sắt trong cùng và các nguyên tố nhẹ dần ra phía ngoài.
6- Giai đoạn kết thúc: khi nhiên liệu hoàn toàn cạn kiệt, ngôi sao bước vào thời kì suy sập do hấp dẫn.
_ Các sao có khối lượng < 1,4 lần khối lượng Mặt Trời (giới hạn Chandrasekhar) co laị thành sao lùn trắng và cuối cùng là một sao lùn đen mất hút trong vũ trụ.
_ Các sao khối lượng 1,4 - 1,5 khối lượng Mặt Trời co lại mạnh hơn, vượt qua kích thước sao lùn trắng xuống mức đường kính 20km gây ra một vụ nổ sao siêu mới (super nova). Cuối cùng, khi lực đẩy tĩnh điện giữa các neutron và proton chống lại được lực hấp dẫn, sao ngừng co và trở thành sao neutron.
_ Các sao có khối lượng lớn hơn Mặt Trời 4-5 lần co lại hết sức mạnh mẽ, cũng tạo ra một vụ nổ sao siêu mới. Tuy nhiên do khối lượng lớn, hấp dẫn lớn đến mức làm triệt tiêu lực đây giữa các neutron, tạo thành lỗ đen.
Bây giờ chúng ta hãy thử xét đến trường hopự của Mặt Trời chúng ta. Mặt Trời đã ra đời cách đây chừng 5,1 tỷ năm. Người đầu tiên đưa ra giả thuyết về sự ra đời của hệ Mặt Trời và được công nhận cho đến ngày nay là
Laplace. Ông đã cho rằng hệ Mặt Trời ra đời từ một đám khí bụi khổng lồ mà ngày nay chúng ta gọi là tinh vân. Khối khí bụi từ từ quay quanh trục và ở trung tâm khối là một nhân cô đặc. Thể tích khối khí bụi nhỏ dần, co lại do lực hấp dẫn làm nó quay nhanh hơn. Đến một tốc độ quay nhất định, lực ly tâm của vành vật chất ở xích đạo lớn hơn lực hấp dẫn, vành này tách khỏi trung tâm và tiếp tục quay như trước. Khối trung tâm tiếp tục quay nhanh hơn dẫn đến việc tách ra của vành vật chất thứ 2 , thứ 3 .v.v.... Do sự phân bố vật chất trong các vành không đều nên vật chất trong vành dần tích tụ thành phôi thai của hành tinh. Mỗi phôi thai đó lại quay nhanh dần làm tách ra các vành vậtchất tạo thành vệ tinh. Phần khối khí còn lại ở trung tâm tạo thành Mặt trời. Hầu hết các sao trong vũ trụ đều có sự hình thành như Mặt Trời của chúng ta, tuy nhiên khối lượng và thành phần của từng khối khí bụi sẽ làm cho chúng có thể là các sao siêu khổng lồ cho đến những sao lùn đen nhỏ bé, các sao đơn độc và các sao có bạn đồng hành, các ngôi sao có cũng như không có hành tinh quay quanh....
Vậy các đám bụi đó từ đâu mà có? Chúng có mặt khắp nơi trong thiên hà và trong cả các khoảng không vô tận giữa các thiên hà. Ở các thiên hà như thiên hà của chúng ta, tập trung mọt lượng khá lớn khí và bụi tại vùng phụ cận với mặt phẳng đĩa của thiên hà. mật độ của các đám khí và bụi này nói chung là rất nhỏ, chúng không ngững chuyển động hỗn độn trong vùng mặt phẳng đĩa này. Khi một khối lượng khí nhất định "vô tình" đến gần nhau và hấp dẫn lẫn nhau, chúng co lại để đạt đến một mật độ lớn hơn rất nhiều, sự cọ xát giữa chúng bắt đầu sinh ra nhiệt và khi đó chúng bắt đầu được gọi là các tinh vân (nebul).
Bốn hành tinh bên ngoài, hay bốn hành tinh khí khổng lồ (hoặc các hành tinh kiểu Mộc Tinh), chiếm tới 99 tổng khối lượng của các thiên thể quay quanh Mặt Trời. Sao Mộc và Sao Thổ là hai hành tinh lớn nhất vàchứa đại đa số hiđrô và heli; Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương có khối lượng nhỏ hơn (<20 lần khối lượng Trái Đất) và trong thành phần của chúng chứa nhiều băng hơn. Vì lí do này, một số nhà thiên văn họccho rằng chúng thuộc về một lớp "hành tinh băng đá khổng lồ". Bốn hành tinh khí khổng lồ đều có hệ vành đai, mặc dù chỉ có vành đai của Sao Thổ là có thể quan sát được từ Trái Đất qua các kính thiên văn nghiệp dư. Thuật ngữ hành tinh bên ngoài không nên nhầm lẫn với thuật ngữ hành tinh trên, ám chỉ các hành tinh nằm bên ngoài quỹ đạo của Trái Đất trong đó bao gồm Sao Hỏa và các hành tinh bên ngoài.
3. Các loại sao phổ biến
Sao Mộc
Sao Mộc (khoảng cách đến Mặt Trời 5,2 AU), với khối lượng bằng 318 lần khối lượng Trái Đất và bằng 2,5 lần tổng khối lượng của 7 hành tinh còn lại trong Thái Dương Hệ. Mộc Tinh có thành phần chủ yếu hiđrô và heli Nhiệt lượng khổng lồ từ bên trong Sao Mộc tạo ra một số đặc trưng bán vĩnh cửu trong bầu khí quyển của nó, như các dải mây và Vết đỏ lớn .Sao Mộc có 63 vệ tinh đã biết. Bốn vệ tinh lớn nhất, Ganymede, Callisto, Io, và Europa (các vệ tinh Galileo) có các đặc trưng tương tự như các hành tinh đá, như núi lửa và nhiệt lượng từ bên trong.[ Ganymede, vệ tinh tự nhiên lớn nhất trong hệ Mặt Trời, có kích thước lớn hơn Sao Thủy.
Sao Mộc còn có tên gọi là Jupiter.01
Sao Mộc .02
Sao Mộc. 03
Sao Thổ
Sao Thổ (khoảng cách đến Mặt Trời 9,5 AU), có đặc trưng khác biệt rõ rệt đó là hệ vành đai kích thước rất lớn, và những đặc điểm giống với Sao Mộc, như về thành phần bầu khí quyển và từ quyển. Mặc dù thể tích của Thổ Tinh bằng 60% thể tích của Mộc Tinh, nhưng khối lượng của nó chỉ bằng một phần ba so với Mộc Tinh, hay 95 lần khối lượng Trái Đất, khiến nó trở thành hành tinh có mật độ nhỏ nhất trong hệ Mặt Trời (nhỏ hơn cả mật độ của nước lỏng). Vành đai Sao Thổ chứa bụi cũng như các hạt băng và đá nhỏ.
Vành đai sao thổ.01
Sao Thổ.02
Sao Thổ có 62 vệ tinh tự nhiên được xác nhận; hai trong số đó, Titan và Enceladus, cho thấy có các dấu hiệu của hoạt động địa chất, mặc dù đó là các núi lửa băng Titan, vệ tinh tự nhiên lớn thứ hai trong Thái Dương Hệ, cũng lớn hơn Sao Thủy và là vệ tinh duy nhất trong hệ Mặt Trời có tồn tại một bầu khí quyển đáng kể.
Sao Thổ .03
Sao Thổ.04
Sao Thiên Vương
Sao Thiên Vương (khoảng cách đến Mặt Trời 19,6 AU, khối lượng bằng 14 lần khối lượng Trái Đất, là hành tinh bên ngoài nhẹ nhất. Trục tự quay của nó có đặc trưng lạ thường duy nhất so với các hành tinh khác, độ nghiêng trục quay trên 90 độ so với mặt phẳng hoàng đạo. Thiên Vương Tinh có lõi lạnh hơn nhiều so với các hành tinh khí khổng lồ khác và nhiệt lượng bức xạ vào không gian cũng nhỏ.
Sao Thiên Vương có 27 vệ tinh tự nhiên đã biết, lớn nhất theo thứ tự từ lớn đến nhỏ là Titania, Oberon, Umbriel, Ariel và Miranda
Sao Thiên Vương .01
Sao Thiên Vương .02
Sao Thiên Vương .03
Sao Hải Vương
Sao Hải Vương (khoảng cách đến Mặt Trời 30 AU), mặc dù kích cỡ hơi nhỏ hơn Sao Thiên Vương nhưng khối lượng của nó lại lớn hơn (bằng 17 lần khối lượng của Trái Đất) và do vậy khối lượng riêng lớn hơn. Nó cũng bức xạ nhiều nhiệt lượng hơn nhưng không lớn bằng của Sao Mộc hay Sao Thổ
Sao Hải Vương
Sao Hải Vương .02
Hải Vương Tinh có 13 vệ tinh tự nhiên đã biết. Triton là vệ tinh lớn nhất vầ còn sự hoạt động địa chất với các mạch phun nitơ lỏng Triton cũng là vệ tinh tự nhiên duy nhất có qũy đạo nghịch hành. Trên cùng quỹ đạo của Sao Hải Vương cũng có một số hành tinh vi hình (en:minor planet), gọi là Trojan của Sao Hải Vương (en:Neptune Trojan), chúng cộng hưởng quỹ đạo 1:1 với Hải Vương Tinh.
Sao Hải Vương .03
Hải Vương Tinh
Sao chổi ( Sao chổi Hale-Bopp )
Sao chổi là các vật thể nhỏ trong Thái Dương Hệ, đường kính điển hình chỉ vài kilômét, thành phần chủ yếu là những hợp chất băng dễ bay hơi. Chúng có độ lệch tâm quỹ đạo khá lớn, đa phần có điểm cận nhật nằm bên trong quỹ đạo của các hành tinh bên trong và điễm viễn nhật nằm bên ngoài Pluto. Khi một sao chổi đi vào vùng hệ Mặt Trời bên trong, do đến gần Mặt Trời hơn làm cho bề mặt băng của nó chuyển tới trạng thái thăng hoa và ion hóa tạo ra một dải bụi và khí dài thoát ra từ nhân sao chổi, hay là đuôi sao chổi, và có thể nhìn thấy bằng mắt thường.
Sao chổi chu kỳ ngắn có chu kỳ nhỏ hơn 200 năm. Sao chổi chu kỳ dài có chu kỳ hàng nghìn năm. Sao chổi chu kỳ ngắn được tin là có nguồn gốc từ vành đai Kuiper trong khi các sao chổi chu kỳ dài như Hale-Bopp, nó được cho là có nguồn gốc từ đám mây Oort. Nhiều nhóm sao chổi, như nhóm sao chổi Kreutz, hình thành từ sự tách vỡ của sao chổi lớn hơn. Một số sao chổi có quỹ đạo hyperbol có nguồn gốc từ ngoài Hệ Mặt Trời và vấn đề xác định chu kỳ quỹ đạo chính xác của chúng là việc khó khăn. Một số sao chổi trước đây có các chất dễ bay hơi ở bề mặt bị thổi ra ngoài bởi gió Mặt Trời ấm được xếp loại vào tiểu hành tinh.
Sao Thổ .01
Sao Thổ .02
Sao Thổ .03
Sao Thổ .04
