Cấu trúc
1. Các hành tinh vòng trong, vành đai tiểu hành tinh và Sao Mộc
2. Các hành tinh vòng ngoài, sao Diêm Vương, vành đai Kuiper và 90377 Sedna
3. Quỹ đạo của 90377 Sedna
4. Vòng trong đám mây Oort
Hầu hết các thiên thể lớn có mặt phẳng quỹ đạo gần trùng mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất, gọi là mặt phẳng hoàng đạo. Mặt phẳng quỹ đạo của các hành tinh nằm rất gần với mặt phẳng hoàng đạo, trong khi các sao chổi và vật thể trong vành đai Kuiper thường có mặt phẳng quỹ đạo nghiêng một góc lớn so với mặt phẳng hoàng đạo.[6][7] Mọi hành tinh và phần lớn các thiên thể khác quay quanh Mặt Trời theo chiều tự quay của Mặt Trời (ngược chiều kim đồng hồ, khi nhìn từ trên cực bắc của Mặt Trời). Nhưng cũng có một số ngoại lệ, như sao chổi Halley lại quay theo chiều ngược lại.
Cấu trúc tổng thể của những vùng trong hệ Mặt Trời được vẽ ở hình bên chứa Mặt Trời, bốn hành tinh vòng trong tương đối nhỏ được bao xung quanh bởi một vành đai các tiểu hành tinh đá, bốn hành tinh khí khổng lồ được bao xung quanh bởi vành đai Kuiper chứa các thiên thể băng đá. Các nhà thiên văn học đôi khi không chính thức chia cấu trúc hệ Mặt Trời thành các vùng tách biệt. Hệ Mặt Trời bên trong bao gồm bốn hành tinh đá và vành đai tiểu hành tinh chính. Hệ Mặt Trời bên ngoài nằm bên ngoài vành đai tiểu hành tinh chính, bao gồm bốn hành tinh khí khổng lồ.[8] Từ khi khám phá ra vành đai Kuiper, phần bên ngoài của hệ Mặt Trời được coi là một vùng riêng biệt chứa các vật thể nằm bên ngoài Sao Hải Vương.[9]
Những định luật của Kepler về chuyển động thiên thể miêu tả quỹ đạo của các vật thể quay quanh Mặt Trời. Theo định luật Kepler, mỗi vật thể chuyển động theo quỹ đạo hình elip với Mặt Trời là một tiêu điểm. Các vật thể gần Mặt Trời hơn (với bán trục lớn nhỏ hơn) sẽ chuyển động nhanh hơn, do chúng chịu nhiều ảnh hưởng của trường hấp dẫn Mặt Trời hơn. Trên quỹ đạo elip, khoảng cách từ thiên thể tới Mặt Trời thay đổi trong một chu kỳ quỹ đạo. Vị trí thiên thể gần nhất với Mặt Trời gọi là cận điểm quỹ đạo, trong khi điểm trên quỹ đạo xa nhất so với Mặt Trời gọi là viễn điểm quỹ đạo. Trong hệ Mặt Trời, quỹ đạo của các hành tinh gần tròn, trong khi nhiều sao chổi, tiểu hành tinh và các vật thể thuộc vành đai Kuiper có quỹ đạo hình elip rất dẹt.
Khoảng cách thực tế giữa các hành tinh là rất lớn, tuy nhiên nhiều minh họa về hệ Mặt Trời vẽ khoảng cách quỹ đạo của các hành tinh đều nhau. Thực tế, đối với các hành tinh hay vành đai nằm càng xa Mặt Trời, thì khoảng cách giữa quỹ đạo của chúng càng lớn. Ví dụ, Sao Kim có khoảng cách đến Mặt Trời lớn hơn 0,33 đơn vị thiên văn (AU)[d] so với khoảng cách từ Sao Thủy đến Mặt Trời, trong khi của Sao Thổ cách xa 4,3 AU so với Sao Mộc, và Sao Hải Vương cách xa 10,5 AU so với Sao Thiên Vương. Nhiều nỗ lực đã thực hiện nhằm xác định tương quan khoảng cách giữa quỹ đạo của các hành tinh (ví dụ, quy luật Titius-Bode),[10] nhưng chưa có một lý thuyết nào được chấp nhận.
Đa phần các hành tinh trong hệ Mặt Trời sở hữu một hệ thứ cấp của chúng, có các vệ tinh tự nhiên hoặc vành đai hành tinh quay quanh hành tinh. Các vệ tinh này còn được gọi là mặt trăng. Hai vệ tinh tự nhiên Ganymede của Sao Mộc và Titan của Sao Thổ còn lớn hơn cả Sao Thủy). Các hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, thậm chí cả một vệ tinh của Sao Thổ còn có các vành đai hành tinh là những dải mỏng chứa các hạt vật chất nhỏ quay quanh chúng. Hầu hết các vệ tinh tự nhiên lớn nhất đều quay đồng bộ với một mặt bán cầu luôn hướng về phía hành tinh.
Những thiên thể vòng trong có thành phần chủ yếu là đá,[11] tên gọi chung cho các hợp chất có điểm nóng chảy cao, như silicat, sắt hay nikel, tất cả vẫn duy trì ở trạng thái rắn từ khi trong giai đoạn tinh vân tiền hành tinh.[12] Sao Mộc và Sao Thổ có thành phần chủ yếu là khí, thuật ngữ thiên văn học cho những vật liệu có điểm nóng chảy cực thấp và áp suất hơi cao như hiđrô, heli, và neon, chúng luôn luôn ở pha khí trong các tinh vân.[12] Băng, như nước, mêtan, ammoniac, hiđrô sunfua và cacbon điôxít,[11] có điểm nóng chảy lên tới vài trăm Kelvin, trong khi pha của chúng lại phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ môi trường xung quanh.[12] Chúng có thể tìm thấy dưới dạng băng, chất lỏng, hay khí trong nhiều nơi thuộc hệ Mặt Trời, trong khi trong các tinh vân chúng chỉ ở trạng thái băng (rắn) hoặc khí.[12] Các chất băng đá là thành phần chủ yếu trên các mặt trăng của các hành tinh khí khổng lồ, cũng như chiếm phần lớn trong thành phần của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương (gọi là các "hành tinh băng đá khổng lồ") và trong rất nhiều các vật thể nhỏ nằm bên ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương.[11][13] Các chất khí và băng trong thiên văn học cùng được gọi là chất dễ bay hơi (volatiles).[14]
Mặt Trời
Mặt Trời là ngôi sao ở trung tâm và nổi bật nhất trong Thái Dương Hệ. Khối lượng khổng lồ của nó (332.900 lần khối lượng Trái Đất)[15] tạo ra nhiệt độ và mật độ đủ lớn tại lõi để xảy ra phản ứng tổng hợp hạt nhân,[16] làm giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ, phần lớn phát xạ vào không gian dưới dạng bức xạ điện từ, với cực đại trong dải quang phổ từ 400 tới 700 nm mà chúng ta gọi là ánh sáng khả kiến.[17]
Mặt Trời được phân loại thành sao lùn vàng kiểu G2, nhưng tên gọi này hay gây ra sự hiểu nhầm khi so sánh nó với đại đa số các sao trong Ngân Hà, Mặt Trời lại là một ngôi sao lớn và sáng.[18] Các ngôi sao được phân loại theo biểu đồ Hertzsprung-Russell, biểu đồ thể hiện độ sáng của sao với nhiệt độ bề mặt của nó. Nói chung, các sao sáng hơn thì nóng hơn. Mặt Trời nằm ở bên phải của đoạn giữa một dải gọi là dải chính trên biểu đồ. Tuy nhiên, số lượng các sao sáng hơn và nóng hơn Mặt Trời là hiếm, trong khi đa phần là các sao mờ hơn và lạnh hơn, gọi là sao lùn đỏ, chúng chiếm tới 85% số lượng sao trong dải thiên hà.[18][19]
Người ta tin rằng với vị trí của Mặt Trời trên dải chính như vậy thì đây là một ngôi sao đang trong "cuộc sống mãnh liệt", nó vẫn chưa bị cạn kiệt nguồn nhiên liệu hiđrô cho các phản ứng tổng hợp hạt nhân. Mặt Trời đang sáng hơn; trong buổi đầu của sự tiến hóa nó chỉ sáng bằng 70% so với độ sáng ngày nay.[20]
Mặt Trời còn là sao loại I về đặc tính kim loại; do nó sinh ra trong giai đoạn muộn của sự tiến hóa vũ trụ, và nó chứa nhiều nguyên tố nặng hơn hiđrô và heli (trong thiên văn học, những nguyên tố nặng hơn hiđrô và heli được gọi là nguyên tố "kim loại") so với các ngôi sao già loại II.[21] Các nguyên tố nặng hơn hiđrô và heli được hình thành tại lõi của các sao già và sao nổ tung, do vậy thế hệ sao đầu tiên đã phải chết trước khi vũ trụ được làm giàu bởi những nguyên tố nặng này. Những sao già nhất chứa rất ít kim loại, trong khi những sao sinh muộn hơn có nhiều hơn. Tính kim loại cao được cho là yếu tố quan trọng cho sự phát triển thành một hệ hành tinh quay quanh Mặt Trời, do các hành tinh hình thành từ sự bồi tụ các nguyên tố "kim loại".[22]
Môi trường liên hành tinh
Tia vũ trụ có nguồn gốc từ bên ngoài hệ Mặt Trời. Nhật quyển là lá chắn bảo vệ một phần cho hệ Mặt Trời, và từ trường của các hành tinh cũng ngăn chặn bớt các tia vũ trụ cho hành tinh. Mật độ của tia vũ trụ trong môi trường liên hành tinh và cường độ của từ trường Mặt Trời thay đổi theo thời gian, do vậy mức độ các tia vũ trụ trong hệ Mặt Trời cũng thay đổi mặc dù người ta không biết rõ lượng thay đổi là bao nhiêu.[29]
Môi trường liên hành tinh cũng chứa ít nhất hai vùng bụi vũ trụ có hình đĩa. Đĩa thứ nhất, đám mây bụi liên hành tinh nằm ở hệ Mặt Trời bên trong và gây ra ánh sáng hoàng đạo. Đĩa này có khả năng hình thành bên trong vành đai tiểu hành tinh gây ra bởi sự va chạm với các hành tinh.[30] Đĩa thứ hai nằm trong khoảng từ 10 AU đến 40 AU, và có lẽ được tạo ra từ sự va chạm tương tự với bên trong vành đai Kuiper.[31][32]
Hệ Mặt Trời bên trong
Hệ Mặt Trời bên trong là tên gọi chung cho vùng chứa các hành tinh đất đá và vành đai tiểu hành tinh.[33], có thành phần chủ yếu từ silicat và các kim loại. Các thiên thể thuộc vùng này nằm khá gần Mặt Trời; bán kính của vùng này nhỏ hơn khoảng cách giữa Sao Mộc và Sao Thổ.Các hành tinh vòng trong
Bốn hành tinh vòng trong hay hành tinh đá có tính đặc, thành phần từ đá, có ít hoặc không có mặt trăng, và chúng không có hệ vành đai quay quanh như các hành tinh vòng ngoài. Thành phần chính của chúng là các khoáng vật khó nóng chảy, như silicat tạo lên lớp vỏ và lớp phủ, và những kim loại như sắt và niken tạo lên lõi của chúng. Ba trong bốn hành tinh (Sao Kim, Trái Đất và Sao Hỏa) có bầu khí quyển đủ dày để sinh ra các hiện tượng thời tiết; tất cả đều có những hố va chạm và sự kiến tạo bề mặt như thung lũng tách giãn và núi lửa. Thuật ngữ hành tinh vòng trong không nên nhầm lẫn với hành tinh bên trong, ám chỉ những hành tinh gần Mặt Trời hơn Trái Đất (như Kim Tinh và Thủy Tinh).
Sao Thủy
- Sao Thủy (cách Mặt Trời 0,4 AU) là hành tinh gần Mặt Trời nhất và là hành tinh nhỏ nhất trong Hệ Mặt Trời (0,055 lần khối lượng Trái Đất). Sao Thủy không có vệ tinh tự nhiên, và nó chỉ có các đặc trưng địa chất bên cạnh các hố va chạm đó là các sườn và vách núi, có lẽ được hình thành trong giai đoạn co lại đầu tiên trong lịch sử của nó.[34] Sao Thủy hầu như không có khí quyển do các nguyên tử trong bầu khí quyển của nó đã bị gió Mặt Trời thổi bay ra ngoài không gian.[35] Hành tinh này có lõi sắt tương đối lớn và lớp phủ khá mỏng mà vẫn chưa được các nhà thiên văn giải thích được một cách đầy đủ. Có giả thuyết cho rằng lớp phủ bên ngoài đã bị tước đi sau một vụ va chạm khổng lồ, và quá trình bồi tụ vật chất của sao Thủy bị ngăn chặn bởi năng lượng của Mặt Trời trẻ.[36][37]
Sao Kim
- Sao Kim (cách Mặt Trời 0,7 AU) có kích cỡ khá gần với kích thước Trái Đất (với khối lượng bằng 0,815 lần khối lượng Trái Đất) và đặc điểm cấu tạo giống Trái Đất, nó có một lớp phủ silicat dày bao quanh một lõi sắt. Sao Kim có một bầu khí quyển dày và có những chứng cứ cho thấy hành tinh này còn sự hoạt động của địa chất bên trong nó. Tuy nhiên, sao Kim khô hơn Trái Đất rất nhiều và mật độ bầu khí quyển của nó gấp 90 lần mật độ bầu khí quyển của Trái Đất. Sao Kim không có vệ tinh tự nhiên. Nó là hành tinh nóng nhất trong hệ Mặt Trời với nhiệt độ của bầu khí quyển trên 400 °C, nguyên nhân chủ yếu là do hiệu ứng nhà kính của bầu khí quyển.[38] Không có dấu hiệu cụ thể về hoạt động địa chất gần đây được phát hiện trên Sao Kim (một lý do là nó có bầu khí quyển quá dày), mặt khác hành tinh này không có từ trường để ngăn chặn sự suy giảm đáng kể của bầu khí quyển, và điều này gợi ra rằng bầu khí quyển của nó thường xuyên được bổ sung bởi các vụ phun trào núi lửa.[39]
Trái Đất
- Trái Đất (khoảng cách đến Mặt Trời 1 AU) là hành tinh lớn nhất và có mật độ lớn nhất trong số các hành tinh vòng trong, cũng là hành tinh duy nhất mà chúng ta biết còn có các hoạt động địa chất gần đây, và là hành tinh duy nhất trong vũ trụ được biết đến là nơi có sự sống tồn tại.[40] Trái Đất cũng là hành tinh đá duy nhất có thủy quyển lỏng, và cũng là hành tinh duy nhất nơi quá trình kiến tạo mảng đã được quan sát. Bầu khí quyển của Trái Đất cũng khác căn bản so với các hành tinh khác với thành phần phân tử ôxy tự do thiết yếu cho sự sống chiếm tới 21% trong bầu khí quyển.[41] Trái Đất có một vệ tinh tự nhiên là Mặt Trăng, nó là vệ tinh tự nhiên lớn nhất trong số các vệ tinh của các hành tinh đá trong hệ Mặt Trời.
Sao Hỏa
- Sao Hỏa (khoảng cách đến Mặt Trời 1,5 AU) có kích thước nhỏ hơn Trái Đất và Sao Kim (khối lượng bằng 0,107 lần khối lượng Trái Đất). Nó có một bầu khí quyển chứa chủ yếu là cacbon điôxít với áp suất khí quyển tại bề mặt bằng 6,1 millibar (gần bằng 0,6% áp suất khí quyển tại bề mặt của Trái Đất).[42] Trên bề mặt hành tinh đỏ có những ngọn núi khổng lồ như Olympus Mons (cao nhất trong hệ Mặt Trời) và những rặng thung lũng như Valles Marineris, với những hoạt động địa chất có thể đã tồn tại cho đến cách đây 2 triệu năm về trước.[43] Bề mặt của nó có màu đỏ do trong đất bề mặt có nhiều sắt ôxít (gỉ).[44] Sao Hỏa có hai mặt trăng rất nhỏ (Deimos và Phobos) được cho là các tiểu hành tinh bị Sao Hỏa bắt giữ.[45]
Vành đai tiểu hành tinh
Tiểu hành tinh hầu hết là những vật thể nhỏ trong hệ Mặt Trời [e] với thành phần chủ yếu là đá khó nóng chảy và khoáng vật kim loại.[46]
Vành đai tiểu hành tinh chính nằm giữa quỹ đạo của Sao Hỏa và Sao Mộc, khoảng cách từ 2,3 đến 3,3 AU tính từ Mặt Trời. Các nhà thiên văn cho rằng vành đai này là tàn dư từ sự hình thành hệ Mặt Trời mà chúng không thể hợp lại thành một thiên thể do sự giao thoa hấp dẫn với Sao Mộc.[47]
Các tiểu hành tinh có kích cỡ từ vài trăm kilômét đến kích cỡ vi mô. Mọi tiểu hành tinh, ngoại trừ Ceres, được phân loại thành các thiên thể nhỏ trong hệ Mặt Trời, nhưng một số tiểu hành tinh như Vesta và Hygieia có thể được phân loại lại thành hành tinh lùn nếu chúng có thể hiện đã trải qua trạng thái cân bằng thủy tĩnh.[48]
Vành đai tiểu hành tinh chứa vài chục nghìn, có thể tới vài triệu các vật thể có đường kính trên 1 kilômét.[49] Mặc dù thế, tổng khối lượng của vành chính chỉ hơi lớn hơn một phần nghìn khối lượng của Trái Đất.[50] Vành đai chính có các tiểu hành tinh phân bố khá thưa thớt; các tàu thám hiểm không gian dễ vượt qua vành đai này mà không bị va chạm với các vật thể. Tiểu hành tinh với đường kính từ 10−4 đến 10 m được phân loại thành thiên thạch.[51]
Ceres
- Ceres (khoảng cách đến Mặt Trời 2,77 AU) là thiên thể lớn nhất trong vành đai tiểu hành tinh và được xếp thành hành tinh lùn.[e] Đường kính của nó hơi nhỏ hơn 1.000 km và nó có khối lượng đủ lớn để cho lực hấp dẫn của chính nó kéo các vật liệu trên Ceres về tâm để tạo thành hình cầu. Ceres đã từng được coi là hành tinh khi nó được phát hiện vào thế kỷ 19, nhưng sau đó được phân loại lại thành tiểu hành tinh vào thập niên 1850 khi những quan sát kĩ lưỡng đã cho thấy có thêm nhiều tiểu hành tinh khác.[52] Năm 2006 Ceres được phân loại thành hành tinh lùn.
Nhóm tiểu hành tinh
Những tiểu hành tinh trong vành đai chính được chia thành nhóm tiểu hành tinh và họ tiểu hành tinh dựa trên các đặc tính quỹ đạo của chúng. Mặt trăng tiểu hành tinh là những tiểu hành tinh quay quanh tiểu hành tinh lớn hơn. Chúng không được phân biệt rõ ràng với mặt trăng của các hành tinh, thỉnh thoảng các mặt trăng tiểu hành tinh có kích cỡ lớn bằng tiểu hành tinh mà nó quay quanh. Vành đai tiểu hành tinh cũng chứa sao chổi mà có khả năng các sao chổi từ vành đai này là nguồn cung cấp nước cho Trái Đất.[53]Các tiểu hành tinh Trojan nằm ở vùng lân cận với các điểm Lagrange L4 và L5 của Sao Mộc (những vùng ổn định về hấp dẫn đi mà trước hoặc theo sau hành tinh trên quỹ đạo của nó); thuật ngữ "Trojan" cũng sử dụng cho các vật thể nhỏ đối với các hành tinh khác hoặc cho các vệ tinh nhân tạo của Trái Đất. Các tiểu hành tinh Hilda có cộng hưởng quỹ đạo 2:3 với Sao Mộc; tức là chúng chuyển động quanh Mặt Trời được 3 vòng quỹ đạo thì Sao Mộc quay quanh Mặt Trời được 2 vòng quỹ đạo.[54]
Hệ Mặt Trời bên trong cũng có các tiểu hành tinh gần Trái Đất chuyển động hỗn loạn, rất nhiều trong số chúng có quỹ đạo cắt với qũy đạo của các hành tinh bên trong.[55]
Hệ Mặt Trời bên ngoài
Vùng bên ngoài của hệ Mặt Trời gồm các hành tinh khí khổng lồ và các vệ tinh tự nhiên của chúng. Nhiều sao chổi chu kỳ ngắn, bao gồm các tiểu hành tinh centaur, cũng nằm trong vùng này. (còn tiếp)(nguồn:BKTTmở)
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét