Tất tần tật về những ngôi sao hay hằng tinh trong vũ trụ. [Phần 1: Tổng quan về sao]

Đã bao giờ bạn tự hỏi rằng, tại sao những đêm trời quang mây bầu trời rất nhiều những ngôi sao lấp lánh, còn ban ngày thì hoàn toàn biến mất? Tôi sẽ trả lời cho bạn rằng, vào ban ngày, bầu khí quyền dày đặc của ta khuếch tán luồng ánh sáng mạnh chiếu tới từ mặt trời và vì vậy một mặt khiến cho bầu trời có màu xanh, mặt khác làm lu mờ mọi ánh sáng khác đến từ bên ngoài khí quyển. Ban đêm, không có ánh sáng từ mặt trời nên bầu khí quyển trở nên tương đối trong suốt và ta có thể nhìn thấy được ánh sáng đến từ những ngôi sao xa xôi.

Vậy đã khi nào bạn dành hàng giờ trên mái nhà của mình để nhìn ngắm bầu trời đêm và cố gắng đếm tổng số ngôi sao bạn nhìn thấy? Nó có thế là một vài, một vài chục, hoặc hàng trăm, phụ thuộc vào mức độ trong của bầu trời hôm đó và mức độ ô nhiễm ánh sáng đô thị nơi bạn ở. Trên thực tế, ước chừng có tới 10 ngàn tỉ tỉ sao trong vũ trụ và về nguyên tắc tại bất kì điểm quan sát nào ta cũng phải quan sát được ít nhất 1/3 trong tổng số sao và vẫn lên tới hàng ngàn tỉ sao. Bầu khí quyển không thật sự trong suốt, ô nhiễm ánh sáng là 2 nguyên nhân khách quan cùng với năng suất phân ly và độ nhạy sáng của mắt người kém là 2 nguyên nhân chủ quan khiến con người chỉ có thể quan sát được một số rất ít sao trên bầu trời đêm bằng mắt thường. Nếu chúng ta được sử dụng những kính thiên văn hiện đại hàng đầu bây giờ, ta có thể thấy được rằng ta không thể hướng ống kính tới bất kì vị trí nào mà ở đó không kín đặc các ngôi sao trong kính ngắm.


Thế giới các vì sao cũng giống như thế giới các hạt ngọc trai, có đủ các loại về kích cỡ cũng như độ sáng, nhưng về cơ bản chúng có cùng một cấu trúc. Để khám phá cấu trúc của một ngôi sao, chúng ta sẽ tìm đến với Mặt Trời - vì sao cao cả và sáng rõ nhất trên bầu trời của chúng ta.


Mặt trời là thiên thể khổng lồ nhất trong hệ mặt trời, chiếm tới 99,8% khối lượng toàn bộ hệ mặt trời. Tuy nhiên khi so với cả vũ trụ thì anh ta chỉ là hạng trung bình. Trung bình không phải về kích thước mà về khối lượng, cũng như sự phổ biến. Sao với kích cỡ và khối lượng như mặt trời thuộc loại phổ biến nhất vũ trụ.

Một vài số đo của Mặt Trời:
Bán kính: R = 700.000km  (Bán kính Trái đất r=6400km)
Khối lượng: M ~ 200.000.000.000.000.000 tấn (hai trăm triệu tỉ tấn)


Hình dưới mô tả tương quan về kích thước của mặt trời so với một số thiên thể, sao nhỏ hơn và các sao lớn, khổng lồ và siêu khổng lồ nổi tiếng khác. Mặt trời của chúng ta về kích thước nếu so với sao Antares hay VV Cephei thì chỉ như một hạt vừng hoặc hạt cát đặt trên cái bánh đa.

Sau đây chúng ta hãy cùng giải phẫu một ngôi sao để hiểu được cấu trúc và hoạt động của chúng.



CẤU TẠO SAO VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA CHÚNG

Mọi vì sao trong vũ trụ đều được cấu tạo chủ yếu từ Hidro và He, trong đó Hidro chiếm đa số và là nhiên liệu chính của sao. Mặt trời cũng vậy, trong tâm mặt trời diễn ra phản ứng nhiệt hạch chuyển hóa Hidro thành He ở nhiệt độ 15.000.000 độ C theo phản ứng mình họa bằng hình dưới:

Mỗi phản ứng giải phóng 4MeV (mega-electronvolt). 1000.000.000.000 (1 nghìn tỉ) lần con số trên chưa đủ để bạn đun sôi 1 ấm nước pha mì. Tuy nhiên ta nhân với 8,9.10³⁷ phản ứng trong mỗi giây ta được con số năng lượng khổng lồ về tổng năng lượng bức xạ của Mặt trời là P = 3,9.10²⁶W mỗi giây.

Một phép ước tính chỉ ra rằng hiện nay mỗi ngày trên khắp trái đất, con người tiêu thụ năng lượng hết khoảng 50 tỉ W, vậy thì phải mất tới 21 ngàn tỉ năm thì con người mới tiêu hết số năng lượng mà Mặt trời bức xạ ra mỗi giây trong suốt hơn 4 tỉ năm qua. Vậy mà tôi và bạn cứ lo rằng đến một ngày con người sẽ không còn năng lượng để tiêu xài.



Khi tiếp tục nghiên cứu về sao, chúng ta cần quan tâm các đặc điểm trực quan của chúng. Bao gồm màu sắc, độ sáng và kích thước. Cả 3 đặc điểm này đều có mối quan hệ với nhau thể hiện ở bảng dưới đây

Đơn vị của những giá trị ở 3 cột bên phải là "số lần giá trị ấy của Mặt trời" ví dụ: Sao loại O có khối lượng 60, đường kính 15. Có nghĩa là có khối lượng gấp 60 lần khối lượng Mặt trời, đường kính gấp 15 lần đường kính Mặt trời. Dễ nhận thấy Mặt trời của chúng ta là loại G, có màu vàng. Các sao càng nặng thì có kích thước càng lớn, sao càng sáng và ánh sáng chúng phát ra ngả sang xanh da trời. Ngược lại các sao càng nhẹ thì kích thước càng nhỏ, độ sáng yếu và màu sắc ngả về phía đỏ.

Tuy nhiên bảng trên chỉ đơn thuần chỉ ra mối tương quan về màu sắc, khối lượng, kích thước và độ sáng của các sao ở dãy chính, tức là những sao đang ở pha ổn định hay pha trưởng thành. Các sao đang bước vào giai đoạn hấp hối có sự biến đổi rất nhanh chóng về kích thước và màu sắc do vậy không tuân theo logic bên trên và sẽ được xét đến sau.


ĐỘ SÁNG CỦA SAO

Độ sáng của sao là một đặc điểm hết sức quan trọng đối với ngành thiên văn học, do vậy, tôi phải viết in hoa và bôi đậm như là một đánh dấu vấn đề đáng theo dõi.

Độ sáng của sao được tính bằng Cấp Sao và được chia làm 2 loại: Cấp Sao biểu kiến và Cấp Sao tuyệt đối.

Cấp Sao biểu kiến là gì? Là thang đo xác định giá trị độ sáng của thiên thể nhìn thấy được trên bầu trời từ một điểm nhìn xác định (ví dụ thường lấy điểm nhìn ở Trái đất). Mức 0 là cấp sao của những ngôi sao có thể nhìn thấy được bằng mắt thường ở Trái đất và thiên thể càng sáng thì giá trị cấp sao biểu kiến sẽ càng nhỏ. Ví dụ: Thiên thể sáng rõ nhất trên bầu trời là Mặt trời với cấp sao biểu kiến -26,7. Thiên thể sáng thứ nhì là Mặt trăng với cấp sao biểu kiến -12,6. Ngôi sao sáng nhất trên bầu trời đêm: sao Thiên Lang (SiriusA) - 1,46.

Sao Thiên Lang (Sirius A)

Cấp Sao tuyệt đối là gì? Là thang đo xác định giá trị độ sáng ở thiên thể ở cùng một khoảng cách quan sát là 10 pasec (1pasec = 3,26NAS = 31 triệu triệu km). Cũng như Cấp Sao biểu kiến, giá trị của Cấp Sao tuyệt đối càng nhỏ biểu thị độ sáng càng lớn.  Thang này giúp ta xác định độ sáng thực tế của thiên thể một cách khách quan.

Ví dụ: Sao Thiên Lang có cấp sao biểu kiến -1,46, sao Rigel có cấp sao biểu kiến 0,12. Cấp sao tuyệt đối của Thiên Lang chỉ là 1,4 trong khi cấp sao tuyệt đối của Rigel là -7,1. Điều này cho thấy sao Rigel thực sự sáng hơn Thiên Lang rất rất nhiều lần.



Dưới đây là biểu đồ H-R do 2 nhà thiên văn Hertzsprung Ejnar và Russel Henry xác lập thể hiện mối quan hệ giữa màu sắc và độ sáng của sao. Thang đo bên trên là nhiệt độ bề mặt sao - Thang đo dọc bên trái là cường độ sáng so với cường độ sáng của Mặt trời - Thang đo bên phải là cấp sao tuyệt đối.

Có khoảng 90% số sao nằm ở dải chính của biểu đồ kéo dài từ góc dưới bên phải đến góc trên bên trái từ sao lùn đỏ đến sao khổng lồ xanh.


Các sao ở dải chính đều là các sao ở giai đoạn ổn định, chuyển hóa H thành He. Các sao bên góc trên bên phải là các sao siêu khổng lồ đỏ, có kích thước rất lớn. Cấp sao của chúng là 0 và nhiệt độ 6000K tới 3000K. Chúng là các sao đang bước vào giai đoạn hấp hối trong vòng đời của mình.
Các sao ở góc dưới bên phải là loại A-F : các sao lùn trắng nhiệt độ 8000-10000K cấp sao tuyệt đối +5 và kích thước nhỏ bé. Sao lùn trắng là các sao ở giai đoạn cuối cùng của vòng tiến hóa sao. Sẽ được làm rõ ở phần 2 của bài viết.


Mặt trời đang nằm trên dải chính, gần chính giữa của biểu đồ.



Mời các bạn đón xem phần 2 đăng sắp tới: Tiến Hóa Sao - Hố Đen, Sao Xung và Sao Lùn Trắng.



Thiên Thạch






______________________________
Copy bài viết từ blog xin chú thích rõ đường dẫn và tác giả.

ĐỂ CÓ THỂ BẮT ĐẦU TÌM HIỂU VỀ VŨ TRỤ

ĐỂ CÓ THỂ BẮT ĐẦU TÌM HIỂU VỀ VŨ TRỤ


... Chúng ta cần biết chúng ta đang ở đâu? Muốn vậy chúng ta hãy cùng bước vào một cuộc tốc hành quanh vũ trụ với điểm xuất phát là trái đất và đi tới xa vô cùng. Hãy bắt đầu quá trình xác định lại địa chỉ nhà của chúng tay ngay bây giờ.


Chúng ta đang sống trên Trái đất - một hành tinh xanh đầy mộng mơ và yêu thương. Trái đất có một vệ tinh trung thành là Mặt trăng luôn quay quanh nó. Mặt Trăng và Trái đất là một cặp đôi cùng với những hành tinh khác cùng quay quanh Mặt trời, lần lượt theo thứ tự là  Thủy tinh - Kim tinh - (Trái đất) - Hỏa tinh - (vành đai tiểu hành tinh)  Mộc tinh - Thổ tinh - Thiên Vương tinh - Hải Vương tinh. Không hỗn loạn như những chú ruồi quay quanh đĩa thức ăn, 8 hành tinh quay quanh Mặt trời trên một quỹ đạo hình elip gần tròn và hầu như cùng nằm trên một mặt phẳng gọi là mặt phẳng Hoàng Đạo. Hệ Mặt Trời một cách đơn giản chỉ có vậy. Nhưng nó sẽ đột ngột phức tạp lên rất nhiều trong một bài viết khác Tìm hiểu về Hệ Mặt Trời.

Chúng ta đã không mất nhiều thời gian để phóng lướt qua 8 hành tinh và ra khỏi Hệ Mặt Trời, trước mắt chúng ta bây giờ là vô vàn những ngôi sao hàng xóm láng giềng, sống cùng với Hệ Mặt Trời của ta và cùng chung một cuộc hành trình vĩ đại vòng quanh tâm của Dải Ngân Hà - chính là thiên hà chủ nhà của chúng ta.
Thiên hà Milky Way hay còn gọi là Dải Ngân Hà là một tập hợp đồ sộ của hơn 200 tỉ các ngôi sao phân bố thành hình cái đĩa xoắn ốc và quay tròn. Trên cái đĩa này có nhiều nhánh xoắn ốc như những cánh tay của người nghệ sĩ trượt băng đang thực hiện động tác quay tại chỗ, chỉ khác người nghệ sĩ này có nhiều cánh tay, có tay to, và có tay nhỏ có tên như hình dưới đây.

Hệ Mặt Trời của chúng ta đang nằm ở một trong những cánh tay nhỏ như thế, có tên là cánh tay Orion hay Local Spur. Cùng với những ngôi sao hàng xóm lân cận như gần nhất là sao lùn đỏ Proxima Centauri trong chòm sao Bán Nhân Mã, cách Mặt Trời khoảng 4,2 năm ánh sáng, xa hơn một chút là hệ sao đôi Alpha-beta Centauri cách ta khoảng 4,4 năm áng sáng, tiếp đó là Bernard cách ta 6 năm ánh sáng.... Chúng cùng cách tâm thiên hà khoảng 25.000 năm ánh sáng và quay quanh tâm 1 vòng hết 250 triệu năm. Do vậy tưởng tượng rằng từ lúc mà chúng ta sinh ra cho đến bây giờ, cái đĩa Dải Ngân Hà này gần như là đứng im bất động. Mặc dù mỗi giây chúng vẫn lao đi tới 220 km trong không gian.



Nếu có thứ gì đó nhanh hơn ánh sáng thì có lẽ đó chính là sự tưởng tượng. Chúng ta vừa tưởng tượng rằng chúng ta vừa thoát ra khỏi trái đất và phóng vù vù qua mấy chục dòng chữ đã ra khỏi Dải Ngân Hà. Từ đây cuộc hành trình vẫn còn dài nhưng chúng ta sẽ đi rất là nhanh thôi.



Hãy xem Dải Ngân Hà của ta như một thành phố lớn, ví dụ như Hà Nội. Khi ra khỏi Dải Ngân Hà ta sẽ bắt gặp các thiên hà lùn, nhỏ hơn, thưa thớt hơn, một số chỉ như những đám mây sao, không trở thành một thiên hà hẳn hoi, giống như những tỉnh thành vệ tinh, thưa thớt hơn Hà Nội. Đó là những thiên hà lùn, và là thiên hà vệ tinh của Dải Ngân Hà. Có thể kể ra thiên hà lùn Đại Khuyển (Canis Major Dwarf:  Canis là Khuyển, Major là Đại, Dwarf là lùn), thiên hà lùn Nhân Mã (Sagittarius Dwarf), đám mây Magenlan lớn (LMC) và đám mây Magelan nhỏ (SMC)...  Nếu đi xa hơn, ta sẽ bắt gặp một thiên hà xoắn ốc lớn và xunh quanh là các thiên hà lùn vệ tinh của nó, đó chính là thiên hà Tiên Nữ hay Andromeda. Và một thiên hà lớn nữa là thiên hà Tam Giác - Triangle Galaxy.  Tất cả chúng nằm trong một nhóm gọi là Nhóm Thiên Hà Địa Phương, gồm 3 anh lớn là Dải Ngân Hà - Milky Way,  Tiên Nữ - Andromeda, Tam Giác - Triangle và những thiên hà vệ tinh của chúng. Nếu liên tưởng ta sẽ thấy giống Hà Nội - Đà Nẵng - TP HCM của Việt Nam, nếu coi Việt Nam tương tự như một Nhóm Thiên Hà Địa Phương.

Thiên hà Tiên Nữ - Andromeda

Việt Nam về đêm nhìn từ vệ tinh

Tiếp tục vượt ra khỏi Nhóm Thiên Hà Địa Phương, ta bước vào không gian rộng lớn hơn của Siêu Đám Virgo là một tập hợp của hàng trăm thiên hà và cụm thiên hà trong đó có Nhóm Thiên Hà Địa Phương của chúng ta.

Và đến lượt nó, Siêu Đám Virgo lại là một phần nhỏ trong chuỗi Siêu Đám Thiên Hà Địa Phương, gọi là chuỗi vì nó có dạng mạng lưới nhìn tổng thể như mạng lưới các tế bào thần kinh kết nối với nhau. Siêu Đám Thiên Hà Địa Phương chứa Siêu Đám Virgo và các siêu đám lân cận như Siêu đám Coma, Siêu đám Centaurius và hàng trăm các siêu đám khác.


Toàn bộ vũ trụ mà chúng ta quan sát được giống như một mạng lưới dày đặc được đan bởi những Siêu Đám Thiên Hà Địa Phương như vậy. Vũ trụ quả thật là vô cùng lớn và ta hãy cùng nhìn lại chặng đường mà ta đã đi qua những hình ảnh dưới đây.

Về nguyên tắc, đáng lẽ ra chúng ta vẫn có thể đi tiếp và khám phá ra bên ngoài của tất cả những thứ trên là cái gì. Đáng tiếc thay, đây đã là toàn bộ những gì mà chúng ta có thể quan sát được, do vậy không có cách nào ta biết được bên ngoài còn có những gì. Tại sao ta lại chỉ quan sát được có vậy? Bởi vì vũ trụ đang giãn nở, và phần mà ta không quan sát được đang bay xa khỏi ống kính quan sát của chúng ta thậm chí nhanh hơn tốc độ của ánh sáng và thông tin mà nó có thể truyền ngược lại cho ta biết.


Chúng ta đã vừa đi rất nhanh đến biên giới của vũ trụ trong hiểu biết của khoa học hiện nay, một cuộc cưỡi tàu vũ trụ xem hoa. Nếu tàu vũ trụ có công tơ mét, nó sẽ báo cho chúng ta biết chúng ta đã đi được quãng đường tới hơn 50 tỉ năm ánh sáng, tức là nếu đi nhanh như ánh sáng, thì sẽ đi đến nơi trong vòng 50 tỉ năm -  có lẽ là hơi lâu so với sự kiên nhẫn của tất cả chúng ta.



Vậy Vũ Trụ thực sự rộng lớn như thế nào, Vũ Trụ hình thành ra sao và Giãn Nở như thế nào? Các bạn hãy đợi ở những bài viết tiếp theo.




Thiên Thạch



PS: Như vậy chúng ta đã có thể xác định được địa chỉ nhà của chúng ta một cách đầy đủ:
Ví dụ nhà tôi:  Số nhà xx phố YY quận Hai Bà, thành phố Hà Nội - Việt Nam -châu Á -Trái đất - Thái Dương Hệ - Khu vực liên sao láng giềng - Nhánh Orion - Dải Ngân Hà - Nhóm Thiên Hà Địa Phương - Siêu Đám Virgo - Siêu Đám Thiên Hà Địa Phương - Vũ trụ quan sát được, tạm gọi là Vũ trụ tuyệt vời.

Có vậy thì những người sống bên ngoài vũ trụ muốn gửi thư cho ta mới có thể tìm đúng địa chỉ!







______________________________
Copy bài viết từ blog xin chú thích rõ đường dẫn và tác giả.