Giáo trình thiên văn học đại cương phần đọc thêm: Mặt trời

Mặt trời là một ngôi sao bình thường. Nó đặc biệt đối với con người vì nó là ngôi sao ở gần chúng ta nhất. Chương này đề cập đến khí quyển Mặt trời, hoạt động của Mặt trời và ảnh hưởng của nó đối với Trái đất, bên trong Mặt trời, đặc biệt là phản ứng hạt nhân cung cấp năng lượng cho Mặt trời. Mặt trời hoàn toàn là khí. Khoảng 75% (của mỗi kg khí) là hiđrô, 23% là hêli, các khí còn lại chỉ chiếm 2%.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình thiên văn học đại cương phần đọc thêm: Mặt trời PHẦN ĐỌC THÊM MẶT TRỜI Giới thiệu : Các lớp của Mặt Trời * Mặt trời là một ngôi sao bình thường. Nó đặc biệt đối với con người vì nó là ngôi sao ởgần chúng ta nhất. Chương này đề cập đến khí quyển Mặt trời, hoạt động của Mặt trời vàảnh hưởng của nó đối với Trái đất, bên trong Mặt trời, đặc biệt là phản ứng hạt nhân cungcấp năng lượng cho Mặt trời. Mặt trời hoàn toàn là khí. Khoảng 75% (của mỗi kg khí) là hiđrô, 23% là hêli, các khícòn lại chỉ chiếm 2%. Nếu chúng ta tưởng tưởng thực hiện một cuộc hành trình từ tâm Mặttrời đi ra ngoài, qua các hành tinh, thì mật độ khí luôn luôn giảm xuống. Mật độ khí giảmcỡ 1026 lần. Đầu óc của con người nghĩ về những con số như thế này không phải rất dễdàng. Bởi vậy để hiểu biết về Mặt trời, chúng ta chia Mặt trời thành các lớp khác nhau mộtcách thuận tiện. Hình 1 chỉ rõ những lớp này. Nhân ở tâm rất nóng (T ~ 1,5. 107 K). Ở đó,nhiệt năng được tạo bởi những phản ứng hạt nhân. Bức xạ rất mạnh ở nhân. Từ đó, bức xạkhuyết tán từ từ ra phía ngoài mang năng lượng tới những vùng ít nóng hơn. Ở ngoài xahơn nữa, năng lượng được mang bởi sự đối lưu hơn là bức xạ. Cuối cùng, khi nhiệt độgiảm xuống tới khoảng 6. 103 K, mật độ thấp đến nỗi dường như tất cả bức xạ có thểthoát vào vũ trụ. Đó chính là lớp mà chúng ta quan sát thấy như là bề mặt của Mặt trời –Quang quyển. Khi chúng ta đi ra ngoài xa hơn nữa, nhiệt độ đột ngột tăng lên tới khoảng2.106 K. Các khí nóng này, vành nhật hoa của Mặt trời, có thể được nhìn thấy, ví dụ trongsuốt một nhật thực toàn phần, chẳng hạn như nhật thực toàn phần xảy ra ở Việt Nam vàonăm 1995. Các lớp phía ngoài của Mặt trời kể cả quang quyển và vành nhật hoa, được gọilà khí quyển Mặt trời. Khi chúng ta đi ra ngoài xa hơn nữa, các khí của Mặt Trời chuyểnđộng ra xa Mặt trời. Đó là gió Mặt trời. Nó thổi qua các hành tinh và gặp các khí giữa cácsao ở cách Mặt trời khoảng 150 đơn vị thiên văn (đ.v.t.v). KHÍ QUYỂN MẶT TRỜIQUANG QUYỂN. Bề mặt của Mặt trời là lớp khí mà từ đó ánh sáng tới chúng ta, lớp mà chúng ta có thểchụp ảnh được. Lớp này – được gọi là quang quyển, hiện ra như một mép sắc cạnh của Mặttrời vì độ dày của nó, khoảng 3.102 km, là nhỏ so với những chi tiết nhỏ nhất mà chúng tacó thể nhận ra (thậm chí với các kính thiên văn) khi chúng nhìn vào Mặt trời qua khí quyểnTrái đất. Bán kính Mặt trời được xác định như là khoảng cách của quang quyển tính từ tâmMặt trời, R = 7 x105 km. Màu sắc và cường độ của ánh sáng Mặt trời (được xác định tươngứng theo định luật dịch chuyển Wien và định luật Stefan-Boltzmann) đều cho nhiệt độ bềmặt vào khoảng 5,8. 103 K. Ánh sáng Mặt trời có cường độ rất mạnh. Không được nhìn vào Mặt trời bằng mắt trầnvà đặc biệt là không được nhìn vào Mặt trời qua các thấu kính hoặc kính thiên văn. Một sốkính thiên văn có thể được sử dụng để chiếu sáng Mặt trời vào một bề mặt màu trắng. Hìnhảnh này là an toàn nếu nhìn vào đó.PHỔ CỦA MẶT TRỜI. Nếu chúng ta đo cường độ của ánh sáng Mặt trời ở những bước sóng khác nhau thì kếtquả thu được rất giống với phổ nhiệt Planck Dẫu sao, ở nhiều bước sóng xác định, ánhsáng bị hấp thụ trước khi rời khỏi Măt trời. Trên phổ có những vạch hấp thụ tối màu ởnhững bước sóng này. Những vạch phổ này chứa rất nhiều thông tin. Thứ nhất, chúng ta là những vạch phổ hẹp. Điều này nói lên rằng Măt Trời được cấutạo bởi các chất khí bởi vì các chất rắn và các chất lỏng có phổ với những vạch rất rộng. Thứ hai, những bước sóng xác định của các vạch phổ hấp thụ xác định các nguyên tốcó ở trong Mặt trời. Những vạch tốt nhất là các vạch phổ của hiđrô, canxi, natri và có nhiềuvạch phổ của sắt. Ngoài ra cũng có những vạch phổ của tất cả những nguyên tố bền. Thứ ba, với những kiến thức về vật lý nguyên tử và lý thuyết, chúng ta có thể suy ra độphổ cập của mỗi nguyên tố (số lượng của nguyên tố so với hiđrô). Vào đầu thế kỷ XX, cácnhà thiên văn cho rằng những nguyên tố có các vạch phổ mạnh nhất, H, Ca, Na và nguyêntố cho nhiều vạch phổ nhất, Fe, có độ phổ cập như nhau. Tuy nhiên, vào những năm 1920,một trong những nhà nữ thiên văn đầu tiên, Cecilia Payne-Gaposhkin, phân tích một cáchchi tiết theo vật lý nguyên tử và sau vài năm đã thuyết phục các nhà thiên văn hoài nghirằng những nhận định ban đầu của họ là sai. Ngày nay, chúng ta biết rằng Mặt Trời chứachủ yếu là hiđrô và một ít hêli. Những nguyên tố nặng hơn hiđrô và hêli đóng góp mộtphần rất nhỏ vào khối lượng của Mặt trời. Các vạch phổ của Ca và Na là quá mạnh và cácvạch phổ của Fe là quá nhiều là do những tính chất của nguyên tử quyết định.Thứ tư, những vạch phổ được lựa chọn một cách cẩn thận có thể được dùng để xác định từtrường trong các khí Mặt Trời (theo sự tách vạch Zeeman, xem phần dưới) hoặc để xácđịnh vận tốc của khí (bở độ dịch vạch theo hiệu ứng Doppler). ...