Mặt trời
Phiên bản vào lúc 16:35, ngày 6 tháng 1 năm 2021 của Marrella (Thảo luận | đóng góp) (→‎Vùng bức xạ)
(khác) ← Phiên bản cũ | xem phiên bản hiện hành (khác) | Phiên bản mới → (khác)
UnderCon icon.svg Mục từ này chưa được bình duyệt và có thể cần sự giúp đỡ của bạn để hoàn thiện.

Mặt trờingôi sao nằm ở trung tâm của Hệ Mặt trời. Nó là một khối cầu plasma gần hoàn hảo,[1][2] được gia nhiệt đến nóng sáng bởi phản ứng nhiệt hạch trong lõi và tỏa năng lượng chủ yếu dưới dạng ánh sáng nhìn thấy và bức xạ hồng ngoại. Cho đến nay Mặt trời là nguồn năng lượng quan trọng nhất đối với sự sống trên Trái đất. Mặt trời có đường kính khoảng 1,39 triệu kilomet, bằng 109 lần đường kính Trái đất. Khối lượng của Mặt trời gấp khoảng 330.000 lần khối lượng Trái đất và chiếm đến 99,86% tổng khối lượng của Hệ Mặt trời.[3] Mặt trời có thành phần chủ yếu là hydro (~73%), còn lại đa phần là heli (~25%) và lượng rất nhỏ các nguyên tố nặng hơn bao gồm oxy, carbon, neon, và sắt.[4]

Căn cứ vào lớp quang phổ thì Mặt trời là sao dãy chính loại G (G2V). Bởi vậy, nó được đề cập một cách không chính thức và không hoàn toàn chính xác là sao lùn vàng (ánh sáng Mặt trời gần màu trắng hơn là vàng). Mặt trời hình thành cách đây khoảng 4,6 tỷ năm[5] từ sự suy sụp hấp dẫn của vật chất trong một vùng mây phân tử lớn. Hầu hết vật chất này tập hợp vào tâm trong khi phần còn lại bị dát phẳng thành một đĩa quay mà sau này trở thành Hệ Mặt trời. Khối lượng trung tâm trở nên quá nóng và đặc, rốt cục khơi gợi quá trình tổng hợp hạt nhân trong lõi. Hiện con người cho rằng gần như toàn bộ các ngôi sao hình thành bởi quá trình này.

Hiện tại, cứ mỗi giây Mặt trời tổng hợp khoảng 600 triệu tấn hydro thành heli trong lõi và kết quả là bốn triệu tấn vật chất được chuyển hóa thành năng lượng. Năng lượng này mất khoảng 10.000 đến 170.000 năm để thoát ra khỏi lõi, là nguồn ánh sáng và nhiệt của Mặt trời. Khi mà hoạt động tổng hợp hydro trong lõi suy biến đến điểm mà cân bằng thủy tĩnh mất đi, lõi của Mặt trời sẽ trải qua quá trình gia tăng mật độ và nhiệt độ rõ rệt trong khi các lớp ngoài phình to, cuối cùng biến Mặt trời thành sao khổng lồ đỏ. Theo tính toán Mặt trời sẽ lớn đến mức bao trùm quỹ đạo hiện tại của Sao thủySao kim, tiêu diệt sự sống trên Trái đất song điều này chưa diễn ra trong năm tỷ năm tới. Sau đó, Mặt trời sẽ bung các lớp ngoài ra và trở thành một loại sao lạnh đặc gọi là sao lùn trắng, không còn tạo ra năng lượng thông qua tổng hợp hạt nhân song vẫn phát sáng và tỏa nhiệt nhờ sản phẩm tổng hợp trước đó.

Con người đã nhận ra ảnh hưởng vô cùng to lớn của Mặt trời lên Trái đất từ thời tiền sử. Một số nền văn hóa xem Mặt trời như một vị thần. Chuyển động đồng bộ của Trái đất cùng quỹ đạo của nó quanh Mặt trời là cơ sở của lịch Mặt trờimột trong số đó được dùng phổ biến ngày nay.

Đặc điểm tổng quan[sửa]

Mặt trời là sao dãy chính loại G, chiếm đến khoảng 99,86% khối lượng Hệ Mặt trời. Nó có độ sáng tuyệt đối +4,83, ước tính sáng hơn khoảng 85% số sao trong Dải Ngân Hà mà đa phần là sao lùn đỏ.[6][7] Mặt trời thuộc quần thể sao I hay sao giàu nguyên tố nặng.[↓ 1][8] Về nguồn gốc thì các sóng xung kích từ một hay nhiều hơn siêu tân tinh ở gần có thể đã khởi động sự hình thành của Mặt trời.[9] Căn cứ cho giả thuyết này là số lượng nhiều các nguyên tố nặng như vànguranium trong Hệ Mặt trời so với quần thể sao II bao gồm những ngôi sao có ít nguyên tố nặng. Những nguyên tố này khả năng cao nhất đến từ phản ứng hạt nhân thu nhiệt trong siêu tân tinh hoặc từ sự biến đổi qua hấp thu neutron trong một ngôi sao thế hệ hai khổng lồ.[8]

Quan sát từ Trái đất, Mặt trời là thiên thể sáng nhất trên bầu trời với độ sáng biểu kiến −26,74.[10][11] So với ngôi sao sáng thứ hai là Sirius có độ sáng biểu kiến −1,46 thì Mặt trời sáng hơn khoảng 13 tỷ lần. Một đơn vị thiên văn (150.000.000 km) được định nghĩa là khoảng cách trung bình giữa tâm Trái đất và tâm Mặt trời, khoảng cách này thay đổi khi Trái đất di chuyển từ điểm cận nhật trong tháng 1 đến điểm viễn nhật trong tháng 7.[12] Ở khoảng cách trung bình, ánh sáng mất 8 phút 19 giây để đi từ chân trời Mặt trời đến chân trời Trái đất còn trường hợp hai điểm gần nhau nhất sẽ mất ít hơn khoảng hai giây. Năng lượng của ánh sáng mặt trời hỗ trợ gần như toàn bộ sự sống trên Trái đất thông qua quang hợp[13] và chi phối thời tiết cũng như khí hậu trên Trái đất.

Mặt trời không có ranh giới rõ ràng nhưng mật độ của nó giảm theo cấp số mũ tương ứng với độ cao gia tăng phía trên quang quyển.[14] Vì mục đích đo lường, bán kính Mặt trời được xem là khoảng cách từ tâm đến rìa quang cầu, bề mặt nhìn thấy rõ của Mặt trời.[15] Theo cách đo này thì Mặt trời là khối cầu gần hoàn hảo với độ dẹt ước tính chỉ khoảng 9 phần triệu,[16] tức là đường kính cực chỉ sai khác đường kính xích đạo 10 km.[17] Hiệu ứng thủy triều của các hành tinh là yếu và không gây ảnh hưởng đáng kể đến hình dạng của Mặt trời.[18] Mặt trời quay tại xích đạo nhanh hơn cực, nguyên nhân là vận động đối lưu bắt nguồn từ vận chuyển nhiệt và lực Coriolis bắt nguồn từ chuyển động quay của Mặt trời. Xét hệ quy chiếu ứng với các vì sao thì chu kỳ quay của Mặt trời là xấp xỉ 25,6 ngày tại xích đạo và 33,5 ngày tại cực. Nếu quan sát từ Trái đất khi hành tinh này quay quanh Mặt trời thì chu kỳ quay biểu kiến của Mặt trời tại xích đạo là khoảng 28 ngày.[19] Quan sát từ một điểm thuận lợi phía trên cực bắc của Mặt trời sẽ thấy Mặt trời quay ngược chiều kim đồng hồ quanh trục quay của nó.[20]

Ánh sáng mặt trời[sửa]

Mặt trời quan sát từ bề mặt Trái đất

Hằng số mặt trời là lượng năng lượng mà Mặt trời cung cấp cho một đơn vị diện tích tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời. Hằng số này có giá trị xấp xỉ 1.368 W/m2 (oát một mét vuông) ứng với khoảng cách một đơn vị thiên văn tính từ Mặt trời (tức là gần hoặc trên Trái đất).[21] Khi đi qua khí quyển Trái đất, ánh sáng Mặt trời bị suy giảm cường độ nên năng lượng đến bề mặt Trái đất ít hơn, gần 1.000 W/m2 lúc trời trong và Mặt trời gần thiên đỉnh.[22] Ánh sáng mặt trời ở trên cùng khí quyển Trái đất có thành phần năng lượng gồm 50% ánh sáng hồng ngoại, 40% ánh sáng nhìn thấy và 10% ánh sáng tử ngoại.[23] Khí quyển Trái đất đã loại bỏ 70% tia tử ngoại Mặt trời, đặc biệt những tia có bước sóng ngắn hơn.[24] Vào ban ngày bức xạ tử ngoại của Mặt trời ion hóa thượng tầng khí quyển Trái đất, sinh ra tầng điện ly dẫn điện.[25]

Mặt trời có màu trắng với chỉ số không gian màu CIE gần (0.3, 0.3) khi nhìn từ không gian hay lúc Mặt trời lên cao trên bầu trời.[26] Cường độ bức xạ đạt đỉnh điểm ở phần màu xanh lá của quang phổ.[27] Khi Mặt trời xuống thấp, tán xạ khí quyển làm cho Mặt trời có màu vàng, đỏ, cam, hoặc đỏ tươi. Mặc dù màu sắc điển hình của Mặt trời là trắng nhưng nhiều người vẫn vẽ Mặt trời màu vàng, lý do cho điều này là đề tài tranh luận.[28] Mặt trời là sao G2V, trong đó G2 ám chỉ nhiệt độ bề mặt xấp xỉ 5.778 K (5.505 °C, 9.941 °F) còn V là sao dãy chính giống như phần nhiều ngôi sao khác.[29][30] Độ chói trung bình của Mặt trời là khoảng 1,88 giga candela một mét vuông (cd/m2) nhưng nếu nhìn qua khí quyển Trái đất thì nó giảm còn khoảng 1,44 cd/m2. Tuy nhiên độ chói không đồng nhất trên toàn đĩa Mặt trời do phần rìa trông tối hơn phần giữa.

Thành phần[sửa]

Mặt trời có thành phần chủ yếu là hai nguyên tố hóa học hydroheli. Lúc này, chúng đang chiếm lần lượt 74,9% và 23,8% khối lượng quang cầu của Mặt trời.[31] Mọi nguyên tố nặng hơn, gọi là kim loại trong thiên văn học, chỉ chiếm chưa đến 2% khối lượng, trong đó nhiều nhất là oxy (khoảng 1% khối lượng Mặt trời), carbon (0,3%), neon (0,2%), và sắt (0,2%).[32]

Thành phần hóa học nguyên thủy của Mặt trời có nguồn gốc từ môi trường liên sao nơi nó sinh ra. Ban đầu Mặt trời chứa khoảng 71,1% hydro, 27,4% heli và 1,5% nguyên tố nặng hơn.[31] Hydro và đa phần heli trong Mặt trời đến từ tổng hợp hạt nhân Big Bang trong 20 phút đầu tiên của vũ trụ, còn những nguyên tố nặng hơn do những ngôi sao thế hệ trước tạo ra trước lúc Mặt trời xuất hiện. Những nguyên tố này được phát tán vào môi trường liên sao trong những giai đoạn cuối cùng của cuộc đời ngôi sao và bởi các sự kiện như siêu tân tinh.[33]

Kể từ khi Mặt trời hình thành, một quá trình quan trọng hàng đầu đã diễn ra đó là tổng hợp hydro thành heli. 4,6 tỷ năm vừa qua, số lượng và vị trí của heli trong Mặt trời đã dần dần thay đổi. Ở trong lõi, tỷ lệ heli tăng từ khoảng 24% lên 60% nhờ tổng hợp và một lượng heli cùng những nguyên tố nặng hơn đã dịch chuyển từ quang quyển hướng đến tâm Mặt trời do trọng lực. Tỷ lệ kim loại (nguyên tố nặng) không thay đổi. Tác nhân truyền nhiệt từ lõi ra ngoài là bức xạ chứ không phải đối lưu, vậy nên sản phẩm tổng hợp không được nhiệt đưa ra ngoài và vẫn ở trong lõi.[34] Vậy là dần dần một lõi trong heli bắt đầu hình thành nhưng chưa thể tổng hợp nguyên tố vì lõi Mặt trời hiện tại chưa đủ nóng và đặc để tổng hợp heli. Ở quang cầu lúc này tỷ phần heli đã giảm còn kim loại chỉ còn 84% so với pha tiền sao (trước lúc tổng hợp hạt nhân trong lõi bắt đầu). Trong khoảng 5 tỷ năm tới, heli sẽ tiếp tục tích lũy và cuối cùng khiến Mặt trời thoát khỏi giai đoạn dãy chính và trở thành sao khổng lồ đỏ.[35]

Thành phần hóa học của quang cầu thường được xem là điển hình của thành phần Hệ Mặt trời nguyên thủy.[36] Tỷ lệ các nguyên tố nặng của Mặt trời như trình bày ở trên thường được đo bằng phổ học quang quyển và bằng đo lường trong những vẫn thạch mà không bao giờ bị thiêu đốt đến nhiệt độ nóng chảy. Những vẫn thạch này được cho lưu giữ thành phần của Mặt trời tiền sao và do đó không bị ảnh hưởng bởi kiểu bố trí các nguyên tố nặng. Hai phương pháp này nhìn chung cho ra kết quả tương đồng.[4]

Cấu trúc[sửa]

Cấu trúc của Mặt trời

Cấu trúc của Mặt trời bao gồm các lớp sau:

  • Lõi – 20–25% bán kính trong cùng của Mặt trời, nơi nhiệt độ và áp suất là đủ để phản ứng nhiệt hạch diễn ra. Ở đây hydro được tổng hợp thành heli. Quá trình này giải phóng năng lượng và khiến lõi dần trở nên tích lũy heli.
  • Vùng bức xạ – trong khoảng 20–25% bán kính đến 70% bán kính, ở đây năng lượng được truyền đi nhờ bức xạ thay vì đối lưu.
  • Lớp dị biệt – ranh giới giữa vùng bức xạ và vùng đối lưu.
  • Vùng đối lưu – trong khoảng 70% bán kính Mặt trời đến một điểm gần bề mặt nhìn thấy, nơi Mặt trời đủ lạnh và khuếch tán để đối lưu diễn ra. Nhiệt được truyền ra phía ngoài chủ yếu nhờ đối lưu.
  • Quang quyển – phần sâu nhất của Mặt trời mà có thể quan sát trực tiếp bằng ánh sáng nhìn thấy. Vì là một vật thể khí nên Mặt trời không có bề mặt được xác định rõ. Những phần nhìn thấy của Mặt trời thường được phân thành 'quang quyển' và 'khí quyển'
  • Khí quyển – một 'quầng' khí bao quanh Mặt trời bao gồm sắc quyển, vùng chuyển tiếp, vành nhật hoanhật quyển. Có thể quan sát những phần này khi phần chính của Mặt trời bị che đi, ví dụ như trong nhật thực.

Lõi[sửa]

Lõi của Mặt trời mở rộng từ tâm đến khoảng 20–25% bán kính Mặt trời.[37] Lõi có mật độ (hay khối lượng riêng) lên tới 150 g[38][39] (cỡ 150 lần mật độ nước) và nhiệt độ gần 15,7 triệu kelvin (K)[39] so với nhiệt độ bề mặt là 5,800 K. Công tác phân tích dữ liệu SOHO gần đây gợi ý tốc độ quay trong lõi nhanh hơn vùng đối lưu bên trên.[37] Trong hầu hết cuộc đời của Mặt trời, năng lượng được sản sinh trong lõi nhờ một loạt phản ứng hạt nhân gọi là chuỗi p–p (proton–proton) đã chuyển hóa hydro thành heli.[40] Chỉ 0,8% năng lượng sinh ra trong Mặt trời đến từ những chuỗi phản ứng tổng hợp khác gọi là chu trình CNO nhưng tỷ lệ này được dự kiến tăng lên khi Mặt trời già đi.[41][42]

Lõi là khu vực duy nhất của Mặt trời sản sinh một lượng nhiệt năng đáng kể nhờ hợp hạch. 99% năng lược được tạo ra trong 24% bán kính Mặt trời và đến điểm 30% bán kính thì hoạt động tổng hợp chấm dứt gần như hoàn toàn. Năng lượng này nung nóng phần còn lại của Mặt trời khi được truyền ra phía ngoài qua nhiều lớp liên tiếp, cuối cùng đến quang quyển rồi thoát vào không gian dưới dạng bức xạ (photon) hoặc bình lưu (các hạt lớn).[29][43]

Mỗi giây, chuỗi proton–proton xảy ra tầm 9,2 × 1037 lần trong lõi, chuyển hóa 3,7×1038 proton thành hạt alpha (hạt nhân heli) (tổng số proton tự do trong Mặt trời là ~8,9×1056), hay tốc độ 6,2 × 1011 kg.[29] Hoạt động tổng hợp bốn proton (hạt nhân hydro) tự do thành một hạt alpha giải phóng năng lượng cỡ 0,7% khối lượng hợp hạch,[44] vậy tốc độ chuyển hóa khối lượng–năng lượng là 4,26 triệu tấn một giây (đòi hỏi 60 mega tấn hydro[45]) ứng với công suất 384,6 yottawatt (3,846 × 1026 W),[46] hay 9,192×1010 mega tấn TNT mỗi giây. Mặt trời sản sinh nhiều năng lượng chủ yếu vì mật độ lõi và kích cỡ lớn (so với Trái đất và những vật thế trên Trái đất), thực tế chỉ có một lượng năng lượng khá nhỏ được tạo ra trong mỗi mét khối. Các mô hình lý thuyết về phần trong Mặt trời chỉ ra mật độ công suất tối đa là khoảng 276,5 watt mỗi mét khối tại tâm lõi,[47] ngang bằng mật độ công suất bên trong một đống phân trộn.[48]

Tốc độ hợp hạch trong lõi đang ở trạng thái cân bằng tự hiệu chỉnh. Nếu hợp hạch xảy ra hơi nhanh hơn thì lõi nóng lên nhiều hơn và hơi phình to thêm đối kháng trọng lượng của các lớp ngoài, làm giảm mật độ và kéo theo đó giảm tốc độ hợp hạch, hiệu chỉnh nhiễu loạn. Còn khi tốc độ hơi chậm hơn, lõi sẽ nguội hơn và hơi co lại, làm tăng mật độ cũng như tốc độ hợp hạch và đưa nó quay về trạng thái cũ.[49][50]

Vùng bức xạ[sửa]

Từ lõi đến khoảng 0,7 bán kính mặt trời, bức xạ nhiệt là phương thức truyền năng lượng chủ yếu.[51] Nhiệt độ giảm từ tầm 7 triệu xuống 2 triệu K khi khoảng cách đến lõi ngày một xa.[39] Mức gradien nhiệt độ này thấp hơn tốc độ giảm đoạn nhiệt nên không thể điều chỉnh đối lưu, lý giải tại sao năng lượng được truyền qua vùng này bằng bức xạ chứ không phải đối lưu nhiệt.[39] Các ion hydro và heli phát ra photon nhưng không di chuyển được bao xa trước khi bị ion khác tái hấp thu.[51] Mật độ sụt giảm một trăm lần (20 g/cm3 xuống 0,2 g/cm3) từ 0,25 bán kính đến 0,7 bán kính, ranh giới phía ngoài của vùng bức xạ.[51]

Lớp dị biệt[sửa]

Giữa vùng bức xạ và vùng đối lưu có một lớp chuyển tiếp ngăn cách gọi là tachocline. Ở đây chứng kiến sự thay đổi đột ngột từ chuyển động quay đồng nhất của vùng bức xạ bên dưới đến kiểu chuyển động khác biệt của vùng đối lưu bên trên, dẫn tới độ trượt lớn giữa hai vùng.[52] Hiện đang có giả thuyết là một dynamo từ trong lớp này đã tạo ra từ trường Mặt trời.[39]

Các giai đoạn phát triển[sửa]

Lúc này, Mặt trời đã trải qua khoảng một nửa quãng đời và đang trong giai đoạn ổn định nhất. Nó đã không thay đổi gì đáng kể trong bốn tỷ năm qua và sẽ vẫn như vậy trong hơn năm tỷ năm nữa. Tuy nhiên, sau khi hoạt động tổng hợp hydro trong lõi chấm dứt, những biến đổi rõ rệt sẽ xuất hiện ở cả phần trong lẫn phần ngoài của Mặt trời.

Hình thành[sửa]

Cách đây khoảng 4,6 tỷ năm, một phần của một đám mây phân tử khổng lồ mà có thành phần chủ yếu là hydro và heli đã suy sụp dẫn tới sự hình thành của Mặt trời và có thể là nhiều ngôi sao khác.[53] Thời điểm này được ước tính dựa trên mô hình máy tính về tiến hóa saoniên đại vũ trụ hạt nhân.[54] Kết quả phù hợp với tuổi đo bằng phóng xạ của vật chất cổ nhất của Hệ Mặt trời là 4,567 tỷ năm.[55][56] Các nghiên cứu về vẫn thạch cổ xưa tiết lộ dấu vết của những hạt nhân con ổn định của đồng vị không bền như sắt-60 chỉ hình thành trong những ngôi sao yểu mệnh, phát nổ. Điều này chỉ ra phải có một hay nhiều hơn siêu tân tinh xảy ra gần địa điểm Mặt trời hình thành. Sóng xung kích từ một siêu tân tinh gần đó sẽ kích hoạt sự hình thành của Mặt trời bằng cách nén vật chất trong đám mây phân tử và khiến những vùng nhất định suy sụp dưới trọng lực của chính chúng.[57] Phần suy sụp của đám mây cũng bắt đầu quay do sự bảo toàn momen động lượng trong lúc nhiệt độ và áp suất tăng lên. Hầu hết khối lượng tập hợp vào tâm trong khi phần còn lại bị dát phẳng thành một đĩa mà cuối cùng sẽ trở thành các hành tinh và vật thể Hệ Mặt trời khác. Trọng lực và áp suất trong lõi của đám mây sản sinh nhiều nhiệt khi nó bồi tụ thêm vật chất từ đĩa xung quanh, cuối cùng khơi gợi quá trình tổng hợp hạt nhân.

Dãy chính[sửa]

Sự biến đổi về độ sáng, bán kính, và nhiệt độ hiệu dụng của Mặt trời qua thời gian so sánh với Mặt trời hiện tại (theo Ribas, 2010)[58]

Mặt trời đã đi qua một nửa giai đoạn là sao dãy chính mà ở đó phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi biến hydro thành heli. Cứ mỗi giây trôi qua, hơn bốn triệu tấn vật chất được chuyển hóa thành năng lượng bên trong lõi Mặt trời, sinh ra bức xạ mặt trờineutrino. Căn cứ vào tốc độ này thì tính đến nay Mặt trời đã chuyển hóa cỡ 100 lần khối lượng Trái đất thành năng lượng, tương đương khoảng 0,03% tổng khối lượng của Mặt trời. Mặt trời sẽ duy trì là một ngôi sao dãy chính trong khoảng 10 tỷ năm.[59] Nó dần trở nên nóng hơn trong giai đoạn này bởi các nguyên tử heli trong lõi chiếm ít dung tích hơn nguyên tử hydro đã bị tổng hợp. Bởi vậy, lõi co lại cho phép các lớp ngoài dịch gần hơn vào tâm và chịu một lực hấp dẫn mạnh hơn theo định luật bình phương nghịch đảo. Lực hấp dẫn mạnh hơn làm tăng áp lực lên lõi, nhưng tốc độ tổng hợp hạt nhân dần dần tăng lên đã kháng cự lại áp lực. Quá trình này diễn ra nhanh hơn khi lõi dần trở nên đặc hơn. Theo ước tính Mặt trời đã sáng hơn 30% trong 4,5 tỷ năm qua.[60] Hiện tại độ sáng của nó đang tăng khoảng 1% mỗi 100 triệu năm.[61]

Sau khi lõi cạn kiệt hydro[sửa]

So sánh kích cỡ Mặt trời hiện tại (đang ở dãy chính) và Mặt trời tương lai ở pha khổng lồ đỏ

Mặt trời không có đủ khối lượng để tạo ra siêu tân tinh, thay vào đó nó sẽ kết thúc thời kỳ dãy chính trong khoảng 5 tỷ năm tới và biến đổi thành sao khổng lồ đỏ.[62][63] Khi ấy, Mặt trời sẽ phình to đến mức nuốt trọn Sao thủy, Sao kim và có thể là cả Trái đất.[63][64]

Trước khi trở thành sao khổng lồ đỏ, độ sáng của Mặt trời sẽ tăng gần gấp đôi và Trái đất sẽ nhận nhiều ánh sáng mặt trời như Sao kim ngày nay. 5,4 tỷ năm tới, khi mà hydro trong lõi đã cạn kiệt, Mặt trời sẽ bước vào pha cận khổng lồ và tăng gấp đôi kích cỡ trong khoảng 500 triệu năm. Sau đó nó phình to nhanh hơn trong khoảng 500 triệu năm tiếp đến khi to hơn ngày nay 200 lần và sáng hơn vài ngàn lần. Kế đến là pha nhánh khổng lồ đỏ kéo dài khoảng một tỷ năm khiến Mặt trời mất đi cỡ một phần ba khối lượng.[63]

Sau pha nhánh khổng lồ đỏ, quãng đời hoạt động của Mặt trời chỉ còn lại 120 triệu năm nhưng có nhiều điều xảy ra. Trước tiên, lõi mà lúc này chứa đầy heli suy biến kích thích dữ dội trong nháy heli mà ở đó ước tính 6% lõi ứng với 40% khối lượng Mặt trời sẽ bị chuyển hóa thành carbon chỉ trong vài phút thông qua quá trình ba-alpha.[65] Mặt trời sẽ co lại còn bằng khoảng 10 lần kích cỡ hiện tại và độ sáng bằng 50 lần, trong khi nhiệt độ thì thấp hơn một chút. Khi ấy nó sẽ vươn đến lùm đỏ hay nhánh ngang nhưng một ngôi sao có khối lượng Mặt trời không tiến hóa hướng xanh dương dọc nhánh ngang. Thay vào đó nó chỉ trở nên sáng hơn và lớn lên vừa phải trong khoảng 100 triệu năm khi heli trong lõi tiếp tục phản ứng.[63]

Tới khi mà heli cạn kiệt, Mặt trời sẽ lại phình to giống như khi hydro cạn kiệt, chỉ khác là lần này mọi chuyện diễn ra nhanh hơn và Mặt trời trở nên sáng và lớn hơn. Đây là pha nhánh khổng lồ tiệm cận và Mặt trời đang sử dụng hydro ở vỏ hoặc heli ở vỏ sâu hơn thay thế. Sau khoảng 20 triệu năm vào đầu nhánh khổng lồ tiệm cận, Mặt trời trở nên ngày càng bất ổn với khối lượng mất đi nhanh và xung nhiệt làm tăng kích cỡ và độ sáng trong vài trăm năm ứng với mỗi chu kỳ 100.000 năm hoặc hơn. Các đợt xung nhiệt ngày một lớn hơn và những đợt sau đẩy độ sáng lên đến gấp 5.000 lần hiện tại cùng bán kính lên hơn 1 đơn vị thiên văn.[66] Theo một mô hình năm 2008, quỹ đạo Trái đất co lại do lực thủy triều (và cuối cùng kéo từ hạ sắc quyển) nên nó sẽ bị Mặt trời nuốt lúc gần đỉnh điểm của pha nhánh khổng lồ đỏ, tương tự như Sao thủy và Sao kim vào lần lượt 3,8 và 1 triệu năm trước đó. Các mô hình là khác nhau tùy thuộc vào tốc độ và thời gian mất mát khối lượng. Mô hình mà có mất mát khối lượng nhiều hơn ở nhánh khổng lồ đỏ tạo ra những ngôi sao nhỏ và kém sáng hơn ở nhánh khổng lồ tiệm cận, có lẽ chỉ 2.000 lần độ sáng và chưa đến 200 lần bán kính.[63] Đối với Mặt trời, bốn đợt xung nhiệt được dự đoán xảy ra trước khi nó mất hoàn toàn vỏ ngoài và khởi động hình thành tinh vân hành tinh. Kết thúc pha kéo dài 500.000 năm này, Mặt trời sẽ chỉ còn khoảng nửa khối lượng hiện tại.

Diễn biến hậu nhánh khổng lồ tiệm cận thậm chí còn nhanh hơn. Nhiệt độ tăng nhưng độ sáng gần như bất biến. Nửa khối lượng Mặt trời bắn ra bị ion hóa thành tinh vân hành tinh để lại lõi trần nóng đến 30.000 K. Lõi trần cuối cùng là một sao lùn trắng có nhiệt độ hơn 100.000 K và ước tính mang 54,05% khối lượng Mặt trời hiện tại.[63] Tinh vân hành tinh sẽ phân tán trong khoảng 10.000 năm còn sao lùn trắng sẽ sống đến hàng nghìn tỷ năm trước khi phai mờ thành sao lùn đen giả thuyết.[67][68]

Chú thích[sửa]

  1. Trong khoa học thiên văn, thuật ngữ nguyên tố nặng (hay kim loại) đề cập đến mọi nguyên tố hóa học ngoại trừ hydro và heli.[69]

Tham khảo[sửa]

  1. How Round is the Sun?, NASA, ngày 2 tháng 10 năm 2008, truy cập ngày 7 tháng 3 năm 2011
  2. First Ever STEREO Images of the Entire Sun, NASA, ngày 6 tháng 2 năm 2011, truy cập ngày 7 tháng 3 năm 2011
  3. Woolfson, M. (2000), "The origin and evolution of the solar system" (PDF), Astronomy & Geophysics, 41 (1): 12, Bibcode:2000A&G....41a..12W, doi:10.1046/j.1468-4004.2000.00012.x
  4. a b Basu, S.; Antia, H.M. (2008), "Helioseismology and Solar Abundances", Physics Reports, 457 (5–6): 217–283, arXiv:0711.4590, Bibcode:2008PhR...457..217B, doi:10.1016/j.physrep.2007.12.002, S2CID 119302796
  5. Connelly, James N.; Bizzarro, Martin; Krot, Alexander N.; Nordlund, Åke; Wielandt, Daniel; Ivanova, Marina A. (ngày 2 tháng 11 năm 2012), "The Absolute Chronology and Thermal Processing of Solids in the Solar Protoplanetary Disk", Science, 338 (6107): 651–655, Bibcode:2012Sci...338..651C, doi:10.1126/science.1226919, PMID 23118187, S2CID 21965292
  6. Than, K. (2006), Astronomers Had it Wrong: Most Stars are Single, Space.com, truy cập ngày 1 tháng 8 năm 2007
  7. Lada, C.J. (2006), "Stellar multiplicity and the initial mass function: Most stars are single", Astrophysical Journal Letters, 640 (1): L63–L66, arXiv:astro-ph/0601375, Bibcode:2006ApJ...640L..63L, doi:10.1086/503158, S2CID 8400400
  8. a b Zeilik, M.A.; Gregory, S.A. (1998), Introductory Astronomy & Astrophysics (lxb. 4th), Saunders College Publishing, tr. 322, ISBN 978-0-03-006228-5
  9. Falk, S.W.; Lattmer, J.M.; Margolis, S.H. (1977), "Are supernovae sources of presolar grains?", Nature, 270 (5639): 700–701, Bibcode:1977Natur.270..700F, doi:10.1038/270700a0, S2CID 4240932
  10. Burton, W.B. (1986), "Stellar parameters", Space Science Reviews, 43 (3–4): 244–250, doi:10.1007/BF00190626, S2CID 189796439
  11. Bessell, M.S.; Castelli, F.; Plez, B. (1998), "Model atmospheres broad-band colors, bolometric corrections and temperature calibrations for O–M stars", Astronomy and Astrophysics, 333: 231–250, Bibcode:1998A&A...333..231B
  12. Equinoxes, Solstices, Perihelion, and Aphelion, 2000–2020, US Naval Observatory, ngày 31 tháng 1 năm 2008, truy cập ngày 17 tháng 7 năm 2009
  13. Simon, A. (2001), The Real Science Behind the X-Files : Microbes, meteorites, and mutants, Simon & Schuster, tr. 25–27, ISBN 978-0-684-85618-6
  14. Beer, J.; McCracken, K.; von Steiger, R. (2012), Cosmogenic Radionuclides: Theory and Applications in the Terrestrial and Space Environments, Springer Science+Business Media, tr. 41, ISBN 978-3-642-14651-0
  15. Phillips, K.J.H. (1995), Guide to the Sun, Cambridge University Press, tr. 73, ISBN 978-0-521-39788-9
  16. Godier, S.; Rozelot, J.-P. (2000), "The solar oblateness and its relationship with the structure of the tachocline and of the Sun's subsurface" (PDF), Astronomy and Astrophysics, 355: 365–374, Bibcode:2000A&A...355..365G, lưu trữ từ nguyên tác (PDF) ngày 10 tháng 5 năm 2011, truy cập ngày 22 tháng 2 năm 2006
  17. Jones, G. (ngày 16 tháng 8 năm 2012), "Sun is the most perfect sphere ever observed in nature", The Guardian, truy cập ngày 19 tháng 8 năm 2013
  18. Schutz, B.F. (2003), Gravity from the ground up, Cambridge University Press, tr. 98–99, ISBN 978-0-521-45506-0
  19. Phillips, K.J.H. (1995), Guide to the Sun, Cambridge University Press, tr. 78–79, ISBN 978-0-521-39788-9
  20. "The Anticlockwise Solar System", www.spaceacademy.net.au, Australian Space Academy
  21. Construction of a Composite Total Solar Irradiance (TSI) Time Series from 1978 to present, lưu trữ từ nguyên tác ngày 1 tháng 8 năm 2011, truy cập ngày 5 tháng 10 năm 2005
  22. El-Sharkawi, Mohamed A. (2005), Electric energy, CRC Press, tr. 87–88, ISBN 978-0-8493-3078-0
  23. Solar radiation (PDF)
  24. Reference Solar Spectral Irradiance: Air Mass 1.5, truy cập ngày 12 tháng 11 năm 2009
  25. Phillips, K.J.H. (1995), Guide to the Sun, Cambridge University Press, tr. 14–15, 34–38, ISBN 978-0-521-39788-9
  26. "What Color is the Sun?", Universe Today, truy cập ngày 23 tháng 5 năm 2016
  27. What Color is the Sun?, Stanford Solar Center, truy cập ngày 23 tháng 5 năm 2016
  28. Wilk, S.R. (2009), "The Yellow Sun Paradox", Optics & Photonics News: 12–13, lưu trữ từ nguyên tác ngày 18 tháng 6 năm 2012
  29. a b c Phillips, K.J.H. (1995), Guide to the Sun, Cambridge University Press, tr. 47–53, ISBN 978-0-521-39788-9
  30. Karl S. Kruszelnicki (ngày 17 tháng 4 năm 2012), "Dr Karl's Great Moments In Science: Lazy Sun is less energetic than compost", Australian Broadcasting Corporation, truy cập ngày 25 tháng 2 năm 2014, Every second, the Sun burns 620 million tonnes of hydrogen...
  31. a b Lodders, Katharina (ngày 10 tháng 7 năm 2003), "Solar System Abundances and Condensation Temperatures of the Elements" (PDF), The Astrophysical Journal, 591 (2): 1220–1247, Bibcode:2003ApJ...591.1220L, doi:10.1086/375492, lưu trữ từ nguyên tác (PDF) ngày 7 tháng 11 năm 2015, truy cập ngày 1 tháng 9 năm 2015
    Lodders, K. (2003), "Abundances and Condensation Temperatures of the Elements" (PDF), Meteoritics & Planetary Science, 38 (suppl): 5272, Bibcode:2003M&PSA..38.5272L
  32. Hansen, C.J.; Kawaler, S.A.; Trimble, V. (2004), Stellar Interiors: Physical Principles, Structure, and Evolution (lxb. 2nd), Springer, tr. 19–20, ISBN 978-0-387-20089-7
  33. Hansen, C.J.; Kawaler, S.A.; Trimble, V. (2004), Stellar Interiors: Physical Principles, Structure, and Evolution (lxb. 2nd), Springer, tr. 77–78, ISBN 978-0-387-20089-7
  34. Hansen, C.J.; Kawaler, S.A.; Trimble, V. (2004), Stellar Interiors: Physical Principles, Structure, and Evolution (lxb. 2nd), Springer, § 9.2.3, ISBN 978-0-387-20089-7
  35. Iben, I Jnr (1965) "Stellar Evolution. II. The Evolution of a 3 M_{sun} Star from the Main Sequence Through Core Helium Burning". (Astrophysical Journal, vol. 142, p. 1447)
  36. Aller, L.H. (1968), "The chemical composition of the Sun and the solar system", Proceedings of the Astronomical Society of Australia, 1 (4): 133, Bibcode:1968PASAu...1..133A, doi:10.1017/S1323358000011048
  37. a b García, R.; et al. (2007), "Tracking solar gravity modes: the dynamics of the solar core", Science, 316 (5831): 1591–1593, Bibcode:2007Sci...316.1591G, doi:10.1126/science.1140598, PMID 17478682, S2CID 35285705
  38. Basu, S.; et al. (2009), "Fresh insights on the structure of the solar core", The Astrophysical Journal, 699 (2): 1403–1417, arXiv:0905.0651, Bibcode:2009ApJ...699.1403B, doi:10.1088/0004-637X/699/2/1403, S2CID 11044272
  39. a b c d e NASA/Marshall Solar Physics, Marshall Space Flight Center, ngày 18 tháng 1 năm 2007, truy cập ngày 11 tháng 7 năm 2009
  40. Broggini, C. (2003), Physics in Collision, Proceedings of the XXIII International Conference: Nuclear Processes at Solar Energy, Zeuthen, Germany, tr. 21, arXiv:astro-ph/0308537, Bibcode:2003phco.conf...21B
  41. Goupil, M.J.; Lebreton, Y.; Marques, J.P.; Samadi, R.; Baudin, F. (2011), "Open issues in probing interiors of solar-like oscillating main sequence stars 1. From the Sun to nearly suns", Journal of Physics: Conference Series, 271 (1): 012031, arXiv:1102.0247, Bibcode:2011JPhCS.271a2031G, doi:10.1088/1742-6596/271/1/012031, S2CID 4776237
  42. The Borexino Collaboration (2020), "Experimental evidence of neutrinos produced in the CNO fusion cycle in the Sun", Nature, 587 (?): 577–582, Bibcode:2020Natur.587..577B, doi:10.1038/s41586-020-2934-0, PMID 33239797
  43. Zirker, J.B. (2002), Journey from the Center of the Sun, Princeton University Press, tr. 15–34, ISBN 978-0-691-05781-1
  44. Shu, F.H. (1982), The Physical Universe: An Introduction to Astronomy, University Science Books, tr. 102, ISBN 978-0-935702-05-7
  45. "Ask Us: Sun", Cosmicopia, NASA, 2012, truy cập ngày 13 tháng 7 năm 2017
  46. Lỗi chú thích: Thẻ <ref> sai; không có nội dung trong thẻ ref có tên nssdc
  47. Cohen, H. (ngày 9 tháng 11 năm 1998), Table of temperatures, power densities, luminosities by radius in the Sun, Contemporary Physics Education Project, lưu trữ từ nguyên tác ngày 29 tháng 11 năm 2001, truy cập ngày 30 tháng 8 năm 2011
  48. Lazy Sun is less energetic than compost, ngày 17 tháng 4 năm 2012
  49. Haubold, H.J.; Mathai, A.M. (1994), "Solar Nuclear Energy Generation & The Chlorine Solar Neutrino Experiment", AIP Conference Proceedings, 320 (1994): 102–116, arXiv:astro-ph/9405040, Bibcode:1995AIPC..320..102H, CiteSeerX 10.1.1.254.6033, doi:10.1063/1.47009, S2CID 14622069
  50. Myers, S.T. (ngày 18 tháng 2 năm 1999), "Lecture 11 – Stellar Structure I: Hydrostatic Equilibrium", Introduction to Astrophysics II, truy cập ngày 15 tháng 7 năm 2009
  51. a b c "Sun", World Book at NASA, NASA, lưu trữ từ nguyên tác ngày 10 tháng 5 năm 2013, truy cập ngày 10 tháng 10 năm 2012
  52. Tobias, S.M. (2005), "The solar tachocline: Formation, stability and its role in the solar dynamo", trong A.M. Soward; et al. (bt.), Fluid Dynamics and Dynamos in Astrophysics and Geophysics, CRC Press, tr. 193–235, ISBN 978-0-8493-3355-2
  53. Zirker, Jack B. (2002), Journey from the Center of the Sun, Princeton University Press, tr. 7–8, ISBN 978-0-691-05781-1
  54. Lỗi chú thích: Thẻ <ref> sai; không có nội dung trong thẻ ref có tên Bonanno
  55. Amelin, Y.; Krot, A.; Hutcheon, I.; Ulyanov, A. (2002), "Lead isotopic ages of chondrules and calcium-aluminum-rich inclusions", Science, 297 (5587): 1678–1683, Bibcode:2002Sci...297.1678A, doi:10.1126/science.1073950, PMID 12215641, S2CID 24923770
  56. Baker, J.; Bizzarro, M.; Wittig, N.; Connelly, J.; Haack, H. (2005), "Early planetesimal melting from an age of 4.5662 Gyr for differentiated meteorites", Nature, 436 (7054): 1127–1131, Bibcode:2005Natur.436.1127B, doi:10.1038/nature03882, PMID 16121173, S2CID 4304613
  57. Williams, J. (2010), "The astrophysical environment of the solar birthplace", Contemporary Physics, 51 (5): 381–396, arXiv:1008.2973, Bibcode:2010ConPh..51..381W, CiteSeerX 10.1.1.740.2876, doi:10.1080/00107511003764725, S2CID 118354201
  58. Ribas, Ignasi (tháng 2 năm 2010), "Proceedings of the IAU Symposium 264 'Solar and Stellar Variability – Impact on Earth and Planets': The Sun and stars as the primary energy input in planetary atmospheres", Proceedings of the International Astronomical Union, 264: 3–18, arXiv:0911.4872, Bibcode:2010IAUS..264....3R, doi:10.1017/S1743921309992298, S2CID 119107400
  59. Goldsmith, D.; Owen, T. (2001), The search for life in the universe, University Science Books, tr. 96, ISBN 978-1-891389-16-0
  60. The Sun's Evolution
  61. Earth Won't Die as Soon as Thought, ngày 22 tháng 1 năm 2014
  62. Nola Taylor Redd, "Red Giant Stars: Facts, Definition & the Future of the Sun", space.com, truy cập ngày 20 tháng 2 năm 2016
  63. a b c d e f Schröder, K.-P.; Connon Smith, R. (2008), "Distant future of the Sun and Earth revisited", Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 386 (1): 155–163, arXiv:0801.4031, Bibcode:2008MNRAS.386..155S, doi:10.1111/j.1365-2966.2008.13022.x, S2CID 10073988
  64. Boothroyd, A.I.; Sackmann, I.‐J. (1999), "The CNO Isotopes: Deep Circulation in Red Giants and First and Second Dredge‐up", The Astrophysical Journal, 510 (1): 232–250, arXiv:astro-ph/9512121, Bibcode:1999ApJ...510..232B, doi:10.1086/306546, S2CID 561413
  65. The End Of The Sun
  66. Vassiliadis, E.; Wood, P.R. (1993), "Evolution of low- and intermediate-mass stars to the end of the asymptotic giant branch with mass loss", The Astrophysical Journal, 413: 641, Bibcode:1993ApJ...413..641V, doi:10.1086/173033
  67. Bloecker, T. (1995), "Stellar evolution of low and intermediate-mass stars. I. Mass loss on the AGB and its consequences for stellar evolution", Astronomy and Astrophysics, 297: 727, Bibcode:1995A&A...297..727B
  68. Bloecker, T. (1995), "Stellar evolution of low- and intermediate-mass stars. II. Post-AGB evolution", Astronomy and Astrophysics, 299: 755, Bibcode:1995A&A...299..755B
  69. "Metals", COSMOS, truy cập ngày 28 tháng 12 năm 2020