LÝ THUYẾT BỒI TỤ: NỀN TẢNG VÀ GIẢI THÍCH - VẬT LÝ - 2025

Các t bồi đắp eoría (hoặc bồi đắp) trong vật lý thiên văn, giải thích rằng các hành tinh và các thiên thể khác được hình thành bởi sự ngưng tụ của các hạt bụi nhỏ đang bị thu hút bởi lực hấp dẫn.

Ý tưởng rằng các hành tinh hình thành theo cách này được đưa ra bởi nhà địa vật lý người Nga Otto Schmidt (1891-1956) vào năm 1944; Ông đề xuất rằng một đám mây khí và bụi khổng lồ, có dạng một cái đĩa dẹt, bao quanh Mặt trời trong hệ Mặt trời sơ khai.

Hình 1. Khái niệm của Artist về đĩa tiền hành tinh, từ đó các hành tinh được hình thành do bồi tụ. Nguồn: Wikimedia Commons.

Schmidt tuyên bố rằng Mặt trời đã có được đám mây này kết hợp với một ngôi sao khác, được thực hiện bởi chuyển động của nó qua thiên hà, đồng thời đi qua một tinh vân giàu bụi và khí. Sự gần gũi của ngôi sao kia đã giúp chúng ta nắm bắt được vật chất mà sau này cô đặc lại.

Các giả thuyết về sự hình thành của hệ mặt trời được chia thành hai loại: tiến hóa và thảm họa. Người đầu tiên khẳng định rằng cả Mặt trời và các hành tinh đều phát triển từ một quá trình duy nhất và bắt nguồn từ những ý tưởng do Inmanuel Kant (1724-1804) và Pierre Simon de Laplace (1749-1827) đề xuất.

Điểm thứ hai dẫn đến một sự kiện thảm khốc, chẳng hạn như một vụ va chạm hoặc sự gần gũi với một ngôi sao khác, là nguyên nhân gây ra sự hình thành hành tinh. Ban đầu, giả thuyết Schmidt thuộc loại này.

Giải trình

Ngày nay có những quan sát về hệ thống sao trẻ và đủ sức mạnh tính toán để thực hiện các mô phỏng số. Đây là lý do tại sao các lý thuyết về thảm họa đã bị loại bỏ để ủng hộ những lý thuyết tiến hóa.

Giả thuyết hình cầu về sự hình thành của hệ mặt trời hiện đang được giới khoa học chấp nhận nhất, duy trì sự bồi đắp như quá trình hình thành hành tinh.

Trong trường hợp của hệ mặt trời của chúng ta, cách đây 4,5 tỷ năm, lực hấp dẫn đã tập hợp các hạt bụi vũ trụ cực nhỏ - có kích thước từ vài angstrom đến 1 cm - xung quanh một điểm trung tâm, tạo thành một đám mây.

Đám mây này là nơi sinh của Mặt trời và các hành tinh của nó. Người ta suy đoán rằng nguồn gốc của bụi vũ trụ có thể là vụ nổ trước đó của một siêu tân tinh: một ngôi sao sụp đổ dữ dội và phân tán tàn dư của nó trong không gian.

Ở những khu vực dày đặc nhất của đám mây, các hạt va chạm thường xuyên hơn do ở gần nhau và bắt đầu mất động năng.

Sau đó, năng lượng trọng trường làm cho đám mây sụp đổ dưới lực hấp dẫn của chính nó. Do đó, được sinh ra là một tiền sao. Lực hấp dẫn tiếp tục tác động cho đến khi nó hình thành một cái đĩa, từ đó các vòng đầu tiên được hình thành và các hành tinh sau này.

Trong khi đó, Mặt trời ở trung tâm bị nén chặt, và khi nó đạt đến một khối lượng tới hạn nhất định, các phản ứng tổng hợp hạt nhân bắt đầu xảy ra bên trong nó. Những phản ứng này là thứ duy trì Mặt trời và bất kỳ ngôi sao nào.

Các hạt năng lượng cao được đẩy ra từ Mặt trời, được gọi là gió Mặt trời. Điều này đã giúp làm sạch các mảnh vụn, ném nó ra ngoài.

Sự hình thành của các hành tinh

Các nhà thiên văn học cho rằng sau khi vua sao của chúng ta ra đời, đĩa bụi và khí bao quanh nó vẫn ở đó ít nhất 100 triệu năm, cho phép đủ thời gian để hình thành hành tinh.

Hình 2. Sơ đồ Hệ Mặt Trời ngày nay. Nguồn: Wikimedia Commons.

Trên lịch thời gian của chúng ta, khoảng thời gian này trông giống như vĩnh cửu, nhưng trên thực tế, nó chỉ là một khoảnh khắc ngắn ngủi trong thời gian vũ trụ.

Lúc này những vật thể lớn hơn, có đường kính khoảng 100 km, được gọi là hành tinh, được hình thành. Chúng là phôi của một hành tinh tương lai.

Năng lượng của Mặt trời sơ sinh đã giúp làm bay hơi các khí và bụi khỏi đĩa, và điều này đã rút ngắn đáng kể thời gian ra đời của các hành tinh mới. Trong khi đó, các vụ va chạm tiếp tục thêm vật chất, vì đây chính xác là sự bồi tụ.

Mô hình hình thành hành tinh

Bằng cách xem xét các ngôi sao trẻ đang hình thành, các nhà khoa học đang có được cái nhìn sâu sắc về cách hệ mặt trời của chúng ta hình thành. Lúc đầu, có một khó khăn: những ngôi sao này bị ẩn trong dải tần số nhìn thấy được, vì những đám mây bụi vũ trụ bao quanh chúng.

Nhưng nhờ có kính thiên văn với cảm biến hồng ngoại, đám mây bụi vũ trụ có thể bị xuyên thủng. Người ta đã chỉ ra rằng trong hầu hết các tinh vân trong Dải Ngân hà đều có các ngôi sao đang hình thành, và chắc chắn là các hành tinh đi cùng chúng.

Ba mô hình

Với tất cả thông tin thu thập được cho đến nay, ba mô hình đã được đề xuất về sự hình thành hành tinh. Được chấp nhận rộng rãi nhất là lý thuyết bồi tụ, hoạt động tốt đối với các hành tinh đá như Trái đất, nhưng không tốt cho các hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc và các hành tinh bên ngoài khác.

Mô hình thứ hai là một biến thể của mô hình trước đó. Điều này nói rằng đá hình thành đầu tiên, chúng hấp dẫn lẫn nhau, thúc đẩy sự hình thành hành tinh.

Cuối cùng, mô hình thứ ba dựa trên sự không ổn định của đĩa, và nó là mô hình giải thích rõ nhất sự hình thành của các khối khí khổng lồ.

Mô hình bồi tụ hạt nhân và các hành tinh đá

Với sự ra đời của Mặt trời, các vật chất còn lại bắt đầu kết tụ lại với nhau. Các cụm lớn hơn được hình thành và các nguyên tố nhẹ như heli và hydro bị gió mặt trời cuốn đi đến các vùng xa trung tâm hơn.

Bằng cách này, các nguyên tố và hợp chất nặng hơn, chẳng hạn như kim loại và silicat, có thể tạo ra các hành tinh đá gần Mặt trời. Sau đó, một quá trình phân hóa địa hóa được bắt đầu và các lớp khác nhau của Trái đất được hình thành.

Mặt khác, người ta biết rằng ảnh hưởng của gió mặt trời phân rã theo khoảng cách. Ở xa Mặt trời, các khí được hình thành bởi các nguyên tố ánh sáng có thể tụ lại. Ở những khoảng cách này, nhiệt độ đóng băng thúc đẩy sự ngưng tụ của nước và các phân tử metan, làm xuất hiện các hành tinh ở thể khí.

Các nhà thiên văn học cho rằng có một đường biên giới, được gọi là "đường băng" giữa Sao Hỏa và Sao Mộc, dọc theo vành đai tiểu hành tinh. Ở đó tần suất va chạm thấp hơn, nhưng tốc độ ngưng tụ cao đã làm phát sinh các hành tinh có kích thước lớn hơn nhiều.

Bằng cách này, các hành tinh khổng lồ đã được tạo ra, trong một quá trình kỳ lạ mất ít thời gian hơn so với quá trình hình thành các hành tinh đá.

Lý thuyết bồi tụ và ngoại hành tinh

Với việc phát hiện ra các ngoại hành tinh và thông tin thu thập được về chúng, các nhà khoa học khá chắc chắn rằng mô hình bồi tụ là quá trình chính của sự hình thành hành tinh.

Đó là bởi vì mô hình giải thích rất đầy đủ về sự hình thành của các hành tinh đá như Trái đất. Bất chấp mọi thứ, một phần tốt của các hành tinh ngoài hành tinh được phát hiện cho đến nay thuộc loại khí, có kích thước tương đương với sao Mộc hoặc lớn hơn nhiều.

Các quan sát cũng chỉ ra rằng các hành tinh thể khí chiếm ưu thế xung quanh các ngôi sao với nhiều nguyên tố nặng hơn trong lõi của chúng. Mặt khác, những tảng đá được hình thành xung quanh các ngôi sao có hạt nhân nhẹ, và Mặt trời là một trong số đó.

Hình 3. Biểu diễn của nghệ sĩ về ngoại hành tinh Kepler 62f xung quanh ngôi sao của nó, trong chòm sao Lyra. Nguồn: Wikimedia Commons.

Nhưng vào năm 2005, một hành tinh ngoại đá cuối cùng đã được phát hiện quay quanh một ngôi sao kiểu Mặt Trời. Theo một cách nào đó, khám phá này và những khám phá khác tiếp theo cho thấy rằng các hành tinh đá cũng tương đối nhiều.

Để nghiên cứu về các hành tinh ngoài hành tinh và sự hình thành của chúng, vào năm 2017, Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đã phóng vệ tinh CHEOPS (Vệ tinh Đặc tính ExOPlanets). Vệ tinh sử dụng một quang kế có độ nhạy cao để đo ánh sáng từ các hệ sao khác.

Khi một hành tinh đi qua phía trước ngôi sao của nó, nó sẽ bị giảm độ sáng. Bằng cách phân tích ánh sáng này, người ta có thể biết được kích thước và đó là các hành tinh khổng lồ ở thể khí hay đá như Trái đất và sao Hỏa.

Từ những quan sát trong các hệ thống trẻ, có thể hiểu được sự bồi tụ xảy ra như thế nào trong quá trình hình thành hành tinh.

Người giới thiệu

1. Quốc gia. Đây là 'Cheops', vệ tinh của Tây Ban Nha để đo các hành tinh ngoài hành tinh. Được khôi phục từ: elpais.com.
2. Thợ săn hành tinh. Chúng ta thực sự hiểu gì về sự hình thành hành tinh ?. Được khôi phục từ: blog.planethunters.org.
3. Sergeev, A. Sinh ra từ cát bụi. Được phục hồi từ: vokrugsveta.ru.
4. Hệ Mặt Trời. Chương 8. Được phục hồi từ: asp.colorado.edu.
5. Taylor, N. Hệ Mặt Trời hình thành như thế nào? Được khôi phục từ: space.com.
6. Woolfson, M. Nguồn gốc và sự tiến hóa của hệ mặt trời. Được khôi phục từ: learning.oup.com.