Hệ Mặt trời hình thành như thế nào? [Kỳ 1]

Hệ Mặt Trời - Chiếc nôi hình thành sự sống Trái đất

Hệ Mặt trời chính là tổ hợp những hành tinh quay xung quanh một ngôi sao sáng nhất của nó là Mặt Trời.

Hệ Mặt trời hình thành và tiến hóa như thế nào?

Theo tính toán của các nhà thiên văn học, Hệ Mặt Trời bắt đầu từ cách đây khoảng 4,6 tỷ năm với sự suy sụp hấp dẫncủa phần nhỏ thuộc một đám mây phân tử khổng lồ.

Hầu hết khối lượng suy sụp tích tụ ở trung tâm, tạo nên Mặt Trời, trong khi phần còn lại dẹt ra hình thành một đĩa đám mây bụi tiền hành tinh tiến hóa dần thành các hành tinh, mặt trăng, tiểu hành tinh và các tiểu thiên thể khác trong Hệ Mặt Trời.

Sự hình thành Mặt Trời

Giai đoạn: Tiền Mặt trời

Mặt Trời là một ngôi sao thực sự theo đúng nghĩa, tức là nó có thể tự phát sáng nhờ các phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lòng nó.

Tinh vân Mặt trời (Tiền Mặt trời)

Khoảng 4,6 tỷ năm trước một đám mây bụi và khí giữa các vì sao bắt đầu co lại. Khi nhân của đám mây này trở nên đậm đặc hơn, nó sẽ không cho ánh sáng truyền qua.

Quá trình thu nhỏ thể tích diễn ra cho tới khi đám khí bị nén tới mức nhiệt độ bề mặt của nó được đẩy lên 1000 Kelvin. Lúc ấy nó sẽ sáng rực trong vũ trụ giống như một ngôi sao. Ở thời điểm này các nhà khoa học nói rằng nó đã bước vào giai đoạn tiền Mặt Trời.

Giai đoạn: Mặt trời

Khi bán kính tiền Mặt Trời co lại bằng bán kính Mặt Trời và độ sáng của nó bằng 0,8 lần độ sáng Mặt Trời ngày nay thì các phản ứng tổng hợp các hạt nhân Hydro với nhau bắt đầu. Tiền Mặt Trời đã trở thành Mặt Trời như chúng ta biết.

Mặt trời - Tinh cầu lửa khổng lồ

Lúc này Mặt Trời sẽ tương đối ổn định và không suy sụp nữa, đây được gọi là giai đoạn chính trong cuộc đời của nó. Giai đoạn chính sẽ kéo dài trong khoảng 10 tỷ năm trước khi Mặt Trời chuyển qua thời kì tuổi già.

Trong thời gian ở giai đoạn chính, ngoài việc cân bằng thủy tĩnh, nó còn đạt được sự cân bằng nhiệt: năng lượng ra từ tâm Mặt Trời được truyền ra ngoài bề mặt và bức xạ hoàn toàn vào vũ trụ.

So với thời kì tiền Mặt Trời độ sáng của nó đã tăng lên 30% như chúng ta thấy hiện tại, điều đó đảm bảo quá trình tiến hóa và duy trì sự sống trên Trái Đất. Nếu con số này lớn hơn hoặc nhỏ hơn, chúng ta có thể không tồn tại hoặc thế giới rơi vào kỷ băng hà.

Sự hình thành các hành tinh quay xung quanh Mặt Trời

Các hành tinh khác nhau được tạo ra từ tinh vân Mặt Trời, đám mây bụi khí dạng đĩa còn lại sau khi Mặt Trời hình thành. Phương thức hình thành hành tinh được giới khoa học chấp nhận hiện nay là sự bồi tụ (accretion), trong đó các hành tinh khởi đầu từ những hạt bụi quay xung quanh tiền sao.

Các hành tinh được hình thành trong Hệ Mặt trời. Ảnh minh họa

Do va đập vào nhau, các hạt này gắn kết thành những khối đường kính lên tới 200 mét, và đến lượt mình các khối này va đập tạo thành những vật thể lớn hơn (planetesimal tức vi thể hành tinh) lớn chừng 10 km. Các vật thể này tiếp tục lớn dần thông qua va chạm, với tốc độ cỡ vài cm mỗi năm trong khoảng vài triệu năm sau đó.

Nhờ có khoảng cách hoàn hảo mà sự sống có cơ hội hình thành trên Trái đất

Phía trong Hệ Mặt Trời, khu vực trong vòng 4 AU từ tâm hệ, quá ấm cho những phân tử dễ bay hơi như nước và methan ngưng tụ, do đó các vi thể hành tinh sinh ra ở đây chỉ có thể tạo ra từ những hợp chất có điểm nóng chảy cao, như các kim loại sắt, nickel, và nhôm cùng những dạng đá silicate. Những vật thể rắn này sẽ trở thành các hành tinh đất đá (Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất, và Sao Hỏa).

Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất, và Sao Hỏa là những hành tinh đất đá. (Ảnh: sao Hỏa)

Các hợp chất này rất hiếm trong vũ trụ, chỉ chiếm 0,6% khối lượng tinh vân, cho nên các hành tinh đất đá không thể phát triển lớn được. Các vật thể phôi thai (tức tiền hành tinh) của các hành tinh đất đá lớn lên cỡ 0,05 khối lượng Trái Đất (M⊕) và ngừng tích tụ vật chất khoảng 100 000 năm sau khi Mặt Trời hình thành; những sự va chạm và kết hợp sau đó giữa các vật thể kích thước hành tinh cho phép chúng lớn lên thành kích thước hiện tại.

Khi các hành tinh đất đá hình thành, chúng vẫn ngập chìm trong đĩa khí bụi. Chất khí chịu ảnh hưởng của áp suất và không quay quanh Mặt Trời nhanh bằng các hành tinh. Sức cản sinh ra giữa chúng gây nên một sự truyền mô men động lượng, khiến cho các hành tinh dần dần dịch chuyển vào các quỹ đạo mới.

Các mô hình cho thấy sự thay đổi nhiệt độ trong đĩa chi phối tốc độ dịch chuyển, với xu hướng tổng thể là các hành tinh phía trong dịch chuyển về phía trong khi các đĩa tiêu tán đi cho tới khi hình thành quỹ đạo ổn định như ngày nay.

Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, và Sao Hải Vương là những hành tinh khí (Ảnh: sao Thổ)

Các hành tinh khí khổng lồ (Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, và Sao Hải Vương) hình thành phía ngoài "đường đóng băng" (frost line), điểm giữa quỹ đạo của Sao Hỏa và Sao Mộc nơi vật chất có nhiệt độ đủ thấp để cho các hợp chất dễ bay hơi nằm ở thể rắn.

Còn nữa.....

Đón đọc: Sự hình thành của các tiểu hành tinh và sự 'chết' đi của Mặt trời

Trang Ly (T/h)

(*) Bài viết tham khảo các nguồn: Tinhte.vn, Wikipedia...

Xem thêm:

- Phát hiện: Hệ Mặt trời thứ 2 cách Trái đất 360 năm ánh sáng

- Khám phá Olympus Mons - Đỉnh núi cao nhất Hệ Mặt trời

- Tại sao trong Hệ Mặt trời, sự sống chỉ tồn tại trên Trái đất?

- NASA: Tàu vũ trụ New Horizons sẽ đến mặt trăng Charon trong 2 tháng nữa