Kiến Thức Phổ Thông

Vũ trụ là gì: Định nghĩa, nguồn gốc và các thành phần cấu tạo nên không gian

Vũ trụ là gì?

Từ góc nhìn trên Trái đất , vũ trụ bên ngoài là khu vực khoảng 100 km (60 dặm) cao so với hành tinh của chúng ta, nơi không có không khí để thở hoặc để phân tán ánh sáng. Trong khu vực đó, màu xanh nhường chỗ cho màu đen vì các phân tử oxy không đủ dồi dào để làm cho bầu trời có màu xanh. Hơn nữa, vũ trụ là chân không, có nghĩa là âm thanh không thể mang theo vì các phân tử không đủ gần nhau để truyền âm thanh giữa chúng. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là vũ trụ trống.

Khí, bụi và các mảnh vật chất khác trôi nổi xung quanh các khu vực “trống rỗng” trong vũ trụ, trong khi các khu vực đông đúc hơn có thể chứa các hành tinh, ngôi sao và thiên hà. Không ai biết chính xác vũ trụ lớn như thế nào. Khó khăn phát sinh vì những gì chúng ta có thể nhìn thấy trong các máy dò. Chúng ta đo khoảng cách trong vũ trụ bởi “năm ánh sáng”, đại diện cho khoảng cách cần cho ánh sáng đi trong một năm (khoảng 5,8 nghìn tỉ dặm, hay 9,3 nghìn tỉ km).

Từ ánh sáng có thể nhìn thấy trong kính viễn vọng của chúng ta, chúng ta đã lập biểu đồ các thiên hà tới gần như Big Bang, nơi được cho là đã bắt đầu vũ trụ của chúng ta 13,7 tỷ năm trước. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể “nhìn” vào vũ trụ ở khoảng cách gần 13,7 tỷ năm ánh sáng. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học không chắc chắn nếu vũ trụ của chúng ta là vũ trụ duy nhất tồn tại. Điều này có nghĩa là vũ trụ có thể lớn hơn rất nhiều so với chúng ta.

Bức xạ vũ trụ vô hình với mắt người

Hầu hết vũ trụ tương đối trống, có nghĩa là chỉ có những mảnh bụi và khí đi lạc bên trong nó. Điều này có nghĩa là khi con người gửi một vệ tinh đến một hành tinh xa xôi, vật thể sẽ không gặp phải “lực cản” giống như cách một chiếc máy bay phải chịu khi nó bay trong vũ trụ. Chẳng hạn, môi trường chân không trong vũ trụ và trên Mặt trăng là một lý do khiến tàu đổ bộ Mặt trăng của chương trình Apollo trông rất kỳ lạ – giống như một con nhện, một phi hành đoàn cho biết.

Bởi vì tàu vũ trụ được thiết kế để hoạt động trong một khu vực không có bầu khí quyển, không cần các cạnh mịn hoặc hình dạng khí động học. Trong khi vũ trụ có thể trông trống rỗng đối với mắt người, nghiên cứu đã chỉ ra rằng có những dạng bức xạ phát ra trong vũ trụ. Trong Hệ Mặt trời của chúng ta, gió Mặt trời – được tạo thành từ plasma và các hạt khác từ Mặt trời – thấm qua các hành tinh và đôi khi gây ra cực quang gần các cực của Trái đất. Các tia vũ trụ cũng bay qua khu phố, phát ra từ các siêu tân tinh bên ngoài Hệ Mặt trời.

Trên thực tế, vũ trụ thấm đẫm nền vi sóng vũ trụ, có thể hiểu là phần còn lại của vụ nổ lớn đã hình thành vũ trụ của chúng ta (thường được gọi là Big Bang). CMB, được nhìn thấy rõ nhất trong sóng vi ba, cho thấy bức xạ sớm nhất mà các thiết bị của chúng ta có thể phát hiện. Một đặc điểm lớn của vũ trụ được nhìn thấy là sự hiện diện được cho là của vật chất tối và năng lượng tối, về cơ bản là các dạng vật chất và năng lượng chỉ có thể được phát hiện thông qua tác động của chúng lên các vật thể khác.

Vì vũ trụ đang giãn nở và tăng tốc trong sự giãn nở đó, đó được coi là một bằng chứng quan trọng cho vật chất tối. Một cách khác là thấu kính hấp dẫn xảy ra khi ánh sáng “bẻ cong” xung quanh một ngôi sao từ một vật thể ở xa.

Hố đen

Các lỗ đen nhỏ hơn có thể hình thành từ sự sụp đổ lực hấp dẫn của một ngôi sao khổng lồ, tạo thành một điểm kỳ dị mà không có gì có thể thoát ra – thậm chí không phải là ánh sáng, do đó là tên của vật thể. Không ai chắc chắn những gì nằm trong lỗ đen, hoặc điều gì sẽ xảy ra với một người hoặc vật rơi vào đó – nghiên cứu vẫn đang tiếp tục.

Một ví dụ là sóng hấp dẫn, hoặc gợn sóng trong vũ trụ thời gian đến từ sự tương tác giữa các lỗ đen. Điều này lần đầu tiên được Albert Einstein tiên đoán vào đầu thế kỷ trước, khi ông chỉ ra rằng thời gian và vũ trụ được liên kết với nhau; thời gian tăng tốc hoặc chậm lại khi vũ trụ bị biến dạng. Kể từ giữa năm 2017, Cộng tác khoa học Quan sát sóng hấp dẫn sóng giao thoa kế (LIGO) đã công bố ba tương tác và sáp nhập lỗ đen được phát hiện qua sóng hấp dẫn, chỉ trong hai năm.

Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy ba sự kiện này trong khoảng hai năm, cho thấy rằng khi LIGO được thực hiện ở mức độ nhạy hoàn toàn, đài quan sát có thể tìm thấy các loại sự kiện này thường xuyên, các nhà khoa học cho biết vào tháng 5 năm 2017. Có nên phát hiện ra một loạt các sự kiện lỗ đen này không? Nó có thể giúp các nhà khoa học tìm hiểu làm thế nào các lỗ đen có kích thước nhất định (vài chục khối lượng Mặt trời) được sinh ra và sau đó hợp nhất thành các lỗ đen mới.

Sao, hành tinh, tiểu hành tinh và sao chổi

Các ngôi sao (như Mặt trời của chúng ta) là những quả bóng khí khổng lồ tạo ra bức xạ của riêng chúng. Chúng có thể bao gồm từ các siêu sao đỏ đến các sao lùn trắng làm mát là thức ăn thừa của các siêu tân tinh, hoặc các vụ nổ sao xảy ra khi một con lớn hết xăng để đốt. Những vụ nổ này lan truyền các nguyên tố trên khắp vũ trụ và là lý do mà các nguyên tố như sắt tồn tại. Vụ nổ sao cũng có thể làm phát sinh những vật thể cực kỳ dày đặc gọi là sao neutron. Nếu những ngôi sao neutron này phát ra các xung bức xạ, chúng được gọi là các sao xung.

Các hành tinh là những vật thể có định nghĩa được xem xét kỹ lưỡng vào năm 2006, khi các nhà thiên văn học đang tranh luận về việc Sao Diêm Vương có thể được coi là một hành tinh hay không. Vào thời điểm đó, Liên minh Thiên văn Quốc tế (cơ quan quản lý Trái đất cho các quyết định này) đã phán quyết rằng một hành tinh là một thiên thể quay quanh Mặt trời, đủ lớn để có hình dạng gần tròn và đã xóa quỹ đạo của các mảnh vỡ.

Theo chỉ định này, Sao Diêm Vương và các vật thể nhỏ tương tự được coi là “hành tinh lùn”, mặc dù không phải ai cũng đồng ý với chỉ định này. Sau khi tàu vũ trụ New Horizons bay bởi Sao Diêm Vương vào năm 2015, nhà điều tra chính Alan Stern và những người khác lại mở ra cuộc tranh luận, nói rằng sự đa dạng của địa hình trên Sao Diêm Vương khiến nó giống một hành tinh hơn. Định nghĩa của các hành tinh ngoài Hệ Mặt trời, hoặc các hành tinh bên ngoài Hệ Mặt trời, vẫn chưa được IAU đưa ra, nhưng về cơ bản, các nhà thiên văn học hiểu nó có nghĩa là các vật thể hoạt động giống như các hành tinh trong khu vực của chúng ta.

Hành tinh đầu tiên như vậy được tìm thấy vào năm 1992 (thuộc chòm sao Pegasus) và kể từ đó, hàng ngàn hành tinh ngoài hành tinh đã được xác nhận – với nhiều nghi ngờ khác. Trong các Hệ Mặt trời có các hành tinh đang hình thành, những vật thể này thường được gọi là “protoplanet” vì chúng không hoàn toàn là sự trưởng thành của những hành tinh chúng ta có trong Hệ Mặt trời của chúng ta. Tiểu hành tinh là những tảng đá không đủ lớn để trở thành các hành tinh lùn. Chúng ta thậm chí đã tìm thấy các tiểu hành tinh có vòng bao quanh chúng, chẳng hạn như 10199 Charilko.

Kích thước nhỏ của chúng thường dẫn đến kết luận rằng chúng là tàn dư từ khi hệ mặt trời được hình thành. Hầu hết các tiểu hành tinh tập trung ở một vành đai giữa các hành tinh Sao Hỏa và Sao Mộc, nhưng cũng có nhiều tiểu hành tinh đi theo phía sau hoặc phía trước các hành tinh, hoặc thậm chí có thể đi qua một hành tinh. NASA và một số thực thể khác có các chương trình tìm kiếm tiểu hành tinh để quét các vật thể nguy hiểm tiềm tàng trên bầu trời và theo dõi quỹ đạo của chúng một cách chặt chẽ.

Trong Hệ Mặt trời của chúng ta, sao chổi (đôi khi được gọi là quả cầu tuyết bẩn) là những vật thể được cho là bắt nguồn từ một bộ sưu tập lớn các vật thể băng giá được gọi là Đám mây Oort. Khi một sao chổi tiến gần đến mặt trời, sức nóng của ngôi sao của chúng ta khiến các băng tan chảy và chảy ra khỏi sao chổi. Người xưa thường gắncác sao chổi với sự hủy diệt hoặc một số thay đổi to lớn trên Trái đất, nhưng việc phát hiện ra Sao chổi Halley và các sao chổi “định kỳ” cho thấy chúng là hiện tượng Hệ Mặt trời thông thường.

Thiên hà và chuẩn tinh (Quasar)

Trong số các cấu trúc vũ trụ lớn nhất mà chúng ta có thể thấy là các thiên hà, về cơ bản là các bộ sao khổng lồ. Thiên hà của chúng ta được gọi là Dải Ngân hà và được coi là hình dạng “xoắn ốc có rào chắn”. Có một số loại thiên hà, từ xoắn ốc đến elip đến không đều, và chúng có thể thay đổi khi chúng đến gần các vật thể khác hoặc khi các ngôi sao trong độ tuổi của chúng. Thông thường các thiên hà có các lỗ đen siêu lớn được nhúng vào trung tâm các thiên hà của chúng, chúng chỉ nhìn thấy được qua bức xạ mà mỗi lỗ đen phát ra cũng như thông qua các tương tác hấp dẫn của nó với các vật thể khác.

Nếu lỗ đen đặc biệt hoạt động, với rất nhiều vật chất rơi vào nó, nó sẽ tạo ra lượng phóng xạ khổng lồ. Loại vật thể thiên hà này được gọi là chuẩn tinh (chỉ là một trong một số loại vật thể tương tự.) Các nhóm thiên hà lớn có thể hình thành thành các cụm là các nhóm lớn tới hàng trăm hoặc hàng nghìn thiên hà liên kết với nhau theo trọng lực. Các nhà khoa học coi đây là những cấu trúc lớn nhất trong vũ trụ.

Tags
Back to top button