Tìm hiểu về Hệ mặt trời

ên Trái Đất. Bức xạ từ các siêu tân tinh trong các nhánh xoắn ốc trên lý thuyết có thể tiêu diệt hay ngăn cản mọi sự sống trên bề mặt các hành tinh. Khác với các phần còn lại của các nhánh xoắn ốc, Trái Đất có thể là một sự khác thường do nó có khả năng tạo thành các hình thái khác nhau của sự sống trên bề mặt của nó. Nguồn gốc và sự tiến hoá Xem thêm bài Lịch sử Hệ Mặt Trời Lịch sử Hệ Mặt Trời bắt đầu từ cách đây khoảng 5 tỷ năm, với sự hình thành từ một đám mây thể khí gọi là đám bụi Mặt Trời, theo giả thuyết được đưa ra lần đầu tiên năm 1755 bởi Immanuel Kant và được trình bày một cách độc lập bởi Pierre-Simon Laplace. Để tính ra tuổi Hệ Mặt Trời, có thể đo lượng còn lại của các đồng vị phóng xạ không bền vững không có nguồn sinh ra liên tục sau khi Hệ Mặt Trời hình thành. Bằng cách quan sát xem các đồng vị này đã suy giảm đến mức độ nào, đồng thời biết được chu kỳ bán rã của chúng, có thể tính ra tuổi của chúng. Những hòn đá cổ nhất trên Trái Đất ước tính 3,9 tỷ năm tuổi, tuy nhiên rất khó để tìm được những hòn đá đó vì Trái Đất đã hoàn toàn thay đổi bề mặt của nó. Các thiên thạch, vốn được hình thành trong giai đoạn ban đầu của đám bụi mặt trời, được tìm thấy có tuổi già nhất là 4.6 tỷ năm, suy ra Hệ Mặt Trời đã được hình thành từ cách đây ít nhất 4.6 tỷ năm. Đám bụi Mặt Trời ban đầu có hình dáng gần giống hình cầu, đường kính 100 AU và có khối lượng bằng 2 đến 3 lần khối lượng Mặt Trời. Theo thời gian, một sự nhiễu loạn, có thể một sao siêu mới bên cạnh, gây sóng hấp dẫn xung kích vào không gian của đám bụi, làm nén đám bụi này, đẩy vật chất của nó sâu vào bên trong, tới lúc lực hấp dẫn vượt qua áp suất khí bên trong và nó bắt đầu sụp đổ. Khi đám bụi sụp đổ, nó giảm kích thước, điều này làm nó xoay tròn nhanh hơn để giữ mô men động lượng bảo toàn. Các định luật cơ học cho thấy kết quả của các lực hấp dẫn, áp suất khí, và lực ly tâm trong chuyển động quay khiến cho đám bụi bắt đầu trở nên dẹt thành hình một cái đĩa quay tròn với một chỗ phình lên ở giữa, gọi là đĩa bụi Mặt Trời. Mặt phẳng trung bình của đĩa bụi này rất gần với mặt phẳng hoàng đạo sau này. Khi đĩa bụi Mặt Trời trở nên đặc hơn, một hình thức đầu tiên của sao trung tâm (tức Mặt Trời sau này) được tạo thành ở giữa, gọi là tiền Mặt Trời. Hệ này được sự ma sát của các viên đá va chạm vào nhau làm nóng lên. Những nguyên tố nhẹ hơn như hydro và heli thoát khỏi phần tâm và tràn ra phía rìa ngoài của đĩa, để lại các nguyên tố nặng tập trung bên trong, hình thành bụi và đá ở trung tâm. Các nguyên tố nặng hơn kết thành khối với nhau để tạo thành các tiểu hành tinh và các tiền hành tinh. Ở vùng ngoài của tinh vân này, băng và các khí dễ bay hơi còn tồn tại, và như một kết quả, các hành tinh bên trong là đá và các hành tinh bên ngoài có đủ khối lượng để giữ lại lượng lớn các khí nhẹ, như hydro và heli. Sau 100 triệu năm, áp suất và sự cô đặc hydrô ở trung tâm của đĩa bụi sụp đổ trở lên đủ lớn để tiền Mặt Trời duy trì các phản ứng nhiệt hạch. Kết quả của việc này, hydro bị biến thành heli trong các phản ứng đó, và một lượng lớn nhiệt được toả ra. Trong thời gian đó, tiền Mặt Trời biến thành Mặt Trời và các tiền hành tinh và tiền tiểu hành tinh biến thành các hành tinh thông qua sự tập trung dần dần khối lượng. Tất cả các hành tinh được hình thành trong một thời gian ngắn, khoảng vài triệu năm. Chúng đều có quỹ đạo nằm gần mặt phẳng trung bình của đĩa bụi ban đầu; nghĩa là mặt phẳng hoàng đạo (mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất) cũng nằm gần mặt phẳng trung bình này và gần với các mặt phẳng quỹ đạo của các hành tinh khác. Khám phá và thám hiểm Lịch sử Các hành tinh bên trong Sao Thổ từng được các nhà thiên văn ngày xưa biết đến, họ quan sát sự di chuyển của những vật thể đó so với những vùng có vẻ đứng im gồm các ngôi sao. Sao Kim và Sao Thuỷ vốn đã được quan sát là hai vật thể riêng biệt dù có khó khăn trong việc kết nối "Sao hôm" và "Sao mai". Họ cũng biết rằng hai vật thể không phải một điểm, Mặt Trời và Mặt Trăng, di chuyển trên cùng một cái nền đứng im. Tuy nhiên, sự hiểu biết về trạng thái của những vật thể đó hoàn toàn thiếu chính xác. Trạng thái và cấu trúc của Hệ Mặt Trời vẫn còn bị hiểu biết chưa chính xác vì ít nhất là hai lý do. Trái Đất đã bị coi là đứng im, và sự di chuyển của các vật thể trên trời vì thế cũng chỉ là bên ngoài. Mặt Trời đã bị coi là quay quanh Trái Đất, giống như các hành tinh hay thiên thể khác. Quan niệm này về vũ trụ, với Trái Đất ở trung tâm, được goi là hệ địa tâm. Nhiều vật thể trong hệ mặt trời và các hiện tượng không được nhận thức đầy đủ nếu không có trợ giúp của kỹ thuật. Trong vài trăm năm qua, các tiến bộ về nhận thức và kỹ thuật đã giúp con người hiểu thêm nhiều về hệ mặt trời. Sự nhận thức đầu tiên và có tính nền tảng là cuộc cách mạng của Nicolaus Copernicus cho rằng các hành tinh quay quanh Mặt Trời - hệ nhật tâm - với Mặt Trời ở trung tâm. Điều đã gây sốc nhất và gây ra nhiều tranh cãi nhất không phải là việc Mặt Trời ở trung tâm mà là Trái Đất thuộc ngoại biên, và có quỹ đạo. Các hành tinh vốn chỉ bị coi đơn giản là các điểm trên bầu trời, nhưng nếu chính Trái Đất là một hành tinh, có lẽ những hành tinh khác, giống như Trái Đất, chỉ là những hình cầu to lớn và cứng chắc. Về mặt triết học, có một số sự chống đối thuyết nhật tâm. Tình trạng tự nhiên của các vật khoáng, nặng giống như Trái Đất được tin rằng sẽ nằm im. Các hành tinh được cho rằng được cấu tạo từ vật liệu riêng biệt, phù du (sớm nở tối tàn) và nhẹ. Mọi người từng tin rằng sự chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời làm cho không khí biến mất khỏi bề mặt. Nếu Trái Đất đang chuyển động, các nhà thiên văn học đã có thể quan sát thị sai của các ngôi sao, như việc các ngôi sao xuất hiện và thay đổi vị trí so với các vật thể ở xa hơn vì lý do Trái Đất thay đổi vị trí. Sự phát minh ra kính viễn vọng cho phép một sự tiến bộ căn bản về kỹ thuật trong việc khám phá Hệ Mặt Trời, với kính viễn vọng đã được cải tiến của Galileo Galilei đã cho phép nhiều lợi ích trong việc khám phá các vệ tinh của các hành tinh khác, đặc biệt là bốn vệ tinh lớn của Sao Mộc. Điều này cho thấy tất cả các vật thể trong vụ trụ không quay quanh Trái Đất. Tuy nhiên, có thể phát minh lớn nhất của Galileo là việc hành tinh Sao Kim có các pha giống như Mặt Trăng, chứng minh rằng nó phải quay quanh Mặt Trời. Sau đó, vào năm 1678, Isaac Newton dùng định luật vạn vật hấp dẫn của mình giải thích lực vừa giữ Trái Đất quay quanh Mặt Trời vừa giữ không khí không bị cuốn đi mất. Cuối cùng, năm 1838, nhà thiên văn Friedrich Wilhelm Bessel đã thành công trong việc đo đạc thị sai của ngôi sao 61Cygni, chứng minh một cách thuyết phục rằng Trái Đất đang chuyển động. Ngày nay Với sự khởi đầu thời đại vũ trụ, một thời đại vĩ đại trong thám hiểm đã được thực hiện bởi các chuyến thăm dò vũ trụ không người lái được tổ chức và thực hiện bởi nhiều cơ quan vũ trụ. Tàu thăm dò vũ trụ đầu tiên hạ cánh xuống một vật thể trong Hệ Mặt Trời là tàu thám hiểm Luna 2 của Liên Xô, nó hạ cánh xuống Mặt Trăng năm 1959. Từ đó, ngày càng có nhiều hành tinh khác ở xa hơn được khám phá, với việc tàu vũ trụ đáp xuống Sao Kim năm 1965, Sao Hoả năm 1976, tiểu hành tinh 433 Eros năm 2001, và vệ tinh Titan của Sao Thổ năm 2005. Các tàu vũ trụ cũng đã tiến gần tới các hành tinh khác như Mariner 10 đi qua Sao Thuỷ năm 1973. Tàu vũ trụ đầu tiên khám phá các hành tinh vòng ngoài là Pioneer, bay qua Sao Mộc năm 1973. Pioneer 11 là tàu đầu tiên đến Sao Thổ năm 1979. Các tàu vũ trụ Voyager đã làm một cuộc hành trình vĩ đại đến các hành tinh vòng ngoài sau khi chúng được phòng lên năm 1977, với hai tàu bay qua Sao Mộc năm 1979 và Sao Thổ năm 1980-1981. Voyager 2 sau đó tiến sát đến Sao Thiên Vương năm 1986 và Sao Hải Vương năm 1989. Các tàu Voyager hiện đang ở bên ngoài quỹ đạo của Sao Diêm Vương, và đến tháng 6 năm 2006, tàu Voyager 1 đã vượt qua ranh giới của Hệ Mặt Trời. Sao Diêm Vương vẫn chưa được thăm viếng bởi một tàu vũ trụ nào của con người dù việc NASA phóng tàu New Horizons vào tháng 1 năm 2006 có thể làm thay đổi điều này. Tàu dự tính sẽ bay qua Sao Diêm Vương vào tháng 7 năm 2015 và sau đó sẽ nghiên cứu thêm càng nhiều càng tốt về các vật thể trong vành đai Kuiper. Thông qua những vụ khám phá không người lái đó, con người đã có thể có những ảnh chụp gần hơn về đa số các hành tinh và trong trường hợp có thể hạ cánh, tiến hành các xét nghiệm về đất đá và khí quyển của chúng. Các cuộc thám hiểm có người lái, dù sao, cũng chỉ đưa con người tới được Mặt Trăng, trong chương trình Apollo. Lần cuối con người đáp tàu lên Mặt Trăng là vào năm 1972, nhưng những sự khám phá gần đây về băng trong những miệng núi lửa sâu ở các vùng cực của Mặt Trăng đã gợi nên ý tưởng suy đoán rằng tàu vũ trụ có người lái có thể quay lại Mặt Trăng trong thập kỷ tới hoặc sau đó. Chương trình phòng tàu vũ trụ có người lái đến Sao Hoả đã được dự đoán từ nhiều thế hệ những người yêu thích thiên văn. Châu Âu (ESA) hiện đang đặt kế hoạch phóng tàu có người lái khám phá Mặt Trăng và Sao Hoả như một phần của Chương trình thám hiểm Aurora được xác nhận vào năm 2001. Hoa Kỳ cũng có một chương trình tương tự gọi là Tầm nhìn Thám hiểm Vũ trụ năm 2004. Giả thuyết sao đôi Có giả thuyết cho rằng Mặt Trời có thể là một phần trong một hệ sao đôi, với một ông bạn đồng hành được gọi là Nemesis. Nemesis được cho là có thể giải thích một số trạng thái đều đặn về thời gian của sự tuyệt chủng của cuộc sống trên Trái Đất. Các lý thuyết cho rằng Nemesis tạo ra các xáo trộn định kỳ trong đám mây Oort gồm các sao chổi bay quanh Hệ Mặt Trời, gây ra các "cơn mưa sao chổi". Một số chúng va chạm với Trái Đất, gây ra sự huỷ diệt sự sống. Lý thuyết này không còn được nhiều nhà khoa học cho là nghiêm túc, phần lớn bởi vì các quan sát hồng ngoại không thể tìm thấy bất kỳ một vật thể nào như vậy, vốn phải dễ nhận thấy với các bước sóng đó.