Nhìn lên bầu trời vào một đêm trong, bạn có thể thấy vài nghìn ngôi sao. Nhưng đó gần như là không gì cả. Mặt Trời của chúng ta chỉ là một ngôi sao giữa trăm tỷ ngôi sao trong thiên hà của mình…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Giọng đọc tiếng Anh · phụ đề tiếng Anh + 中文 được ghi trực tiếp
6.1
The Earth, the Sun and the Moon · Trái Đất, Mặt Trời và Mặt Trăng
Syllabus · Chương trình
English
6.1.1 The Earth
Core
Supplement
1 Know that the Earth is a planet that rotates on its axis, which is tilted, once in approximately 24 hours, and use this to explain observations of the apparent daily motion of the Sun and the periodic cycle of day and night
2 Know that the Earth orbits the Sun once in approximately 365 days and use this to explain the periodic nature of the seasons
4 Define average orbital speed from the equation $v = \frac{2\pi r}{T}$ where $r$ is the average radius of the orbit and $T$ is the orbital period; recall and use this equation
3 Know that it takes approximately one month for the Moon to orbit the Earth and use this to explain the periodic nature of the Moon’s cycle of phases
6.1.2 The Solar System
Core
Supplement
1 Describe the Solar System as containing: (a) one star, the Sun (b) the eight named planets and know their order from the Sun (c) minor planets that orbit the Sun, including dwarf planets such as Pluto and asteroids in the asteroid belt (d) moons, that orbit the planets (e) smaller Solar System bodies, including comets and natural satellites
7 Know that planets, minor planets and comets have elliptical orbits, and recall that the Sun is not at the centre of the elliptical orbit, except when the orbit is approximately circular
8 Analyse and interpret planetary data about orbital distance, orbital duration, density, surface temperature and uniform gravitational field strength at the planet’s surface
2 Know that, in comparison to each other, the four planets nearest the Sun are rocky and small and the four planets furthest from the Sun are gaseous and large, and explain this difference by referring to an accretion model for Solar System formation, to include: (a) the model’s dependence on gravity (b) the presence of many elements in interstellar clouds of gas and dust (c) the rotation of material in the cloud and the formation of an accretion disc
3 Know that the strength of the gravitational field (a) at the surface of a planet depends on the mass of the planet (b) around a planet decreases as the distance from the planet increases
4 Calculate the time it takes light to travel a significant distance such as between objects in the Solar System
5 Know that the Sun contains most of the mass of the Solar System and this explains why the planets orbit the Sun
6 Know that the force that keeps an object in orbit around the Sun is the gravitational attraction of the Sun
9 Know that the strength of the Sun’s gravitational field decreases and that the orbital speeds of the planets decrease as the distance from the Sun increases
10 Know that an object in an elliptical orbit travels faster when closer to the Sun and explain this using the conservation of energy
Tiếng Việt
6.1.1 Trái Đất
Cốt lõi
Bổ sung
1 Hiểu rằng Trái Đất là một hành tinh quay quanh trục của mình, trục này bị nghiêng, một lần trong khoảng 24 giờ, và sử dụng điều này để giải thích các quan sát về chuyển động biểu kiến hàng ngày của Mặt Trời và chu kỳ tuần hoàn giữa ngày và đêm
2 Hiểu rằng Trái Đất quỹ đạo quanh Mặt Trời một lần trong khoảng 365 ngày và sử dụng điều này để giải thích tính chu kỳ của các mùa
4 Định nghĩa tốc độ quỹ đạo trung bình từ phương trình $v = \frac{2\pi r}{T}$ trong đó $r$ là bán kính quỹ đạo trung bình và $T$ là chu kỳ quỹ đạo; ghi nhớ và sử dụng phương trình này
3 Hiểu rằng mất khoảng một tháng để Mặt Trăng quỹ đạo quanh Trái Đất và sử dụng điều này để giải thích tính chu kỳ của chu kỳ pha mặt trăng
6.1.2 Hệ Mặt Trời
Cốt lõi
Bổ sung
1 Mô tả Hệ Mặt Trời bao gồm: (a) một ngôi sao, Mặt Trời (b) tám hành tinh có tên và biết thứ tự của chúng từ Mặt Trời (c) các tiểu hành tinh quay quanh Mặt Trời, bao gồm cả hành tinh lùn như Pluto và các thiên thể trong vành đai tiểu hành tinh (d) vệ tinh, những vật thể quay quanh hành tinh (e) các vật thể nhỏ hơn trong Hệ Mặt Trời, bao gồm comét và vệ tinh tự nhiên
7 Hiểu rằng các hành tinh, tiểu hành tinh và comét có quỹ đạo elip, và ghi nhớ rằng Mặt Trời không nằm ở tâm của quỹ đạo elip, ngoại trừ khi quỹ đạo xấp xỉ hình tròn
8 Phân tích và diễn giải dữ liệu hành tinh về khoảng cách quỹ đạo, thời gian quỹ đạo, mật độ, nhiệt độ bề mặt và gia trọng trường đồng nhất tại bề mặt hành tinh
2 Hiểu rằng, so với nhau, bốn hành tinh gần Mặt Trời nhất có cấu tạo đá và kích thước nhỏ, còn bốn hành tinh xa Mặt Trời nhất có cấu tạo khí và kích thước lớn, và giải thích sự khác biệt này bằng cách tham chiếu đến mô hình bồi tụ cho sự hình thành Hệ Mặt Trời, bao gồm: (a) sự phụ thuộc của mô hình vào lực hấp dẫn (b) sự hiện diện của nhiều nguyên tố trong các đám mây liên sao gồm khí và bụi (c) sự quay của vật chất trong đám mây và sự hình thành đĩa bồi tụ
3 Hiểu rằng độ mạnh của trường hấp dẫn (a) tại bề mặt một hành tinh phụ thuộc vào khối lượng của hành tinh đó (b) xung quanh một hành tinh giảm dần khi khoảng cách từ hành tinh tăng lên
4 Tính toán thời gian ánh sáng truyền đi một khoảng cách đáng kể chẳng hạn như giữa các vật thể trong Hệ Mặt Trời
5 Hiểu rằng Mặt Trời chứa phần lớn khối lượng của Hệ Mặt Trời và điều này giải thích tại sao các hành tinh quỹ đạo quanh Mặt Trời
6 Hiểu rằng lực giữ cho một vật thể quỹ đạo quanh Mặt Trời là lực hút hấp dẫn của Mặt Trời
9 Hiểu rằng độ mạnh của trường hấp dẫn của Mặt Trời giảm dần và tốc độ quỹ đạo của các hành tinh giảm xuống khi khoảng cách từ Mặt Trời tăng lên
10 Hiểu rằng một vật thể trong quỹ đạo elip di chuyển nhanh hơn khi gần Mặt Trời hơn và giải thích điều này bằng định luật bảo toàn năng lượng
Source: Cambridge International syllabus · Nguồn: Chương trình Cambridge International
English
The Earth spins (rotates 自转) on its axis 轴 once in about $24$ hours. The axis is tilted 倾斜 (not straight up). This spin gives us day and night, and makes the Sun 太阳 appear to move across the sky each day.
The Earth also moves around the Sun in an orbit 轨道, once in about $365$ days (one year). Because the axis is tilted, different parts of the Earth lean towards the Sun at different times of the year. This gives the seasons 季节: it is summer in the half of the Earth that leans towards the Sun.
The Moon 月球 orbits the Earth once in about one month. As it goes round, we see different amounts of its lit side, which gives the phases 月相 of the Moon (new moon, half moon, full moon).
So, from shortest to longest: one day (Earth's spin) < one month (Moon's orbit) < one year (Earth's orbit).
Tiếng Việt
Trái Đất tự quay (quay quanh trục) một vòng trong khoảng $24$ giờ. Trục này bị ngả nghiêng (không thẳng đứng). Sự quay này tạo ra ngày đêm, và khiến Mặt Trời trông như đang di chuyển trên bầu trời mỗi ngày.
Trái Đất cũng di chuyển quanh Mặt Trời theo một quỹ đạo, một vòng mất khoảng $365$ ngày (một năm). Vì trục bị ngả nghiêng, các khu vực khác nhau của Trái Đất nghiêng về phía Mặt Trời vào những thời điểm khác nhau trong năm. Điều này tạo ra các mùa: mùa hè diễn ra ở nửa Trái Đất nghiêng về phía Mặt Trời.
Trục giữ nguyên độ nghiêng suốt cả năm, nên mỗi bán cầu đều nghiêng về phía Mặt Trời trong một nửa quỹ đạo và lệch ra trong nửa còn lại
Mặt Trăng orbit quanh Trái Đất một vòng trong khoảng một tháng. Khi di chuyển, chúng ta nhìn thấy các phần sáng tối khác nhau của mặt trăng, tạo nên các hình thái của Mặt Trăng (mặt trăng non, mặt trăng nửa vầng, mặt trăng tròn).
Nửa sáng của Mặt Trăng luôn hướng về phía Mặt Trời, nên khi nó orbit, chúng ta nhìn thấy các phần khác nhau: mặt trăng non nằm giữa chúng ta và Mặt Trời, mặt trăng tròn nằm đối diện Mặt Trời, và mặt trăng nửa vầng nằm ở giữa
Vì vậy, từ ngắn nhất đến dài nhất: một ngày (quay của Trái Đất) < một tháng (quỹ đạo của Mặt Trăng) < một năm (quỹ đạo của Trái Đất).
Mặt Trăng tròn, vệ tinh tự nhiên của Trái Đất
Explore · Khám phá
Why the Moon changes shape · Tại sao hình dạng Mặt Trăng thay đổi
The Sun always lights half the Moon; the phase is simply how much of that lit half faces us as the Moon orbits — it is not Earth's shadow. · Mặt Trời luôn chiếu sáng một nửa Mặt Trăng; pha của nó đơn giản là phần bề mặt đã được chiếu sáng đang hướng về phía chúng ta khi Mặt Trăng quay quanh — đó không phải là bóng tối của Trái Đất.
For an object going round a circle, the distance for one full orbit is the circumference 周长$2\pi r$, where $r$ is the radius of the orbit. The orbital speed 轨道速率 is this distance divided by the period 周期$T$ (the time for one orbit):
$$v = \frac{2\pi r}{T}$$
The same equation works for planets, moons and satellites.
Worked example. A space station orbits the Earth at a radius of $r = 7000\ \text{km}$ and takes $T = 5800\ \text{s}$ for one orbit. Find its orbital speed.
First convert the radius to metres: $7000\ \text{km} = 7.0 \times 10^6\ \text{m}$. Then
Đối với vật thể chuyển động tròn, quãng đường cho một vòng orbit hoàn chỉnh là chu vi$2\pi r$, trong đó $r$ là bán kính của quỹ đạo. Tốc độ quỹ đạo là quãng đường này chia cho chu kỳ$T$ (thời gian để thực hiện một vòng orbit):
$$v = \frac{2\pi r}{T}$$
Phương trình tương tự áp dụng cho các hành tinh, vệ tinh tự nhiên và vệ tinh nhân tạo.
Ví dụ minh họa. Một trạm không gian orbit quanh Trái Đất ở bán kính $r = 7000\ \text{km}$ và mất $T = 5800\ \text{s}$ cho một vòng orbit. Tìm tốc độ quỹ đạo của nó.
Đầu tiên chuyển đổi bán kính sang mét: $7000\ \text{km} = 7.0 \times 10^6\ \text{m}$. Sau đó
ISS đang orbit: tốc độ quỹ đạo là tốc độ giúp giữ vệ tinh chuyển động tròn rơi tự do
6.1
The Solar System · Hệ Mặt Trời
English
The Solar System 太阳系 has one star, the Sun, at its centre. Around it move the eight planets 行星. In order from the Sun they are: Mercury, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune.
The four planets nearest the Sun are small and rocky 岩石.
The four planets furthest from the Sun are large and gaseous 气态 — they are made mostly of gas 气体, with no solid surface to stand on.
The two nearer giants, Jupiter and Saturn, are gas giants 气态巨行星. The two outer giants, Uranus and Neptune, are ice giants 冰巨行星: they hold much more ice, so they are not true gas giants.
The Solar System also contains:
minor planets, such as dwarf planets 矮行星 like Pluto, and asteroids 小行星 (most lie in the asteroid belt between Mars and Jupiter);
moons (natural satellites 卫星) that orbit the planets;
comets 彗星 and other small bodies.
Orbits and gravity
The Sun holds most of the mass of the Solar System. Its gravity 引力 (gravitational pull) reaches out and keeps the planets in their orbits. This force is the gravitational attraction of the Sun.
The gravitational field strength 重力场强度 tells you how strong gravity is:
at the surface of a planet it is bigger for a planet with more mass;
around a planet it gets weaker as you move further away.
In the same way, the Sun's gravity gets weaker further out, so the outer planets move more slowly (smaller orbital speed) than the inner ones.
Planetary data
Exam questions often give a table like this one and ask you to read a pattern from it.
Planet
Distance from Sun / million km
Orbital period
Density / g/cm³
Surface temperature / °C
Surface $g$ / N/kg
Mercury
58
88 days
5.4
170
3.7
Venus
108
225 days
5.2
460
8.9
Earth
150
365 days
5.5
15
9.8
Mars
228
687 days
3.9
−60
3.7
Jupiter
779
11.9 years
1.3
−110
23
Saturn
1430
29.5 years
0.7
−140
9.0
Uranus
2870
84 years
1.3
−195
8.7
Neptune
4500
165 years
1.6
−200
11
Patterns to notice: the further a planet is from the Sun, the longer its orbital period and the lower its surface temperature. The four inner planets are dense (rock and metal), while the four outer planets have low densities (gas and ice). The gravitational field strength at the surface depends on the planet's mass and size, not on its distance from the Sun.
Elliptical orbits
Most orbits are not perfect circles but ellipses 椭圆 (a stretched circle), and the Sun is not at the centre of the ellipse. A comet has a very stretched orbit. An object in an elliptical orbit moves faster when it is closer to the Sun. We explain this with the conservation of energy 能量守恒 — the total energy 能量 stays the same, so as the object's gravitational potential energy 重力势能 falls (coming closer), its kinetic energy 动能 rises (it speeds up).
Light travel time
Distances in space are huge, so we often work out how long light takes to cross them. Light travels at $3.0 \times 10^8\ \text{m/s}$. Using $\text{time} = \dfrac{\text{distance}}{\text{speed}}$, light from the Sun (about $1.5 \times 10^{11}\ \text{m}$ away) takes about $500\ \text{s}$, which is roughly $8$ minutes, to reach the Earth.
Tiếng Việt
Hệ Mặt Trời có một ngôi sao là Mặt Trời ở trung tâm. Xung quanh nó là tám hành tinh. Theo thứ tự từ Mặt Trời ra, chúng là: Thủy Tinh, Kim Tinh, Trái Đất, Hỏa Tinh, Mộc Tinh, Thổ Tinh, Thiên Vương Tinh và Hải Vương Tinh.
Bốn hành tinh gần Mặt Trời nhất nhỏ bé và bề mặt đá.
Bốn hành tinh xa Mặt Trời nhất lớn và khí; chúng chủ yếu cấu tạo từ khí, không có bề mặt rắn vững chắc để đứng lên.
Hai thiên thể khổng lồ gần hơn, Mộc Tinh và Thổ Tinh, là khí khổng lồ. Hai thiên thể khổng lồ ngoài cùng, Thiên Vương Tinh và Hải Vương Tinh, là băng khổng lồ: chúng chứa nhiều băng hơn, nên không phải là khí khổng lồ thực sự.
Mặt Trời và tám hành tinh theo thứ tự: bốn hành tinh nhỏ bề mặt đá, rồi vành đai tiểu hành tinh, rồi bốn hành tinh lớn khí — khí khổng lồ Mộc Tinh và Thổ Tinh, và băng khổng lồ Thiên Vương Tinh và Hải Vương Tinh (không đúng tỷ lệ)Sao Hỏa, hành tinh đỏ, một trong những hành tinh nội hành tinh đáJupiter, hành tinh lớn nhất, với các dải khí xoáySao Thổ và các vành đai, do tàu Cassini chụp ảnh
Hệ Mặt Trời cũng bao gồm:
hành tinh lùn, như hành tinh lùn Pluto, và tiểu hành tinh (hầu hết nằm trong vành đai tiểu hành tinh giữa Hỏa Tinh và Mộc Tinh);
vệ tinh (vệ tinh tự nhiên) orbit quanh các hành tinh;
comet và các thiên thể nhỏ khác.
Quỹ đạo và lực hấp dẫn
Mặt Trời chiếm phần lớn khối lượng của Hệ Mặt Trời. Lực hấp dẫn (lực hút hấp dẫn) của nó kéo dài ra và giữ các hành tinh trên quỹ đạo của mình. Lực này chính là lực hút hấp dẫn của Mặt Trời.
Cường độ trường hấp dẫn cho biết lực hấp dẫn mạnh hay yếu thế nào:
tại bề mặt một hành tinh, nó lớn hơn đối với hành tinh có khối lượng lớn hơn;
xung quanh một hành tinh, nó yếu đi khi bạn di chuyển ra xa.
Tương tự, lực hấp dẫn của Mặt Trời yếu dần ở khoảng cách xa hơn, nên các hành tinh bên ngoài chuyển động chậm hơn (tốc độ quỹ đạo nhỏ hơn) so với các hành tinh bên trong.
Dữ liệu hành tinh
Các câu hỏi thi thường cung cấp bảng dữ liệu như thế này và yêu cầu bạn đọc ra quy luật từ đó.
Hành tinh
Khoảng cách từ Mặt Trời / triệu km
Chu kỳ quỹ đạo
Mật độ / g/cm³
Nhiệt độ bề mặt / °C
Trường trọng lực bề mặt / N/kg $g$
Thủy Tinh
58
88 ngày
5.4
170
3.7
Kim Tinh
108
225 ngày
5.2
460
8.9
Trái Đất
150
365 ngày
5.5
15
9.8
Hỏa Tinh
228
687 ngày
3.9
−60
3.7
Mộc Tinh
779
11.9 năm
1.3
−110
23
Thổ Tinh
1430
29.5 năm
0.7
−140
9.0
Thiên Vương Tinh
2870
84 năm
1.3
−195
8.7
Hải Vương Tinh
4500
165 năm
1.6
−200
11
Các quy luật cần lưu ý: hành tinh càng xa Mặt Trời thì chu kỳ quỹ đạo càng dài và nhiệt độ bề mặt càng thấp. Bốn hành tinh bên trong có mật độ cao (đá và kim loại), trong khi bốn hành tinh bên ngoài có mật độ thấp (khí và băng). Cường độ trường trọng lực tại bề mặt phụ thuộc vào khối lượng và kích thước của hành tinh, không phải khoảng cách từ Mặt Trời.
Quỹ đạo hình elip
Hầu hết các quỹ đạo không phải là hình tròn hoàn hảo mà là hình elip (một hình tròn bị kéo dài), và Mặt Trời không nằm ở tâm của hình elip. Một sao chổi có quỹ đạo bị kéo dài rất nhiều. Một vật thể trên quỹ đạo elip di chuyển nhanh hơn khi nó gần Mặt Trời hơn. Chúng ta giải thích điều này bằng định luật bảo toàn năng lượng — tổng năng lượng được giữ nguyên, do đó khi thế năng hấp dẫn của vật thể giảm xuống (di chuyển lại gần), động năng của nó tăng lên (vật tốc độ nhanh hơn).
Mặt Trời nằm tại một tiêu điểm của hình elip; hành tinh tăng tốc khi đến gần và giảm tốc khi rời xa
Thời gian truyền ánh sáng
Khoảng cách trong vũ trụ rất lớn, vì vậy chúng ta thường tính toán xem ánh sáng mất bao lâu để đi qua những khoảng cách đó. Ánh sáng di chuyển với vận tốc $3.0 \times 10^8\ \text{m/s}$. Sử dụng $\text{time} = \dfrac{\text{distance}}{\text{speed}}$, ánh sáng từ Mặt Trời (cách chúng ta khoảng $1.5 \times 10^{11}\ \text{m}$) mất khoảng $500\ \text{s}$, tức xấp xỉ $8$ phút, để đến Trái Đất.
Explore · Khám phá
Watch the planets race · Xem cuộc đua của các hành tinh
The closer a planet is to the Sun, the faster it orbits — Mercury in 88 days, Jupiter in 12 years — because the Sun's gravity is stronger close in. · Hành tinh càng gần Mặt Trời thì quay越快 — Thủy Tinh trong 88 ngày, Mộc Tinh trong 12 năm — vì lực hấp dẫn của Mặt Trời mạnh hơn ở gần.
How the Solar System formed · Sự hình thành của Hệ Mặt Trời
English
The planets formed from a giant cloud of gas and dust 尘埃 in space, which contained many chemical elements 元素. This is the accretion 吸积 model:
gravity pulled the cloud together;
the cloud was spinning, so it flattened into a spinning accretion disc 吸积盘;
most of the matter fell to the centre and became the Sun, while the planets grew from the leftover material in the disc.
Near the hot young Sun, only rock and metal could stay solid, so the inner planets are rocky. Far out, where it was cold, gases could also collect, so the outer planets grew large and gaseous.
Tiếng Việt
Các hành tinh hình thành từ một đám mây khổng lồ gồm khí và bụi trong không gian, chứa đựng nhiều nguyên tố hóa học. Đây là mô hình tích tụ:
lực hấp dẫn kéo đám mây lại với nhau;
đám mây đang quay, nên nó dẹt lại thành một đĩa tích tụ đang quay;
phần lớn vật chất rơi vào trung tâm và trở thành Mặt Trời, trong khi các hành tinh phát triển từ phần vật chất dư thừa còn sót lại trong đĩa.
Gần Mặt Trời trẻ nóng, chỉ có đá và kim loại mới có thể duy trì trạng thái rắn, nên các hành tinh bên trong có cấu tạo từ đá. Ở khoảng cách xa, nơi có nhiệt độ lạnh, khí cũng có thể tụ tập, nên các hành tinh bên ngoài phát triển to lớn và chủ yếu là khí.
Một đĩa tích tụ thực sự xung quanh ngôi sao trẻ HL Tauri: các khe tối là nơi các hành tinh mới đang thu gom bụi — Hệ Mặt Trời của chúng ta đã bắt đầu theo cách tương tự
1 Know that the Sun is a star of medium size, consisting mostly of hydrogen and helium, and that it radiates most of its energy in the infrared, visible light and ultraviolet regions of the electromagnetic spectrum
2 Know that stars are powered by nuclear reactions that release energy and that in stable stars the nuclear reactions involve the fusion of hydrogen into helium
6.2.2 Stars
Core
Supplement
1 State that: (a) galaxies are each made up of many billions of stars (b) the Sun is a star in the galaxy known as the Milky Way (c) other stars that make up the Milky Way are much further away from the Earth than the Sun is from the Earth (d) astronomical distances can be measured in light-years, where one light-year is the distance travelled in (the vacuum of) space by light in one year
2 Know that one light-year is equal to $9.5 \times 10^{15}$ m
3 Describe the life cycle of a star: (a) a star is formed from interstellar clouds of gas and dust that contain hydrogen (b) a protostar is an interstellar cloud collapsing and increasing in temperature as a result of its internal gravitational attraction (c) a protostar becomes a stable star when the inward force of gravitational attraction is balanced by an outward force due to the high temperature in the centre of the star (d) all stars eventually run out of hydrogen as fuel for the nuclear reaction (e) most stars expand to form red giants and more massive stars expand to form red supergiants when most of the hydrogen in the centre of the star has been converted to helium (f) a red giant from a less massive star forms a planetary nebula with a white dwarf star at its centre (g) a red supergiant explodes as a supernova, forming a nebula containing hydrogen and new heavier elements, leaving behind a neutron star or a black hole at its centre (h) the nebula from a supernova may form new stars with orbiting planets
6.2.3 The Universe
Core
Supplement
1 Know that the Milky Way is one of many billions of galaxies making up the Universe and that the diameter of the Milky Way is approximately 100 000 light-years
2 Describe redshift as an increase in the observed wavelength of electromagnetic radiation emitted from receding stars and galaxies
3 Know that the light emitted from distant galaxies appears redshifted in comparison with light emitted on the Earth
4 Know that redshift in the light from distant galaxies is evidence that the Universe is expanding and supports the Big Bang Theory
5 Know that microwave radiation of a specific frequency is observed at all points in space around us and is known as cosmic microwave background radiation (CMBR)
6 Explain that the CMBR was produced shortly after the Universe was formed and that this radiation has been expanded into the microwave region of the electromagnetic spectrum as the Universe expanded
7 Know that the speed $v$ at which a galaxy is moving away from the Earth can be found from the change in wavelength of the galaxy’s starlight due to redshift
8 Know that the distance $d$ of a far galaxy can be determined using the brightness of a supernova in that galaxy
9 Define the Hubble constant$H_0$ as the ratio of the speed at which the galaxy is moving away from the Earth to its distance from the Earth; recall and use the equation
$$H_0 = \frac{v}{d}$$
10 Know that the current estimate for $H_0$ is $2.2 \times 10^{-18}$ per second
11 Know that the equation
$$\frac{d}{v} = \frac{1}{H_0}$$
represents an estimate for the age of the Universe and that this is evidence for the idea that all the matter in the Universe was present at a single point
Tiếng Việt
6.2.1 Mặt Trời như một ngôi sao
Cốt lõi
Bổ sung
1 Hiểu rằng Mặt Trời là một ngôi sao có kích thước trung bình, chủ yếu gồm hydro và heli, và nó phát ra phần lớn năng lượng của mình trong vùng hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy và tia cực tím của phổ điện từ
2 Hiểu rằng các ngôi sao được cung cấp năng lượng bởi phản ứng hạt nhân giải phóng năng lượng và rằng trong các ngôi sao ổn định, các phản ứng hạt nhân liên quan đến quá trình tổng hợp hydro thành heli
6.2.2 Các Ngôi Sao
Cốt lõi
Bổ sung
1 Phát biểu rằng: (a) thiên hà mỗi cái đều được cấu tạo từ hàng tỷ ngôi sao (b) Mặt Trời là một ngôi sao trong thiên hà được gọi là Dải Ngân Hà (c) các ngôi sao khác tạo nên Dải Ngân Hà nằm xa Trái Đất hơn rất nhiều so với khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời (d) khoảng cách thiên văn có thể được đo bằng năm ánh sáng, trong đó một năm ánh sáng là quãng đường ánh sáng đi được trong (chân không) không gian trong một năm
2 Hiểu rằng một năm ánh sáng bằng $9.5 \times 10^{15}$ m
3 Mô tả vòng đời của một ngôi sao: (a) một ngôi sao được hình thành từ các đám mây liên sao gồm khí và bụi chứa hydro (b) một protostar là một đám mây liên sao đang sụp đổ và tăng nhiệt độ do lực hấp dẫn nội tại (c) một protostar trở thành một ngôi sao ổn định khi lực hướng vào do lực hút hấp dẫn được cân bằng bởi lực hướng ra do nhiệt độ cao ở trung tâm ngôi sao (d) tất cả các ngôi sao cuối cùng sẽ cạn kiệt hydro làm nhiên liệu cho phản ứng hạt nhân (e) hầu hết các ngôi sao mở rộng thành sao đỏ và các ngôi sao có khối lượng lớn hơn mở rộng thành siêu sao đỏ khi phần lớn hydro ở trung tâm ngôi sao đã được chuyển hóa thành heli (f) một sao đỏ từ một ngôi sao ít mass hơn tạo thành tinh vân hành tinh với một sao lùn trắng ở trung tâm (g) một siêu sao đỏ nổ tung thành supernova, tạo ra tinh vân chứa hydro và các nguyên tố nặng mới, để lại một sao neutron hoặc lỗ đen ở trung tâm (h) tinh vân từ supernova có thể tạo ra các ngôi sao mới với các hành tinh orbiting
6.2.3 Vũ Trụ
Cốt lõi
Bổ sung
1 Hiểu rằng Dải Ngân Hà là một trong hàng tỷ thiên hà tạo nên Vũ Trụ và đường kính của Dải Ngân Hà khoảng 100 000 năm ánh sáng
2 Mô tả dịch chuyển đỏ như là sự gia tăng bước sóng quan sát được của bức xạ điện từ phát ra từ các ngôi sao và thiên hà đang rời xa
3 Hiểu rằng ánh sáng phát ra từ các thiên hà xa trông có vẻ dịch chuyển đỏ so với ánh sáng phát ra trên Trái Đất
4 Hiểu rằng dịch chuyển đỏ trong ánh sáng từ các thiên hà xa là bằng chứng cho thấy Vũ Trụ đang giãn nở và hỗ trợ Lý thuyết Big Bang
5 Hiểu rằng bức xạ vi sóng có tần số cụ thể được quan sát tại mọi điểm trong không gian xung quanh chúng và được gọi là bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMBR)
6 Giải thích rằng CMBR được tạo ra ngay sau khi Vũ Trụ được hình thành và bức xạ này đã bị kéo dãn sang vùng vi sóng của phổ điện từ khi Vũ Trụ giãn nở
7 Biết rằng tốc độ $v$ mà một thiên hà đang di chuyển ra xa Trái Đất có thể được xác định từ sự thay đổi bước sóng của ánh sáng sao do hiệu ứng dịch chuyển đỏ
8 Biết rằng khoảng cách $d$ đến một thiên hà xa có thể được xác định bằng cách sử dụng độ sáng của một siêu tân tinh trong thiên hà đó
9 Định nghĩa hằng số Hubble$H_0$ là tỷ lệ giữa tốc độ di chuyển ra xa Trái Đất và khoảng cách từ thiên hà đến Trái Đất; nhớ và sử dụng phương trình
$$H_0 = \frac{v}{d}$$
10 Biết rằng ước tính hiện tại cho $H_0$ là $2.2 \times 10^{-18}$ mỗi giây
11 Biết rằng phương trình
$$\frac{d}{v} = \frac{1}{H_0}$$
biểu diễn ước tính về tuổi của Vũ trụ và đây là bằng chứng cho quan điểm rằng tất cả vật chất trong Vũ trụ đã tồn tại tại một điểm duy nhất
Source: Cambridge International syllabus · Nguồn: Chương trình Cambridge International
English
The Sun is a star 恒星 of medium size, made mostly of hydrogen 氢 and helium 氦. It radiates most of its energy in the infrared, visible light and ultraviolet 紫外线 parts of the electromagnetic spectrum 电磁波谱.
A star is powered by nuclear reactions 核反应 in its core. In a stable star, the reaction is nuclear fusion 核聚变: hydrogen nuclei join to make helium, releasing huge amounts of energy.
Tiếng Việt
Mặt Trời là một ngôi sao có kích thước trung bình, chủ yếu được cấu tạo từ hydro và helium. Nó phát xạ phần lớn năng lượng của mình trong vùng hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy và tím ngoại của phổ điện từ.
Một ngôi sao được cung cấp năng lượng bởi các phản ứng hạt nhân ở lõi. Trong một ngôi sao ổn định, phản ứng xảy ra là phòng hợp nhất hạt nhân: các hạt nhân hydro kết hợp để tạo thành heli, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ.
Mặt Trời, ngôi sao gần nhất của chúng ta, được quan sát bằng tia cực tím
Stars, galaxies and the Universe · Các ngôi sao, thiên hà và Vũ trụ
English
A galaxy 星系 is a group of many billions of stars held together by gravity. Our Sun is one star in the galaxy called the Milky Way 银河系. All the other stars in the Milky Way are very much further from the Earth than the Sun is.
Distances between stars are so big that we measure them in light-years 光年. One light-year is the distance light travels in one year (in the vacuum of space), which is about $9.5 \times 10^{15}\ \text{m}$.
The Milky Way is about $100\,000$ light-years across (its diameter 直径). It is just one of many billions of galaxies. All of these galaxies together make up the Universe 宇宙.
Tiếng Việt
Một thiên hà là một nhóm gồm hàng tỷ ngôi sao được giữ chặt với nhau bởi lực hấp dẫn. Mặt Trời của chúng ta là một ngôi sao trong thiên hà mang tên Dải Ngân Hà. Tất cả các ngôi sao khác trong Dải Ngân Hà đều nằm xa Trái Đất hơn nhiều so với khoảng cách của Mặt Trời.
Một thiên hà xoắn ốc: hàng tỷ ngôi sao được liên kết bởi lực hấp dẫn
Khoảng cách giữa các ngôi sao rất lớn nên chúng ta đo lường chúng bằng đơn vị năm ánh sáng. Một năm ánh sáng là khoảng cách mà ánh sáng di chuyển trong một năm (trong chân không của không gian), tương đương khoảng $9.5 \times 10^{15}\ \text{m}$.
Dải Ngân Hà rộng khoảng $100\,000$ năm ánh sáng (theo đường kính của nó). Nó chỉ là một trong số hàng tỷ thiên hà. Tất cả các thiên hà này cùng nhau tạo nên Vũ trụ.
Một chiếc kính thiên văn khổng lồ nghiên cứu bầu trời đêm; tia laser giúp nó tạo ra những bức ảnh sắc nét của các ngôi sao ở khoảng cách xa
The life cycle of a star · Vòng đời của một ngôi sao
English
A star is born, lives and dies over a very long time:
A star forms from an interstellar cloud 星际云 of gas and dust that contains hydrogen.
Gravity pulls the cloud inwards, and it heats up. This collapsing, heating cloud is a protostar 原恒星.
The protostar becomes a stable 稳定 star when the inward pull of gravity is balanced by an outward push caused by the very high temperature in its centre.
In time, every star runs out of hydrogen fuel 燃料 for fusion.
What happens next depends on the mass of the star:
A medium star (like the Sun) swells into a red giant 红巨星. It then throws off its outer layers as a glowing cloud called a planetary nebula 星云, leaving a small, hot white dwarf 白矮星 at the centre.
A much heavier star swells into a red supergiant 红超巨星 and then explodes as a supernova 超新星. This blast spreads out a nebula containing hydrogen and new, heavier elements, and leaves behind a neutron star 中子星 or a black hole 黑洞.
The nebula from a supernova can later form new stars, with planets orbiting them — so our own Solar System came from earlier stars.
Tiếng Việt
Một ngôi sao sinh ra, sống và chết trong một khoảng thời gian rất dài:
Một ngôi sao hình thành từ một đám mây liên sao gồm khí và bụi chứa hydro.
Lực hấp dẫn kéo đám mây co lại, khiến nó nóng lên. Đám mây đang co rút và nóng lên này gọi là sao tiền thân.
Sao tiền thân trở thành một ngôi sao ổn định khi lực kéo hướng vào của lực hấp dẫn được cân bằng bởi lực đẩy hướng ra ngoài gây ra bởi nhiệt độ cực cao ở trung tâm của nó.
Về lâu dài, mọi ngôi sao đều sẽ cạn kiệt nhiên liệu hydro cho quá trình tổng hợp hạt nhân.
Điều gì sẽ xảy ra tiếp theo phụ thuộc vào khối lượng của ngôi sao:
Một ngôi sao kích thước trung bình (như Mặt Trời) phồng to thành một siêu sao đỏ. Sau đó, nó tống các lớp vỏ ngoài ra ngoài thành một đám mây phát sáng gọi là tinh vân hành tinh, để lại một sao lùn trắng nhỏ, nóng ở trung tâm.
Một ngôi sao có khối lượng lớn hơn nhiều phồng to thành một siêu sao đỏ sau đó nổ tung thành một siêu tân tinh. Vụ nổ này lan tỏa một tinh vân chứa hydro và các nguyên tố nặng mới, đồng thời để lại một sao neutron hoặc một lỗ đen.
Mọi ngôi sao đều bắt đầu từ một tinh vân; cách nó kết thúc phụ thuộc vào khối lượng của nó
Tinh vân từ một vụ siêu tân tinh sau này có thể tạo ra những ngôi sao mới, với các hành tinh quay quanh chúng — vì vậy Hệ Mặt Trời của chúng ta cũng đến từ những ngôi sao trước đó.
Explore · Khám phá
The life cycle of a star · Chu kỳ sống của một ngôi sao
Gravity pulls a gas cloud together; fusion lights the star; when its fuel runs low it swells and finally fades. · Lực hấp dẫn kéo một đám mây khí lại; phản ứng tổng hợp hạt nhân thắp sáng ngôi sao; khi nhiên liệu cạn kiệt, nó nở to ra và cuối cùng tắt dần.
Explore · Khám phá
The life cycle of a Sun-like star · Chu kỳ sống của sao giống Mặt Trời
Step through how a star like our Sun is born, lives and dies. · Lặp qua quá trình sinh ra, sống và chết của một ngôi sao giống như Mặt Trời của chúng ta.
When a star or galaxy moves away from us (it is receding 退行), the light we receive from it has a longer wavelength 波长 than normal — it is shifted towards the red end of the spectrum. This is redshift 红移.
The light from distant galaxies is redshifted, and the further away a galaxy is, the bigger its redshift. This tells us that the galaxies are moving apart: the Universe is expanding 膨胀. Running this backwards, everything was once together at a single point — this is the evidence for the Big Bang 大爆炸 theory.
More evidence and the age of the Universe
Faint microwave 微波radiation 辐射 is found coming from every direction in space. This is the cosmic microwave background radiation 宇宙微波背景辐射 (CMBR). It was made as high-energy radiation soon after the Big Bang, and has been stretched out into the microwave part of the spectrum as the Universe expanded.
For a distant galaxy:
its speed $v$ of moving away can be found from the redshift of its starlight;
its distance $d$ can be found from the brightness of a supernova seen in it.
The Hubble constant 哈勃常数$H_0$ links these two:
$$H_0 = \frac{v}{d}$$
Its value today is about $2.2 \times 10^{-18}$ per second. Turning this around gives an estimate for the age of the Universe:
$$\frac{d}{v} = \frac{1}{H_0}$$
Worked example. The Hubble constant is about $H_0 = 2.2 \times 10^{-18}$ per second. Estimate the age of the Universe.
This works because every galaxy seems to have started from the same single point at the same time — more support for the Big Bang.
Tiếng Việt
Khi một ngôi sao hoặc thiên hà di chuyển ra xa chúng ta (nó đang lùi), ánh sáng chúng ta thu nhận được từ đó có bước sóng dài hơn bình thường — nó bị dịch chuyển về phía cuối màu đỏ của quang phổ. Đây là dịch chuyển đỏ.
Các vạch tối trong quang phổ của một thiên hà xa bị dịch chuyển về phía cuối màu đỏ — đây là dịch chuyển đỏ
Ánh sáng từ các thiên hà xa bị dịch chuyển đỏ, và thiên hà càng xa thì độ dịch chuyển đỏ càng lớn. Điều này cho thấy các thiên hà đang rời xa nhau: Vũ trụ đang giãn nở. Nếu chạy ngược lại quá trình này, mọi thứ từng nằm ở cùng một điểm duy nhất — đây là bằng chứng cho thuyết Big Bang.
Mỗi thiên hà đều đang di chuyển xua away khỏi chúng ta, và những thiên hà xa hơn di chuyển xua away nhanh hơn — Vũ trụ đang mở rộng
Bằng chứng thêm và tuổi của Vũ trụ
Bức xạ vi ba mờ nhạt được tìm thấy đến từ mọi hướng trong không gian. Đây là bức xạ nền vi ba vũ trụ (CMBR). Nó được tạo ra dưới dạng bức xạ năng lượng cao ngay sau Big Bang, và đã bị kéo dãn ra phần vi ba của quang phổ khi Vũ trụ giãn nở.
Toàn bộ bầu trời được lập bản đồ bằng sóng vi ba: ánh sáng mờ này đến với chúng ta từ mọi hướng như là nhiệt dư của Vũ trụ sơ khai — bằng chứng mạnh mẽ cho Big Bang
Đối với một thiên hà xa:
tốc độ $v$ di chuyển ra xa của nó có thể tìm được từ sự dịch chuyển đỏ của ánh sao;
khoảng cách $d$ của nó có thể tìm thấy từ độ sáng của một siêu tân tinh quan sát được trong đó.
Hằng số Hubble $H_0$ liên kết hai đại lượng này:
$$H_0 = \frac{v}{d}$$
Giá trị của nó hiện nay là khoảng $2.2 \times 10^{-18}$ mỗi giây. Đảo ngược giá trị này cho phép ước tính tuổi của Vũ trụ:
$$\frac{d}{v} = \frac{1}{H_0}$$
Ví dụ giải. Hằng số Hubble là khoảng $H_0 = 2.2 \times 10^{-18}$ mỗi giây. Hãy ước tính tuổi của Vũ trụ.
Cách làm này hoạt động vì mỗi thiên hà dường như đều bắt đầu từ cùng một điểm duy nhất tại cùng một thời điểm — thêm sự hỗ trợ cho thuyết Big Bang.
Explore · Khám phá
The expanding Universe · Vũ trụ đang giãn nở
v = H₀·d
Galaxies recede faster the farther they are — speed is proportional to distance. · Các thiên hà lùi xa càng nhanh khi chúng càng xa — tốc độ tỷ lệ thuận với khoảng cách.
In $v = \dfrac{2\pi r}{T}$, $r$ is the orbit radius and $T$ is the time for one full orbit in seconds — convert km to m and hours to seconds first.
Planets closer to the Sun feel stronger gravity, so they orbit faster and take less time. In an elliptical orbit a body speeds up as it nears the Sun (gravitational potential energy turns into kinetic energy).
A light-year is a distance, not a time — how far light travels in one year.
A star is stable when the inward pull of gravity is balanced by the outward push from the energy released by fusion in its core. What it becomes when its fuel runs out depends on its mass.
Redshift — light from distant galaxies shifted to longer (redder) wavelengths, with a bigger shift the further away — is the evidence that the Universe is expanding, which supports the Big Bang.
Tiếng Việt
Trong $v = \dfrac{2\pi r}{T}$, $r$ là bán kính quỹ đạo và $T$ là thời gian cho một vòng quay hoàn chỉnh tính bằng giây — hãy đổi km sang m và giờ sang giây trước.
Các hành tinh gần Mặt Trời hơn sẽ chịu lực hấp dẫn mạnh hơn, nên chúng quay nhanh hơn và mất ít thời gian hơn. Trong một quỹ đạo elip, một vật thể tăng tốc khi tiến gần Mặt Trời (thế năng hấp dẫn chuyển hóa thành động năng).
Một năm ánh sáng là khoảng cách, không phải thời gian — khoảng cách mà ánh sáng đi được trong một năm.
Một ngôi sao bền vững khi lực hút vào trong của lực hấp dẫn được cân bằng bởi lực đẩy ra ngoài từ năng lượng giải phóng do hợp nhân trong lõi của nó. Số phận của nó khi nhiên liệu cạn kiệt phụ thuộc vào khối lượng.
Dịch chuyển đỏ — ánh sáng từ các thiên hà xa bị dịch chuyển sang bước sóng dài hơn (đỏ hơn), với độ dịch chuyển lớn hơn ở khoảng cách xa hơn — là bằng chứng cho thấy Vũ trụ đang giãn nở, điều này ủng hộ thuyết Big Bang.
Interactive lessons on this topic · Bài học tương tác về chủ đề này
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Làm theo từng bước, kèm theo bài tập kiểm tra ngay lập tức.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Chọn một môn và trang sẽ điều hướng theo — ghi chú, tài liệu, video và bài tập đều mở ở đó.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Nhập để tìm ghi chú, bài học, mã, từ vựng và câu hỏi đề thi cũ trên mọi môn học.
