Bài viết này dựa trên việc trả lời câu hỏi của cư dân mạng: Hầu hết các hành tinh trong vũ trụ đều được cấu tạo từ đá, vậy câu hỏi đặt ra là những viên đá này đến từ đâu?
Bản thân lập luận cho câu hỏi này là sai, nên cái gọi là "khi đó câu hỏi nảy sinh" không liên quan gì đến lập luận trước đó.
Câu hỏi "vậy thì đây chính là câu hỏi" dựa trên nhận thức rằng "hầu hết các hành tinh đều là đá". Đây chỉ là kết luận được rút ra mà không có cơ sở nào nên "vấn đề" tiếp theo vẫn chưa rõ ràng.
Để làm rõ những quan niệm sai lầm như vậy, chúng ta hãy nói về một số hiểu biết cơ bản thường gặp ở đây.
Đầu tiên, hầu hết các hành tinh đều không có đá.
Hãy lấy hệ mặt trời làm ví dụ. Có 8 hành tinh chính, trong đó có 4 hành tinh đất đá, tức là những hành tinh có lớp vỏ đá rắn chắc. Chúng được sắp xếp theo thứ tự từ gần đến xa mặt trời: Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất và Sao Hỏa. Ngoài những hành tinh có lớp vỏ đá này, còn có 4 hành tinh kiểu Sao Mộc, tức là những hành tinh chủ yếu được cấu tạo từ khí. Tất cả chúng đều nằm ngoài quỹ đạo của sao Hỏa và được sắp xếp từ gần đến xa: Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.
Điều này cho thấy rằng ngay cả trong hệ mặt trời, không phải tất cả các hành tinh đều là hành tinh đá. Về số lượng, tỷ lệ là 4:4. Nhưng chất lượng thì sao? Các hành tinh đá bị các hành tinh khổng lồ làm cho lùn đi. Tổng khối lượng của bốn hành tinh đất đá không lớn bằng hành tinh khí nhỏ nhất trong số này.
Hành tinh nhỏ nhất trong hệ Sao Mộc là Sao Thiên Vương, có khối lượng 8,681*10^25 kg; Khối lượng của bốn hành tinh đất đá là: Sao Thủy khoảng 3,3011*10^23 kg, Sao Kim khoảng 4,8675*10^24 kg, Trái Đất khoảng 5,97237*10^24 kg và Sao Hỏa khoảng 6,4171*10^23 kg. Tổng khối lượng của bốn hành tinh đất đá, với Trái Đất là hành tinh lớn nhất, chỉ vào khoảng 1,18*10^25kg, chỉ bằng khoảng 13,6% khối lượng của Sao Thiên Vương.
Tổng khối lượng của bốn hành tinh Mộc tinh là khoảng 2,65576*10^27kg, gấp 225 lần tổng khối lượng của bốn hành tinh đất đá. Trong số đó, Sao Mộc là hành tinh lớn nhất trong hệ mặt trời, có khối lượng gấp 318 lần Trái Đất và gấp 2,5 lần khối lượng của tất cả các hành tinh cộng lại. Trong hệ mặt trời, Mặt trời, một hành tinh khí plasma, chiếm 99,86% tổng khối lượng, Sao Mộc chiếm 0,1% tổng khối lượng của hệ mặt trời và Trái đất chỉ chiếm 0,0003% khối lượng của toàn bộ hệ mặt trời.
Có đá giữa các hành tinh thuộc nhóm Sao Mộc không?
Tất nhiên là có, nhưng không nhiều.
Một hành tinh Sao Mộc, hay hành tinh khí, là một hành tinh không có bề mặt rắn và có lõi đá ở bên trong. Nhưng lõi này tương đối nhỏ, thường chỉ bằng khoảng 1 đến 3 lần đường kính Trái Đất và chỉ chiếm một phần rất nhỏ khối lượng của hành tinh khí. Các hành tinh khí không hoàn toàn ở trạng thái khí từ bầu khí quyển đến lõi bên trong, vì các hành tinh này có khối lượng và thể tích rất lớn. Khi bầu khí quyển tiếp tục thâm nhập sâu hơn vào lõi, áp suất sẽ ngày càng lớn hơn và nhiệt độ cũng ngày càng cao hơn. Dưới nhiệt độ và áp suất cao này, khí cũng sẽ chuyển sang trạng thái lỏng hoặc kim loại.
Bán kính của Sao Mộc là khoảng 70.000 km. Phía trên lõi của Sao Mộc là lớp hydro kim loại dày hàng chục nghìn km và phía trên đó là lớp hydro lỏng dày hàng chục nghìn km. Nhiệt độ lõi của nó có thể lên tới 30.000°C; bên trong của Sao Thổ tương tự như Sao Mộc; sâu trong bầu khí quyển của sao Thiên Vương và sao Hải Vương có các đại dương băng nước mê-tan và đại dương kim cương. Những chất này cực kỳ đặc và nóng ngay cả khi chúng ở dạng lỏng dưới áp suất cao.
Do đó, trong vũ trụ, các hành tinh đá chỉ là một thiểu số rất nhỏ.
Trong số các vệ tinh của các hành tinh thuộc nhóm Sao Mộc và Vành đai Kuiper cách xa Mặt trời, nhiều hành tinh ở trạng thái băng giá do nhiệt độ cực thấp. Ví dụ, Europa, Tethys, Pluto, v.v. đều là những quả cầu băng được bao phủ bởi một lớp băng dày. Nhưng những tảng băng này không hẳn đều là nước đá. Ví dụ, bề mặt đồng bằng của sao Diêm Vương được bao phủ bởi hơn 98% là băng nitơ, cùng một lượng nhỏ mêtan và cacbon monoxit.
Do đó, không chỉ các hành tinh mà cả vệ tinh và tiểu hành tinh cũng được cấu tạo từ rất ít đá. Điều này liên quan đến sự phong phú của các nguyên tố trong vũ trụ. Trong toàn vũ trụ, hydro và heli chiếm hơn 98%, còn các nguyên tố nặng khác chỉ chiếm hơn 1% một chút. Điều này khẳng định rằng thành phần của các thiên thể trong vũ trụ rất nhỏ, bao gồm các nguyên tố nặng.
Các ngôi sao là mẹ của tất cả các nguyên tố
Mọi vật chất đều được cấu thành từ các nguyên tố, vì vậy chúng ta phải nói về nguồn gốc của các nguyên tố trong vũ trụ. Hiện nay người ta đã biết rằng có 118 nguyên tố trong vũ trụ của chúng ta, tất cả đều được tạo ra thông qua quá trình tiến hóa của các ngôi sao.
Vào thời điểm Vụ nổ lớn bắt đầu, chỉ có năng lượng, không có nguyên tố nào cả. Mọi nguyên tố hiện nay đều được chuyển hóa từ năng lượng, tuân thủ chặt chẽ theo mô tả và tính toán phương trình khối lượng-năng lượng của Einstein. Ngay sau khi Vụ nổ lớn bắt đầu, vật chất bắt đầu hình thành, nhưng do nhiệt độ và mật độ cực cao nên chỉ một số hạt cơ bản có thể dần dần được tạo ra, còn nguyên tử thì không thể hình thành.
Phải đến 380.000 năm sau Vụ nổ lớn, vũ trụ mới giãn nở và nguội đi, nhiệt độ giảm xuống dưới 3000K. Sóng điện từ (hay "ánh sáng") sau đó tách khỏi vũ trụ có nhiệt độ và mật độ cao, và vũ trụ bắt đầu trở nên trong suốt và có thể quan sát được. Bức xạ nền vi sóng vũ trụ quan sát được hiện nay được phát ra vào thời điểm đó.
Vào thời điểm này, cơ sở của mọi vật chất - các nguyên tử trung tính cuối cùng đã bắt đầu hình thành. Nhưng vào thời điểm đó, chỉ những nguyên tố nhẹ nhất và đơn giản nhất mới có thể được sản xuất, cụ thể là hydro và heli, các nguyên tố số 1 và số 2 trong bảng tuần hoàn, và một lượng rất nhỏ nguyên tố số 3, liti. Các hạt cấu thành từ những nguyên tố này trôi nổi trong vũ trụ, di chuyển lại gần nhau hơn dưới tác động của trọng lực và dần dần hình thành nên tinh vân ban đầu.
Các tinh vân này tiếp tục co lại dưới tác động của lực hấp dẫn, và những ngôi sao đầu tiên được sinh ra trong các tinh vân này. Sau đó, các ngôi sao tiếp tục xuất hiện trong vũ trụ và vũ trụ tràn ngập các ngôi sao. Các ngôi sao tập hợp lại thành các thiên hà (một số người gọi chúng là các đảo vũ trụ), và dần dần vũ trụ có hình dạng như chúng ta thấy ngày nay.
Ngôi sao là những quả cầu plasma phát ra ánh sáng và nhiệt. Khối lượng khổng lồ của chúng tạo ra áp suất hướng tâm cực lớn, dẫn đến áp suất và nhiệt độ lõi cao, kích thích phản ứng tổng hợp hạt nhân hydro. Các ngôi sao liên tục hình thành các nguyên tố nặng hơn thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân, chẳng hạn như từ hydro thành heli, rồi thành berili, bo, cacbon, v.v. Nhiệt độ và áp suất của các ngôi sao có khối lượng nhỏ và trung bình chỉ có thể dừng lại ở đây.
Nhiệt độ và áp suất trong lõi của một ngôi sao lớn cực kỳ cao và nó sẽ kích thích phản ứng tổng hợp hạt nhân của các nguyên tố nặng hơn trên đường đi, tạo ra nitơ, oxy, flo, neon, natri, magiê, silic, phốt pho, lưu huỳnh, canxi và các nguyên tố nặng khác theo trình tự, cho đến sắt, nguyên tố thứ 26.
Bất kể một ngôi sao có lớn đến đâu, phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi của nó cũng chỉ có thể tạo ra nguyên tố nặng nhất là sắt. Còn lý do tại sao thì đó là một câu chuyện dài đã được giải thích nhiều lần trong quá khứ, nên tôi sẽ không đi sâu vào chi tiết ở đây.
Các nguyên tố nặng hơn sắt có nguồn gốc từ đâu?
Nếu không có sự kiện mạnh mẽ nào xảy ra trong vũ trụ, thế giới của chúng ta sẽ chỉ có 26 nguyên tố. Mặc dù canxi và silic, những nguyên tố tạo nên đá, đã có sẵn vào thời điểm đó, nhưng mọi sinh vật trên Trái Đất đều được tạo thành từ hàng chục hoặc hàng trăm nguyên tố khác. Nếu không có thế hệ nguyên tố nặng tiếp theo, sự sống sẽ không thể tồn tại và sẽ không có con người như chúng ta quan sát vũ trụ và đưa ra bình luận về nó.
May mắn thay, có những sự kiện như vụ nổ siêu tân tinh và va chạm của các thiên thể dày đặc khổng lồ trong vũ trụ. Những sự kiện này có thể dẫn đến áp suất và nhiệt độ thậm chí còn lớn hơn. Theo cách này, 92 nguyên tố trên sắt được sinh ra trong những sự kiện vũ trụ cực đoan này.
Những nguyên tố được tạo ra bởi các sự kiện cực đoan này thu hút, va chạm và ngưng tụ với nhau trong vũ trụ để tạo thành nhiều thiên thể khác nhau, bao gồm đá, băng, sắt, vàng, v.v. Tất nhiên, nhiều khi những chất này không phải là chất đơn lẻ tinh khiết mà là hỗn hợp hoặc hợp chất.
Đây là nguồn gốc của đá trong vũ trụ và nguồn gốc của trái đất.
Hệ mặt trời không được sinh ra trong một tinh vân nguyên thủy thuần túy
Từ phần giới thiệu trước, chúng ta biết rằng các nguyên tố trong tinh vân nguyên thủy của vũ trụ chỉ là hydro và heli, cũng như một lượng rất nhỏ lithium. Hệ mặt trời có thành phần phức tạp, chứa tất cả 118 nguyên tố trong vũ trụ, do đó không thể có chuyện nó được sinh ra từ một tinh vân nguyên sơ và tinh khiết như vậy.
Tinh vân là mẹ của các ngôi sao và tất cả các hệ thống sao đều tập trung thành các cụm tinh vân khổng lồ có kích thước nhiều năm ánh sáng. Từ sự hình thành và nguồn gốc của các nguyên tố vũ trụ, chúng ta có thể suy ra rằng hệ mặt trời không được sinh ra từ một tinh vân nguyên thủy chỉ chứa hydro và heli. Nếu chỉ có các nguyên tố hydro và heli thì sẽ không có Trái Đất chứ đừng nói đến sự sống.
Do đó, khoa học đã suy ra rằng hệ mặt trời được sinh ra từ một tinh vân tái sinh được hình thành bởi sự ngưng tụ lại của các hạt cơ bản bị phân tán vào không gian do các sự kiện cực đoan như vụ nổ siêu tân tinh hoặc va chạm của các thiên thể lớn. Hơn nữa, loại sự kiện nổ này có khả năng đã xảy ra nhiều lần trước khi hệ mặt trời ra đời.
Vào giai đoạn đầu hình thành của bất kỳ hệ sao nào, áp suất bức xạ lớn hoặc gió sao sẽ được tạo ra khi các ngôi sao được hình thành. Những cơn gió sao mạnh mẽ này sẽ thổi bay vật chất liên sao ở gần. Vật chất nhẹ hơn được thổi đi xa hơn, trong khi vật chất nặng hơn không được thổi đủ xa.
Do đó, một số hành tinh trong hệ mặt trời gần mặt trời, còn được gọi là hành tinh bên trong, được cấu tạo từ các vật liệu nặng hơn không bị gió mặt trời thổi bay và xuất hiện dưới dạng các hành tinh đá; các hành tinh xa hơn chủ yếu bao gồm các nguyên tố nhẹ hơn bị gió Mặt Trời thổi bay và xuất hiện dưới dạng các hành tinh khí.
Nói như vậy, tôi tự hỏi liệu những người có những câu hỏi này đã được giải đáp chưa? Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào, vui lòng để lại tin nhắn để thảo luận. Cảm ơn các bạn đã đọc.
Bản quyền thuộc về Space-Time Communication. Vi phạm và đạo văn là hành vi phi đạo đức. Xin hãy hiểu và hợp tác.
