Nội dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM KHOA VẬT LÝ @& ? LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Niên khóa: 2005 – 2010 ĐỀ TÀI: MẶT TRỜI: TÌM HIỂU VÀ QUAN SÁT QUA KÍNH THIÊN VĂN TAKAHASHI GVHD: Thầy CAO ANH TUẤN SVTH: LÊ THỊ THU HUỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2010 Lôøi caûm ôn “Không thầy đố mày làm nên” Đó là một đạo lý làm người rất hay của con người Việt Nam, nó sẽ tồn tại và sống mãi với thời gian. Nó luôn nhắc nhở em rằng, tương lai ngày hôm nay em có được là do Thầy Cô đã ban tặng cho em, bên cạnh sự hy sinh, đùm bọc, dưỡng dục to lớn của Cha và Mẹ. Thầy, Cô là những người đã dạy dỗ, bồi dưỡng nhân cách làm người và truyền thụ kiến thức để em vững bước vào tương lai và cũng là nguồn động lực để em có thể tiếp tục con đường sự nghiệp trồng người của mình trong tương lai. Luận văn tốt nghiệp là một trong những hình thức nghiên cứu khoa học phổ biến nhất hiện nay đối với sinh viên trong các trường đại học để tổng kết và đánh giá quá trình học tập, rèn luyện và tu dưỡng đạo đức của mỗi sinh viên. Được Ban Chủ Nhiệm Khoa Vật Lý tạo điều kiện tiếp cận với các phương pháp này thật sự là một cơ hội lớn và quý báo đối với em. Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Chủ Nhiệm Khoa Vật Lý Trường Đại Học Sư Phạm TP.HCM đã tạo điều kiện cho em học tập. Một lần nữa cho em được nói lời cảm ơn đến quý Thầy Cô đã luôn tận tình dạy dỗ và giúp đỡ em từ những bước đi đầu tiên đến khi khôn lớn như ngày hôm nay. Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý Thầy, Cô Trường Đại Học Sư Phạm TP.HCM đã truyền đạt kiến thức cho em trong suốt khóa học vì nếu không có Thầy, Cô chắc chắn rằng em đã không thể hoàn thành luận văn một cách hoàn chỉnh. Em xin chân thành gửi lời cám ơn đến Thầy CAO ANH TUẤN – người đã tận tình cung cấp kiến thức, giúp đỡ tìm kiếm tài liệu, luôn luôn hướng dẫn và động viên em suốt quá trình thực hiện đề tài này. Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy NGUYỄN THANH TÚ – đã động viên, giúp đỡ và cung cấp cho em một số tài liệu liên quan cần thiết đến đề tài. Đặc biệt con xin cám ơn Ba, Mẹ. Ba, Mẹ đã dành tất cả những gì tốt đẹp nhất cho con. Cảm ơn bạn NGUYỄN HÂN và NGUYỄN THỊ THÚY DIỄM đã giúp đỡ mình trong việc tìm kiếm tài liệu, và tất cả bạn bè đã động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình mình hoàn thành luận văn. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến hội đồng khoa học đã xét duyệt luận văn. Em xin chúc sức khỏe quý Thầy Cô nhà trường. Thành phố HCM, ngày27 tháng 04 năm 2010 Sinh viên thực hiện LÊ THỊ THU HUỆ Mở đầu Lý do chọn đề tài Từ xa xưa con người đã biết quan sát bầu trời, biết dựa vào các hiện tượng xảy ra trên bầu trời để giải thích và vận dụng chúng vào cuộc sống. Ông cha ta có câu “Trời vàng thì gió, trời đỏ thì mưa”, “Trăng quầng thì hạn, Trăng tán thì mưa”,… Đó là những câu tục ngữ nói lên mối quan hệ giữa bầu trời bao la huyền bí với các hiện tượng quan sát được trên Trái đất của chúng ta. Bầu trời đó còn được gắn với biết bao câu chuyện thần thoại như Nữ Oa vá trời, sự hình thành thế giới bởi chúa Giexu, sự tích chị Hằng Nga và chú Cuội… mà lúc nhỏ em đã được nghe Bà kể. Tuy nhiên Bà không thể giải thích được vì sao lại như thế, kể từ đó em luôn muốn mình trở thành một người biết thật nhiều chuyện, có thật nhiều kiến thức và giải thích được tất cả các sự vật hiện tượng trên thế giới. Đến khi lớn lên tí nữa, đi dưới ánh nắng Mặt trời hay dưới ánh trăng em lại đặt ra câu hỏi: Tại sao Mặt trăng và Mặt trời lại đi theo mình khi mình đi nhỉ? Và nó cũng sẽ dừng lại khi mình không đi nữa? Tại sao ban đêm lại có trăng và sao nhưng ban ngày lại không có? Đến những năm bước vào cấp II, khi được làm quen với nhiều môn khoa học tự nhiên mới thì Vật lý là môn đã để lại trong em niềm đam mê và thích học hỏi nhiều nhất vì nó giải thích được nhiều hiện tượng trong tự nhiên ví dụ như là: Tại sao khi chúng ta mặc nhiều áo mỏng lại ấm hơn khi mặc một chiếc áo dày? Tại sao khi chải đầu chiếc lược lại bị nhiễm điện? Tại sao lại xuất hiện cầu vòng sau mỗi cơn mưa? ….Niềm đam mê đó nó không dừng lại mà tiếp tục lớn theo em. Tiếp tục học phổ thông, với nhiều định luật và lý thuyết mới những câu hỏi đó đã lần lượt được giải đáp nhưng chính sự thích tìm tòi, thích học hỏi, thích chinh phục những cái mới mà con người chúng ta không dễ gì bằng lòng với những gì mình đã có và đã biết. Thế giới vốn muôn màu và muôn vẽ, khoa học ngày càng phát triển nên khi chấm dứt tuổi học trò em vẫn mang trong mình nhiều câu hỏi tại sao? Chính vì lẽ đó 1 mà em đã đến với ngành sư phạm Vật lý, mong rằng mình có thể đem lại thật nhiều, thật nhiều điều thú vị cho học sinh. Sự phát triển của khoa học, kỹ thuật và công nghệ không chờ đợi một ai, nó mở ra một kỷ nguyên mới cho loài người. Vật lý học cũng phát triển như vũ bảo, thiên văn học cũng tiến lên một bước mới, lĩnh vực “Thiên văn cao không” bước vào giai đoạn phát triển rực rỡ, nhiệm vụ của nó là nghiên cứu tất cả các hiện tượng trên trên bầu trời đi từ thế giới vi mô đến siêu vĩ mô và giải quyết tất cả các vấn đề bí ẩn của thiên văn Vật lý, nó trở thành một trong những ngành mũi nhọn của khoa học hiện đại. Tuy nhiên đây là một môn học còn mới đối với nước ta, vì nó đòi hỏi phải có sự quan sát thực tế, với trang thiết bị dụng cụ thiên văn hiện đại… mà nước ta thì không đủ điều kiện để phát triển rộng rải. Chính vì vậy, môn học này chưa thể đưa vào chương trình phổ thông, nó chỉ được đưa vào một số trường đại học sư phạm nhằm giúp giáo viên nghiên cứu khoa học và giảng dạy cho sinh viên, tuy nhiên chỉ ở mức độ bắt đầu với thời lượng rất ít ỏi, tài liệu sách vở lại nghèo nàn. Năm IV đại học khi đến với môn học này em lại có thêm cơ hội để tìm hiểu về thế giới huyền bí nhưng nó rất gần gũi với chúng ta: Nguyên nhân nào để Mặt trời chiếu sáng? Sự vận động vật chất bên trong Mặt trời ra sao? Sự hình thành, phát triển và cái chết của Ngôi sao diễn ra như thế nào? Lý thuyết về Vũ trụ hiện đại là gì?….. Chính vì điều đó, khi được làm luận văn em quyết định chọn đề tài nghiên cứu về THIÊN VĂN HỌC nhằm có cơ hội tìm hiểu và khám phá sâu hơn, nhiều hơn chủ đề mà mình yêu thích. Đồng thời qua đó góp một phần lý thuyết đã tổng hợp và nghiên cứu cho những ai thích thú và đam mê về chủ đề này. Nhưng chỉ trong một khoảng thời gian rất ngắn em không thể tìm hiểu, giới thiệu, tổng kết và quan sát hết tất cả những điều huyền bí của bầu trời được cho nên sự lựa chọn cuối cùng của em là chỉ nghiên cứu một phần nhỏ trong thế giới huyền bí đó, Ngôi sao gần chúng ta nhất luôn luôn chiếu sáng: “Mặt trời” với đề tài MẶT TRỜI: TÌM HIỂU VÀ QUAN SÁT QUA KÍNH THIÊN TAKAHASHI như một cơ hội để mình học tập và nghiên cứu. 2 Trong đề tài, em đã dành một phần nhỏ để giới thiệu về thế giới các sao: Cấu tạo và sự sống của chúng trước khi đi vào nghiên cứu Mặt trời. Với nội dung: Sự hình thành, phát triển và tiến hóa của Mặt trời theo giả thuyết khoa học; cũng như cấu trúc và ảnh hưởng của Mặt trời lên Trái đất; đặc biệt là chu kỳ hoạt động của nó có liên quan mật thiết đến sự sinh tồn và phát triển của con người trên Trái đất. Qua đề tài này em mong rằng mình có thể đem đến một cái nhìn tổng quát và sinh động hơn về Mặt trời, một lượng kiến thức nhỏ về Vũ trụ bao la. Mặc dù là đề tài yêu thích, với sự nổ lực rất lớn của bản trong việc tìm kiếm và thu thập tài liệu thêm nữa là sự tận tình, chu đáo của Thầy hướng dẫn nhưng trong khoảng thời gian rất ngắn, đề tài lại mang tính rộng lớn mà lượng kiến thức của em thì còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai xót và hạn chế. Vì vậy em rất mong được sự góp ý của hội đồng xét duyệt, của quý thầy cô và ý kiến của các bạn đọc để luận văn ngày càng được hoàn thiện hơn. Những kinh nghiệm quý báo đó là hành trang để em tiếp tục phát huy và sáng tạo hơn nữa trên con đường sự nghiệp sau này của mình. Phương pháp nghiên cứu • Nghiên cứu lí luận: Đọc và xử lí thông tin từ sách, báo, wesite, các luận văn tốt nghiệp… có liên quan đến đề tài. Trao đổi, xin ý kiến của GVHD để hoàn thiện và kiểm tra tính chính xác của lý thuyết. • Thực hành: Tiến hành quan sát Mặt trời vào các ngày khác nhau và trong những khoảng thời gian khác nhau, lưu lại hình ảnh đã quan sát để kiểm chứng lý thuyết và so sánh với kết quả đã tìm được từ trước. Lấy và đo các giá trị quang học khi cho Mặt trời qua hệ thấu kính của kính thiên văn TAKAHASHI. 3 Sử dụng phương pháp giải toán Vật lý để xử lý số liệu vừa thu được từ thực nghiệm từ đó tính lại kích thước của bán kính Mặt trời. Kết quả đạt được • Lí luận: Qua việc tìm kiếm, đọc, tổng hợp kiến thức từ nhiều nguồn tại liệu khác nhau sau đó trình bày thành nội dung của luận văn này trong luận văn đã đề cập đến những vấn đề sau: Trình bày những đặc tính cũng như những đặc điểm chung của tất cả các vì sao trên bầu trời. + Cấu tạo chung của các Ngôi sao. + Các đại lượng đặc trưng cho một Ngôi sao như: Cấp sao, độ trưng, màu sắc và nhiệt độ. + Cuộc đời của Ngôi sao: Quá trình được sinh ra, phát triển rồi già đi, sau đó là cái chết của nó. Từ khi mới sinh ra cho đến khi chết đi nó nó trải qua một chặng đường dài với nhiều biến đổi, thời gian của chặng đường đó thì phụ thuộc vào khối lượng của chúng. Sau đó là tìm hiểu chi tiết về Ngôi sao đã mang đến sự sống cho toàn nhân loại và gần loài người chúng ta nhất đó là Mặt trời: + Các loại quỹ đạo chuyển động của Mặt trời. + Sự tiến hóa của Mặt trời, cấu trúc của nó cũng như những ảnh hưởng do nó gây ra đối với Trái đất của chúng ta. + Giải thích được câu hỏi tại sao Mặt trời lại luôn tỏa sáng? Nguyên nhân tại đâu? và thời gian là bao lâu? + Đặc biệt hơn là: Có thể quan sát được những vết đen trên bề mặt của Mặt trời, sự xuất hiện của những vết đen này có liên quan đến sự hoạt động của Mặt trời, và nó diễn ra luôn theo chu kỳ trùng với chu kỳ hoạt động của Mặt trời. 4 • Thực tiễn: Nắm được cấu tạo cũng như nguyên tắc hoạt động của kính thiên văn, biết được rằng muốn tạo ra một chiếc kính thiên văn không phải là khó nhưng để sử dụng được và quan sát Mặt trời sao cho tốt thì không hề đơn giản. Biết cách điều chỉnh và sử dụng kính thiên văn TAKAHASHI để quan sát Mặt trời. Chụp được ảnh của Mặt trời qua kính thiên văn, qua so sánh và nhận xét rút ra kết luận rằng: Hầu như những bức ảnh chụp được hoàn toàn giống với những bức ảnh mà các đài thiên văn lớn đã chụp được. Từ những bức ảnh chụp được đó đã giúp chúng ta nhìn thấy được vết đen trên Mặt trời, cũng như biết được nó luôn luôn chuyển động trên quang cầu. Như vậy từ thực nghiệm đã giúp chúng ta khẳng định được kiến thức lý thuyết đã học, Mặt trời chuyển động quanh trục của nó (theo kết luận của Galile – người đầu tiên quan sát vết đen Mặt trời vào năm 1609). Tính được bán kính của Mặt trời và chỉ số vết đen của Mặt trời. Sử dụng phần mền AutoCAD để xác định tọa độ của các vết đen Mặt trời từ một số hình ảnh chụp được từ ngày 01/03/10 đến 04/04/10 của các đài thiên văn, qua đó vẽ trên một hệ trục tọa độ đồ thị thể hiện quỹ đạo chuyển động của vết đen Mặt trời. 5 Chương 1- Các sao 1.1. Ngôi sao là gì. Từ xưa rất xưa, khi loài khủng long đang còn ngự trị, rồi đến thời kỳ kim tự tháp của Ai Cập bắt đầu xây dựng thì các vì sao đã mọc trên bầu trời. Ban đầu chúng là vật chỉ đường cho các nhà hàng hải Phênixi và các tàu buồm của Coulomb, các Ngôi sao này cứ nằm im trên bầu trời để nhìn ngắm con người, những cuộc chiến tranh kéo dài hàng thế kỷ, ngắm vụ nổ bom nguyên tử ở Hiroshima và Nagasaki tại Nhật bản do tổng thống Harru S Truman của Hoa kỳ chỉ định trong cuộc chiến tranh thế giới thứ hai. Vì vậy có rất nhiều quan điểm và cách nhìn nhận về Ngôi sao, một quan điểm thể hiện quan niệm sống, một lượng tri thức mà loài người chiếm lỉnh được vào thời điểm đó. Có một số người nhìn nhận Ngôi sao bằng ánh mắt thần linh, đôi khi họ còn gắn với các vị thần; có người lại xem nó như những chiếc đinh bạc, đẹp và quý hiếm được gắn trên bầu trời đêm; có người lại cho rằng đó là những lỗ thủng để ánh trời lọt qua và truyền đến chúng ta. Chính vì vậy mà ở thời này các Ngôi sao được coi là vừa mang tính bất biến vừa mang tính bất khả tri (không nhận biết được). Cho nên, người Ai Cập cổ đại cho rằng khi con người đoán ra được bí ẩn của các Ngôi sao thì sẽ đến ngày tận thế, còn một số dân tộc khác cho rằng đời sống trên Trái đất sẽ chấm dứt ngay khi chòm sao Chó săn đuổi kịp Gấu lớn. Như vậy theo họ bên cạnh mọi sự việc luôn luôn đổi thay thì vẫn còn một thứ là bất biến với thời gian, chính là các Ngôi sao và họ nghĩ rằng những biến đổi của Ngôi sao thì luôn gắn liền với một sự kiện nào đó sẽ xảy ra trong Vũ trụ. + Theo kinh thánh cho rằng: Một Ngôi sao bừng sáng là dấu hiệu cho sự ra đời của chúa Giêxu, còn một Ngôi sao khác xuất hiện sẽ là dấu hiệu cho ngày tận thế đã đến. 6 + Các nhà chiêm tinh thì cho rằng: Một Ngôi sao sẽ định đoạt số phận của một con người riêng lẻ hay môt quốc gia nào đó. Nhưng nó sẽ không định đoạt một cách tuyệt đối, nó chỉ khuyên ta chứ không ra lệnh cho ta. Antoine de Saint – Exupéry là người đầu tiên cho rằng các Ngôi sao không phải là những tinh tú lãng mạn như mọi người vẫn nghĩ từ trước đến nay, Ông xem nó như những vật thể và phải dựa vào các định luật tự nhiên mới giải thích được nó. Đến người Hy Lạp cổ đại họ đã nhận biết được rằng: Các Ngôi sao có sự thay đổi về độ sáng (sau này gọi là sao biến quang). Các nhà khoa học thời cận đại cũng cho rằng: Những sự thay đổi đó mang tính chất ít nhiều khác nhau, và rất nhiều các Ngôi sao xảy ra hiện tượng này. Cho nên đến thời cận đại mà các Ngôi sao vẫn được coi là bất động và người ta gọi đó là những định tinh. Đến năm 1718 nhà thiên văn học Edmond Halley (1652 – 1742) người Anh đã phát hiện ra 3 Ngôi sao: Sirius, Procyon, Arcturus dịch chuyển chậm chạp so với các Ngôi sao khác. Đến cuối thế kỷ XIX, cũng một nhà thiên văn người Anh khác Uyliam Hecsen cho rằng: Tất cả các Ngôi sao đều phát ra một lượng ánh sáng là như nhau nhưng khi đến Trái đất có sự khác nhau là do khoảng cách của chúng đến Trái đất là khác nhau, nhưng khẳng định này của ông không còn đúng nữa vào năm 1837 khi người ta đo được khoảng cách từ các Ngôi sao đến Trái đất. Những hạn chế dẫn đến những kết luận sai lầm của các nhà thiên văn là do: Tầm nhìn đến các Ngôi sao của con người chúng ta còn rất hạn hẹp, chúng ta chỉ nhìn thấy các Ngôi sao ở gần khoảng vài parsec mà thôi (1ps =3,26 light year =30.109 Km = 206265 đvtv), còn thế giới sao huyền bí và đa dạng thì đã bị che khuất. Cho đến khi các dụng cụ thiên văn đầu tiên ra đời thì câu hỏi “Ngôi sao là gì?” mới được mới hiện lên đầy đủ trước mắt các nhà khoa học. Nhưng ban đầu câu trả lời này chỉ để trả lời cho Ngôi sao ở gần chúng ta nhất đó là Mặt trời. Mặc dù ngành thiên văn đã bắt đầu hình thành và phát triển nhưng những quan niệm cũ vốn đã ăn sâu vào trong mỗi con người nên không dễ dàng xóa bỏ triệt để các quan niện đó trong một lúc được. Chính vì vậy mà người Hy Lạp cổ đại đã gắn Mặt trời với 7