Hệ Mặt Trời

Cấu trúc và cấu tạo
Từ trong ra ngoài, Hệ Mặt Trời gồm

* Mặt Trời
* Các hành tinh là Thủy Tinh, Kim Tinh, Trái Đất, Hỏa Tinh, Mộc Tinh, Thổ Tinh, Thiên Vương Tinh, Hải Vương Tinh.
* Ba hành tinh lùn là Ceres, Diêm Vương Tinh và Eris (được chính thức xếp loại hành tinh lùn kể từ tháng 8 năm 2006).
* Ngoài cùng là Vòng đai Kuiper và Đám Oort.

Các hành tinh còn có các vật thể bay quanh chúng như các vệ tinh tự
nhiên, các vòng đai của vài hành tinh (như vành đai Sao Thiên Vương,
vành đai Sao Thổ, ...), các vệ tinh nhân tạo. Các tiểu hành tinh cũng
có các vệ tinh của chúng.

Xen kẽ giữa các hành tinh có các thiên thạch và bụi cùng các sao chổi.
Ngoài ra còn có nhật quyển (heliosphere), cấu trúc lớn nhất trong Hệ
Mặt Trời, được tạo thành từ ảnh hưởng của từ trường quay của Mặt Trời
trên plasma, gọi là gió Mặt Trời, choán đầy không gian trong hệ Mặt
Trời. Nó hình dạng hình cầu với giới hạn ngoài cũng chính là giới hạn
của Hệ Mặt Trời.
Kích thước quỹ đạo
Khoảng cách trong Hệ Mặt Trời thường được đo bằng các đơn vị thiên văn.
Một đơn vị thiên văn, viết tắt là AU, là khoảng cách giữa Trái Đất và
Mặt Trời, hay 149.598.000 kilômét.

Đa số các vật thể trên quỹ đạo quanh Mặt Trời đều nằm trong mặt phẳng
quỹ đạo gần nhau, và gần mặt phẳng hoàng đạo, và cùng quay một hướng.
Kích thước của quỹ đạo các hành tinh và cả vành đai tiểu hành tinh tuân
gần đúng theo quy luật Titius-Bode, một quy luật gần đúng và có thể chỉ
là trùng hợp ngẫu nhiên.

Các vật thể trong Hệ Mặt Trời được chia thành ba vùng. Các hành tinh
Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất, vành đai các tiểu hành tinh chính và Sao
Hỏa nhóm thành các hành tinh vòng trong, gọi là vùng I. Các hành tinh
còn lại cùng các vệ tinh của chúng tạo các hành tinh vòng ngoài, vùng
II. Vùng III gồm vùng của các vật thể bên kia của Hải Vương Tinh
(Trans-Neptunian) như vành đai Kuiper, Đám Oort và vùng rộng lớn ở giữa.
cấu tạo
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 siêu sao mới (supernova) 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 bảo toàn mô men động lượng. 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 hiđrô và hêli 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 hiđrô
và hêli.

Sau 100 triệu năm, áp suất và sự dày đặc của hiđrô 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, hiđrô bị biến thành hêli 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.
Phân bố khối lượng

Mặt Trời, một sao thuộc dãy chính G2, chiếm 99,86% khối lượng hiện được
biết đến của cả hệ. Hai vật thể có đường kính lớn nhất của hệ, Sao Mộc
và Sao Thổ, chiếm 91% phần còn lại (khoảng 0.1274% khối lượng cả hệ).
Đám Oort có thể chiếm một phần đáng kể, nhưng hiện nay sự hiện diện của
nó còn chưa được xác định.
Gió Mặt Trời
Mặt Trời phát ra một nguồn tia liên tục gồm các hạt có khối lượng, ở
dạng plasma được biết đến như gió Mặt Trời. Nó tạo thành một vùng có áp
suất thấp thâm nhập vào không gian giữa các hành tinh ở mọi hướng, vươn
tới khoảng cách ít nhất là mười tỷ dặm tính từ Mặt Trời. Các lượng nhỏ
gồm bụi cũng có mặt trong không gian giữa các hành tinh và gây ra hiện
tượng ánh sáng hoàng đạo. Một số bụi có lẽ đến từ bên ngoài Hệ Mặt
Trời. Sự ảnh hưởng của từ trường quay của Mặt Trời đối với không gian
giữa các hành tinh tạo nên kết cấu lớn nhất trong Hệ Mặt Trời, gọi là
nhật quyển.

Gió Mặt Trời tạo ra nhiều ảnh hưởng đến khí quyển Trái Đất, tạo ra bão từ, cực quang
Bốn
hành tinh kiểu Trái Đất (terrestrial planet) ở vòng trong có đặc trưng
ở sự rắn đặc của chúng, được tạo thành từ đá. Chúng được tạo thành
trong những vùng nóng hơn gần Mặt Trời, nơi các vật liệu dễ bay hơi hơn
đã bay mất chỉ còn lại những thứ có nhiệt độ nóng chảy cao, như
silicate, tạo thành vỏ rắn của các hành tinh và lớp phủ bán lỏng bên
ngoài, và như sắt, tạo thành lõi của các hành tinh này. Tất cả đều có
các hố tạo ra bởi va chạm và nhiều đặc trưng kiến tạo bề mặt, như các
thung lũng nứt rạn và các núi lửa. Chúng tự quay quanh trục chậm chạp
và có rất ít hoặc không có vệ tinh nào cả. Tổng cộng cả nhóm chỉ có 3
vệ tinh.

Với tính chất lí hóa gần như Trái Đất, nhóm hành tinh bên trong đều có
bề mặt là đá (nên lưu giữ được nhiều dấu vết những vụ va chạm với các
thiên thạch), nhưng chỉ trên Trái Đất mới có mặt các hợp chất hữu cơ.

Sao Thuỷ,
cách Mặt Trời 0,39 AU, là hành tinh nằm gần Mặt Trời nhất và cũng là
hành tinh nhỏ nhất, không điển hình nhất trong nhóm. Nó không có khí
quyển và hiện nay vẫn chưa quan sát được các hoạt động địa chất. Cái
lõi sắt to của nó gợi ý rằng nó từng có vỏ to lớn bên ngoài và cái vỏ
đó đã bị lấy đi trong giai đoạn hình thành đầu tiên bởi trọng lực của
Mặt Trời.

Sao Kim, cách Mặt Trời 0,72 AU, là hành tinh
kiểu Trái Đất thực sự. Giống như Trái Đất, Sao Kim có lớp vỏ silicate
dày bao bọc bên ngoài lõi sắt, cũng như một khí quyền đáng kể và bằng
chứng về hoạt động địa chất bên trong từng xảy ra trước kia, như các
núi lửa. Nó khô hơn Trái Đất, và khí quyển của nó đậm đặc hơn Trái Đất
90 lần, tuy nhiên, chứa chủ yếu thán khí và axít sunfuric.

Trái Đất,
cùng vệ tinh tự nhiên Mặt Trăng, cách Mặt Trời 1 AU, là hành tinh lớn
nhất trong nhóm bên trong. Trái Đất cũng là nơi duy nhất cho thấy những
minh chứng rõ ràng về hoạt động địa chất đang diễn ra. Nó là hành tinh
duy nhất có thủy quyển, kích thích sự hình thành các kiến tạo địa chất
nhiều tầng. Khí quyền của nó khác biệt căn bản so với các hành tinh
trong nhóm, nó đã biến đổi với sự hiện diện của sự sống và chứa 21%
ôxi. Vệ tinh của Trái Đất, Mặt Trăng, thỉnh thoảng được coi là một hành
tinh kiểu Trái Đất trong cùng quỹ đạo, bởi vì quỹ đạo của nó quay quanh
Mặt Trời không bao giờ khép lại tròn một vòng khi quan sát từ bên trên.
Mặt Trăng có nhiều đặc tính chung của những hành tinh kiểu Trái Đất
khác, mặc dù nó không có lõi sắt bên trong.

Sao Hoả,
cách Mặt Trời 1,5 AU, nhỏ hơn Trái Đất và Sao Kim, có khí quyển loãng
gồm thán khí. Bề mặt của nó, lỗ chỗ các núi lửa lớn và các rãnh thung
lũng như các thung lũng Marineris, cho thấy rằng nó từng có các hoạt
động địa chất và chứng cứ hiện nay cho thấy rằng có thể nó còn tiếp tục
đển rất gần đây (Trái Đất). Sao Hoả có hai mặt trăng nhỏ được cho là
các tiểu hành tinh bị nó tóm được.
Vành đai tiểu hành tinh



Tiểu hành tinh cũng là thiên thể chuyển động quanh Mặt Trời nhưng do có
kích thước khá bé (vài chục đến vài trăm km) nên lực hấp dẫn tạo ra
không đủ để làm chúng có dạng hình cầu. Trong hệ Mặt Trời có khoảng
100.000 tiểu hành tinh, trong đó khoảng 10% đã được đặt tên. Đại đa số
tập trung vào khoảng giữa sao Hỏa và sao Mộc.
Các hành tinh vòng ngoài



Các hành tinh vòng ngoài còn được gọi là những "ông khổng lồ khí" (gas
giant), do chúng rất to lớn và chiếm đến 99% khối lượng bay quanh Mặt
Trời. Kích thước khổng lồ của chúng và khoảng cách của chúng đến Mặt
Trời có nghĩa là chúng có thể giữ lại đa phần hydro và heli bị đẩy ra
từ vòng trong do quá nhẹ.

Sao Mộc, cách Mặt Trời 5,2 AU, là hành tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời.
Nó có khối lượng gấp 318 lần Trái Đất, lớn gấp 2,5 lần khối lượng của
tất cả các hành tinh khác gộp lại. Thành phần của nó gồm phần lớn gồm
hydro và heli, không khác nhiều so với Mặt Trời. Ba trong số 63 vệ tinh
của nó, Ganymede, Io và Europa, có các yếu tố chung với các hành tinh,
như có núi lửa và nguồn nhiệt bên trong. Sao Mộc có một vành đai đá mờ.

Sao Thổ, cách Mặt Trời 9,5 AU, nổi tiếng vì hệ thống vành đai rộng của
mình, có nhiều tính chất chung giống với Sao Mộc, như thành phần khí
quyển, mặc dù khối lượng của nó nhỏ hơn nhiều, chỉ gấp 95 lần khối
lượng Trái Đất. Hai trong số 49 vệ tinh của nó, Titan và Enceladus, có
các dấu hiệu hoạt động địa chất, mặt dù chúng được tạo thành chính từ
băng. Titan là vệ tinh duy nhất trong Hệ Mặt Trời có sự hiện diện của
một khí quyển đáng kể.

Sao Thiên Vương, cách Mặt Trời 16,9 AU, và Sao Hải Vương, cách Mặt Trời
30 AU, trong khi vẫn có nhiều đặc tính chung với các "ông khổng lồ khí"
khác nhưng chúng giống nhau hơn so với Sao Mộc và Sao Thổ. Cả hai đều
nhỏ, chỉ gấp 14 và 17 lần Trái Đất. Khí quyển của chúng chứa một phần
trăm nhỏ hơn hydro và heli, và một phần lớn hơn "băng", như nước,
amoniắc và mêtan. Vì lý do này một số nhà thiên văn cho rằng chúng
thuộc đặc tính riêng của chúng, "các hành tinh kiểu Sao Thiên Vương",
hay "các ông khổng lồ băng". Cả hai hành tinh đều có hệ vành đai tối và
mỏng. Vệ tinh lớn nhất của Sao Hải Vương là Triton, có hoạt động địa
chất.

Vòng ngoài còn có các vật thể kiểu sao chổi có quỹ đạo kỳ lạ nằm trong
vùng giữa Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, gọi là centaur. Centaur đầu
tiên được khám phá là 2060 Chiron, đã được cho là sao chổi vì nó cho
thấy một cái đuôi đang phát triển, hay đầu sao chổi, giống như các sao
chổi thường thể hiện khi nó đến gần Mặt Trời.