Từ góc nhìn của Trái đất, không gian bên ngoài là một khu vực ở khoảng 100 km (60 dặm) bên phía ngoài hành tinh, nơi không có đủ không khí để thở hay để tán xạ ánh sáng. Trong khu vực đó, màu xanh chuyển thành đen vì các phân tử oxi không đủ để tạo nên bầu trời có màu xanh.

Hơn thế nữa, không gian là nơi có môi trường chân không, có nghĩa là âm thanh không thể truyền đi bởi các phân tử không đủ gần nhau để truyền tải âm thanh giữa chúng. Tuy nhiên, những điều đó không phải để nói rằng không gian là trống rỗng. Không gian có chứa khí, bụi và các phần khác của vật chất nổi xung quanh các khu vực “rỗng” của vũ trụ, trong khi các khu vực đông đúc có thể chứa các hành tinh, ngôi sao và các thiên hà.

Không ai biết chính xác không gian lớn thế nào. Những khó khăn xuất phát từ những gì chúng ta có thể thấy trong các máy dò tìm, chúng ta đo khoảng các trong không gian bằng “năm ánh sáng”, đại diện cho khoảng cách cần để ánh sáng đi trong một năm (khoảng 5,8 nghìn tỉ dặm, tương đương 9,5 nghìn tỉ km).

Từ ánh sáng nhìn thấy trong kính viễn vọng, chúng ta đã liệt kê được những thiên hà ở xa tới mức gần như đã quay ngược đến Big Bang - vụ nổ bắt đầu vũ trụ của chúng ta khoảng 13,8 tỉ năm trước. Điều đó có nghĩa là chúng ta có thể “nhìn thấy” vào không gian ở khoảng cách 13,8 tỉ năm ánh sáng. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học không chắc chắn việc vũ trụ của chúng ta có phải là vũ trụ duy nhất tồn tại hay không. Điều này có nghĩa rằng không gian có thể lớn hơn rất nhiều so với những gì chúng ta thấy.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Thiên hà MACS0647-JD (ảnh nhỏ) xuất hiện rất trẻ và có kích thước chỉ bằng một phần nhỏ so với Dải Ngân Hà của chúng ta. Thiên hà này cách chúng ta khoảng 13.3 tỷ năm ánh sáng, là thiên hà xa nhất mà chúng ta từng biết, hình thành vào khoảng 420 triệu năm sau Big Bang. Bức ảnh được chụp bởi kính viễn vọng không gian Hubble ngày 29/11/2011, và được công bố vào ngày 15/11/2012.

Credit: NASA, ESA, and M. Postman and D. Coe (STScI) and CLASH Team

Bức xạ vô hình với mắt người

Hầu hết không gian là tương đối trống, nghĩa là chỉ có một ít bụi và khí lưu lạc bên trong nó. Điều này có nghĩa là khi con người gửi một tàu vũ trụ tới một hành tinh xa xôi, vật thể sẽ không gặp phải “sức cản” trong cùng một cách như một chiếc máy bay khi nó lái xuyên vào không gian.

Môi trường chân không trong không gian, hay ví dụ như trên mặt trăng, là một lý do mà các tàu đổ bộ Mặt Trăng của chương trình Apollo trông rất góc cạnh - giống như một con nhện. Bởi vì các tàu vũ trụ được thiết kế để làm việc trong khu vực không có không khí, nên nó không cần có các cạnh trơn hay một hình dạng khí động học. Trong khi không gian trông có vẻ trống rỗng đối với mắt người thì các nghiên cứu lại chỉ ra rằng có những dạng bức xạ phát ra xuyên qua vũ trụ. Trong Hệ Mặt Trời của chúng ta, gió mặt trời - gồm thể plasma và các hạt khác từ Mặt Trời - thâm nhập vào các hành tinh và đôi khi gây ra cực quang gần các cực của Trái Đất. Các tia vũ trụ cũng bay qua các khu vực lân cận, xuất phát từ các vụ nổ siêu tân tinh (siêu sao mới) bên ngoài Hệ Mặt Trời.

Trong thực tế, vũ trụ đang tràn ngập nền vi sóng vũ trụ, có thế được hiểu là tàn dư của vụ nổ hình thành vũ trụ của chúng ta (thường gọi là Vụ Nổ Lớn). CMB - là thứ được nhìn thấy rõ nhất trong dải vi sóng (microwave) - đã phơi bày tia bức xạ cổ xưa nhất mà các dụng cụ của chúng ta có thể bắt được. 
Một đặc trưng lớn của không gian mà chúng ta vẫn chưa nhìn thấy hoặc chưa hiểu. đó là sự hiện diện giả định của vật chất tối và năng lượng tối, là dạng vật chất và năng lượng chỉ có thể phát hiện thông qua ảnh hưởng của nó đối với các đối tượng khác. Khi mà vũ trụ đang giãn nở và ngày càng giãn nở nhanh hơn, thì sự giãn nở đó được coi là một phần bằng chứng quan trọng của vật chất tối . Một đặc trưng khác là hiện tượng thấu kính hấp dẫn xảy ra khi ánh sáng “uốn cong” xung quanh một ngôi sao từ một vật thể nền rất xa .

Sao, hành tinh, tiểu hành tinh và sao chổi

Bức xạ là một trong những đặc trưng của không gian, nhưng vũ trụ cũng chứa đầy các vật thể mà chúng ta có thể nhìn thấy . Các vật thể quen thuộc nhất với còn người là các hành tinh và các vì sao.

Những vì sao (như Mặt Trời của chúng ta) là những quả bóng khí khổng lồ phát ra bức xạ của riêng chúng. Chúng có thể là các siêu sao khổng lồ đỏ cho đến những thứ có nhiệt độ thấp hơn như sao lùn trắng, là thứ còn lại của một siêu sao mới hay một vụ nổ sao xảy ra khi một ngôi sao lớn hết nhiên liệu để đốt cháy. Những vụ nổ này đã phát tán các nguyên tố vào trong vũ trụ, và đó cũng là lý do mà ta thấy những nguyên tố như sắt tồn tại trong vũ trụ. Vụ nổ sao cũng có thể làm tăng số lượng các vật thể siêu đặc gọi là sao neutron. Nếu các sao neutron này phát ra các xung bức xạ, chúng được gọi là các sao pulsar.

Hành tinh là những vật thể được định nghĩa sau một cuộc bỏ phiếu năm 2006, khi các nhà thiên văn học tranh luận liệu Pluto có thể được coi là một hành tinh hay không. Vào thời điểm đó, Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU - cơ quan chủ quản tại Trái Đất đối với những quyết định này) phán quyết rằng hành tinh (trong Hệ Mặt Trời) là một thiên thể có quỹ đạo quanh Mặt Trời, có khối lượng đủ lớn để tạo thành một hình dạng gần tròn, và phải dọn sạch các mảnh vụn trên quỹ đạo của nó. Theo định nghĩa này, Pluto và các vật thể tương tự được coi như là các "hành tinh lùn".

Định nghĩa của các hành tinh bên ngoài hệ mặt trời vẫn chưa được khẳng định bởi IAU, nhưng về cơ bản các nhà thiên văn hiểu chúng là các vật thể tương tự các hành tinh xung quanh chúng ta. Ngoại hành tinh đầu tiên đươc tìm thấy vào năm 1992 ( trong chòm sao Phi Mã - Pegasus) và kể từ đó, hàng trăm hành tinh bên ngoài hệ mặt trời được xác nhận - và với hàng ngàn ứng viên khác đang được xem xét.

Tiểu hành tinh là các tảng đá không đủ lớn để trở thành các hành tinh lùn. Trong hệ mặt trời của chúng ta, chúng được coi là các phần thừa còn lại khi các hành tinh xung quanh hình thành, và chúng tập trung nhiều nhất trong một vành đai giữa Sao Hỏa và Sao Mộc. Các hệ mặt trời khác trẻ hơn cũng có tập hợp các tiểu hành tinh, nhưng nếu các hành tinh chưa hình thành, thì các nhà thiên văn học đôi khi cũng có thể sử dụng thuật ngữ "tiền hành tinh" (protoplanets) để chỉ các hành tinh đang trong giai đoạn hình thành.

Trong hệ mặt trời của chúng ta, sao chổi (đôi khi được gọi là quả cầu tuyết bẩn) được coi là các vật thể có nguồn gốc từ một tập hợp số lượng lớn các vật thể băng giá gọi là "Đám mây Oort". Khi một sao chổi tiến gần đến mặt trời, sức nóng từ ngôi sao của chúng ra khiến cho băng tan và bụi khí bị tác động tạo thành dòng kéo ra từ sao chổi. Người cổ đại thường quan niệm sao chổi gắn liền với sự hủy diệt hay một thay đổi to lớn trên Trái Đất, nhưng bắt đầu từ sự phát hiện sao chổi Halley và sự liên quan đến “chu kỳ” hay còn gọi hiện tượng sao chổi quay trở lại, đã chỉ ra rằng đó chỉ là một hiện tượng thông thường trong hệ mặt trời.

Thiên hà và lỗ đen

Một trong những cấu trúc vũ trụ lớn nhất mà chúng ta có thể thấy là các thiên hà, trong đó chủ yếu tập hợp số lượng khổng lồ các ngôi sao. Thiên hà của chúng ta được gọi là “Dải Ngân Hà” (Milky Way - con đường sữa), và được cho là có hình “xoắn ốc”. Có nhiều loại thiên hà, từ xoắn ốc đến elip hay các hình dạng bất định, và hình dạng có thể thay đổi khi chúng đến gần các vật thể khác hay khi các ngôi sao bên trong chúng trở nên già cỗi.

Các thiên hà thường có một lỗ đen siêu nặng nằm ở tâm, là thứ chỉ có thể nhìn thấy qua bức xạ mà mỗi lỗ đen phát ra cũng như các tương tác hấp dẫn của nó với các vật thể khác. Nếu một lỗ đen đang hoạt động mạnh với rất nhiều các vật chất rơi vào, nó sẽ sản sinh ra một lượng bức xạ rất lớn. Loại vật thể thiên hà này được gọi là một “quasar” (đây chỉ là một trong nhiều dạng vật thể tương tự).

Các lỗ đen nhỏ hơn cũng có thể hình thành từ sự suy sụp hấp dẫn của các ngôi sao khổng lồ, tạo thành một điểm kì dị mà không có gì có thể thoát ra được - thậm chí là ánh sáng, đó cũng chính là lý do dẫn đến tên gọi "lỗ đen".

Từng được cho là một vật thể chỉ có trong lý thuyết, đến nay các nhà khoa học đã tìm ra bằng chứng về các lỗ đen trong vũ trụ. Không ai chắc chắn có thứ gì nằm bên trong một lỗ đen, hay điều gì sẽ xảy ra với một người hoặc một vật thể khi bị rơi vào trong đó.

Các nhóm chứa số lượng lớn các thiên hà có thể hình thành tạo thành các cụm thiên hà (hay quần thiên hà) và có thể chứa đến hàng trăm hoặc hàng nghìn thiên hà bị ràng buộc với nhau bằng lực hấp dẫn. Các nhà khoa học đang xem xét đến những cấu trúc lớn nhất này trong vũ trụ.

Source: space.com

Author: Lan Anh DINH
Sinh viên thạc sĩ Vật Lý - Đại học Paris Saclay (2017-2019); thực tập sinh tại Khoa Vật Lý - École Normale Supérieure de Paris (2019)


Bài viết đang được quan tâm

Bài viết xem nhiều