Vật lý thiên văn
Trọng lực gom bụi thành sao, các sao tổng hợp nguyên tố, và sự dịch chuyển đỏ của các thiên hà xa xôi cho thấy toàn bộ vũ trụ đang giãn nở từ một khởi điểm 14 tỷ năm trước. Chủ đề cuối cùng của OxfordAQA khép lại chương trình học với vòng đời sao, quỹ đạo và bằng chứng về Big Bang.
OxfordAQA International GCSE Physics 9203, chủ đề 3.8 (Phiên bản 5.1). Các tuyên bố đánh dấu (P) chỉ áp dụng cho Bài thi 2-.
Vòng đời của một ngôi sao
Sao hình thành khi trọng lực kéo bụi và khí (chủ yếu là hydro và heli) lại với nhau — những đám nhỏ hơn trở thành hành tinh. Trong giai đoạn dãy chính dài lâu, hydro tổng hợp thành heli trong lõi và trọng lực cân bằng với các lực hướng ra ngoài. Sao càng nặng thì lõi càng nóng và có thể tạo ra các hạt nhân nặng hơn thông qua quá trình tổng hợp hạt nhân.
Khi hydro cạn kiệt, khối lượng sẽ quyết định kết cục. Một sao giống Mặt Trời phồng to thành siêu khổng lồ đỏ, trút bỏ lớp vỏ ngoài, và lõi lộ ra nguội dần từ sao lùn trắng đến sao lùn đen. Một sao khối lượng lớn phồng to thành siêu khổng lồ đỏ, tổng hợp ngày càng nhiều nguyên tố nặng hơn (carbon, nitơ, oxy), sau đó nổ tung thành siêu tân tinh — phân tán các nguyên tố (những nguyên tố nặng hơn sắt được tạo ra ngay trong vụ nổ) — để lại một sao neutron hoặc lỗ đen. Quá trình tổng hợp hạt nhân trong sao và siêu tân tinh đã tạo nên mọi nguyên tố tự nhiên: vũ trụ sơ khai chỉ chứa duy nhất hydro.
Hệ mặt trời và chuyển động quỹ đạo
Hệ mặt trời: tám hành tinh quay quanh Mặt Trời, cùng vệ tinh, tiểu hành tinh, hành tinh lùn và sao chổi. Dải Ngân Hà là một trong hàng nghìn tỷ thiên hà, mỗi thiên hà chứa hàng nghìn tỷ ngôi sao. Vệ tinh nhân tạo quay quanh Trái Đất theo quỹ đạo địa tĩnh hoặc quỹ đạo cực thấp.
Trọng lực cung cấp lực hướng tâm: nó tác dụng vào tâm, làm thay đổi hướng chuyển động (vận tốc) mà không làm thay đổi tốc độ. Khoảng cách càng lớn thì trọng lực càng yếu, dẫn đến tốc độ quỹ đạo thấp hơn: để duy trì ở một bán kính nhất định, vệ tinh phải di chuyển với tốc độ phù hợp — thay đổi tốc độ thì bán kính quỹ đạo cũng thay đổi.
Dịch chuyển đỏ và vũ trụ đang giãn nở (P)
Một nguồn sóng chuyển động làm thay đổi bước sóng quan sát được (hiệu ứng Doppler): nguồn lùi xa kéo dãn sóng — bước sóng dài hơn, tần số thấp hơn. Thiên hà càng xa thì càng lùi nhanh và độ dịch chuyển đỏ càng lớn — bản thân không gian đang giãn nở, chỉ ra một khởi điểm rất nhỏ bé: Big Bang. Bức xạ nền vi sóng vũ trụ — bức xạ bao phủ vũ trụ từ ngay sau khởi điểm đó — là trụ cột thứ hai; thuyết Big Bang hiện là thuyết duy nhất giải thích được hiện tượng này.
Tự kiểm tra
- Yếu tố nào kéo bụi và khí thành sao?
- Điều gì xảy ra trong lõi của một ngôi sao dãy chính?
- Liệt kê ba giai đoạn mà một sao giống Mặt Trời trải qua sau giai đoạn dãy chính.
- Những loại sao nào trở thành siêu tân tinh?
- Các nguyên tố nặng hơn sắt được tạo ra ở đâu?
- Nêu hai loại quỹ đạo vệ tinh nhân tạo.
- Tại sao vệ tinh ở quỹ đạo cao hơn lại di chuyển chậm hơn?
- (P) Bước sóng của một sóng thay đổi thế nào khi nguồn phát chuyển động ra xa?
- (P) Nêu hai bằng chứng về Vụ Nổ Lớn.
- (P) Bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMBR) là gì?
Đáp án: 1 lực hấp dẫn; 2 hạt nhân hydro fusion thành heli, giải phóng năng lượng, cân bằng với lực hấp dẫn; 3 sao khổng lồ đỏ, sao lùn trắng, sao lùn đen (ba giai đoạn sau dãy chính); 4 những ngôi sao có khối lượng lớn hơn Mặt Trời rất nhiều; 5 trong các vụ nổ siêu tân tinh; 6 quỹ đạo địa tĩnh và quỹ đạo cực thấp; 7 lực hấp dẫn suy yếu theo khoảng cách, nên lực hướng tâm — và vận tốc mà nó đòi hỏi — nhỏ hơn; 8 (P) bước sóng tăng lên (dịch chuyển đỏ), và tần số quan sát được giảm xuống; 9 (P) dịch chuyển đỏ của thiên hà tăng theo khoảng cách, và bức xạ nền vi sóng vũ trụ; 10 (P) bức xạ điện từ bao trùm vũ trụ, là phần dư từ ngay sau Vụ Nổ Lớn.