Mỗi khi nhìn lên bầu trời, chúng ta sẽ chỉ thấy một hào quang sáng chói, đôi lúc sẽ nghĩ về nó như một sự phiền phức. Nhưng đằng sau hào quang đó là cả một bí ẩn khổng lồ về cách nó hoạt động, về những điều kỳ diệu mà nó đang tạo ra cho chúng ta và những hàng xóm lân cận.

Như mọi ngôi sao khác, Mặt Trời được hình thành từ tàn tích của một ngôi sao khổng lồ đang “hấp hối” và bắt đầu nổ tung thành các tinh vân, đám mây vật chất khổng lồ chứa đựng khí hydro, khí heli và nhiều vật chật khác ở dạng plasma, một tác phẩm tuyệt đẹp của tạo hóa.

Sau khi được giải phóng, các đám mây vật chất đó chịu tác động của trọng lực và bắt đầu đến bên nhau, kết hợp thành những khối mây khổng lồ. Và sau nhiều trăm triệu năm, các hạt tinh vân bị hút vào tâm bắt đầu xoay quanh nhau và tạo ra nhiệt lượng, đẩy áp suất vùng trung tâm lên cao.

Và khi sức nóng đến một giới hạn nhất định, phản ứng tổng hợp hạt nhân sẽ ra đời. Phản ứng này biến Hydro thành Heli, giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ nhiệt và ánh sáng.

Không chỉ dừng ở đó, khối mây vũ trụ khổng lồ đó cũng chứa đựng đủ vật chất để tao ra một trường trọng lực riêng, hấp dẫn những thiên thạch xung quanh lại gần với mình hơn. Những khối vật chất khổng lồ bị hút vào trường trọng lực, va vào nhau, quyện lại nhờ sức ép của trọng lực và dần dần trở thành các hành tinh, các tiểu hành tinh, các mặt trăng và cuối cùng là một hệ hành tinh.

Chúng ta đang ở đâu? Đây là một câu hỏi đơn giản nhưng câu trả lời thì hoàn toàn không như vậy. Về con người, chúng ta biết mình đang ngồi trên một hành tinh mà được chính chúng ta gọi là một quả cầu đất, Terra, Earth, Trái Đất và nhiều cái tên khác có ý nghĩa tương tự.

Trong quá trình phát triển công nghệ theo dõi và quan sát vũ trụ, chúng ta biết rằng Trái Đất không phải trung tâm của vũ trụ. Thực tế mà nói, chúng ta chỉ là một trong nhiều hành tinh khác nhau đang bị ảnh hưởng bởi ngôi sao gần nhất là Mặt Trời. Và vị trí của chúng ta là hành tinh thứ 3 tính từ mặt trời trở đi.

Để trả lời câu hỏi này, chúng ta cần đặt một câu hỏi khác. Cụ thể thì dải ngân hà trông như thế nào?

Dải ngân hà là một thiên hà xoắn ốc gồm vô vàn các hệ hành tinh chịu ảnh hưởng bởi một siêu hố đen nằm ở trung tâm. Từ trung tâm thiên hà có thể xác định bốn cánh tay xoắn ốc lớn bao xung quanh. Từ đây, ta có thể xác định vị trí hệ mặt trời dựa trên những cánh tay này.

Và chúng ta nằm ở nhánh xoắn ốc Orion của Dải Ngân hà, cách trung tâm của nó khoảng 26.000 đến 27.000 năm ánh sáng. Và ở vị trí này, chúng ta sẽ mất 230 triệu năm để hoàn thành một vòng quanh dải ngân hà.

Khác với câu hỏi về vị trí của Mặt Trời, chúng ta khá rõ ràng về tuổi thọ của ngôi sao này.

Ước tính, từ khi ra đời cho đến nay Mặt Trời đã thọ khoảng 4,5 tỷ năm. Quá trình tổng hợp phân tử giúp mặt trời tỏa sáng và phát ra nhiệt năng nhưng đồng thời cũng khiến nó mất dần năng lượng theo thời gian. Sau khi đốt đủ lâu, lượng Heli trong cơ thể Mặt Trời sẽ trở thành nhiên liệu để tiếp tục tổng hợp các vật chất nặng hơn khiến cho Mặt Trời phình to ra và dần tiến tới kết cục cuối cùng mà mọi ngôi sao đều phải gặp, ngày tàn của chính nó.

Theo ước tính hiện tại, tốc độ đốt năng lượng của Mặt Trời sẽ chỉ còn kéo dài được tới 9 hoặc 10 tỷ năm nữa. Dù trong mắt loài người thì đây là một khoảng thời gian gần như là vô tận. Nhưng với không gian vô tận không kém của vũ trụ, Mặt Trời chỉ như một tia sáng nhỏ, lé loi ở đâu đó trong một thiên hà nhỏ bé.

Mặc dù vậy, trong lúc chúng ta còn đang ở đây, điều chúng ta có thể làm là trân trọng những gì đang có, kể lại cho thế hệ sau về những gì chúng ta thấy được, làm được và những câu chuyện thần thoại chúng ta nghĩ ra về một ngôi sao không quá đặc biệt này.

Là nguồn sống của hành tinh, là ánh sáng để vạn vật sinh sôi nảy nở, Mặt Trời luôn luôn được ví với những vị thần đem đến sự anh minh, sự bảo trợ, sự phát triển hoặc vẻ đẹp tuyệt trần.

Trong thần thoại Ai Cập, thần Mặt Trời Ra là con mắt của tạo hóa, là vị thần tối thượng, trị vì mọi thứ và cũng là vị thần có nhiều nguồn gốc nhất nơi đây.

Tại Bắc Âu, người ta ví mặt trời như một vị thần có vẻ đẹp toàn diện, thần Baldur. Bất cứ ai nhìn thấy cũng ngưỡng mộ, yêu mến và khi ông ra đi thì vạn vật phải khóc, phải tiếc nuối thì ông mới trở lại.

Với Nhật Bản, đất nước Mặt Trời mọc thì tất nhiên Mặt Trời phải là vị thần tối cao. Amaterasu được cho là vị thần có vẻ đẹp nghiêng nước nghiêng thành và là người chị cả trong cả 3 vị thần trị vì Nhật Bản. Bên cạnh đó, các vị vua cũng phải là con của thần Mặt Trời.

Cách đây khoảng 4,5 tỷ năm, không lâu sau khi đám tinh vân chịu đủ áp lực từ trọng lực và tạo ra lò phản ứng tổng hợp hạt nhân tại lõi Mặt Trời, sức nặng của chính đám mây đã lôi kéo các vật chất quanh mình và dần hình thành nên những vụ va chạm khổng lồ.

Những vật chất lớn, đủ để tạo ra trường trọng lực quanh mình cũng dần thu hút những khối vật chất nhỏ hơn để quyện lại vào nhau thành những khối khổng lồ. Những khối mây lớn hút những đám vật chất nhỏ tạo thành khối mây khổng lồ hay Gas Giant. Những Gas Giant hình thành quanh Mặt Trời bao gồm Sao Mộc, Sao Thổ, Thiên Vương và Hải Vương.

Không chỉ những đám mây mà những thiên thạch lớn cũng bắt đầu thu hút những thứ nhỏ bé hơn nó, kéo những thiên thạch nhỏ hơn vào trường trọng lực của nó. Từ đây, những hành tinh đá hay Terrestrial planet ra đời, Sao Kim, Sao Thủy, Trái Đất và Sao Hỏa.

Những hành tinh gần mặt trời chủ yếu là hành tinh đá, trong khi những hành tinh xa xôi hơn lại là những Gas Giant.

Từ Mặt Trời trở đi, các hành tinh bao gồm, Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất, Sao Hỏa, Sao Mộc, Sao Thổ, Thiên Vương và Hải Vương.

Nhưng không chỉ có vậy, hệ hành tinh quanh Mặt Trời còn có những tàn dư của các vụ va chạm ngoài không gian trong quá trình hình thành nên các hành tinh. Những tàn dư này là các thiên thạch nhỏ hơn, không đủ khối lượng để lôi kéo các thiên thạch khác vào trường trọng lực của mình. Thêm vào đó, trọng lực của Mặt Trời cũng khiến chúng không thể thoát khỏi vòng xoáy từ ngôi sao, khiến chúng mắc kẹt ở vị trí giữa sao Hỏa và sao Mộc.

Có ít nhất 85% thiên thể trong hệ mặt trời tập trung bên trong vành đai tiểu hành tinh. Và thỉnh thoảng, một trong số chúng thoát khỏi quỹ đạo và trở thành “mối đe dọa” cho Trái Đất.

Những thiên thể này có kích thước rất ngẫu nhiên, một số chỉ như một tòa nhà, một số khác có đường kính lên tới cả trăm km, ví dụ như Ceres, con quái vật khổng lồ có đường kính 100km, chứa đựng 40% tổng khối lượng của cả vành đai thiên thạch.

Vào năm 1992, các nhà thiên văn đã phát hiện ra thêm một vành đai nữa, khổng lồ hơn và xa hơn nhiều so với những hành tinh chúng ta đã phát hiện ra từ trước. Đây là vành đai Kuiper, chứa đựng những mảnh vỡ, những thiên thạch băng giá và nhiều bí ẩn khác loài người chưa khám phá được.

Vành đai Kuiper cách sao Hải Vương 30 đến 50 đơn vị thiên văn, bao bọc cả hệ mặt trời. Đây cũng là nơi được cho là chứa đựng những sao chổi như Halley và thậm chí cả những tử thần từ vũ trụ, các Damocloids. Ước tính cho rằng vành đai Kuiper chứa đựng khoảng 70.000 vật thể có đường kính lên tới 100km như Ceres.

Thế nào là một ngôi sao? Chúng ta nhìn thấy ngôi sao gần nhất trên trời hàng ngày nhưng câu hỏi đó vẫn luôn là thử thách. Các hành tinh trên trời ban đêm cũng được người Việt chúng ta gọi là các ngôi sao. Phải chăng mọi thứ phát sáng trên trời về đêm cũng là sao? Mặt Trăng không phải sao đấy chứ?

Để một thiên thể được nhận định là một ngôi sao, thiên thể đó phải được tạo ra từ tàn tích của một vụ nổ siêu tân tinh. Những tàn tích này tạo nên những đám mây vật chất khổng lồ, khổng lồ hơn bất cứ thứ gì chúng ta từng thấy trên hành tinh này.

Sau nhiều triệu năm, đám mây đó dần chịu thua trước sức ép của trọng lực, quay lại với nhau và chen chúc trong một không gian chật hẹp tới mức nó bị ép phải phản ứng với nhau. Đây chính là quá trình tổng hợp hạt nhân, biến các hạt Hydro thành các hạt Heli. Quá trình tổng hợp hạt nhân giải phóng nhiều năng lượng tới mức bán kính quanh lò phản ứng tỏa nhiệt siêu lớn, tạo ra phóng xạ, trở thành lớp vỏ cho cái lõi đang phản ứng tổng hợp.

Từ lõi phóng xạ hay Radiative Zone, lớp đối lưu hay Convection Zone được hình thành. Đây là nơi vật chất không ổn định, vừa bị kéo vào lõi để tiếp tục tổng hợp năng lượng, vừa bị đẩy ra vì quá trình tổng hợp hạt nhân.

Sau lớp đối lưu là gần bề mặt của ngôi sao, đây chính là nơi chúng ta nhìn thấy được của một ngôi sao, lớp s. Đây là nơi năng lượng được chuyển hóa thành bức xạ, bằng mắt thường chúng ta chỉ thấy được bức xạ nhìn thấy được, hay còn được gọi bằng cái tên thân mật hơn là ánh nắng. Ngoài ra, nó còn chứa nhiều loại bức xạ khác như tia UV, hồng ngoại, gamma…vv.

Tiện đây chúng ta có thể đặt ra câu hỏi vì sao mặt trời có màu cam hoặc màu đỏ. Câu trả lời là không, mặt trời không có màu, màu chúng ta nhìn thấy là bởi vì khí quyển Trái Đất đã thay đổi bức xạ, khiến nó có màu khi đi vào mắt con người.

Và đó là sự ra đời, cấu trúc và màu sắc của một ngôi sao.

Câu trả lời là không, nó thậm chí chỉ là một ngôi sao bình thường, hay Main Sequence Star, thuộc vào nhóm phổ biến. Đến 90% các ngôi sao đều thuộc loại sao này. Tên gọi của nhóm này là sao dãy chính, đến từ việc các ngôi sao vẫn đang trong dãy chính của quá trình tổng hợp Hydro thành Helium trên Biểu đồ Hertzsprung-Russell, nhờ đó nó vẫn có khả năng cân đối giữa bức xạ và trọng lực của mình.

Khi một ngôi sao đã đốt hết Hydro trong lõi và bắt đầu chịu thua trọng lực, trọng lực của chính ngôi sao đó sẽ ép cho Helium xích lại gần nhau hơn và tiếp tục quá trình phản ứng tổng hợp tạo ra Carbon. Quá trình tổng hợp này khiến ngôi sao phình ra và trở thành một Red Giant - Khổng lồ đỏ.

Sau khi ngôi sao nở ra, quá trình tổng hợp hạt nhân lại tiếp tục khi ngôi sao bị trọng lực ép lại. Cứ như thế nó phình ra rồi lại bị ép đến khi toàn bộ Helium đã bị đốt để ngôi sao không còn cân bằng được bức xạ và trọng lực nữa. Cuối cùng, lớp vỏ của nó tan dần theo thời gian, chỉ để lại lõi hạt nhân của nó, và đây là một sao Lùn Trắng - White Dwarf.

Sao lùn trắng là một khối siêu đặc, siêu trọng lực và tỏa ra ánh sáng trắng. Đây cũng chính là kết cục của Mặt Trời chúng ta sau hơn 10 tỷ năm. Và sau hàng tỷ năm nữa, nó sẽ ngừng phát sáng và trở thành sao lùn đen.

Nhưng đó là với Mặt Trời và những ngôi sao có cùng kích thước.

Sau khi đốt hết Heli trong cơ thể, các ngôi sao có kích thước bình thường sẽ trở thành Sao Lùn Trắng. Tuy nhiên, với các siêu sao hay sao Khổng Lồ, khối lượng của chính nó trở thành áp lực lớn, theo đúng nghĩa đen. Khối lượng khổng lồ tạo ra trọng lực khổng lồ, ép lõi Carbon còn lại tiếp tục phản ứng tổng hợp hạt nhân và biến Carbon thành neon, từ Neon thành Oxy rồi từ Oxy thành Silicon, cứ thế cho tới khi chính lõi Silicon cũng hết năng lượng và bắt buộc phải tiếp tục phản ứng. Từ đây, ngôi sao đến với những ngày tháng huy hoàng nhất cuộc đời mình, khi Silicon tổng hợp thành Sắt và không thể tiếp tục tổng hợp thêm được nữa.

Không còn có thể tạo ra bức xạ để chống lại trọng lực, ngôi sao tự hủy thành một vụ nổ siêu tân tinh, Supernova, giải phóng toàn bộ năng lượng, vật chất mà nó sở hữu, làm phân tán vật chất từ ​​bên trong ngôi sao ra không gian.

Các Vật chất này có thể tập hợp trong các tinh vân và tạo thành thế hệ sao tiếp theo. Trong khi đó, sau khi bụi tan đi, những gì còn lại từ một Super Giant giờ chỉ là một ngôi sao neutron, chúng quay nhanh và có thể phát ra các luồng bức xạ, được gọi là sao xung hay Pulsar.

Nhưng, chúng ta không thể chỉ dừng ở đây. Một ngôi sao có khối lượng lớn hơn nữa, ở mức siêu khổng lồ cho tới Cực siêu khổng lồ, Super Massive Star sẽ có kết cục khác nữa. Thay vì để lại một lõi trắng như sao lùn trắng hay sao neutron, trọng lực tạo ra từ lõi siêu đậm đặc vật chất thậm chí còn không cho ánh sáng thoát khỏi nó. Từ đây nó trở thành một khối không tỏa sáng, cực kỳ nặng, có trọng lực siêu khổng lồ và được đặt cho một cái tên quen thuộc, Hố Đen.

Từ sao lùn trắng tới sao neutron và Hố Đen, ngày tàn của một ngôi sao quả thực là một sự kiện rất thú vị, tuy nhiên, khi Mặt Trời đi đến những ngày cuối đời, có lẽ chúng ta sẽ không thấy nó thú vị đến thế.

Trong khoảng 5 tỷ năm nữa, Mặt trời sẽ cạn kiệt hydro trong lõi và bắt đầu đốt cháy heli, buộc nó phải chuyển đổi thành một ngôi sao khổng lồ đỏ.

Trong quá trình này, bầu khí quyển của nó sẽ mở rộng ra khoảng 1 đơn vị thiên văn - tức khoảng cách trung bình hiện tại giữa Trái đất và Mặt trời. Điều đó có thể hiểu đơn giản là mặt trời sẽ phình to ra đến mức nó bề mặt của nó có thể chạm vào khí quyển của chúng ta. Hoặc thậm chí, tệ hơn là nó sẽ nuốt chửng chúng ta.

Tuy nhiên, chúng ta sẽ không ở đó để nhìn thấy Mặt Trời ôm trọn 3 đứa con của mình vào lòng. Vì trong cả trăm triệu năm trước đó, khi Mặt Trời đang phình dần ra, nhiệt lượng nó tỏa ra đã đủ để khiến đại dương trên Trái Đất phải sôi lên sùng sục rồi.

Ở thời điểm này, người hàng xóm xa xôi Sao Diêm Vương có lẽ sẽ là nơi ở phù hợp cho sự sống còn lại trong Hệ Mặt Trời.

Tuy nhiên, nếu loài người may mắn lên được tới sao Diêm Vương để lánh nạn thì cũng không lâu sau, kết cục bi thảm cũng sẽ tới.

Vào cuối vòng đời của nó, Mặt trời có khả năng thổi bay các lớp ngoài cùng của mình. Sau đó, nó sẽ co lại bằng kích thước của Trái đất, trở thành một ngôi sao lùn trắng lạnh hơn. Không còn đủ bức xạ nhiệt từ Mặt Trời để duy trì sự sống, những kẻ còn sống trên sao Diêm Vương rồi cũng sẽ lạnh cóng hoặc chết đói.

Cuối cùng, khi nó thực sự chết, sao trắng lùn này sẽ đốt dần những gì còn lại, mất hết năng lượng và trở thành một sao đen, mất ánh sáng và sẽ không bao giờ sáng lại được nữa.

Hy vọng rằng lúc đó, loài người đã có thể đạt được nền văn minh loại 2 hoặc loại 3 để có thể tự cứu lấy mình, du hành tới một hệ hành tinh khác để tiếp tục sinh sôi nảy nở.

Và vừa rồi là câu chuyện về Mặt Trời, về sự ra đời, phân loại, sự phát triển và cả cái chết của nó. Hy vọng rằng câu chuyện này sẽ giúp các bạn có cái nhìn thú vị hơn về ngôi sao gần chúng ta nhất.

Nếu các bạn thích nội dung này thì đừng quên rằng các tập tiếp theo của series Câu chuyện ngoài vũ trụ sẽ còn tiếp tục trở lại. Chúng tôi có rất nhiều món quà thú vị dành riêng cho các bạn trong thời gian tới.