Cấu trúc

Bao quát

Từ trong ra ngoài, Hệ Mặt Trời gồm Mặt Trời, Thủy Tinh, Kim Tinh, Trái Đất, các tiểu hành tinh, Hỏa Tinh, Mộc Tinh, Thổ Tinh, Thiên Vương Tinh, Hải Vương Tinh, Vòng đai Kuiper, Diêm Vương Tinh (một hành tinh lùn), 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 Mộc, 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

Cấu trúc hệ Mặt Trời

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 Trans-Neptunian như vành đai Kuiper, Đám Oort và vùng rộng lớn ở giữa.

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. 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, vương 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.

Các hành tinh vòng trong

Bốn hành tinh kiểu Trái Đất ở vòng trong có đặc trưng ở sự rắn đặc của chúng, được tạo thành từ đá. Chúng tạo 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 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.

Sao Thuỷ, cách Mặt Trời 0,39 AU, là hành tinh nằm gần Mặt Trời nhất và cũng là hành tinh nhỏ nhất và 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 nới 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. Sao Hoả có hai mặt trăng nhỏ được cho rằng là các tiểu hành tinh bị nó tóm được.

Vành đai tiểu hành tinh

Các hành tinh vòng ngoài

Các hành tinh vòng ngoài, trừ Sao Diêm Vương, 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 mặt trăng 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. Mặt trăng 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.

Ngoài Hải Vương

Vùng bên ngoài Sao Hải Vương chứa các thiên thể ngoài Hải Vương Tinh, phần lớn còn chưa được khám phá.

Vành đai Kuiper

Vùng này, thực tế bắt đầu bên trong quỹ đạo Sao Hải Vương, là một vành đai gồm những mảnh vỡ, giống với vành đai các tiểu hành tinh nhưng được tạo thành chủ yếu từ băng và rộng lớn hơn. Nó nằm ở khoảng giữa 30 AU và 50 AU tính từ Mặt Trời. Vùng này được cho là nơi khởi nguồn của những sao chổi ngắn hạn, như sao chổi Halley. Mặc dù người ta ước tính có khoảng 70.000 vật thể ở vành đai Kuiper có đường kính lớn hơn 100km, tổng khối lượng của vành đai Kuiper rất nhỏ, có lẽ tương đương hay hơi lớn hơn khối lượng Trái Đất.

Nhiều vật thể ở vành đai Kuiper có quỹ đạo bên ngoài mặt phẳng hoàng đạo. Sao Diêm Vương được coi là một phần của vành đai Kuiper. Giống như những vật thể khác trong vành đai, nó có quỹ đạo lệch tâm nghiêng 17 độ so với mặt phẳng hoàng đạo và ở khoảng cách từ 29,7 AU ở điểm cận nhật đến 49,5 AU ở điểm viễn nhật. Các vật thể thuộc vành đai Kuiper có quỹ đạo giống với Sao Diêm Vương được gọi là thiên thể kiểu Diêm Vương Tinh. Một số vật thể có quỹ đạo tương tự nhau cũng được gộp thành nhóm. Những vật thể còn lại của vành đai Kuiper với các quỹ đạo "truyền thống" hơn, được xếp vào loại thiên thể ngoài Sao Hải Vương (Cubewanos).

Vành đai Kuiper có một khoảng trống rất rõ ràng. Ở khoảng cách 49 AU, số lượng các vật thể được quan sát thấy giảm sút, tạo thành "Vách đá Kuiper" và hiện vẫn chưa biết nguyên nhân của nó. Một số người cho rằng một thứ gì đó phải tồn tại ở phía ngoài vành đai và đủ lớn tới mức quét sạch mọi mảnh vỡ còn lại, có lẽ lớn như Trái Đất hay Sao Hoả. Tuy nhiên, quan điểm này vẫn còn gây tranh cãi.

Đĩa phân tán

Trải rộng hơn ra phía bên ngoài của Vành đai Kuiper là đĩa phân tán. Các vật thể của đĩa phân tán được cho rằng có cùng nguồn gốc với Vành đai Kuiper nhưng bị bắn vào các quỹ đạo thất thường hơn ở ngoài rìa.

Một vật thể đặc biệt của đĩa phân tán là 2003 UB313, được tìm ra vào năm 2003 nhưng được khẳng định hai năm sau đó bởi Mike Brown (Caltech), David Rabinowitz (Đại học Yale) và Chad Trujillo (Gemini Observatory), đã khởi động lại cuộc tranh cãi cũ về cái gì tạo nên một hành tinh bởi vì nó lớn hơn Sao Diêm Vương tới 30%, với đường kính ước tính khoảng 1864 dặm. Hiện nay nó không có tên, nhưng được trao cho cái tên tạm là 2003 UB313; nó cũng được gọi là "Xena" bởi những người tìm ra nó, lấy tên một nhân vật truyền hình. Nó có nhiều điểm tương đồng với Sao Diêm Vương: quỹ đạo của nó rất lệch tâm, với điểm cận nhật là 38,2 AU (gần bằng khoảng cách của Sao Diêm Vương tới Mặt Trời) và điểm viễn nhật 97,6 AU, và nó rất nghiêng so với mặt phẳng hoàng đạo, tới 44 độ, hơn nhiều so với bất kỳ vật thể nào được biết đến trong Hệ Mặt Trời, trừ một vật thể mới được khám phá gần đây là 2004 XR190. Giống như Sao Diêm Vương, nó được tin rằng được cấu thành phần lớn từ đá và băng, và có một mặt trăng. Tuy nhiên, việc nó và các vật thể lớn nhất trong vành đai Kuiper phải được coi là hành tinh hay Sao Diêm Vương phải bị xếp hạng lại là một thiên thể ngoài Hải Vương Tinh vẫn còn là vấn đề chưa được giải quyết.

Khả năng về một vùng mới

Sedna, vật thể kiểu Sao Diêm Vương mới được tìm thấy với một quỹ đạo khổng lồ, hình elip với thời gian quay quanh Mặt Trời là 10.500 năm cùng điểm cận nhật và viễn nhật vào cỡ 76 AU và 928 AU. Ở điểm cận nhật nó là một thành viên của vành đai Kuiper và có thể là thành viên đầu tiên của một vùng mới. 2000 CR105 cũng được cho là một thành viên của vùng này.

Các sao chổi

Các sao chổi phần lớn được tạo thành từ băng dễ bay hơi và có quỹ đạo rất lệch tâm, thường điểm cận nhật ở bên trong quỹ đạo của các hành tinh vòng trong và điểm viễn nhật xa bên ngoài Sao Diêm Vương. Các sao chổi chu kỳ ngắn có điểm viễn nhật ở gần hơn, tuy nhiên, một sao chổi già thường bị bay hơi hết những gì có thể bay được khi đi qua gần Mặt Trời thường có nhiều đặc tính của tiểu hành tinh.