title: Sao Mộc

text:
Sao Mộc (tiếng Anh: Jupiter) hay Mộc Tinh (chữ Hán: 木星) là hành tinh thứ năm tính từ Mặt Trời và là hành tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời. Nó là hành tinh khí khổng lồ với khối lượng bằng một phần nghìn của Mặt Trời nhưng bằng hai lần rưỡi tổng khối lượng của tất cả các hành tinh khác trong Hệ Mặt Trời cộng lại. Sao Mộc được xếp vào nhóm hành tinh khí khổng lồ cùng với Sao Thổ (Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương được xếp vào hành tinh băng khổng lồ). Hai hành tinh này đôi khi được gọi là hành tinh kiểu Sao Mộc  hoặc hành tinh vòng ngoài. Các nhà thiên văn học cổ đại đã biết đến hành tinh này, và gắn với thần thoại và niềm tin tôn giáo trong nhiều nền văn hóa. Người La Mã đặt tên hành tinh theo tên của vị thần Jupiter, vị thần quan trọng nhất trong số các vị thần. Tên gọi trong tiếng Trung Quốc, tiếng Triều Tiên, tiếng Nhật và tiếng Việt của hành tinh này được đặt dựa vào hành "mộc" trong ngũ hành. Khi nhìn từ Trái Đất, Sao Mộc có cấp sao biểu kiến −2,94, đủ sáng để tạo bóng; và là thiên thể sáng thứ ba trên bầu trời đêm sau Mặt Trăng và Sao Kim. (Sao Hỏa hầu như sáng bằng Sao Mộc khi Sao Hỏa ở những vị trí xung đối trên quỹ đạo của nó với Trái Đất).

Sao Mộc chứa chủ yếu hydro và heli - chiếm một phần tư khối lượng của nó, mặc dù heli chỉ chiếm một phần mười số lượng phân tử. Có thể có một lõi đá trong hành tinh chứa các nguyên tố nặng hơn, nhưng không giống như những hành tinh khí khổng lồ khác, Sao Mộc không có một bề mặt rắn định hình. Bởi vì có tốc độ tự quay nhanh, hình dạng của hành tinh có hình phỏng cầu dẹt (nó hơi phình ra tại xích đạo). Lớp khí quyển ngoài cùng hiện lên với nhiều dải mây ở những độ cao khác nhau, do kết quả của hiện tượng nhiễu loạn khí động và tương tác với những cơn bão tại biên. Một đặc điểm nổi bật trên ảnh chụp của nó đó là Vết Đỏ Lớn, một cơn bão khổng lồ được biết đến tồn tại ít nhất từ thế kỷ 17 khi các nhà thiên văn lần đầu tiên quan sát nó bằng kính thiên văn. Bao quanh Sao Mộc là một hệ thống vành đai mờ nhạt cũng như từ quyển mạnh. Có ít nhất 80 vệ tinh tự nhiên quay quanh nó, bao gồm bốn vệ tinh lớn nhất gọi là các vệ tinh Galileo do nhà bác học Galileo Galilei lần đầu tiên quan sát năm 1610. Ganymede, vệ tinh lớn nhất, có đường kính lớn hơn Sao Thủy.

Đã có một vài tàu không gian thám hiểm đến Sao Mộc, bao gồm tàu Pioneer và Voyager trong các phi vụ bay ngang qua và sau đó tàu Galileo bay quay hành tinh này. Con tàu gần đây nhất bay qua Sao Mộc trên hành trình đến Sao Diêm Vương - tàu New Horizons bay qua vào cuối 2007. Con tàu sử dụng sự hỗ trợ của hấp dẫn từ Sao Mộc nhằm tăng tốc độ của nó. Hiện nay tàu Juno của NASA đã đến vào ngày 5 tháng 7 năm 2016. Trong tương lai có phi vụ của ESA đến thám hiểm các vệ tinh Galileo nói chung và Europa nói riêng.

Đặc trưng vật lý

Sao Mộc chủ yếu chứa vật chất ở trạng thái khí và lỏng. Nó là hành tinh khí khổng lồ lớn nhất trong hệ Mặt Trời với đường kính 142.984 km tại xích đạo. Mật độ trung bình của hành tinh bằng 1,326 g/cm³, và có khối lượng riêng lớn nhất trong số bốn hành tinh khí khổng lồ. Tuy thế mật độ này nhỏ hơn bất kỳ mật độ nào của các hành tinh đất đá.

Thành phần
Trong tầng thượng quyển của Sao Mộc chứa khoảng 80% hydro và 10% heli theo phần trăm thể tích hoặc tỷ lệ phân tử khí. Do nguyên tử heli có khối lượng gấp bốn lần khối lượng của nguyên tử hydro, thành phần này thay đổi khi miêu tả theo tỷ số khối lượng phân bố theo những nguyên tố khác nhau. Do vậy, khí quyển hành tinh chứa xấp xỉ 75% hydro và 24% heli theo khối lượng, với khoảng 1% còn lại là của các nguyên tố khác. Càng đi sâu vào bên trong hành tinh thì nó chứa những vật liệu nặng hơn cũng như mật độ lớn hơn như bao gồm gần 71% hydro, 24% heli và 5% các nguyên tố khác theo khối lượng. Khí quyển cũng chứa dấu vết của các hợp chất mêtan, hơi nước, amonia, và hợp chất của silic. Cũng có sự xuất hiện của cacbon, êtan, hydro sulfide, neon, oxy, phosphine, và lưu huỳnh. Lớp ngoài cùng của khí quyển còn chứa tinh thể băng amonia. Thông qua ảnh chụp của các thiết bị hồng ngoại và tia tử ngoại, các nhà khoa học cũng tìm thấy dấu hiệu các phân tử benzen và những hydrocarbon khác.

Tỉ lệ xuất hiện của hydro và heli là rất gần với tính toán lý thuyết về thành phần của tinh vân Mặt Trời nguyên thủy. Tỷ lệ neon trong tầng thượng quyển chỉ chiếm khoảng 20 phần triệu theo khối lượng, hay bằng một phần mười tỷ lệ của nó trong lòng Mặt Trời. Heli trong khí quyển cũng bị suy giảm dần, và tỷ lệ nguyên tử này trong Sao Mộc chỉ bằng khoảng 80% so với của Mặt Trời. Nguyên nhân của sự suy giảm có thể là từ hiện tượng giáng thủy của nguyên tố này rơi vào trong lòng hành tinh. Tỷ lệ của những khí hiếm nặng hơn heli trong khí quyển Sao Mộc gấp hai đến ba lần của Mặt Trời.

Dựa trên nghiên cứu quang phổ, các nhà khoa học cho rằng Sao Thổ có thành phần tương tự như của Sao Mộc, nhưng hai hành tinh khí khổng lồ còn lại là Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương có tỷ lệ hydro và heli thấp hơn khá nhiều. Bởi vì chưa có một thiết bị do thám nào thả rơi vào tầng khí quyển của ba hành tinh khí khổng lồ ngoại trừ Sao Mộc, các nhà khoa học vẫn chưa biết tỷ lệ có mặt chính xác của những nguyên tố nặng trong bầu khí quyển của chúng.

Khối lượng

Khối lượng của Sao Mộc bằng khoảng 2,5 lần tổng khối lượng của tất cả các hành tinh khác trong Hệ Mặt Trời — khối lượng của nó lớn đến nỗi khối tâm của nó và Mặt Trời nằm bên ngoài bề mặt Mặt Trời ở vị trí khoảng 1,068 bán kính tính từ tâm Mặt Trời. Mặc dù Trái Đất khá nhỏ so với hành tinh khí này với 11 lần lớn hơn, Sao Mộc có khối lượng riêng trung bình nhỏ hơn. Thể tích của Sao Mộc bắng 1.321 lần thể tích Trái Đất, nhưng hành tinh có khối lượng chỉ gấp 318 lần. Bán kính Sao Mộc chỉ bằng khoảng 1/10 bán kính Mặt Trời, và khối lượng bằng 0,001 lần khối lượng Mặt Trời, do vậy khối lượng riêng trung bình của nó so với Sao Thổ là xấp xỉ như nhau. Các nhà vật lý thiên văn thường sử dụng đơn vị "khối lượng Sao Mộc" (MJ hay MJup) để tính giá trị của những thiên thể khác, đặc biệt là khối lượng của Hành tinh ngoài hệ Mặt Trời và các sao lùn nâu. Ví dụ, hành tinh HD 209458 b có khối lượng xấp xỉ 0,69 MJ, trong khi hành tinh Kappa Andromedae b có khối lượng tới 12,8 MJ.

Mô hình lý thuyết cho kết quả nếu Sao Mộc có khối lượng lớn hơn nhiều so với hiện tại, hành tinh này sẽ co thể tích lại. Đối với sự biến đổi khối lượng nhỏ, bán kính của nó sẽ không thay đổi nhiều, nhưng với khối lượng 500 M⊕ (hay 1,6 khối lượng Sao Mộc) cấu trúc bên trong của nó sẽ bị nén nhiều hơn dưới tác dụng của lực hấp dẫn khiến thể tích của nó giảm mặc dù khối lượng của nó tăng lên. Kết quả là, Sao Mộc có đường kính cỡ một hành tinh băng đá với thành phần của nó và trải qua lịch sử tiến hóa như các hành tinh khí khác. Nếu khối lượng của nó lớn nhiều hơn thì thể tích tiếp tục giảm cho đến khi mật độ và nhiệt độ tại tâm của hành tinh này có thể đủ điều kiện cho phản ứng nhiệt hạch xảy ra như trong sao lùn nâu với khối lượng vào khoảng 50 lần khối lượng Sao Mộc.

Mặc dù Sao Mộc cần khoảng 75 lần khối lượng của nó để phản ứng nhiệt hạch tổng hợp xảy ra, sao lùn đỏ chỉ có bán kính bằng khoảng 30 phần trăm bán kính của Sao Mộc. Tuy thế, hiện nay Sao Mộc vẫn phát ra nhiều năng lượng nhiệt hơn so với nhiệt lượng nó nhận được từ Mặt Trời; năng lượng này tạo ra bên trong hành tinh gần bằng lượng bức xạ Mặt Trời mà nó nhận được. Lượng nhiệt bức xạ dư ra có nguyên nhân từ cơ chế Kelvin–Helmholtz thông qua quá trình co đoạn nhiệt. Quá trình này làm cho hành tinh co lại khoảng 2 cm mỗi năm. Khi hành tinh mới hình thành, Sao Mộc nóng hơn và có đường kính lớn gấp 2 lần đường kính hiện nay.

Kích cỡ
Bán kính của Sao Mộc bằng khoảng một phần mười bán kính của Mặt Trời.

Cấu trúc bên trong

Các nhà khoa học nghĩ rằng Sao Mộc chứa một lõi gồm hỗn hợp các nguyên tố nặng, bao phủ bởi lớp chất lỏng hydro kim loại cùng heli, và bên ngoài là lớp khí quyển chứa đa số phân tử hydro. Ngoài những miêu tả sơ lược về cấu trúc của nó, vẫn còn những yếu tố bất định trong mô hình này. Các nhà vật lý thường miêu tả lõi hành tinh là lõi đá, nhưng chi tiết thành phần lõi chứa gì thì họ vẫn chưa thể khẳng định được, hay như tính chất vật liệu phân bố theo độ sâu, áp suất và nhiệt độ chưa cụ thể (xem bên dưới). Năm 1997, thông qua phép đo quỹ đạo của tàu Galileo, các nhà khoa học từng suy luận về sự tồn tại của lõi cứng do ảnh hưởng hấp dẫn của hành tinh lên con tàu, và họ thu được khối lượng ban đầu của lõi vào khoảng từ 12 đến 45 lần khối lượng Trái Đất hay gần bằng 3%–15% tổng khối lượng Sao Mộc.
Sự có mặt của lõi trong lịch sử hình thành Sao Mộc gợi ra mô hình tiến hóa hành tinh bao gồm sự hình thành đầu tiên của một lõi đá hay băng mà có khối lượng đủ lớn để thu hút lượng khổng lồ hydro và heli từ tinh vân Mặt Trời. Giả sử rằng lõi tồn tại, nó đã phải co lại thông qua những dòng đối lưu của hydro kim loại lỏng trộn lẫn vào lõi tan chảy và mang theo những nguyên tố nặng hơn vào bên trong hành tinh. Cũng có thể lõi cứng này bây giờ đã biến mất hoàn toàn, do những đo đạc hấp dẫn từ tàu vũ trụ chưa đủ độ tin cậy để loại trừ khả năng này.

Độ bất định trong mô hình hành tinh gắn chặt với biên độ sai số của những phép đo tham số hành tinh hiện nay: đó là hệ số tốc độ quay của hành tinh (J6) nhằm để miêu tả mô men hấp dẫn của Sao Mộc, bán kính xích đạo Sao Mộc, và nhiệt độ tại mức áp suất 1 bar. Khi sứ mệnh Juno đến thăm Sao Mộc vào tháng 7 năm 2016, nó phát hiện ra rằng hành tinh có một lõi rất khuếch tán trộn lẫn vào lớp phủ của nó. Nguyên nhân có thể là do một hành tinh có khối lượng bằng khoảng 10 khối lượng Trái Đất đã va chạm với Sao Mộc trong vài triệu năm sau khi hành tinh này hình thành, điều đó có khả năng phá vỡ kết luận lõi rắn Sao Mộc như tàu Galileo phát hiện, và ước tính hiện nay rằng bán kính lõi bằng 30–50% bán kính của Sao Mộc, nặng gấp 7–25 lần khối lượng Trái Đất.

Bao quanh lõi hành tinh là lớp phủ hydro kim loại, mở rộng ra khoảng 78% bán kính Sao Mộc. Những giọt heli và neon giáng thủy-trong hiện tượng giống như mưa-rơi xuống lớp này, làm mật độ của những nguyên tố này sụt giảm trong khí quyển bên trên.

Bên trên lớp hydro kim loại là một lớp khí quyển hydro trong suốt. Ở độ sâu này, nhiệt độ cao hơn nhiệt độ giới hạn, mà đối với hydro chỉ bằng 33 K (xem hydro). Trong trạng thái này, không có sự rạch ròi giữa pha khí và lỏng của hydro—hydro ở trạng thái chảy siêu giới hạn. Các nhà khoa học thường coi hydro ở trạng thái khí trong khí quyển từ những đám mây mở rộng sâu xuống cho đến độ sâu khoảng 1.000 km, và có trạng thái lỏng ở những lớp sâu hơn. Về mặt vật lý, không có biên giới rõ cho chất khí khi nó trở lên nóng hơn và đậm đặc hơn khi đi sâu vào bên trong hành tinh. Những giọt heli và neon ngưng tụ rơi xuống như mưa vào tầng thấp khí quyển, gây ra thiếu hụt sự đa dạng của các nguyên tố này trên tầng thượng quyển. Các tính toán đã đoán rằng những giọt heli tách khỏi hydro kim loại ở bán kính 60.000 km và hợp lại ở bán kính 50.000 km.. Những cơn mưa kim cương được cho là đã xảy ra trên Sao Mộc, cũng như Sao Thổ và hai hành tinh băng khổng lồ Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.

Nhiệt độ và áp suất tăng đều đặn bên trong Sao Mộc khi đi về lõi của nó, điều này đã được quan sát thấy trong bức xạ vi sóng vì lượng nhiệt hình thành của Sao Mộc chỉ có thể thoát ra ngoài bằng cách đối lưu. Nhiệt độ tại áp suất 1 MPa vào khoảng 340 K. Tại vùng chuyển pha nơi hydro có nhiệt lượng vượt điểm giới hạn của nó để trở thành kim loại, người ta cho rằng nhiệt độ vùng này có thể lên tới 5.000 K và áp suất bằng 200 GPa. Nhiệt độ tại biên giới với lõi ước lượng khoảng 20.000 K và áp suất ở sâu bên trong bằng 3.000–4.500 GPa.

Khí quyển

Sao Mộc cũng có bầu khí quyển lớn nhất trong Hệ Mặt Trời, mở rộng hơn 5000 km theo độ cao. Do Sao Mộc không có bề mặt rắn, đáy của bầu khí quyển được coi là nơi có áp suất khí quyển bằng 10 bar, bằng 10 lần áp suất khí quyển tại bề mặt Trái Đất.

Các tầng mây

Sao Mộc bị bao phủ vĩnh cửu các tầng mây chứa tinh thể amonia và có thể amonium hydro sunfit. Các tầng mây nằm ở vị trí biên giới với tầng đối lưu và sắp xếp thành những dải mây khác nhau theo vĩ độ, mà các nhà thiên văn gọi là những "vùng nhiệt đới". Những vùng này được chia nhỏ thành những đới (zone) có màu sắc nhẹ và vành đai có màu tối hơn. Sự tương tác giữa những phần hoàn lưu là nguyên nhân hình thành các cơn bão và luồng xoáy. Tốc độ gió cỡ 100 m/s (360 km/h) là thường gặp trong các luồng đới lưu (zonal jets). Các nhà khoa học cũng quan sát thấy các biến đổi theo độ rộng, màu sắc và mật độ ở những đới này theo năm, nhưng chúng vẫn có đủ độ ổn định cho phép họ đặt tên phân biệt từng đới.

Tầng mây sâu khoảng 50 km, và chứa ít nhất hai lớp mây: lớp dày và thấp phía dưới cong lớp mỏng ở phía trên. Cũng có những lớp mỏng chứa đám mây nước bên dưới lớp mây amonia, chúng được phát hiện thông qua ánh chớp tia sét trong khí quyển Sao Mộc. Do nước trong các đám mây có tính phân cực tạo ra hiệu điện thế giữa các đám mây và gây nên sét. Những hiện tượng phóng điện này có thể mạnh gấp hàng nghìn lần tia sét trong khí quyển Trái Đất. Các đám mây nước có thể hình thành theo những cơn bão do luồng nhiệt dâng lên từ phía trong hành tinh. Năm 2013, kính thiên văn không gian Herschel phát hiện ra sự phân bố của nước trong tầng bình lưu tập trung chủ yếu ở bán cầu nam Sao Mộc, và chứng tỏ thuyết phục rằng nước trên hành tinh này có nguồn gốc từ các sao chổi rơi xuống.

Những đám mây có màu vàng và nâu trong khí quyển Sao Mộc là do những hợp chất bay lên cao khi chúng chịu bức xạ tia tử ngoại đến từ Mặt Trời. Các nhà khoa học vẫn chưa biết cơ chế chính xác, nhưng chất cơ bản trong các đám mây này là photpho, lưu huỳnh hoặc có thể là các hydrocacbon. Những hợp chất màu sắc này, hay nhóm mang màu (chromophore), trộn lẫn vào trong các lớp mây thấp hơn và ấm hơn. Các đới hình thành do những vùng khí đối lưu dâng lên tạo ra hiện tượng tinh thể hóa của amonia và cản trở các nhà khoa học có thể quan sát những lớp mây ở dưới thấp hơn.

Độ nghiêng trục quay của Sao Mộc khá nhỏ có nghĩa là hai cực của nó không mấy khi nhận được nhiều bức xạ Mặt Trời hơn vùng xích đạo. Nhờ hiện tượng đối lưu xảy ra bên trong hành tinh mà lượng nhiệt nội lực được vận chuyển lên hai vùng cực, giúp cân bằng nhiệt độ giữa các tầng mây.

Vết Đỏ Lớn và những xoáy khí quyển khác

Đặc trưng nổi tiếng nhất của Sao Mộc có lẽ là Vết Đỏ Lớn, một cơn bão có chiều quay ngược với chiều tự quay của Sao Mộc và đường kính thường lớn hơn Trái Đất, nằm ở vĩ độ Nam 22° dưới đường xích đạo. Nó đã tồn tại từ ít nhất năm 1831, và có thể là từ 1665. Một số mô hình toán học gợi ra rằng cơn bão là đặc trưng ổn định trong khí quyển hành tinh. Kích thước cơn bão đủ lớn để nhận qua kính thiên văn nghiệp dư nhìn từ mặt đất với độ mở  hoặc lớn hơn.

Vết Đỏ Lớn có hình oval quay ngược chiều kim đồng hồ, với chu kỳ khoảng sáu ngày. Kích thước của nó vào khoảng 24–40.000 km × 12–14.000 km. Nó đủ lớn để chứa từ hai đến ba hành tinh có đường kính bằng của Trái Đất. Độ cao lớn nhất của cơn bão khoảng 8 km bên trên so với những đỉnh các đám mây xung quanh.

Những cơn bão như vậy là những đặc điểm thường gặp trong khí quyển hỗn loạn của các hành tinh khí khổng lồ. Sao Mộc cũng còn chứa một số cơn bão hình oval màu trắng và màu nâu nhỏ khác nhưng không được đặt tên chính thức. Những cơn bão oval màu trắng chứa các đám mây tương đối lạnh bên trên thượng quyển. Cơn bão màu nâu thì ấm hơn và nằm ở những "đám mây thông thường" thấp hơn. Những cơn bão này có thể tồn tại từ vài giờ cho đến hàng thế kỷ.

Ngay cả khi tàu Voyager gửi về những đặc điểm của cơn bão này, đã có những manh mối thuyết phục về cơn bão không liên quan đến đặc điểm bất kỳ nào sâu ở bên dưới bề mặt hành tinh, như xoáy bão quay vi sai so với phần khí quyển còn lại bao quanh, đôi khi nhanh hơn đôi khi chậm hơn. Trong suốt thời gian các nhà thiên văn theo dõi hoạt động của vết đỏ trong lịch sử, nó đã đi vòng quanh hành tinh được vài lần so với bất kỳ một điểm cố định nào dưới nó.

Năm 2000, các nhà khoa học phát hiện một đặc điểm khí quyển hình thành phía nam bán cầu nhưng nhỏ hơn và giống với Vết Đỏ Lớn. Cơn bão nhỏ này hình thành khi một vài cơn bão oval trắng nhỏ hơn kết hợp lại thành một cơn bão duy nhất— ba cơn bão nhỏ hơn này đã được quan sát đầu tiên từ năm 1938. Các nhà khoa học đặt tên cho đặc trưng sáp nhập này là Oval BA, hay họ gọi là Vết Đỏ Nhỏ. Nó đã tăng mật độ và thay đổi màu sắc từ trắng sang đỏ.

Vành đai hành tinh

Sao Mộc có hệ thống vành đai hành tinh mờ bao gồm ba vành chính: vành hạt trong cùng hay còn gọi là quầng, vành đai chính tương đối sáng, vành đai mỏng ngoài cùng. Thành phần vật chất của những vành này chủ yếu là bụi, chứ không là băng đá như vành đai Sao Thổ. Vành đai chính có lẽ hình thành do vật chất bắn ra từ vệ tinh Adrastea và Metis. Thông thường vật liệu rơi trở lại vệ tinh nhưng do trường hấp dẫn mạnh hơn của Sao Mộc khiến chúng bị hút về phía hành tinh. Quỹ đạo của những vật liệu rơi xoáy ốc về phía Sao Mộc và những vật liệu mới cộng thêm từ những vụ va chạm. Theo cách tương tự, các nhà khoa học cho rằng hai vệ tinh Thebe và Amalthea có thể là nguồn sinh ra hai dải vành đai mờ hơn. Cũng có chứng cứ thuyết phục cho sự tồn tại một vành đai đá dọc theo quỹ đạo của Amalthea mà có thể là những mảnh vở bật ra từ vệ tinh này.

Từ quyển

Từ trường của Sao Mộc mạnh gấp 14 lần từ trường của Trái Đất, với cường độ từ 4,2 gauss (0,42 mT) tại xích đạo đến 10–14 gauss (1,0–1,4 mT) tại các cực, và nó cũng là từ trường lớn nhất trong Hệ Mặt Trời (ngoại trừ các vết đen). Nguồn gốc của trường là từ các dòng điện xoáy - chuyển động cuộn xoáy của những vật liệu mang dòng điện - bên trong lõi hydro kim loại lỏng. Các núi lửa trên Io phun ra một lượng lớn SO2 tạo thành hình xuyến khí dọc theo quỹ đạo của vệ tinh này. Luồng khí này theo thời gian bị ion hóa trong từ quyển sinh ra các ion lưu huỳnh và oxy. Chúng cùng với các ion hydro nguồn gốc từ khí quyển Sao Mộc, tạo ra dải plasma trong mặt phẳng xích đạo của Sao Mộc. Dải plasma quay cùng chiều với chiều tự quay của hành tinh gây ra sự biến dạng trong từ trường lưỡng cực của đĩa từ. Các electron bên trong dải plasma sinh ra nguồn sóng radio mạnh với những chớp nổ tần số 0,6–30 MHz.

Ở vị trí cách hành tinh 75 lần bán kính Sao Mộc, sự tương tác giữa từ quyển với gió Mặt Trời sinh ra vùng sốc hình cung (bow sock). Vùng nằm giữa từ quyển Sao Mộc và plasma gió Mặt Trời gọi là magnetopause, nó nằm bên trong của magnetosheath— vùng nằm giữa magnetopause và vùng sốc hình cung. Tương tác gió Mặt Trời với những vùng này, làm kéo dài từ quyển của Sao Mộc ra sau hướng nối Mặt Trời và Sao Mộc và kéo dài đến tận sát quỹ đạo của Sao Thổ. Bốn vệ tinh lớn nhất nằm trong từ quyển Sao Mộc, và bảo vệ chúng khỏi gió Mặt Trời.

Từ quyển Sao Mộc cũng là nguyên nhân gây ra những đợt bức xạ sóng vô tuyến từ hai vùng cực của hành tinh. Những hoạt động núi lửa của vệ tinh Io (xem bên dưới) phóng thích khí núi lửa vào trong từ quyển Sao Mộc, tạo ra vòng xuyến hạt ion bao quanh hành tinh. Khi Io chuyển động qua vòng xuyến này nó tương tác với đám hạt và sinh ra sóng Alfvén mang theo vật chất bị ion hóa rơi vào hai vùng cực Sao Mộc. Kết quả là, sóng vô tuyến được sinh ra thông qua cơ chế phát xạ maser xyclotron, và năng lượng được truyền dọc theo bề mặt hình nón. Khi Trái Đất cắt vào hình nón này, bức xạ vô tuyến phát ra từ Sao Mộc có thể vượt qua cường độ sóng vô tuyến phát ra từ Mặt Trời.

Quỹ đạo và sự tự quay

Sao Mộc là hành tinh duy nhất có khối tâm với Mặt Trời nằm bên ngoài thể tích của Mặt Trời, tuy chỉ chưa tới 7% bán kính Mặt Trời. Khoảng cách trung bình giữa Sao Mộc và Mặt Trời là 778 triệu km (bằng 5,2 lần khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời, hoặc 5,2 AU) và nó hoàn thành một vòng quỹ đạo bằng 11,86 năm Trái Đất. Giá trị này bằng 2/5 chu kỳ quỹ đạo của Sao Thổ, và tạo thành giá trị cộng hưởng quỹ đạo 5:2 giữa hai hành tinh lớn nhất trong hệ Mặt Trời. Mặt phẳng quỹ đạo elip của Sao Mộc nghiêng 1,31° so với mặt phẳng hoàng đạo. Bởi vì độ lệch tâm quỹ đạo bằng 0,048, khoảng cách từ Sao Mộc đến Mặt Trời thay đổi khoảng 75 triệu km giữa điểm cận nhật và điểm viễn nhật, hay là điểm gần nhất và xa nhất của hành tinh trên quỹ đạo.

Độ nghiêng trục quay của Sao Mộc tương đối nhỏ; chỉ 3,13°. Kết quả là hành tinh không có sự thay đổi lớn của các mùa, ngược lại so với Trái Đất và Sao Hỏa.

Tốc độ tự quay của Sao Mộc là lớn nhất trong Hệ Mặt Trời, hoàn thành một vòng quay quanh trục của nó chỉ hết ít hơn 10 giờ; mômen động lượng lớn cũng tạo ra chỗ phình xích đạo mà có thể dễ nhìn từ Trái Đất qua các kính thiên văn nghiệp dư. Hành tinh có dạng hình phỏng cầu, đường kính tại xích đạo của nó lớn hơn đường kính giữa hai cực. Đối với Sao Mộc, đường kính xích đạo lớn hơn đường kính giữa hai cực khoảng 9275 km.

Bởi vì Sao Mộc không phải là vật thể rắn, tầng thượng quyển của nó chịu sự quay vi sai (differential rotation). Tốc độ tự quay của khí quyển tại hai cực Sao Mộc lâu hơn khoảng 5 phút so với của khí quyển tại vùng xích đạo. Các nhà khoa học sử dụng ba hệ thống quy chiếu nhằm vẽ các đặc điểm chuyển động trong khí quyển Sao Mộc. Hệ I áp dụng cho những vùng có vĩ độ từ 10° Bắc đến 10° Nam; đây là vùng có chu kỳ quay ngắn nhất, khoảng 9h 50m 30,0s. Hệ II áp dụng cho mọi vĩ độ bắc và nam ngoài vùng I; chu kỳ của nó bằng 9h 55m 40,6s. Hệ III được xác định đầu tiên bởi các nhà thiên văn vô tuyến, tương ứng với sự tự quay quanh trục của từ quyển hành tinh; các nhà thiên văn học coi nó là chu kỳ tự quay chính thức của Sao Mộc.

Quan sát

Sao Mộc là thiên thể sáng thứ tư trên bầu trời (sau Mặt Trời, Mặt Trăng và Sao Kim); có lúc Sao Hỏa sáng hơn Sao Mộc. Phụ thuộc vào vị trí của Sao Mộc với Trái Đất, cấp sao biểu kiến của nó thay đổi từ −2,9 tại vị trí xung đối giảm xuống −1.6 trong thời gian giao hội với Mặt Trời. Đường kính góc của Sao Mộc do vậy cũng thay đổi từ 50,1 xuống 29,8 giây cung. Những lần xung đối lý thú xuất hiện khi Sao Mộc tiến tới cận điểm quỹ đạo, sự kiện xảy ra chỉ một lần đối với một chu kỳ quỹ đạo. Lần gần đây nhất Sao Mộc ở cận điểm quỹ đạo vào tháng 3 năm 2011, và vị trí xung đối là vào tháng 9 năm 2010.

Trái Đất vượt trước Sao Mộc cứ mỗi 398,9 ngày khi nó quay quanh Mặt Trời, hay chính là chu kỳ giao hội của hai hành tinh. Và như vậy, Sao Mộc hiện lên trên nền trời với chuyển động giật lùi so với các ngôi sao ở xa. Hay trong một thời gian, Sao Mộc đi giật lùi trong bầu trời đêm, thực hiện một chuyển động vòng tròn biểu kiến.

Chu kỳ quỹ đạo xấp xỉ 12 năm của Sao Mộc tương ứng với 12 cung Hoàng Đạo, và về nguồn gốc lịch sử có thể là lý do cho số lượng cung hoàng đạo là 12. Hay mỗi lần Sao Mộc đến vị trí xung đối nó tiến về phía đông khoảng 30°, bằng bề rộng một cung hoàng đạo.

Bởi quỹ đạo Sao Mộc nằm bên ngoài quỹ đạo Trái Đất, góc pha của Sao Mộc khi nhìn từ Trái Đất không bao giờ vượt quá 11,5°. Do vậy, hành tinh luôn luôn hiện ra gần như một đĩa tròn khi nhìn qua kính thiên văn trên mặt đất. Chỉ có những phi vụ tàu không gian bay đến Sao Mộc mới quan sát hình ảnh lưỡi liềm của Sao Mộc.

Vệ tinh tự nhiên

Tính đến tháng 6/2021, Sao Mộc có 80 vệ tinh tự nhiên. Trong số này có 60 vệ tinh có đường kính nhỏ hơn 10 kilômét và chỉ được phát hiện từ 1975. Bốn vệ tinh lớn nhất, gọi là các vệ tinh "Galilei" là Io, Europa, Ganymede và Callisto. Có 5 vệ tinh hiện không quan sát thấy là S/2003 J 2, S/2003 J 4, S/2003 J 10, S/2003 J 12 và S/2011 J 1. Tổng số vệ tinh này được nâng lên con số 79 vào năm 2018, với ít nhất 1 vệ tinh mới có tên Valetudo, theo tên một vị thần trong thần thoại La Mã chuyên về mảng sức khỏe, y học, và vào ngày 30 tháng 6 năm 2021 một nữ sinh viên tên Kai Ly đã phát hiện một mặt trăng nhỏ nữa mang tên EJc0061 (S/2003 J 24), làm nâng tổng số vệ tinh của Sao Mộc lên 80.

Các vệ tinh Galilei

Quỹ đạo của Io, Europa, và Ganymede, trong các vệ tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời, tạo thành dạng cộng hưởng quỹ đạo; bốn vòng quỹ đạo Io thì Europa quay được chính xác hai vòng và Ganymede quay được chính xác một vòng. Sự cộng hưởng này là nguyên nhân của hiệu ứng hấp dẫn làm quỹ đạo của ba vệ tinh có dạng hình ellip, do mỗi vệ tinh nhận thêm lực kéo từ các vệ tinh lân cận khi chúng đạt đến điểm cộng hưởng. Lực thủy triều từ Sao Mộc, mặt khác lại làm cho quỹ đạo của chúng trở lên tròn hơn.

Độ lệch tâm quỹ đạo của cũng gây ra sự biến dạng hình thể của các vệ tinh, với lực hấp dẫn của Sao Mộc kéo giãn chúng ra khi chúng đến gần cận điểm quỹ đạo và khi các vệ tinh ở viễn điểm quỹ đạo lực hấp dẫn trở lên yếu đi và các vệ tinh thu lại hình dạng. Sự co giãn trong cấu trúc này gây ra một nội ma sát bên trong vệ tinh và làm nóng vật chất bên trong chúng. Đây chính là nguyên nhân vệ tinh trong cùng Io có sự hoạt động núi lửa mạnh (vệ tinh chịu lực thủy triều mạnh nhất), và xuất hiện những đặc điểm địa chất trẻ trên bề mặt Europa (ám chỉ những hoạt động địa chất tái tạo bề mặt trong thời gian gần đây).

Phân loại vệ tinh

Trước khi phi vụ Voyager phát hiện ra nhiều vệ tinh, các vệ tinh của Sao Mộc được sắp xếp thành bốn nhóm, dựa trên đặc điểm chung của các tham số quỹ đạo của chúng. Sau đó, rất nhiều vệ tinh nhỏ được phát hiện nằm bên ngoài những vệ tinh này và tạo nên một bức tranh khá phức tạp. Ngày nay các nhà khoa học phân loại ra làm sáu nhóm vệ tinh, mặc dù có thể có những đặc điểm khác nhau nữa.

Nhóm con chính cơ bản là tám vệ tinh trong dạng cầu hoặc gần cầu cùng có quỹ đạo gần tròn và gần nằm trong mặt phẳng xích đạo của Sao Mộc và các nhà khoa học cho rằng chúng hình thành cùng với lịch sử của Sao Mộc. Những vệ tinh còn lại đa phần là những vệ tinh dị hình với quỹ đạo ellip và mặt phẳng quỹ đạo nghiêng nhiều, và có khả năng là chúng bị Sao Mộc bắt giữ từ các tiểu hành tinh hoặc mảnh vỡ của các tiểu hành tinh. Các vệ tinh dị hình được chia vào nhóm các vệ tinh có chung tham số quỹ đạo và do đó có thể có cùng nguồn gốc, có lẽ là vệ tinh lớn hơn hoặc vật thể bị bắt sau đó bị vỡ nát.

Tương tác với Hệ Mặt Trời

Cùng với Mặt Trời, ảnh hưởng hấp dẫn của Sao Mộc tạo nên cấu trúc Hệ Mặt Trời. Quỹ đạo của hầu hết các hành tinh trong Thái Dương hệ nằm gần với mặt phẳng quỹ đạo của Sao Mộc hơn mặt phẳng xích đạo của Mặt Trời (Sao Thủy là hành tinh duy nhất nằm gần nhất với mặt phẳng xích đạo Mặt Trời với quỹ đạo của nó hơi nghiêng), khoảng trống Kirkwood trong vành đai tiểu hành tinh chủ yếu do ảnh hưởng hấp dẫn của Sao Mộc, và hành tinh này cũng hút phần lớn các tiểu hành tinh nhỏ trong giai đoạn các hành tinh vòng trong chịu những trận mưa thiên thạch cuối cùng trong lịch sử hệ Mặt Trời.

Cùng với các vệ tinh của nó, trường hấp dẫn của Sao Mộc điều khiển rất nhiều tiểu hành tinh thuộc vào các điểm Lagrange tiến trước và sau theo Sao Mộc trên quỹ đạo của nó quanh Mặt Trời. Chúng là những tiểu hành tinh Troia, và các nhà thiên văn chia ra làm hai nhóm mang tên "Hy Lạp" và "Troia" theo trong sử thi Iliad. Tiểu hành tinh đầu tiên trong số này, 588 Achilles, do nhà thiên văn học Max Wolf phát hiện năm 1906; và từ đó đến nay có khoảng hai nghìn tiểu hành tinh trong các nhóm được phát hiện. Tiểu hành tinh lớn nhất là 624 Hektor.

Hầu hết các sao chổi chu kỳ ngắn thuộc về họ Sao Mộc — định nghĩa như là các sao chổi có bán trục lớn nhỏ hơn bán kính quỹ đạo của Sao Mộc. Các nhà khoa học cho rằng sao chổi họ Sao Mộc hình thành từ vành đai Kuiper bên ngoài quỹ đạo Sao Hải Vương. Trong những lần tiếp cận gần Sao Mộc quỹ đạo của chúng bị nhiễu loạn và dần dần có chu kỳ quỹ đạo nhỏ hơn và đi vào vùng giữa Mặt Trời và Sao Mộc.

Va chạm

Các nhà thiên văn gọi Sao Mộc là cỗ máy hút bụi của Hệ Mặt Trời, bởi vì lực hấp dẫn mạnh và vị trí của nó gần nhóm bốn hành tinh phía trong. Gần đây hành tinh đã nhận một số vụ va chạm với các sao chổi. Hành tinh khổng lồ này là một lá chắn bảo vệ các hành tinh phía trong khỏi những trận bắn phá của thiên thạch. Những mô phỏng máy tính gần đây lại cho thấy Sao Mộc không làm giảm số lượng sao chổi đi vào phía các hành tinh bên trong, do hấp dẫn của nó gây nhiễu loạn quỹ đạo các sao chổi đi vào trong xấp xỉ bằng số sao chổi hút về phía nó. Vấn đề này vẫn còn gây ra nhiều tranh luận giữa các nhà thiên văn học, khi một số tin rằng Sao Mộc đã hút các sao chổi từ vành đai Kuiper về phía quỹ đạo Trái Đất trong khi một số khác nghĩ rằng hành tinh này có vai trò bảo vệ Trái Đất khỏi những thiên thạch từ đám mây Oort.

Năm 1997, khi xem xét lại những bản vẽ trong lịch sử, người ta nghĩ rằng nhà thiên văn Cassini có thể đã vẽ lại dấu vết của một vụ va chạm năm 1690. Trong cuộc khảo sát cũng có khoảng 8 vết va chạm trong những bản vẽ của người khác mà khả năng thấp là họ đã quan sát được sự kiện va chạm. Một quả cầu lửa cũng đã được ghi lại khi tàu Voyager 1 tiếp cận Sao Mộc tháng 3 năm 1979. Trong thời gian 16 tháng 7 năm 1994, đến 22 tháng 7 năm 1994, trên 20 mảnh vỡ của sao chổi Shoemaker–Levy 9 (SL9, định danh D/1993 F2) va chạm vào bầu khí quyển bán cầu nam của Sao Mộc, và đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn có cơ hội quan sát trực tiếp sự kiện va chạm giữa hai vật thể trong Hệ Mặt Trời. Va chạm cũng mang lại thông tin hữu ích về thành phần khí quyển Sao Mộc.

Ngày 17 tháng 9 năm 2009, một nhà thiên văn nghiệp dư đã phát hiện ra vị trí va chạm ở kinh độ xấp xỉ 216 độ trong Hệ II. Va chạm để lại một điểm đen trong khí quyển Sao Mộc, kích thước tương tự như bão Oval BA. Quan sát qua thiết bị hồng ngoại cho thấy một điểm sáng nơi va chạm xảy ra, hay vụ va chạm làm nóng lớp khí quyển bên dưới trong gần vùng cực nam Sao Mộc. Các nhà khoa học ước lượng đường kính của thiên thạch trong vụ va chạm năm 2009 khoảng 200 m đến 500 m.

Một quả cầu lửa khác, nhỏ hơn cũng đã được ghi nhận vào ngày 3 tháng 6 năm 2010, bởi nhà thiên văn nghiệp dư Anthony Wesley người Australia, và sau đó sự kiện này cũng đã được ghi lại trên video của một nhà thiên văn nghiệp dư khác tại Philippines. Quả cầu lửa khác cũng được ghi nhận vào 20 tháng 8 năm 2010, và 10 tháng 9 năm 2012

Nghiên cứu và thám hiểm

Nghiên cứu trước khi có kính thiên văn

Các nhà thiên văn Babylon cổ đại đã quan sát và ghi chép về Sao Mộc từ thế kỷ 7 hoặc 8 trước Công nguyên.
Trong thế kỷ thứ hai mô hình Almagest được nhà thiên văn Hy Lạp cổ đại Claudius Ptolemaeus xây dựng lên mô hình địa tâm hành tinh dựa trên những quan sát về chuyển động tương đối của Sao Mộc so với Trái Đất, khi ông quan sát thấy chu kỳ của nó "quanh" Trái Đất là 4332,38 ngày, hay 11,86 năm.
Năm 499, Aryabhata, nhà thiên văn và toán học cổ đại Ấn Độ, cũng sử dụng mô hình địa tâm và ước lượng chu kỳ của Sao Mộc là 4332,2722 ngày, hay 11,86 năm.

Quan sát bằng kính thiên văn
Năm 1610, Galileo Galilei sử dụng kính thiên văn do ông tự chế tạo quan sát thấy bốn vệ tinh quay quanh Sao Mộc—Io, Europa, Ganymede và Callisto (mà ngày nay gọi là các vệ tinh Galilei); và được đa số các nhà lịch sử khoa học công nhận là người đầu tiên sử dụng kính thiên văn nhằm quan sát các thiên thể ngoài Trái Đất. Galileo cũng là người đầu tiên phát hiện ra chuyển động thiên thể không phải do cách nhìn Trái Đất là trung tâm của vũ trụ. Đây là một bằng chứng thuyết phục ủng hộ thuyết nhật tâm của Nicolaus Copernicus về chuyển động của các hành tinh; vì những ủng hộ công khai của Galileo cho mô hình Copernicus mà ông bị đưa ra tòa án dị giáo.

Trong thập niên 1660, Cassini sử dụng một loại kính thiên văn mới và ông phát hiện ra những vết và dải nhiều màu sắc trên Sao Mộc và nhận ra hành tinh này phình ra tại xích đạo. Ông cũng thử ước lượng tốc độ tự quay của Sao Mộc. Năm 1690 Cassini nhận ra khí quyển Sao Mộc thể hiện sự quay vi sai.

Vết Đỏ Lớn, cơn bão hình oval đặc trưng trong khí quyển ở bán cầu nam Sao Mộc, có thể đã được quan sát từ năm 1664 bởi Robert Hooke và năm 1665 bởi Giovanni Cassini, mặc dù chưa có văn bản lịch sử cụ thể rõ ràng ghi nhận điều này. Dược sĩ Samuel Heinrich Schwabe đã vẽ chi tiết về Vết Đỏ Lớn vào năm 1831.

Một số người đã công bố không thấy xuất hiện Vết Đỏ Lớn khi quan sát Sao Mộc trong giai đoạn 1665 và 1708 trước khi nó lại hiện ra vào 1878. Năm 1883 người ta nhận thấy nó đang mờ đi cũng như ở đầu thế kỷ 20.

Cả Giovanni Borelli và Cassini đã ghi chép cẩn thận về chuyển động và chu kỳ của các vệ tinh Sao Mộc, cho phép tiên đoán được thời gian mà các vệ tinh sẽ ở trước hay sau hành tinh. Cho đến thập niên 1670, khi Sao Mộc ở vị trí xung đối với Trái Đất ở hai bên Mặt Trời, chu kỳ quay của vệ tinh Io đã dài thêm khoảng 17 phút so với ghi chép từ trước. Ole Rømer đã quan sát thấy điều này và suy luận ra ánh sáng không có vận tốc tức thời (kết luận bị chính Cassini ban đầu phản đối), và ông cũng ước lượng được tốc độ ánh sáng thông qua độ lệch thời gian này.

Năm 1892, Edward Barnard phát hiện ra vệ tinh thứ năm của Sao Mộc bằng kính thiên văn phản xạ  ở đài quan sát Lick tại California. Vệ tinh này khá nhỏ, và rất khó nhận ra vào thời điểm đó, điều này khiến ông nhanh chóng trở lên nổi tiếng. Vệ tinh sau đó được đặt tên Amalthea. Nó là vệ tinh tự nhiên cuối cùng được phát hiện bằng quan sát trực tiếp qua bước sóng khả kiến. Và khi tàu Voyager 1 bay ngang qua Sao Mộc năm 1979 nó đã phát hiện ra 8 vệ tinh mới.

Năm 1932, Rupert Wildt nhận ra những vạch hấp thụ của amonia và mêtan trong khí quyển Sao Mộc.

Ba cơn bão tồn tại lâu quay ngược chiều kim đồng hồ màu trắng đã được quan sát từ 1938. Trong nhiều thập kỷ chúng vẫn là những đặc điểm rời rạc trên khí quyển Sao Mộc, đôi khi đến gần nhau nhưng chưa hề sáp nhập trước đó. Cuối cùng, hai cơn bão sáp nhập vào năm 1998, và hút cơn bão thứ ba vào năm 2000, và các nhà khoa học hiện nay gọi nó là Oval BA.

Nghiên cứu bằng kính thiên văn vô tuyến

Bernard Burke và Kenneth Franklin năm 1955 phát hiện ra những chớp nổ của tín hiệu vô tuyến đến từ Sao Mộc ở tần số 22,2 MHz. Chu kỳ của những chớp này trùng với chu kỳ tự quay của hành tinh, và họ nghĩ chúng có thể làm định nghĩa phù hợp cho tốc độ tự quay của Sao Mộc. Những chớp vô tuyến từ hành tinh này phát ra hai loại: chớp kéo dài (hay chớp L) trong khoảng vài giây, và chớp ngắn (hay chớp S) diễn ra chỉ trong thời gian một phần trăm của giây.

Các nhà thiên văn cũng phát hiện ra có ba dạng tín hiệu vô tuyến phát ra từ Sao Mộc.
 Chớp vô tuyến đềcamét (với bước sóng khoảng chục mét) thay đổi theo sự quay của Sao Mộc, và bị ảnh hưởng bởi tương tác của vệ tinh Io với từ trường Sao Mộc.
 Bức xạ vô tuyến đềximét (bước sóng cỡ vài xentimét) do nhà khoa học Frank Drake và Hein Hvatum quan sát đầu tiên năm 1959. Nguồn gốc của tín hiệu này từ vành đai hình vòng xuyến bao quanh xích đạo Sao Mộc. Tín hiệu này do bức xạ xyclotron phát ra từ electron bị gia tốc trong từ trường hành tinh này.
 Bức xạ nhiệt phát ra từ khí quyển Sao Mộc.

Thám hiểm bằng tàu thăm dò

Từ 1973 một số tàu vũ trụ tự động đã đến gần Sao Mộc, nổi bật là tàu thăm dò Pioneer 10, con tàu đầu tiên đến đủ gần hành tinh này và gửi về các bức ảnh cũng như thông tin về hành tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời. Các chuyến bay đến các hành tinh thường dựa trên ngân sách giảm thiểu năng lượng cần thiết để con tàu bay hiệu quả, hay nhiên liệu mang theo tối ưu để nó đạt được vận tốc tối đa cũng như phục vụ trong quá trình thăm dò, hay delta-v. Khi đi vào quỹ đạo chuyển Hohmann từ Trái Đất đến Sao Mộc bắt đầu từ quỹ đạo thấp đòi hỏi giá trị delta-v bằng 6,3 km/s so với giá trị 9,7 km/s của delta-v cần thiết để đưa vệ tinh vào quỹ đạo thấp quanh Trái Đất. Thật may là nhờ kỹ thuật hỗ trợ hấp dẫn thông qua quá trình bay qua hành tinh có thể làm giảm năng lượng cần thiết để đưa tàu đến Sao Mộc, giảm thiểu chi phí cho những chuyến bay dài năm trong không gian.

Phi vụ bay qua

Từ năm 1973, một vài tàu không gian đã thực hiện bay qua hành tinh và thực hiện một số quan sát Sao Mộc. Phi vụ Pioneer lần đầu tiên chụp được ảnh gần khí quyển Sao Mộc và một số vệ tinh của nó. Các tàu cũng phát hiện ra vành đai bức xạ gần hành tinh với cường độ mạnh hơn so với từng nghĩ, và cả hai đã vượt qua được ảnh hưởng của từ trường Sao Mộc. Dựa vào quỹ đạo của các tàu vũ trụ các nhà khoa học có thể suy ra được khối lượng của hệ Sao Mộc. Nhờ hiện tượng che khuất tín hiệu vô tuyến từ tàu không gian của hành tinh mà người ta có thể tính ra được đường kính cũng như độ dẹt của Sao Mộc.

Sáu năm sau, phi vụ Voyager đã nâng cao khả năng hiểu biết của các nhà khoa học về các vệ tinh Galilei và khám phá ra các vành đai Sao Mộc. Chúng cũng gửi về các bức ảnh cho phép khẳng định Vết Đỏ Lớn quay ngược với (ngược chiều kim đồng hồ) chiều quay của hành tinh. So sánh các bức ảnh người ta cũng thấy Vết Đỏ Lớn cũng thay đổi màu sắc kể từ phi vụ Pioneer, từ màu vàng cam sang màu nâu tối. Một khu vực hình vòng xuyến chứa các ion dọc theo quỹ đạo của vệ tinh Io cũng được phát hiện, các nhà thiên văn cũng quan sát thấy núi lửa đang hoạt động trên bề mặt vệ tinh này. Khi tàu không gian đi ra phía sau hành tinh, nó đã chụp được các ánh chớp tia sét trong khí quyển ở phần bán cầu tối của Sao Mộc.

Phi vụ tiếp theo đến gần Sao Mộc, tàu quan sát Mặt Trời Ulysses, đã bay qua hành tinh (1992) nhằm dựa vào hỗ trợ hấp dẫn để bay theo quỹ đạo cực quanh Mặt Trời với mục đích nghiên cứu vùng cực Mặt Trời. Trong quá trình bay qua con tàu đã thực hiện nghiên cứu từ quyển Sao Mộc. Do Ulysses không mang theo camera, các nhà khoa học đã không thu được ảnh quang học nào. Lần bay qua thứ hai diễn ra năm 2004 ở một khoảng cách rất lớn.

Năm 2000, tàu Cassini, trên hành trình đến Sao Thổ, bay qua Sao Mộc và gửi về một số bức ảnh có độ phân giải tốt nhất đối với hành tinh này từ trước đến nay. Ngày 19 tháng 12 năm 2000, tàu đã chụp ảnh vệ tinh Himalia, nhưng độ phân giải quá thấp để các nhà khoa học nhận ra được chi tiết bề mặt vệ tinh này.

Tàu không gian New Horizons, trên hành trình đến Pluto, đã nhờ sự hỗ trợ hấp dẫn của Sao Mộc. Nó bay đến gần hành tinh nhất vào ngày 28 tháng 2 năm 2007. Camera đã quan sát được plasma phun ra từ các núi lửa trên Io và nghiên cứu chi tiết các vệ tinh Galilei, cũng như thực hiện quan sát từ xa các vệ tinh vòng ngoài Himalia và Elara. Quá trình chụp ảnh hệ Sao Mộc bắt đầu từ 4 tháng 9 năm 2006.

Phi vụ Galileo

Tàu Galileo là tàu đầu tiên quay quanh Sao Mộc, khi nó đi vào quỹ đạo quanh hành tinh ngày 7 tháng 12 năm 1995. Nó thăm dò được hơn 7 năm, thực hiện nhiều lần bay quan các vệ tinh Galilei và vệ tinh Amalthea. Con tàu cũng đã chứng kiến và gửi về các bức ảnh chụp sao chổi Shoemaker-Levy 9 khi nó đến gần Sao Mộc năm 1994, và đã cho phép các nhà khoa học có cơ hội thuận lợi để theo dõi sao chổi này. Trong phi vụ mở rộng nhằm thu thập thông tin về hệ Sao Mộc, khả năng thiết kế của nó đã bị giới hạn bởi lỗi bung mở một ăng ten thu phát tín hiệu vô tuyến.

Một thiết bị thăm dò khí quyển cũng tách ra khỏi tàu Galileo tháng 7 năm 1995, và rơi vào khí quyển hành tinh ngày 7 tháng 12. Nó rơi sâu được 150 km qua bầu khí quyển, với thời gian thu thập dữ liệu là 57,6 phút, và đã bị phá nát bởi áp suất khí quyển (lúc bị phá nát áp suất khí quyển bằng 22 lần áp suất khí quyển Trái Đất, với nhiệt độ khí quyển lúc cuối thiết bị đo được 153 °C). Có thể sau đó thiết bị này bị tan chảy và bốc hơi. Tàu Galileo khi kết thúc nhiệm vụ thì các nhà khoa học đã quyết định cho nó rơi vào Sao Mộc vào ngày 21 tháng 9 năm 2003, với vận tốc trên 50 km/s, nhằm tránh bất kỳ một khả năng nào con tàu có thể rơi vào vệ tinh Europa—vệ tinh với giả thuyết có khả năng có sự sống của vi khuẩn trong lòng đại dương giả thuyết của nó.

Phi vụ Juno

Tàu Juno phóng lên từ tháng 8 năm 2011, đã đến Sao Mộc vào tháng 4 năm 2016 và dự kiến sẽ hoàn tất 37 vòng quỹ đạo quanh hành tinh trong 20 tháng tới. Kế hoạch của phi vụ Juno nghiên cứu chi tiết về hành tinh này từ quỹ đạo địa cực. Ngày 27 tháng 8 năm 2016, tàu vũ trụ đã hoàn thành chuyến bay đầu tiên đến Sao Mộc và gửi lại những hình ảnh đầu tiên chưa từng có về cực bắc Sao Mộc. Juno sẽ hoàn tất 12 vòng quỹ đạo trước khi kết thúc kế hoạch nhiệm vụ được lập trong ngân sách, kết thúc vào tháng 7 năm 2018. Vào tháng 6 năm đó, NASA đã gia hạn kế hoạch hoạt động của nhiệm vụ đến tháng 7 năm 2021, và vào tháng 1 năm đó phi vụ được kéo dài đến tháng 9 năm 2025 với bốn lần bay ngang qua các vệ tinh: bay qua Ganymede một lần, Europa một lần và Io hai lần.  Khi Juno kết thúc nhiệm vụ, nó sẽ thực hiện hạ cánh đi vào khí quyển Sao Mộc và bắt đầu tan rã. Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ, tàu vũ trụ sẽ tiếp xúc với mức bức xạ cao của từ quyển Sao Mộc, có thể gây hỏng hóc một số thiết bị và có nguy cơ va chạm với các vệ tinh của Sao Mộc trong tương lai.

Phi vụ bị hủy bỏ và phi vụ trong tương lai
Bởi vì khả năng có một đại dương chất lỏng dưới bề mặt các vệ tinh Europa, Ganymede và Callisto, các nhà khoa học mong muốn có một dự án nghiên cứu chi tiết hơn những vệ tinh băng đá này. Do khó khăn về tài chính và còn nhiều dự án nghiên cứu thám hiểm không gian vũ trụ khác, vài đề xuất nghiên cứu các vệ tinh này của NASA đã phải hủy bỏ. Dự án Jupiter Icy Moons Orbiter (JIMO) của NASA đã hủy bỏ vào năm 2005. Một đề xuất hợp tác giữa NASA/ESA, gọi là EJSM/Laplace, nếu được phát triển sẽ phóng lên vào năm 2020. EJSM/Laplace gồm một tàu quỹ đạo do NASA đứng đầu Jupiter Europa Orbiter, và một tàu quỹ đạo Jupiter Ganymede Orbiter do ESA đứng đầu. Tuy nhiên vào tháng 4 năm 2011, ESA đã phải chính thức kết thúc dự án do NASA bị cắt giảm ngân sách nghiên cứu phát triển do vậy buộc họ phải dừng tham gia dự án. Thay vào đó ESA đã phê chuẩn một phi vụ cấp quan trọng L1 trong chương trình Cosmic Vision, dự án JUICE và khả năng phóng lên vào năm 2022.

Trong tương lai, phi vụ kế hoạch đã được phê chuẩn nhằm nghiên cứu hệ Sao Mộc do cơ quan ESA đứng đầu, phi vụ Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE), với thời gian dự định phóng lên năm 2022 và tới Sao Mộc khoảng năm 2030, nghiên cứu bốn vệ tinh Galileo và đặc biệt là Europa.

Khả năng tồn tại sự sống
Năm 1953, trong thí nghiệm Urey-Miller hai nhà khoa học chứng tỏ rằng khi kết hợp năng lượng tia sét và các hợp chất hóa học tồn tại trong khí quyển nguyên thủy của Trái Đất có thể sinh ra những hợp chất hữu cơ (bao gồm amino acid) mà các nhà khoa học cho rằng chúng là những khối cơ bản của sự sống. Hai ông mô phỏng khí quyển với các phân tử nước, mêtan, amonia và hydro; mọi phân tử này đều có mặt trong khí quyển Sao Mộc. Khí quyển hành tinh này có những luồng đối lưu không khí mạnh thẳng đứng, cho phép mang những hợp chất này xuống dưới sâu hơn. Bên trong hành tinh nhiệt độ khí quyển cao hơn làm bẻ gãy các phân tử hóa học và cản trở sự hình thành những dạng sống nguyên thủy giống như trên Trái Đất.

Đa số các nhà khoa học đồng ý rằng hầu như không thể tồn tại một sự sống kiểu như Trái Đất trên Sao Mộc, do có quá ít lượng nước trong khí quyển, hầu như không có một bề mặt rắn nào dưới sâu hành tinh và càng xuống dưới sâu áp suất càng lớn. Năm 1976, trước phi vụ Voyager, người ta giả thuyết rằng những phân tử cơ sở cho sự sống như amonia hoặc nước có thể tồn tại trong thượng quyển của Sao Mộc. Giả thuyết này dựa trên hệ sinh thái biển của Trái Đất mà có những sinh vật phù du đơn giản có thể quang hợp sống gần mặt biển, các loài cá ở tầng nước sâu hơn tiêu thụ các sinh vật này, và những loài săn mồi đại dương bắt cá ăn thịt.

Nếu khả năng tồn tại những đại dương bên dưới bề mặt băng của ba vệ tinh (Europa, Ganymede và Callisto) thì một số nhà khoa học giả thuyết có thể có những vi khuẩn hiếm khí và hiếm sáng sống dưới đó.

Trong thần thoại

Người cổ đại đã biết đến Sao Mộc do hành tinh này có thể nhìn bằng mắt thường trong đêm tối và thậm chí vào lúc bình minh hay hoàng hôn. Người Babylon gọi hành tinh này đại diện cho vị thần "Marduk" của họ. Họ cũng đã sử dụng chu kỳ quỹ đạo gần bằng 12 năm của hành tinh này dọc theo đường Hoàng Đạo để xác định các chòm sao thuộc Hoàng Đạo.

Người La Mã đặt tên hành tinh là Jupiter () (cũng gọi là Jove), vị thần nam đứng đầu trong thần thoại La Mã, với cách xưng hô trong ngôn ngữ Proto-Indo-European của từ ghép *Dyēu-pəter (danh cách: *Dyēus-pətēr, có nghĩa "cha của các vị thần bầu trời", hoặc "cha của vị thần ngày"). Vị thần này được người Hy Lạp gọi trong thần thoại Hy Lạp là Zeus (Ζεύς), hoặc Dias (Δίας), là tên của hành tinh mà người Hy Lạp vẫn gọi ngày nay.

Ký hiệu thiên văn học cho hành tinh này là , thể hiện cho cây tầm sét hoặc con đại bàng của thần. Hoặc là viết cách điệu của chữ zeta, chữ đầu trong từ Zeus trong tiếng Hy Lạp.

Jovian là tính từ trong tiếng Anh của từ Jupiter. Dạng cổ của từ này là jovial, dựa theo các nhà chiêm tinh cổ đại thời Trung Cổ có nghĩa là "hạnh phúc" hoặc "vui vẻ," do trong chiêm tinh dấu hiệu sự xuất hiện của thần Jupiter liên quan đến niềm vui.

Trong tiếng Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản và Việt Nam coi hành tinh này là Mộc Tinh, (木星, mùxīng), chính là nguyên tố Mộc (cây cỏ, mùa xuân...) trong Ngũ Hành. Đạo Lão coi nó là sao Phúc trong Phúc Lộc Thọ. Người Hy Lạp còn gọi nó là Φαέθων, Phaethon, "sáng chói." Trong chiêm tinh của người Hindu, các nhà chiêm tinh Hindu đặt tên hành tinh theo vị thần Brihaspati, một trong những "Guru", những vị thần cầu nguyện và tín ngưỡng. Trong tiếng Anh, Thursday có nguồn gốc từ "ngày của thần sét Thor", Sao Mộc liên hệ với thần Thor trong thần thoại người German.

Trong thần thoại Trung Á và Thổ Nhĩ Kỳ, Sao Mộc được gọi là "Erendiz/Erentüz", có nghĩa là "sao eren(?)+yultuz". Có rất nhiều nghi vấn trong từ "eren". Người Trung Á cũng đã tính được chu kỳ quỹ đạo của hành tinh này bằng 11 năm và 300 ngày. Họ tin rằng một số sự kiện thiên nhiên và tôn giáo có liên hệ với sự chuyển động của Erentüz trên bầu trời.

Xem thêm

 Sao chổi Shoemaker-Levy 9
 Sao Mộc nóng
 Thăm dò Sao Mộc

Tham khảo

Đọc thêm

Liên kết ngoài

 —A simulation of the 62 Jovian moons.

 June 2010 impact video
 NASA's Jupiter fact sheet
 Jupiter's Inner Moons

 VnExpress:
 Đại dương có thể tồn tại trên một mặt trăng của Sao Mộc 18/12/2000, 10:11 GMT+7
 Tàu không gian tới gần Sao Mộc 2/1/2001, 11:03 GMT+7
 Phát hiện một chùm vệ tinh mới của Sao Mộc 11/1/2001, 01:05 GMT+7
 Chụp ảnh dung nham nóng chảy trên vệ tinh của Sao Mộc 28/2/2001, 04:14 GMT+7 B. Hạnh (theo CNN, 28/2)
 Nước lại tràn khắp bề mặt một vệ tinh của Sao Mộc 1/3/2001, 02:53 GMT+7
 Sao Mộc cũng có cực quang! 13/4/2001, 10:49 GMT+7
 Truy tìm sự sống trên vệ tinh của Sao Mộc 12/6/2001, 08:53 GMT+7
 Một vệ tinh của Sao Mộc phát sáng kỳ lạ 28/6/2001, 10:28 GMT+7
 Tàu Galileo kết thúc sứ mạng lịch sử Bích Hạnh (theo BBC, CNN) cập nhật 22/9/2003, 09:26 GMT+7

M

Thuật ngữ thiên văn học
M


title: Staphylococcus aureus

text:
Staphylococcus aureus (, hay Tụ cầu vàng là một loài tụ cầu khuẩn Gram-dương hiếu khí tùy nghi, và là nguyên nhân thông thường nhất gây ra nhiễm khuẩn trong các loài tụ cầu. Nó là một phần của hệ vi sinh vật sống thường trú ở da được tìm thấy ở cả mũi và da. Khoảng 20% dân số loài người là vật mang lâu dài của S. aureus và tỉ lệ có thể lên tới 80% đối với những người làm việc ở các cơ sở y tế, những người sử dụng kim tiêm thường xuyên (như bệnh nhân tiểu đường), bệnh nhân nằm viện và những người có hệ miễn dịch suy yếu . Sắc tố carotenoid staphyloxanthin làm nên tính chất màu vàng của 'S. aureus', vốn có thể thấy được từ các khóm cấy trên thạch của vi khuẩn này. Sắc tố đóng vai trò là một tác nhân độc hại có tính chất chống oxy hóa giúp cho vi sinh vật không bị chết bởi các chủng oxy gây phản ứng được sử dụng bởi hệ thống miễn dịch. Các tụ cầu thiếu sắc tố sẽ dễ dàng bị tiêu diệt bởi hệ thống miễn dịch của cơ thể ký chủ.

Lịch sử phát hiện
Ngày 9 tháng 4 năm 1881, bác sĩ người Scotland Alexander Ogston đã trình bày tại hội nghị lần thứ 9 Hội phẫu thuật Đức một báo cáo khoa học trong đó ông sử dụng khái niệm tụ cầu khuẩn (Staphylococcus), trình bày tương đối đầy đủ vai trò của vi khuẩn này trong các bệnh lý sinh mủ trong lâm sàng.

Staphylococcus aureus do Robert Koch (1843-1910) phát hiện vào năm 1878, phân lập từ mủ ung nhọt và Loius Pasteur (1880) đều nghiên cứu tụ cầu khuẩn từ thời kỳ đầu của lịch sử ngành vi sinh vật học.

Năm 1926, Julius von Daranyi là người đầu tiên phát hiện mối tương quan giữa sự hiện diện của hoạt động men coagulase huyết tương của vi khuẩn với khả năng gây bệnh của nó. Tuy nhiên mãi đến năm 1948, phát hiện này mới được chấp nhận rộng rãi.

Môi trường sống
Staphylococcus aureus có trong nhiều môi trường sống trước đây, thường sống ký sinh vô hại, nhưng cũng có thể gây bệnh, đặc biệt là khi Staphylococcus aureus (SA) xâm nhập hoặc xuyên qua da, chúng có thể gây ra nhiều loại nhiễm trùng khác nhau, chẳng hạn như các
sự nhiễm trùng da, làm loét, phỏng da hoặc các sự nhiễm trùng nặng trong máu, phổi hoặc các mô khác.

Staphylococcus aureus được tìm thấy gần như khắp nơi trong tự nhiên, trên da và niêm mạc của động vật máu nóng, trên da, mũi và trong đường hô hấp ở mức khoảng 25 đến 30% số người. Ngoài ra, Staphylococcus aureus cũng được tìm thấy trong thực phẩm và vùng nước.

Cứ khoảng 3 người trong số 10 người khỏe mạnh có thể có vi khuẩn SA trên người và hầu hết mọi người đều không biết họ đang có mang vi khuẩn SA trong người.

Nhiễm trùng Staphylococcus aureus

Tụ cầu có thể gây ra rất nhiều bệnh nhiễm trùng khác nhau. Triệu chứng điển hình của nhiễm tụ cầu trên da là bệnh chốc lở (Impetigo) và hình thành những ổ áp-xe chứa đầy mủ, sưng đau và tấy đỏ, và thường là kèm theo chảy mủ. Nếu tụ cầu xâm nhập vào máu (gây nhiễm khuẩn huyết), các triệu chứng sẽ bao gồm sốt, ớn lạnh và hạ huyết áp. Những phụ nữ cho con bú có thể bị nhiễm một bệnh do tụ cầu gọi là chứng viêm vú, có thể đưa vi khuẩn vào sữa mẹ. Tụ cầu phải khi xâm nhập vào phổi có thể gây viêm phổi, khi vào xương nó có thể gây viêm tủy xương. Nhiễm khuẩn huyết do tụ cầu vàng cũng có thể gây nhiễm trùng ở tim và van tim (viêm cơ tim). Nếu tụ cầu lưu thông trong máu, nó có thể được chuyển đến các hệ cơ quan trong cơ thể và gây các bệnh nhiễm trùng nghiêm trọng, có thể nguy hiểm đến tính mạng (nhiễm khuẩn huyết), có thể dẫn tới sốc hay suy đa phủ tạng và gây tử vong.

Mọi người có thể bị ngộ độc thực phẩm khi ăn phải những thức ăn bị nhiễm tụ cầu vàng SA, khiến người bệnh bị nôn mửa dữ dội và có thể bị sốt. Những thực phẩm dễ bị nhiễm tụ cầu vàng nhất bao gồm trứng, thịt gia súc, gia cầm, salad (gồm trứng, cá ngừ, thịt gà, khoai tây, mỳ ống), các loại bánh nướng có kem và các sản phẩm từ sữa.

Đặc điểm

Đặc điểm chung
- Stahylococcus aureus phân bố rộng rãi trong tự nhiên có nhiều trong các thực phẩm như: thịt, trứng, sữa... và trên da, tóc, lông của người và động vật.

- Bị lây nhiễm từ người chế biến, động vật bị nhiễm bệnh, được xếp vào nhóm vi khuẩn cơ hội, vì có mặt rộng rãi và thường xuyên trong mô và chờ đợi điều kiện thuận lợi để xâm nhập.

- Staphylococcus ( tiếng Hy Lạp là  staphyle) có nghĩa là chùm nho là nói về các cầu khuẩn kị khí tuỳ ý. Vi khuẩn Gram dương, không di động, không sinh nha bào, có hình cầu, đường kính 0.8 - 1 µm, hình thức tập hợp này do vi khuẩn phân bào theo nhiều chiều trong không gian; trong bệnh phẩm vi khuẩn có thể đứng lẻ, từng đôi hoặc đám nhỏ.

- Một số Staphylococcus được tìm thấy khắp nơi và có thể phân lập từ không khí, bụi, thực phẩm, thường trú ở vùng da và niêm mạc của người.

- Giống Staphylococcus có hơn 20 loài khác nhau, trong đó có 3 loài tụ cầu có vai trò trong y học:

+ Staphylococcus aureus (S. aureus): Tụ cầu vàng được xem là tụ cầu gây bệnh.

+ Staphylococcus epidermidis (Tụ cầu da).

+ Staphylococcus saprophyticus.

Đặc điểm sinh hóa

- Phát triển tốt ở môi trường tổng hợp, đặc biệt ở môi trường thạch máu hoặc huyết thanh. Sinh beta hemolysis trong môi trường thạch máu

- Phản ứng indol, NH3, thủy phân gelatine, đông huyết tương

- Trên môi trường thạch khuẩn lạc có hình tròn trơn bóng, đục mờ

- Trên môi trường lỏng tế bào ở dạng cặn, vòng nhãn mờ trong ống nghiệm ở bề mặt môi trường.

- Tính chất nuôi cấy:

+ Vi khuẩn phát triển dễ dàng ở môi trường thông thường, không thể sinh trưởng ở nhiệt độ thấp. Theo Mc Landsborough L. (2005), nhiệt độ sinh trưởng tối ưu của S. aureus là 18 – 40℃, pH = 7,2. Tuy nhiên mọc tốt nhất ở 25℃, hiếu khí hay kỵ khí tuỳ ý. Ở canh thang, sau 5 – 6 giờ làm đục môi trường, sau 24 giờ làm đục rõ. Ở môi trường đặc, khuẩn lạc tròn lồi, bóng láng, óng ánh co thể có màu vàng đậm, màu vàng cam hoặc màu trắng, tương đối lớn sau 24 giờ. Ngoài ra S. aureus có thể sinh trưởng được trên môi trường có hoạt độ thấp hơn các loài vi khuẩn khác hoặc môi trường có nồng độ muối cao.

+ Khi phát hiện trong môi trường, tạo sắc tố vàng sau 1 - 2 ngày nuôi cấy ở nhiệt độ phòng và đều tổng hợp enterotoxin ở nhiệt độ trên 15℃, nhiều nhất là khi tăng trưởng ở 35 - 37℃.

+ Những chủng khác nhau làm tan máu ở những mức độ khác nhau, ở thạch máu, typ tan máu β thường được quan sát xung quanh khuẩn lạc.

S.aureus được xác định trên cơ sở các đặc điểm tăng trưởng và phản ứng đông huyết tương của các dòng thuần từ các khuẩn lạc đặc trưng trên môi trường phân lập. Sự hiện diện với mật độ cao của S. aureus trong thực phẩm chỉ thị điều kiện vệ sinh và kiểm soát nhiệt độ kém của quá trình chế biến nên thhường có mặt trong nhóm thực phẩm đã được qua chế biến và nấu chín.

- Tính chất sinh hoá và đề kháng:

+ Tụ cầu vàng tương đối chịu nhiệt và thuốc sát khuẩn hơn những vi khuẩn khác, chịu độ khô và có thể sống ở môi trường nồng độ NaCl cao (9%), nhiều chủng tụ cầu vàng đề kháng với penicillin và các kháng sinh khác.

+ S. aureus có phản ứng DNase, Catalase (+) (chuyển hoá hydrogen peroxide thành nước và oxygen, phosphase (+), có khả năng lên men và sinh acid từ mannitol, trehalose, sucrose, desoxyribonuclease là enzyme phân giải DNA. Tất cả các dòng S. aureus đều mẫn cảm với novobiocine.

+ Hầu hết các chủng tụ cầu đều sản xuất được men penicillinase (beta – lactamase). Men này phá huỷ vòng beta – lactam, cấu trúc cơ bản của các kháng sinh như penicilline G, Ampicilline và Ureidopenicilline, làm cho các kháng sinh này mất tác dụng.

+ Ngoài ra, tụ cầu khuẩn S. aureus không có khả năng tạo bào tử như vi khuẩn Chlamydomonas perfringens, Chlamydomonas botulinum và Bacillus cereus cũng thường được tìm thấy trong các thực phẩm nhiễm khuẩn.

- Cấu trúc kháng nguyên:

+ Các tụ cầu có nhiều loại kháng nguyên: protein, polysaccharide, acid teichoic ở vách tế bào.

+ Vách tế bào chứa kháng nguyên polysaccharide, kháng nguyên protein A ở bề mặt. Người ta có thể căn cứ vào các kháng nguyên trên để chia tụ cầu thành nhóm, tuy nhiên phản ứng huyết thanh không có giá trị trong chẩn đoán vi khuẩn.

- Độc tố - Enzym:

+ Khả năng gây bệnh của tụ cầu vàng là do vi khuẩn phát triển nhanh và lan tràn rộng rãi trong mô cũng như tạo thành nhiều độc tố và enzyme. Một số chủng thuộc loài S. aureus có khả năng sinh tổng hợp enterotoxin khi chúng nhiễm vào thực phẩm

+ Độc tố: Hầu hết các dòng S. aureus có thể tổng hợp enterotoxin trong môi trường có nhiệt độ trên 15℃ hơn cả vi khuẩn. Độc tố ruột enterotoxin sản xuất bởi S. aureus là một protein ổn định nhiệt,nhiều nhất khi tăng trưởng ở nhiệt độ 35 – 37℃ và có thể tồn tại nhiệt ở 100℃ trong vòng 30 – 700 phút.

+ Các enzyme ngoại bào:

·       Protease phân giải protein của tế bào chủ.

·       Lipase phân giải lipid.

·       Deoxyribonuclease (DNase) phân giải DNA và các enzyme sửa đổi acid béo (FAME).

Các yếu tố độc lực của Staphylococcus aureus

Các yếu tố độc lực bên ngoài
- Laminin và fibronectin tạo thành mạng lưới dày đặc trên bề mặt biểu mô và nội mạc của tế bào kí chủ.

- Fibrin được tạo từ tiền chất thúc đẩy quá trình đông máu và tổn thương mô.

- Adhesion tương tác với collagen giúp vi khuẩn bám lên tế bào mô bị hư hỏng, được tìm thấy ở các chủng gây bệnh viêm xương tủy và viêm khớp.

- Vỏ polysaccharide: một số chủng S. aureus có thể tạo vỏ polysaccharide. Vỏ này cùng với protein A có chức năng bảo vệ vi khuẩn chống lại hiện tượng thực bào.

- Thành vi khuẩn có techoic acid (TE), lypoteichoic acid (LTA), peptidoglycan (PGN), protein A. Gần đây một số nghiên cứu cho thấy màng S. aureus có thành phần diacullipoprotein (DLP) cũng đóng vai trò quan trọng để kích hoạt các miễn dịch tại chỗ và hệ thống. S. aureus còn có các protein giúp cho việc gắn vào da dễ dàng. Đó là các Clumping protein, Pindin protein.

- Sự kháng kháng sinh của S. aureus là một đặc điểm rất đáng chú ý. Đa số S. aureus kháng lại peniciline G kháng lại do vi khuẩn này sản xuất được men peniciline A nhờ gen của R.plasmid. Một số còn lại kháng lại được methycilin gọi là methycilin resistance S. aureus (MRSA), do nó tạo ra được các protein gắn vào các vị trí tác động của kháng sinh. Hiện nay, một số rất ít S. aureus còn đề kháng được với Cephalosporin các thế hệ. Kháng sinh còn dùng trong các trường hợp này là vancomycin.

Các loại độc tố
- Hemolysis: gồm bốn loại (alpha, beta, gamma, delta), mang bản chất protein gây tan máu beta, tác động khác nhau lên các hồng cầu khác nhau. Có khả năng sinh kháng, gây hoại tử da tại chỗ và giết chết súc vật thí nghiệm.

+ Alpha-hemolysis: làm hư hỏng màng tế bào mạnh nhất, có khả năng ức chế thẩm thấu của màng, liên kết với các tế bào nhạy cảm như tiểu cầu, bạch cầu có khả năng phân hủy hồng cầu tổn thương hồng cầu. Alpha-hemolysin tiết ra sẽ gắn vào màng của tế bào nhạy cảm, sự gắn kết đó tạo thành một màng đầy nước tạo điều kiện thấm nước không kiểm soát được các ion và các phân tử hữu cơ nhỏ. Khi các phân tử quan trọng đi qua như ATP, ion thì không thể đảo ngược thẩm thấu dẫn đến phá vỡ thành tế bào gây ra cái chết cho tế bào chủ.

+ Beta-hemolysis: là một trong những exotoxins được sản xuất bởi hầu hết các chủng S.aureus, là protein có khả năng gây thoái hóa sphingomyelin gây ngộ độc cho nhiều tế bào kể cả hồng cầu người.

+ Delta-hemolysis: là một peptide rất nhỏ sản xuất bởi hầu hết các chủng S.aureus, là một protein hoạt động bề mặt và có thể dễ dàng chèn thêm chính nó vào cấu trúc màng kỵ nước và các kênh ion.

+ Gamma-hemolysis: nhạy cảm với các loại hồng cầu của thỏ, cừu,  người, chuột, bò, ngựa. Gây ra hoại tử nhẹ ở da thỏ, chuột, có thể gây chết thỏ.

- Độc tố gây hội chứng sốc nhiễm độc TSST (toxic shock syndrome toxin): thường gặp ở những phụ nữ có kinh dùng bông băng dày, bẩn hoặc những người nhiễm trùng vết thương. Khó phân biệt độc tố này với enterotoxin F. TSST kích thích giải phóng TNF (Tumor neerosis factor, yếu tố hoại tử u) và các interleukin I, II. Cơ chế gây sốc của nó giống như độc tố ruột.

- Độc tố exfoliatin hay epidermolitic: Là các men phá hủy thượng bì. Men này gây tổn thương da tạo các bọng nước, Gây hội chứng phồng rộp và chốc lở da ở trẻ em. 85% các chủng S.aureus thuộc loại phage nhóm II tạo độc tố này. Nó gồm hai loại A và B, đều là polypeptide, loại A bền với nhiệt độ 100℃/20 phút, còn loại B thì không. Kháng thể đặc hiệu có tác dụng trung hòa độc tố này.

- Alpha toxin: bản chất là protein gây tan các bạch cầu đa nhân và tiểu cầu, từ đó gây ra ổ áp xe, hoại tử da và tan máu. Độc tố có tính kháng nguyên nhưng kháng thể của nó không có tác dụng chống nhiễm khuẩn.

- Độc tố bạch cầu (Leucocidin): là nhân tố giết chết bạch cầu của nhiều loại động vật, bản chất là protein, không chịu nhiệt. Tụ cầu gây bệnh có thể bị thực bào như tụ cầu không gây bệnh nhưng lại có khả năng phát triển bên trong bạch cầu. Gồm hai mảnh F và S có thể tách rời nhau, trọng lượng phân tử là 3200 và 38000 Dalton. Nếu hai mảnh này tách rời nhau thì chúng sẽ mất khả năng gây độc. Chúng gây ra nhiễm trùng da và hoại tử.

- Ngoại độc tố sinh mủ (pyrogenic): độc tố này tương tự như độc tố sinh mủ của liên cầu. Protein ngoại độc tố này có tác dụng sinh mủ và phân bào lymphocyte, đồng thời nó làm tăng nhạy cảm với nội độc tố như gây shock, hoại tử gan và cơ tim. Gồm ba loại ký hiệu A, B, C. Ba loại này khác nhau về trọng lượng phân tử và về tính đặc hiệu kháng nguyên, giống nhau về khả năng sinh mủ và phân bào.

- Dung huyết tố (hemolycin staphylolycin): phá hồng cầu (tan máu) và gây chết các tế bào hạt cũng như đại thực bào.

- Fribrinolysin (enzyme Staphylokinase): Nhiều chủng của S.aureus thể hiện một hoạt hóa plasminogen gọi là staphylokinase. Nó làm phá hủy fibrin. Là một enzyme đặc trưng cho các chủng gây bệnh ở người trong các cục máu và gây vỡ các cục máu này tạo nên tắc mạch. Cơ chế này giống với Steptokinase, được sử dụng trong y học để điều trị bệnh nhân bị huyết khối động mạch vành.

- Coagulase: làm đông huyết tương người và thỏ, chống đông với citrate natri và oxalate natri. Coagulase làm dính tơ huyết vào bề mặt vi khuẩn và do đó cản trở sự thực bào. Men này gắn với prothrombin trong huyết tương và hoạt hóa quá trình sinh fibrin từ tiền chất fibrinogen. Enzyme này cùng với yếu tố kết cụm và một enzyme vách vi khuẩn giúp S. aureus tạo kết tủa fibrin trên bề mặt của nó.

- Hyaluronidase: men này có khả phá hủy chất cơ bản của tổ chức, giúp vi khuẩn có thể phát tán trong tổ chức. Thủy phân axit hyaluronic của mô liên kết.

- Beta- lactamase: men này phá hủy vòng beta lactam, cấu trúc cơ bản của các kháng sinh như penicilline G, Ampicilline và Uredopenicilline làm cho các kháng sinh này mất tác dụng.

- Độc tố ruột (enterotoxin): Trong đó có SEB (Staphylococcal enterotoxin B). Do một số chủng tụ cầu vàng tạo thành, đặc biệt lúc phát triển ở nồng độ CO2 lớn (30%) và môi trường đặc vừa. Đây là những loại protein tương đối chịu nhiệt không bị phân hủy bởi sự đun nấu. Nó đề kháng với sự đun sôi trong 30 phút cũng như tác động của enzyme ở ruột. Các độc tố ruột này gây nhiễm khuẩn thức ăn và viêm ruột cấp. Bao gồm sáu loại được ký hiệu từ A-F. Về mặt miễn dịch sáu loại này được phân biệt rõ ràng mặc dù chúng có kháng nguyên chéo về cơ chế gây bệnh, kích thích tạo ra một lượng lớn interleukin I và II.

Hệ gen
Hiện nay người ta đã thành công trong việc giải trình tự gen của tụ cầu vàng được kí hiệu: Newman, COL, UMRSA 252, MW2, MSSA476, N315, Mn50, RF122. Steven và cộng sự đã thành công trong việc giải trình tự gen dài 2809422 bp của chủng S.aureus COL. Kết quả giải trình tự đã được ghi nhận trên Genbank với mã số CP000046.1 cho hệ gen nhân và CP000045 cho hệ gen plasmid. Trình tự gen của tụ cầu vàng có chứa ít nhất các cặp G-C, điều này gây ra mối nguy hại về việc chuyển gen từ chủng tụ cầu vàng sang các tác nhân gây bệnh Gram dương khác. Các chủng S.aureus được phân lập từ các chủng thực phẩm tỷ lệ enterotoxigenic được ước tính khoảng 25%. Tại Pháp trong số 61 chủng phân lập từ phomat và sữa tươi có 15,9% chủng là giống enterotoxigenic. Trong 332 chủng S.aureus phân lập từ nhiều loại thức ăn có 57% chủng chứa gen SEG, SEH, SEI, SEJ.

Sự lây lan
Khuẩn tụ cầu vàng có thể lây lan một cách dễ dàng và nhanh chóng giữa người với người thông qua những tiếp xúc trực tiếp như bắt tay, chạm vào các đồ vật nhiễm khuẩn như tay nắm cửa, các vật dụng công cộng như ở phòng gym v.v.. và qua hít phải các hạt nước hắt hơi mang khuẩn, tuy nhiên trường hợp này rất hiếm gặp.

Staphylococcus aureus kháng methicillin (MRSA)

Tổng quan
Staphylococcus aureus kháng methicillin (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus hay là Multi-resistant Staphylococcus aureus, viết tắt MRSA) là chủng tụ cầu vàng có khả năng đề kháng với những kháng sinh nhóm penicillin bao gồm methicillin, penicillin, amoxicillin và oxacillin, được coi là một loại "siêu vi khuẩn" vì hiện nay nó có khả năng đề kháng với rất nhiều loại kháng sinh mà trước kia có thể sử dụng để tiêu diệt MRSA trong các bệnh viện, trung tâm y tế…

Tại Mỹ vào năm 2005, có khoảng 19.000 người chết vì nhiễm trùng MRSA. Tại Đức, ước tính số người chết do nhiễm trùng tại bệnh viện có sự chênh lệch lớn, từ khoảng 1.500 đến khoảng 40.000 người chết mỗi năm.

Dựa theo một số đặc điểm, MRSA được chia thành 2 nhóm là HA-MRSA và CA-MRSA. HA-MRSA là nhóm tụ cầu vàng đa kháng kháng sinh, có khả năng gây nhiễm khuẩn nặng và lan tràn ở những bệnh nhân nằm viện. Trong khi đó, CA-MRSA lại thông thường chỉ gây nhiễm khuẩn da và mô mềm ở những người khỏe mạnh. CA-MRSA đa số vẫn nhạy với kháng sinh nhóm beta lactam; tuy nhiên, chúng có thể sản xuất độc tố Panton-Valentine gây hại cho các tế bào miễn dịch . Tuy nhiên, do một người có thể nhiễm tụ cầu vàng ở cộng đồng rồi biểu hiện các dấu hiệu nhiễm khuẩn tại bệnh viện và ngược lại nên lằn ranh phân biệt giữa 2 nhóm này ngày càng mờ đi.

Quá trình kháng thuốc
Vào năm 1940, penicillin được đưa vào sử dụng cho các ca nhiễm khuẩn. Tuy nhiên, chỉ 2 năm sau, chủng tụ cầu vàng kháng penicillin đã được phát hiện. Sau đó vào năm 1959, methicillin bắt đầu được sử dụng và chỉ 1 năm sau, chủng S. aureus kháng methicillin được phân lập. Sự kháng methicillin vẫn diễn ra đến ngày nay với thêm nhiều chủng MRSA xuất hiện. Vì sự sử dụng rộng rãi của vancomycin mà chủng S. aureus kháng vancomycin ở nồng độ trung bình (VISA) đã lộ diện vào những năm 1990s. Đó cũng là khoảng thời gian đánh dấu sự có mặt của CA-MRSA trong cộng đồng. Vào năm 2002, tụ cầu vàng kháng vancomycin (ở nồng độ cao) đã được phân lập lần đầu tiên .

Cơ chế kháng thuốc
Gen kháng methicillin (mecA) nằm trên SCCmec (Staphylococcal cassette chromosome mec) . SCCmec được biết đến là "vùng kháng kháng sinh" bởi nó không chỉ chứa gen khác methicillin mà còn các gen kháng kháng sinh ngoài nhóm beta lactam và kim loại nặng. Đặc biệt, vùng gen này có thể tự di chuyển ra khỏi hoặc gắn vào nhiễm sắc thể của tụ cầu khuẩn nhờ hoạt động của enzyme tái tổ hợp. Chính vì vậy, nó có thể được chuyển một cách dễ dàng từ một tụ cầu vàng kháng thuốc sang tụ cầu khuẩn nhạy thuốc bằng sự tiếp hợp . Điều này dẫn tới sự lan truyền ngày càng nhanh chóng và rộng rãi của tụ cầu vàng đa kháng thuốc.

Khả năng trốn thoát hệ miễn dịch

Hệ miễn dịch bẩm sinh

Bất hoạt con đường hoạt hóa bổ thể
Khuẩn tụ cầu vàng có nhiều cách khác nhau để trốn thoát hệ miễn dịch của con người, chẳng hạn như chúng có khả năng sống sót bên trong bạch cầu trung tính  và/ hoặc tạo ra protein Map cản trở phản ứng của tế bào lympho T . Ngoài ra, những vi khuẩn này còn có khả năng ngăn chặn bổ thể vốn là hàng rào miễn dịch đầu tiên để bảo vệ cơ thể khỏi mầm bệnh.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng S. aureus tiết ra một loại protein là Efb (Extracellular fibrinogen binding protein). Protein này có kích thước khoảng 19 kDa và có thể bám vào tơ huyết cũng như C3b- một thành phần vô cùng quan trọng của quá trình hoạt hóa bổ thể. Sự liên kết này ngăn cản C3b bám lên các tế bào mầm bệnh, từ đó ngăn chặn sự hoạt hóa bổ thể theo con đường cổ điển và con đường nhánh. Điều này dẫn tới quá trình thực bào nhờ opsonin hóa cũng bị bất hoạt .

Như vậy, nhờ protein Efb tiết ra mà khuẩn tụ cầu vàng có thể bất hoạt cả hai con đường hoạt hóa bổ thể cổ điển và con đường nhánh. Cùng với những khả năng lẩn trốn hay điều chỉnh phản ứng miễn dịch khác mà vi khuẩn này có thể tồn tại và gây nhiễm trùng lâu dài trong cơ thể con người.

Cách phòng tránh
Cách phòng tránh sự lây lan của vi khuẩn này là giữ vệ sinh, rửa tay kỹ với xà phòng hay chất diệt khuẩn trước khi chế biến thực phẩm và sau khi đi vệ sinh; làm sạch và tiệt trùng nhà bếp và khu vực ăn uống; khi nấu, đảm bảo nhiệt độ cao trên 60 độ C và bảo quản thực phẩm lạnh dưới 4 độ C. Ngoài ra giữ sạch sẽ và hạn chế tiếp xúc với các bề mặt nhiều người sử dụng như các thanh tay vịn, các vòi nước, hoặc các tay nắm cửa, đặc biệt là trong bệnh viện và các khu cộng đồng. Tại các cơ sở y tế, bệnh nhân nên được tầm soát MRSA và nếu phát hiện thì họ cần được cách li để tránh lây lan cho mọi người .

Hình ảnh

Chú thích

Liên kết ngoài

 Nhiễm tụ cầu nguy hiểm như thế nào?, Viện Y học ứng dụng Việt Nam, 17/07/2016
 Vi Khuẩn Staphylococcus aureus Chống - Thuốc Methicillin (MRSA) , University of Washington Medical Center

Vi sinh vật học
Vi khuẩn học
Staphylococcus
Bệnh vi khuẩn
Vi khuẩn được mô tả năm 1884
Vi khuẩn Gram dương


title: Lithi

text:
Lithi hay liti là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Li và số hiệu nguyên tử bằng 3, nguyên tử khối bằng 7. Lithi là một kim loại mềm có màu trắng bạc thuộc nhóm kim loại kiềm. Trong điều kiện tiêu chuẩn, Lithi là kim loại nhẹ nhất và là nguyên tố rắn có mật độ thấp nhất. Giống như tất cả các kim loại kiềm, Lithi là chất phản ứng mạnh và dễ cháy khi tiếp xúc với nước nên nó được bảo quản đặc biệt trong dầu khoáng. Lithi có ánh kim loại nhưng khi tiếp xúc với không khí ẩm nó bị ăn mòn bề mặt và bị chuyển màu nhanh chóng thành xám bạc mờ, sau đó là xỉn đen. Do có khả năng phản ứng mạnh, Lithi không bao giờ có mặt ở dạng nguyên tố trong tự nhiên, do vậy nó chỉ có ở dạng hợp chất ở dạng liên kết ion. Lithi có mặt nhiều trong các khoáng sản pegmatit, nhưng do tính dễ hòa tan ở dạng ion, nó cũng có mặt trong nước biển, và thường được tách ra từ muối và đất sét. Ở quy mô thương mại, lithi được tách ra bằng phương pháp điện phân từ hỗn hợp của lithi chloride và kali chloride.

Hạt nhân của lithi tương đối kém ổn định, vì hai đồng vị bền của lithi tự nhiên có năng lượng liên kết thấp nhất trên mỗi hạt nhân của tất cả các hạn nhân bền. Do tính kém ổn định hạt nhân tương đối nên lithi ít phổ biến trong hệ mặt trời so với 25 trong số 32 nguyên tố hóa học đứng đầu mặc dù hạt nhân của nó có khối lượng rất nhẹ. Cũng lý do tương tự, lithi có mối liên lệ quan trọng với vật lý hạt nhân. Sự chuyển hóa hạt nhân của nguyên tử lithi thành heli năm 1932 là phản ứng hạt nhân được thực hiện thành công đầu tiên, và lithi-6 deuteride có vai trò là nhiên liệu phân hạch trong các vũ khí nhiệt hạch.

Lithi và các hợp chất của nó có nhiều ứng dụng công nghiệp như thủy tinh cách nhiệt và gốm sứ, dầu nhờn lithi, phụ gia trong sản xuất sắt, thép và nhôm, pin lithi và pin ion lithi. Các ứng dụng này tiêu thụ gấp 3/4 sản lượng lithi. Bằng chứng thực nghiệm có sẵn là đủ để chấp nhận lithi là cần thiết; một RDA tạm thời cho một người trưởng thành nặng 70 kg trong 1,000 μg/ngày đã được đề nghị.

Lithi dạng vết cũng có mặt trong các sinh vật. Nguyên tố này không thể hiện chức năng sinh học rõ ràng, vì các động và thực vật sống tốt mà không cần nó. Các chức năng không quan trọng cũng không loại trừ. Ion lithi Li+ ảnh hưởng đến nhiều muối lithi đã được chứng minh là hữu ích trong việc ổn định tinh thần trong một số loại thuốc điều trị rối loạn lưỡng cực, do những ảnh hưởng thần kinh của ion đến cơ thể con người.

Tính chất

Vật lý

Giống như các kim loại kiềm khác, lithi có một electron hóa trị nên nó dễ dàng cho đi electron này để tạo thành cation. Do đó, đây là một chất bán dẫn nhiệt và điện tốt đồng thời cũng là một chất phản ứng mạnh. Lithi có khả năng phản ứng thấp hơn so với các kim loại kiềm khác do electron hóa trị gần với hạt nhân (hai electron còn lại trong orbitan s của lithi có mức năng lượng thấp hơn, và do đó nó không tham gia tạo các liên kết hóa học).

Kim loại lithi đủ mềm để có thể cắt bằng dao. Vết cắt tươi có màu trắng bạc và đổi thành xám nhanh do sự oxy hóa tạo thành lithi oxide. Lithi là một trong số các kim loại có điểm nóng chảy thấp nhất (180 °C), nhưng nó lại là kim loại có điểm sôi và nóng chảy cao nhất so với các kim loại kiềm.

Lithi có tỉ trọng rất thấp đạt 0,534 g/cm³, tương đương với gỗ thông. Nó có mật độ thấp nhất so với các nguyên tố ở dạng rắn trong điều kiện nhiệt độ phòng, nguyên tố rắn xếp sau nó (kali có tỉ trọng 0,862 g/cm³) có mật độ lớn hơn nó 60%. Thêm vào đó, ngoài heli và hydro, nó có mật độ nhỏ hơn bất kỳ nguyên tố ở dạng lỏng nào, nó chỉ bằng 2/3 so với nitơ lỏng (0,808 g/cm³). Lithi có thể nổi trên các hydrocarbon nhẹ và là một trong 3 kim loại có thể nổi trên nước, hai kim loại còn lại là natri và kali.

Hệ số giãn nở nhiệt của Lithi lớn gấp đôi so với nhôm và gần 4 lần của sắt. Lithi là một chất siêu dẫn ở dưới 400 μK trong điều kiện áp suất tiêu chuẩn và ở nhiệt độ cao hơn (trên 9 K) ở áp suất rất cao (>20 GPa). Ở nhiệt độ dưới 70 K, lithi, giống như natri, trải qua sự chuyển pha không khuếch tán. Ở 4,2 K lithi có cấu trúc tinh thể trực thoi; ở nhiệt độ cao hơn nó chuyển sang cấu trúc lập phương tâm diện và sau đó là lập phương tâm khối. Ở nhiệt độ heli lỏng (4 K) cấu trúc thoi là dạng thường gặp nhất. Nhiều dạng thù hình của lithi đã được quan sát ở áp suất cao.

Lithi có nhiệt dung riêng đạt 3,58 kJ/kgK, là giá trị cao nhất trong tất cả các chất rắn. Do vậy, kim loại lithi thường được dùng làm chất làm mát trong các ứng dụng truyền tải nhiệt.

Hóa học và hợp chất
Lithi dễ phản ứng với nước nhưng tạo năng lượng ít hơn so với các kim loại kiềm khác. Phản ứng tạo ra khí hydro và lithi hydroxide trong dung dịch. Do phản ứng với nước nên lithi thường được lưu trữ trong bằng cách ngâm trong hydrocarbon, thường là dầu. Mặc dù các kim loại kiềm nặng hơn có thể được trữ trong các chất nặng hơn, như dầu khoáng, lithi thì không đủ nặng để chìm trong các chất lỏng như thế. Trong không khí ẩm, lithi nhanh chóng bị xỉn do tạo thành một lớp lithi hydroxide (LiOH và LiOH·H2O) màu đen phủ bên ngoài, lithi nitride (Li3N) và lithi cacbonat (Li2CO3, đây đều là các sản của phản ứng thứ cấp giữa LiOH và CO2).

Khi đốt bằng ngọn lửa, các hợp chất của lithi tạo ra một màu đỏ thẫm, nhưng khi cháy mạnh nó cho ra màu bạc sáng. Lithi bắt lửa và bốc cháy trong oxy khi tiếp xúc với nước hoặc hơi nước. Lithi là một chất dễ cháy, và nó có thể nổ khi tiếp xúc với không khí và đặc biệt là với nước, mặc dù nó ít xảy ra so với các kim loại kiềm khác. Phản ứng lithi-nước ở nhiệt độ thường thì nhanh nhưng không mãnh liệt, vì hydro được tạo ra sẽ không tự cháy. Giống như tất cả kim loại kiềm, các đám cháy lithi rất khó dập tắt, nó cần các bột chữa cháy phải khô (loại nhóm D). Lithi là kim loại duy nhất phản ứng với nitơ ở nhiệt độ thường.

Lithi có quan hệ chéo với magiê, một nguyên tố có cùng bán kính ion và nguyên tử. Sự tương đồng giữa hai kim loại như tạo thành các hơp chất nitride khi phản ứng với N2, sự hình thành lithi oxide () và peroxide () khi cháy trong O2, các muối có tính tan tương tự, và khả năng kém bền nhiệt của các hợp chất cacbonat và nitride của chúng. Kim loại lithi phản ứng với khí hydro ở nhiệt độ cao tạo ra lithi hydride (LiH).

Các hợp chất hai cấu tử khác như halide (LiF, LiCl, LiBr, LiI) và sulfide (), superoxide (), carbide (). Các hợp chất vô cơ khác cũng tồn tại khi lithi kết hợp với các anion để tạo thành nhiều muối khác nhau như Lithi borat, Lithi amua, Lithi cacbonat, Lithi nitrat, hay bohydride (). Lithi nhôm hydride () được sử dụng phổ biến làm chất khử trong phản ứng tổng hợp hữu cơ.

Nhiều chất vô cơ của lithi được biết ở dạng liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử cacbon và lithi tạo ra carbanion. Đây là những chất base và ái lực hạt nhân cacbon mạnh. Trong nhiều hợp chất lithi hữu cơ này, các ion lithi có khuynh hướng tập hợp thành các ô mạng có tính tự đối xứng cao, đây là trường hợp khá phổ biến đối với các kim loại kiềm. LiHe, là một chất van der Waals tương tác yếu, đã được phát hiện ở nhiệt độ rất thấp.

Lithi cũng được phát hiện thể hiện từ tính ở dạng khí trong các điều kiện nhất định.

Đồng vị
Lithi trong tự nhiên là hỗn hợp của 2 đồng vị ổn định 6Li và 7Li với 7Li là phổ biến nhất (92,5% trong tự nhiên). Cả hai đồng vị tự nhiên đều có năng lượng liên kết hạt nhân thấp trên mỗi hạt nhân so với các nguyên tố nhẹ hơn và nặng hơn nằm kề nó trong bảng tuần hoàn là heli và berylli, tức các nguyên tố nhẹ ổn định, lithi có thể sinh năng lượng qua phản ứng phân hạch hạt nhân. Hai hạt nhân có năng lượng liên kết thấp hơn trên mỗi hạt nhân so với các hạt nhân ổn định khác là deuterium và heli-3. Do đó, mặc dù khối lượng nguyên tử nhẹ, lithi ít phổ biến trong hệ mặt trời so với 25 trong 30 nguyên tố hóa học đầu tiên. Nó có 7 đồng vị phóng xạ đã biết với ổn định nhất là 8Li có chu kỳ bán rã 838 ms và 9Li có chu kỳ bán rã 178,3 ms. Các đồng vị còn lại có chu kỳ bán rã dưới 8,6 ms. Đồng vị có chu kỳ bán rã ngắn nhất là 4Li, bị phân rã theo bức xạ proton và có chu kỳ bán rã 7,6x10−23 s.

Lithi-7 là một trong những nguyên tố nguyên thủy (sản xuất trong các phản ứng tổng hợp hạt nhân của Vụ nổ lớn Big Bang). Một lượng nhỏ của 2 đồng vị 6Li và 7Li được tạo ra trong các sao, nhưng chúng được cho là bị đốt nhanh hơn tốc độ chúng được tạo ra. Một lượng khác lithi bao gồm các đồng vị 6Li and 7Li có thể được tạo ra từ gió mặt trời, các tia vũ trụ va vào các nguyên tử nặng hơn, và từ thời kỳ đầu của hệ mặt trời 7Be và 10Be phân rã phóng xạ. Trong khi lithi được tạo ra trong các sao qua sự tổng hợp hạt nhân sao, sau đó nó bị đốt cháy.7Li cũng có thể được tạo ra trong các sao cacbon.

Tỉ lệ các đồng vị lithi ổn định đáng kể trong nhiều quá trình tự nhiên, bao gồm sự thành tạo các khoáng vật (sự kết tủa hóa học), trao đổi chất, và trao đổi ion. Các đồng vị của lithi phân chia trong một loạt các quá trình tự nhiên, bao gồm cả việc hình thành khoáng chất (kết tủa hóa học), thủy phân, trao đổi ion (Lithi thay thế cho for magiê và sắt trong các cấu trúc bát giác của đất sét, trong đó Li-6 là có ưu thế hơn Li-7), trong các quá trình siêu lọc cũng như sự biến đổi đá. Đồng vị 11Li được biết là có tính chất quang hạt nhân. Quá trình chia tách hạt nhân bằng laser có thể được sử dụng để tác các hạt nhân lithi.

Sản xuất vũ khí hạt nhân và các ứng dụng vật lý hạt nhân khác chiếm tỷ lệ sử dụng lithi nhân tạo chính, với đồng vị nhẹ 6Li được lưu giữ trong công nghiệp và quân sự có sự thau đổi nhỏ nhưng có thể đo đạc được những thay đổi của tỉ lệ 6Li so với 7Li thậm chí trong các nguồn tự nhiên như sông suối. Điều này dẫn đến một điều không chắc chắn bất bình thường trong việc chuẩn hóa khối lượng hạt nhân lithi, vì đại lượng này phụ thuộc vào tỉ lệ có mặt trong tự nhiên của các đồng vị lithi bền, cũng do chúng là các nguồn khoáng sản lithi thương mại.

Sự phổ biến

Vũ trụ
Theo lý thuyết vũ trụ hiện đại, lithi (bao gồm cả hai đồng vị bền lithi-6 và lithi-7) nằm trong 3 nguyên tố được tổng hợp trong vụ nổ Big Bang. Mặc dù số lượng lithi được tạo ra trong sự tổng hợp hạt nhân Big Bang bị phụ thuộc vào số lượng các photon trong baryon, các giá trị lithi phổ biến được chấp nhận có thể tính toán được, và có một "sự khác biệt lithi vũ trụ học" trong Vũ trụ: các sao già có vẻ có ít lithi hơn mọi người vẫn nghĩ, và một số sao trẻ hơn có nhiều hơn nhiều. Sự thiếu vắng lithi trong các sao già hơn dường như được gây ra bởi sự trộn lẫn lithi vào bên trong sao đó, tại đó nó bị phân hủy. Hơn thế nữa, lithi được tạo ra trong các sao trẻ hơn. Mặc dù nó chuyển hóa thành 2 nguyên tử heli do sự va chạm với một proton ở nhiệt độ trên 2,4 triệu độ C (hầu hết các sao dễ dàng có được nhiệt độ này bên trong lòng của nó), lithi có nhiều hơn lượng dự đoán trong các sao được hình thành sau, còn về nguyên nhân thì chưa được hiểu rõ.

Mặc dù nó là một trong 3 nguyên tố (cùng với heli và hydro) được tổng hợp từ Big Bang, lithi cùng với berylli và boron có số lượng thấp hơn đáng kể so với các nguyên tố lân cận. Đây là kết quả của nhiệt độ thấp cần thiểt để phân hủy lithi, và sự thiếu vắng một quá trình phổ biến để tạo ra nó.

Lithi cũng được tìm thấy trong sao lùn nâu và có giá trị dị thường trong các sao cam. Do lithi có mặt trong các sao lùn nâu có khối lượng nhỏ hơn, lạnh hơn, nhưng nó bị phân hủy ở các sao lùn đỏ nóng hơn, sự có mặt của nó trong phổ của các sao có thể được sử dụng làm thí nghiệm lithi để phân biệt các nhóm sao này, cũng như các sao nhỏ hơn Mặt trời. Một số ngôi sao màu cam cũng có thể chứa một nồng độ lithi cao. Các sao màu cam này được tìm thấy có hàm lượng lithi cao hơn so với hàm lượng bình thường (chẳng hạn như Centaurus X-4) quay quanh các vật thể lớn (có thể là các sao neutron hoặc các lỗ đen) toàn bộ lực hấp dẫn rõ ràng đã kéo lithi nặng hơn lên bề mặt của các sao hydro-heli, làm cho lithi được quan sát có nhiều hơn.

Trên Trái Đất

Mặc dù lithi phân bố rộng rãi trên Trái Đất, nó không xuất hiện tự nhiên ở dạng nguyên tố do tính phản ứng cao của nó. Tổng lượng lithi trong nước biển là rất lớn, ước tính khoảng 230 tỉ tấn, tức nồng độ ổn định khoảng 0,14 đến 0,25 ppm, hay 25 micromol;
hàm lượng cao hơn đạt đến 7ppm được tìm thấy trong các mạch nhiệt dịch.

Hàm lượng lithi trong vỏ Trái Đất ước tính dao động trong khoảng 20 đến 70 ppm. Lithi là một thành phần phủ trong các đá magma với hàm lượng cao nhất trong các đá granit. Các đá pegmatit cũng có hàm lượng lithi lớn nhất ở dạng khoáng vật, với spodumene và petalite là các nguồn khai thác lithi thương mại phổ biến. Khoáng vật lithi đáng kể khác là lepidolit. Một nguồn lithi mới là sét hectorit, các hoạt động khai thác chủ yếu thông qua công ty Western Lithium Corporation ở Hoa Kỳ. Với hàm lượng 20 mg lithi/kg trong vỏ Trái Đất, lithi là nguyên tố phổ biến thứ 25.

Theo cẩm nang Lithi và Calci tự nhiên, "Lithi là một nguyên tố tương đối hiếm, mặc dù nó được tìm thấy trong nhiều khối đá và một vài vùng nước mặn, nhưng luôn ở nồng độ rất thấp. Có một số lượng khá lớn của cả khoáng lithi và mỏ muối nhưng chỉ một ít trong số chúng thực sự hoặc có tiềm năng giá trị thương phẩm.

Trong những nơi có trữ lượng lithi lớn nhất là Salar de Uyuni ở Bolivia, với trữ lượng 5,4 triệu tấn. USGS ước tính năm 2010, Chile có trữ lượng lớn nhất (7,5 triệu tấn) và sản lượng hàng năm cao nhất (8.800 tấn). Các nhà cung cấp chính khác như Úc, Argentina và Trung Quốc. Tính đến năm 2015, một Khảo sát địa chất tại cộng hòa Séc coi toàn bộ Dãy núi Quặng tại Cộng hòa Séc là khu vực lithi. Năm mỏ đã được đăng ký, một mỏ gần Cínovec được coi là mỏ kinh tế tiềm năng với 160 000 tấn lithi.

Tháng 6 năm 2010, New York Times đưa ra thông báo rằng các nhà địa chất Hoa Kỳ đã tiến hành khảo sát vùng khô hạn của các hồ muối ở miền tây Afghanistan và tin rằng có trữ lượng lithi lớn nhất ở đây."Các quan chức Lầu Năm Góc cho rằng các phân tích ban đầu của họ tại một địa điểm ở tỉnh Ghazni cho thấy tiềm năng tạo mỏ lithi lớn cỡ mỏ ở Bolivia, mà mỏ này hiện có trữ lượng lithi lớn nhất đã được biết đến." Các ước tính này "chỉ dựa trên dữ liệu cũ, được thu thập chủ yếu từ thời Liên Xô trong khi họ chiếm đóng Afghanistan giai đoạn 1979–1989" và "Stephen Peters, trưởng dự án khoáng sản Afghanistan của USGS, cho rằng ông ta không ông biết về mối liên quan của USGS đến bất kỳ cuộc thăm dò khoáng sản mới nào tại Afghanistan trong 2 năm qua. 'Chúng tôi cũng không chắc có bất kỳ phát hiện nào mới về lithi."

Sinh học
Lithi được tìm thấy ở dạng vết trong nhiều nhóm thực vật, thực vật phù du, và động vật không xương sống với hàm lượng 69 đến 5.760 ppb. Trong các động vật không xương sống thì hàm lượng hơi thấp hơn, và hầu như tất cả tế bào và chất dịch của động vật có xương sống có mặt lithi với mức dao động trong khoảng 21 đến 763 ppb. Các sinh vật ở biển có khuynh hướng tích tụ sinh học lithi nhiều hơn các sinh vật trên cạn. Hiện con người không rõ liệu lithi có vai trò sinh lý học như thế nào trong các sinh vật trên, nhưng các nghiên cứu về dinh dưỡng ở các động vật có vú chỉ ra rằng lithi có vai trò quan trọng đối với sức khỏe của chúng, điều này cho thấy rằng lithi có thể được xếp vào nhóm nguyên tố vết thiết yếu với RDA of 1 mg/ngày. Các nghiên cứu quan sát ở Nhật Bản thông báo năm 2011 cho rằng lithi tự nhiên có trong nước uống có thể giúp kéo dài tuổi thọ của con người.

Lịch sử

Petalit (LiAlSi4O10) được một nhà hóa học người Brazil José Bonifácio de Andrada e Silva phát hiện năm 1800 trong một mỏ trên đảo Utö Thụy Điển. Tuy nhiên mãi cho đến năm 1817, Johan August Arfwedson, làm việc trong một phòng thí nghiệm hóa của Jöns Jakob Berzelius, phát hiện sự có mặt của một nguyên tố mới trong khi phân tích quặng petalit. Nguyên tố này tạo thành các hợp chất tương tự như các hợp chất của natri và kali, mặc dù hợp chất cacbonat và hydroxide của nó ít tan trong nước và có tính base hơn. Berzelius đặt tên vật liệu kiềm này là "lithion/lithina", từ tiếng Hy Lạp λιθoς (nghĩa là đá), để chỉ trạng thái được phát hiện của nó là một khoáng chất rắn, trái với kali được phát hiện trong tro của thực vật, và natri được biết là một phần từ nồng độ của nó cao trong máu động vật. Ông đặt tên kim loại trong vật liệu này là "lithium".

Arfwedson sau đó chỉ ra rằng nguyên tố cùng tên này có mặt trong các khoáng vật như spodumene và lepidolit. Năm 1818, Christian Gmelin là người đầu tiên quan sát các muối lithi tạo ngọn lửa đỏ rực khi cháy. Tuy nhiên, cả Arfwedson và Gmelin đã cố thử và thất bại về việc cô lập nguyên tố tinh khiết từ các muối của nó. Nó không được tách ra mãi cho đến năm 1821, khi William Thomas Brande đã tách được lithi kim loại bằng phương pháp điện phân lithi hydroxide, một quá trình mà trước kia nhà hóa học Humphry Davy đã tách các kim loại kiềm natri và kali. Brande cũng đã mô tả các muôi lithi tinh khiết, ở dạng chloride, và ước tính rằng lithia (lithi oxide) chứa khoảng 55% kim loại, ước tính khối lượng nguyên tử lithi khoảng 9,8 g/mol (giá trị ngày nayy là ~6,94 g/mol). Năm 1855, Một lượng lớn hơn lithi được tạo ra bằng phương pháp điện phân lithi chloride do Robert Bunsen và Augustus Matthiessen thực hiện. Việc phát hiện ra quy trình này đã dẫn đến việc sản xuất lithi thương mại kể từ năm 1923 do một công ty của Đức là Metallgesellschaft AG. Công ty này đã dùng phương pháp điện phân hỗn hợp lithi chloride và kali chloride.

Việc sản xuất và sử dụng lithi đã trãi qua nhiều thay đổi mạnh mẽ về lịch sử. Ứng dụng quan trọng đầu tiên của lithi là chất bôi trơn lithi nhiệt độ cao cho các động cơ máy bay hay các ứng dụng tương tự trong thế chiến thứ 2 và một thời gian ngắn sau đó. Ứng dụng này được ủng hộ mạnh mẽ do xá phòng gốc lithi có điểm nóng chảy cao hơn các xà phòng nhóm kiềm khác, và ít bị ăn mòn hơn so với các xà phòng gốc calci. Thị trường nhỏ về các loại xà phòng lithi và dầu mỡ bôi trơn dựa vào lithi được hỗ trợ từ nhiều mỏ nhỏ chủ yếu ở Hoa Kỳ.

Nhu cầu lithi tăng mạnh trong suốt thời kỳ chiến tranh lạnh do cung cấp cho việc sản xuất vũ khí hạt nhân. Cả lithi-6 và lithi-7 đều tạo ra tritium khi chiếu các hạt neutron, và do đó nó rất hữu ích trong việc sản xuất tritium, cũng như ở dạng nhiên liệu nhiệt hạch rắn được dùng trong các bom hydro ở dạng lithium deuterua. Hoa Kỳ trở thành nhà sản xuất lithi chínhtrong giai đoạn cuối thập niên 1950 và giữa thập niên 1980. Vào Cuối cùng các do dự trữ lithi chứa gần 42.000 tấn lithi hydroxide. Lithi trong kho bị làm nghèo lithi-6 khoảng 75%, lượng này không đủ để ảnh hưởng đến khối lượng nguyên tử cần thiết về lithi trong các chất hóa học chuẩn, và thậm chí trọng lượng nguyên tử lithi trong một số ion "nguồn tự nhiên" đã bị "nhiễm" bởi các muối lithi từ các nhà máy tách đồng vị, các nguồn này cũng được tìm thấy trong nước dưới đất.

Lithi đã được sử dụng để làm giảm nhiệt độ nóng chảy của thủy tinh và làm tăng nhiệt độ nóng chảy của nhôm oxide khi dùng công nghệ Hall-Héroult. Hai ứng dụng này được sử dụng chính trên thị trường mãi cho đến giữa thập niên 1990. Vào cuối cuộc chạy đua vũ trang hạt nhân, nhu cầu lithi tăng và giá bán của Department of Energy stockpiles trên thị trường giảm mạnh. Nhưng vào giữa thập niên 1990, nhiều công ty bắt đầu tách lithi từ nước biển - một phương pháp được cho là rẻ hơn việc khai thác hầm lò hoặc thậm chí là khai thác lộ thiên. Hầu hết các mỏ bị đóng cửa hoặc chuyển trọng tâm của họ các loại vật liệu khác trong khi đó chỉ có nguồn quặng khai thác từ các mạch pegmatit là có thể mang lại giá cạnh tranh.

Sự phát triển của pin lithi làm gia tăng nhu cầu lithi và trở thành đối tương sử dụng chính trong năm 2007. Với dự dao động nhu cầu lithi làm pin trong thập nhiên 2000, các công ty mới đã mở rộng việc khai thác lithi từ nguồn nước biển để đáp ứng nhu cầu gia tăng này.

Sản xuất

Từ cuối Chiến tranh thế giới thứ hai, sản xuất lithi đã tăng lên đáng kể. Kim loại này được tách ra từ khoáng sản liên quan đến các đá mácma như Lepidolit, spodumen, petalit và amblygonit. Các muối lithi được tách ra từ các suối nước khoáng, các hồ nước mặn và các mỏ trầm tích nguồn gốc biển. Kim loại được sản xuất bằng phương pháp điện phân hỗn hợp gồm 55% lithi chloride và 45% kali chloride ở khoảng 450 °C. Năm 1998, kim loại này có giá khoảng .

Việc tách lithi (* là đồng vị của lithi, ví dụ * bằng 7 hay 6) bằng điện phân được thực hiện như sau:

catốt:

anốt:

Dự trữ
Trữ lượng lithi chắc chắn năm 2008 theo ước tính của USGS khoảng 13 triệu tấn, nhưng cực kỳ khó để ước tính trữ lượng tài nguyên lithi trên toàn cầu.

Mỏ Lithi được tìm thấy ở Nam Mỹ trong suốt dãy núi Andes. Chile là nhà sản xuất hàng đầu, tiếp theo là Argentina. Cả hai nước thu hồi Lithi từ các hồ nước mặn. Ở Hoa Kỳ Lithi được thu hồi các hồ nước mặn ở Nevada. Tuy nhiên, phân nửa trữ lượng trên thế giới phân bố ở Bolivia, một quốc gia nằm ở sườn phía đông trung tâm dãy Andes.
Năm 2009, Bolivia đã thương lượng với Nhật Bản, Pháp, và Hàn Quốc để bắt đầu khai thác. Theo USGS, sa mạc Uyuni của Bolivia có trữ lượng 5,4 triệu tấn lithi. Một mỏ mới được phát hiện ở đới nâng Rock Springs ở Wyoming ước tính đạt 228.000 tấn. Những mỏ cùng thành tạo này được ngoại suy trữ lượng khoảng 18 triệu tấn.

Sau dự tụt giảm giá quy mô công nghiệp của sản phẩm lithi cacbonat sau cuộc khủng hoảng kinh tế lớn, nhiều nhà cung cấp chính như Sociedad Química y Minera (SQM) họ đã giảm giá bán 20% trong việc khai thác các nguồn tài nguyên lithi trong thời gian tới và cũng để giữ vững thị trường của họ, giá năm 2012 tăng lên do nhu cầu lithi tăng. Bài báo Business Week năm 2012 đã nêu ra sự độc quyền về lithi như sau: "SQM, được điều hành bởi tỉ phú Julio Ponce, đứng vị trí thứ hai, sau Rockwood được chống lưng bởi Henry Kravis thuộc KKR & Co., và FMC có trụ sở ở Philadelphia". Lượng tiêu thụ toàn cầu có thể tăng lên 300.000 tấn vào năm 2020 từ khoảng 150.000 tấn năm 2012, vì nhu cầu sản xuất pin lithi đã và đang tăng với tỉ lệ 25% mỗi năm, tăng nhanh hơn 4-5% trong overall gain in lithium

Một nguồn lithi tiềm năng khác là từ các giếng địa nhiệt. Các dòng địa nhiệt cò thể mang các chất này lên trên bề mặt; việc thu hồi lithi có thể được chứng minh trong lĩnh vực này. Một khi lithi được tách ra bằng các kỹ thuật lọc đơn giản, chi phí xử lý và môi trường về cơ bản là đã bao gồm trong việc vận hành các giếng địa nhiệt này; do đó các tác động của hoạt động này là tích cực.

Có nhiều quan điểm khác nhau về sản xuất tiềm năng tăng trưởng sản xuất lithi. Một nghiên cứu năm 2008 đã kết luận rằng "việc sản xuất lithicacbonat thực tế đạt được sẽ đủ chỉ cho một phần nhỏ nhu cầu thị trường PHEV và EV toàn cầu trong tương lai", và "nhu cầu từ phân khúc thị trường điện tử cầm tay sẽ tiêu thụ hầu hết trữ sản phẩm gia tăng trong kế hoạch trong thập niên tới", và "việc sản xuất hàng loạt lithi cacbonat không có vẻ thân thiện môi trường, nó sẽ gây ra thiệt hại không thể khắc phục các hệ sinh thái sinh thái cần được bảo vệ và các động cơ đẩy LiIon là không phù hợp với các khái niệm về "Green Car".

Tuy nhiên, theo một nghiên cứu được tiến hành năm 2011 tại Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley, Hoa Kỳ và Đại học California Berkeley, trữ lượng ước tính hiện tại về lithi không thể là một yếu tố hạn chế cho việc sản xuất pin quy mô lớn cho các xe chạy điện, theo nghiên cứu chỉ ra rằng 1 tỉ pin Li 40 kWh có thể được sản xuất với trữ lượng hiện tại. Một nghiên cứu khác được thực hiện năm 2011 bởi các nhà nghiên cứu từ đại học Michigan và Ford Motor cho thấy rằng có đủ tài nguyên lithi để cung cấp cho nhu cầu toàn cầu cho đến năm 2100, bao gồm lượng lithi cần cho các ứng dụng tiềm năng rộng rãi của các xe lai điện, plug-in hybrid electric và pin xe điện. Nghiên cứu đã ước tính trữ lượng lithi toàn cầu đạt khoảng 39 triệu tấn, và nhu cầu cho lithi trong chu kỳ 90 năm phân tích đạt 12-20 triệu tấn theo kịch bản phát triển kinh tế và tỷ lệ tái chế.

Vào ngày 9 tháng 6 năm 2014, ấn phẩm Financialist đươợc xuất bản bởi Credit Suisse chỉ ra rằng nhu cầu lithi đang tăng trưởng với tốc độ 12% mỗi năm; theo Credit Suisse, tốc độ này vượt quá giá trị tính toán 25%. Bài báo so sánh tình trạng lithi 2014 với dầu, theo đó "giá dầu tăng cao đã thúc đẩu đầu tư vào các công nghệ sản xuất cát dầu và dầu trong vùng nước sâu tốn kém"; tức là giá lithi sẽ tiếp tục tăng cho đến khi các phương pháp sản xuất đắt tiền hơn có thể làm tăng tổng sản lượng đầu ra được sự chú ý của các nhà đầu tư.

Giá cả
Sau cuộc khủng hoảng tài chính toàn cầu 2008, những nhà cung cấp lớn như Sociedad Química y Minera (SQM) giảm giá Lithi cacbonat đến 20%. Lượng tiêu tụ toàn cầu có thể tăng đến 300,000 tấn một năm vào năm 2020 so với 150,000 tấn năm 2012, nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng pin lithi tăng trưởng khoảng 25% một năm, nhanh hơn mức tăng trưởng chung từ 4-5% trong sản xuất lithi.

Chiết xuất và nước biển
Tính đến năm 2015 hầu hết lithi trên thế giới được sản xuất tại Nam Mỹ, nơi các mỏ chứa lithi được chiết xuất từ bể ngầm và tập trung bằng bốc hơi năng lượng mặt trời. Kĩ thuật khai thác tiêu chuẩn là làm bay hơi nước từ mỏ, mỗi lô hàng mất từ 18 đến 24 tháng. Lithi hiện tại vẫn nằm trong nước biển, nhưng những cách thức khai thác thương mại khả thi vẫn chưa được phát triển.

Ứng dụng

Vì nhiệt dung riêng lớn của nó (lớn nhất trong số các chất rắn), lithi được sử dụng trong các ứng dụng truyền nhiệt. Nó cũng là vật liệu quan trọng trong chế tạo anốt của pin vì khả năng điện hóa học cao của nó. Các ứng dụng khác còn có:

Sứ và thủy tinh
Lithi oxide được sử dụng rộng rãi làm chất tẩy trong việc xử lý silica, giảm điểm nóng chảy và độ nhớt của vật liệu và làm men sứ trong việc cải thiện các tính chất vật lý bao gồm các hệ số giãn nở nhiệt thấp. Trên toàn cầu đây là ứng dụng đơn lớn nhất đối với hợp chất lithi. Lithi cacbonat (Li2CO3) thường được sử dụng trong ứng dụng này vì nó chuyển đổi oxide khi nung nóng.

Điện và điện tử
Vào các năm cuối của thế kỷ XX, do sở hữu thế điện cao của nó, lithi trở thành một thành phần quan trọng trong các chất điện phân và một trong các thành phần quan trọng trong pin. Do có khối lượng nguyên tử thấp, lithi có tỉ lệ khối lượng tích điện và năng lượng cao. Loại pin ion lithi có thể tạo ra khoảng 3 vôn mỗi ô, so với 2,1 vôn đối với pin acid chì hay 1,5 vôn đối với pin kẽm-cacbon. Các pin ion lithi, có thể sạc được và có mật độ năng lượng cao, không thể nhầm lẫn với pin lithi không thể sạc được. Các loại pin sạc khác sử dụng lithi như pin polymer ion lithi, pin lithi sắt phốtphat, và pin dây nano.

Chất bôi trơn
Ứng dụng phổ biến thứ ba của lithi là làm các chất bôi trơn. Lithi hydroxide là một chất base mạnh và khi nung với mỡ, nó tạo ra một loại xà phòng lithi có tên là stearat. Xà phòng lithi có khả năng thicken oils, và nó được sử dụng để sản xuất các chất bôi trơn nhiệt độ cao nhiều mục đích.

Luyện kim
Lithi (cũng như lithi cacbonat) được dùng làm phụ gia trong hoạt động đúc liên tục trong xỉ làm tăng tính linh động, chiếm khoảng 5% lượng lithi toàn cầu (2011). Các hợp chất lithi cũng được sử dụng làm phụ gia trong cát đúc cho hoạt động đúc sắt nhằm giảm veining.

Lithi (ở dạng lithi fluoride) được sử dụng làm phụ gia trong nấu chảy nhôm (công nghệ Hall–Héroult), làm giảm nhiệt độ nóng chảy và làm tăng điện trở suất, nguồn này chiếm 3% sản lượng toàn cầu năm 2011. Các hợp kim của lithi với nhôm, cadmi, đồng và mangan được sử dụng trong các bộ phần của máy bay (xem thêm hợp kim lithi-nhôm). Lithi còn có hiệu quả trong việc hỗ trợ sự hoàn hảo của mối hàn silicon nano trong những thành phần điện tử cho pin điện và các thiết bị khác.

Các ứng dụng công nghiệp và hóa học khác

 Các hợp chất lithi được sử dụng làm chất tạo màu và chất oxy hóa trong pháo hoa và pháo sáng.
 Lithi peroxide (Li2O2) trong môi trường ẩm không chỉ phản ứng với cacbon dioxide tạo thành lithi cacbonat mà còn giải phóng oxy. Phản ứng diễn ra theo phương trình:
2 Li2O2 + 2 CO2 → 2 Li2CO3 + O2.

Một số hợp chất aforementioned hay lithi perchlorat, được sử dụng làm nến oxy để cung cấp oxy cho các tàu ngầm. Loại này có thể chứa một lượng nhỏ boron, magie, nhôm, silicon, titan, mangan, và sắt.

Quang học
Lithi fluoride có một trong những chỉ số khúc xạ thấp nhất và phạm vi truyền dẫn xa nhất trong tia UV sâu của hầu hết các vật liệu thông thường. Tính chia bột lithi fluoride đã được sử dụng cho Liều lượng phát quang (TLD): khi một mẫu như vậy tiếp xúc với bức xạ, nó tích lũy phần thiếu tinh thể khi nóng lên, phát ra một ánh sáng xanh có cường độ lớn tỉ lệ với độ hấp thụ, cho phép cách này định lượng. Đôi khi lithi fluoride còn được sử dụng trong các ống tiêu cự của kính viễn vọng. Ứng dụng lithi được sử dụng trong hơn 60% điện thoại di động.

Hữu cơ và polyme hóa học
Hợp chất Organolithium được sử dụng rộng rãi trong sản xuất polyme hóa học. Trong ngành công nghiệp polyme mà người tiêu dùng chi phối những hợp chất này, hợp chất lithi ankyl là chất xúc tác trong trùng hợp anionic của nhóm chức Anken. Hợp chất Organolithium được chuẩn bị từ lithi kim loại và alkyl halide.

Ứng dụng quân sự

Lithi kim loại và hỗn hợp Hydride của nó như Li[AlH4] được sử dụng làm chất phụ năng lượng cao để đẩy tên lửa. Li[AlH4] cũng có thể tự chế thành nhiên liệu rắn. Một quả ngư lôi MK-50 chứa hệ thống năng lượng đẩy hóa học (SCEPS) sử dụng một chiếc xe tăng nhỏ chứa khí SF6 rải xuống một khối lithi rắn. Phản ứng sau đó sinh nhiệt, tạo ra hơi nước để đẩy ngư lôi trong một chu kì Rankine khép kín. Hydride lithi chứa lithi-6 được sử dụng trong vũ khí nhiệt hạch để bọc thành lõi của bom hạt nhân.

Hạt nhân

Lithi-6 có giá trị làm nguồn nguyên liệu để sản xuất Triti và chất hấp thụ neutron trong phản ứng tổng hợp hạt nhân. Lithi tự nhiên chứa khoảng 7.5% lithi-6, từ đó một lượng lớn lithi-6 được sản xuất bằng phép tách đồng vị để sử dụng trong vũ khí hạt nhân. Lithi-7 cũng được quan tâm để sử dụng trong chất lỏng của lò phản ứng hạt nhân. Tritium hòa lẫn với Hydro nặng trong phản ứng tổng hợp hạt nhân chỉ mang tính tương đối để sinh ra sản phẩm. Mặc dù các chi tiết được giữ bí mật, Hydro lithi-6 nặng dường như vẫn có một vai trò làm vật liệu nhiệt hạch trong các vũ khí hạt nhân hiện đại.

Lithi fluoride có tính hóa học ổn định khác thường và hỗn hợp LiF-BeF2 đạt độ nóng chảy thấp. Ngoài ra, 7Li, Be và F là một trong số ít các nuclid với những mặt cắt ngang nhiệt neutron thấp vừa đủ để không đầu độc các phản ứng phân hạt nhân bên trong một lò phản ứng phân hạt nhân. Lithi cũng được sử dụng làm nguyên liệu cho hạt alpha hoặc hạt nhân heli. Khi 7Li bởi các proton tăng tốc hình thành từ 8Be, nó trải qua quá trình phân hạch để tạo nên hai hạt alpha. Chiến công này do Cockroft và Walton phát hiện năm 1932, được gọi là "tách nguyên tử vào thời điểm đó, đồng thời là phản ứng hạt nhân đầu tiên hoàn toàn do con người thực hiện. Các lò phản ứng sử dụng pin lithi để chống lại những tác động ăn mòn từ Acid boric, chất được đưa vào nước để hấp thụ neutron dư thừa.

Y học
Các muối lithi như cacbonat lithi (Li2CO3), citrat lithi và orotat lithi là các chất ổn định thần kinh được sử dụng để điều trị các rối loạn lưỡng cực, vì không giống như phần lớn các loại thuốc ổn định thần kinh khác, chúng trung hòa cả hai sự cuồng và trầm cảm. Lithi có thể được sử dụng để tăng thêm hiệu quả của các thuốc chống trầm cảm khác. Lượng có ích của lithi trong việc này thấp hơn so với mức có độc tính chỉ một chút, vì thế các nồng độ của lithi trong máu phải được kiểm soát kỹ trong quá trình điều trị. Các muối lithi có thể cũng giúp ít trong việc chẩn đoán liên quan như rối loạn schizoaffective và trầm cảm có chu kỳ. Phần tác dụng của muối này là ion lithi Li+. Chúng có thể làm tăng nguy cơ phát triển dị tật Ebstein ở trẻ sinh ra từ các phụ nữ uống lithi trong ba tháng đầu của thai kỳ. Lithi cũng được nghiên cứu với khả năng trị bệnh đau đầu từng chùm.

Cảnh báo

Giống như các kim loại kiềm khác, lithi trong dạng đơn chất là một chất dễ cháy và nổ khi để trần ngoài không khí và đặc biệt là trong nước. Lithi kim loại là một chất ăn mòn và yêu cầu có trang thiết bị bảo hộ lao động đặc biệt để chống tiếp xúc trực tiếp với da. Lithi có thể lưu giữ trong các hợp chất không có phản ứng như napta hay hydrocarbon. Các hợp chất lithi không đóng vai trò sinh học tự nhiên gì và được coi là chất độc nhẹ. Khi sử dụng như thuốc, nồng độ Li+ trong máu phải được kiểm soát chặt chẽ.

Quy định
Một số điều luật hạn chế việc bán pin lithi, nguồn có sẵn nhất của lithi dành cho người tiêu dùng bình thường. Lithi có thể được sử dụng để làm giảm Pseudoephedrine và Ephedrine đến ma túy đá trong phương pháp giảm Birch, trong đó sử dụng những giải pháp của kim loại kiềm hòa tan trong muối amonia khan. Những thiếu hụt nội bộ từ khiếm khuyết trong sản xuất hoặc thiệt hại về vật lý có thể dẫn đến sự phát nổ tự phát.

Tham khảo

Ghi chú

Liên kết ngoài

 USGS: Lithium Statistics and Information
 WebElements.com – Lithium
 EnvironmentalChemistry.com – Lithium
 It's Elemental – Lithium
 Los Alamos National Laboratory – Lithium

Lithi
Kim loại kiềm


title: Leptotarsus luteistigma

text:
Leptotarsus luteistigma là một loài ruồi trong họ Ruồi hạc (Tipulidae). Chúng phân bố ở vùng Tân nhiệt đới.

Tham khảo

Leptotarsus