Nghiên cứu mới cho thấy quá trình hình thành Mặt Trăng làm biến mất phần lớn Trái Đất
Theo một phân tích mới thực hiện trên mẫu vật được thu về từ Mặt Trăng bởi sứ mệnh Apollo, các nhà khoa học cho rằng một sự va chạm vào Trái Đất đã tạo ra Mặt Trăng, khiến Trái Đất bị mất đi một phần khá lớn.
Trong những ngày đầu được hình thành, một vụ va chạm giữa Trái Đất và một thiên thể có kích cỡ tương đương Sao Hỏa được gọi là Theia (tên của nữ thần sinh ra Mặt Trăng trong Thần thoại Hy Lạp) có thể dẫn đến sự ra đời của Mặt Trăng. Đây là một giả thuyết về sự tạo thành Mặt Trăng được sử dụng nhiều nhất.
Giả thuyết này giải thích nhiều chi tiết về Trái Đất và Mặt Trăng, chẳng hạn như kích thước của hai thiên thể có tỷ lệ với nhau. Nhưng trong 15 năm qua, nhiều bằng chứng khoa học mới được tìm thấy, khiến các nhà khoa học phải thay đổi nhiều điều về giả thuyết này.
Vào năm 2001, các nhà khoa học khám phá ra rằng những tảng đá trên bề mặt Trái Đất và Mặt Trăng có nhiều điểm chung, như chúng đều chứa nhiều đồng vị hóa học tương tự nhau. Đồng vị là một thứ để xác định đặc tính địa chất rất tốt, bởi vì những thiên thể khác nhau trong hệ Mặt Trời có đồng vị phân tử khác nhau do chúng hình thành từ những thời gian khác nhau trong quá khứ.
Những phát hiện mới này làm lung lay giả thuyết cũ, vì theo một mô hình trước đó, khoảng 60% đến 80% khả năng những vật chất trên Mặt Trăng được tạo thành từ Theia thay vì Trái Đất. Ngoài ra, khả năng vật chất của Theia và Trái Đất giống nhau cũng có thể đúng, nhưng dường như rất khó xảy ra.
Lúc đầu, các nhà khoa học nghĩ rằng việc phân tích đồng vị chính xác hơn có thể giúp giải quyết các vấn đề phát sinh ra. Tuy nhiên, việc đo đạc chính xác đồng vị của oxy cũng có thể làm được điều tương tự.
Vậy là, các nhà khoa học bắt tay vào dựng một mô hình mới, để giải thích được Mặt Trăng được tạo nên từ những vật chất của Trái Đất, chứ không phải từ Theia.
“Có nhiều mô hình mới được dựng ra để chứng tỏ điều này, nhưng chỉ có hai mô hình có tầm ảnh hưởng nhất”, tác giả chính của nghiên cứu, nhà địa sinh học Kun Wang tại Đại học Washington ở St. Louis, cho biết.
Mô hình đầu tiên cho thấy một thiên thể khổng lồ tác động và gây ra vụ va chạm, mật độ nhỏ vật chất từ Trái Đất và Theia bị văng ra ngoài. Vào năm 2007, một mô hình tương tự cũng được công bố, nhưng có bổ sung thêm lượng khí silicat bao xung quanh và tạo thành một đĩa từ trường, từ đó tạo nên Mặt Trăng như ngày nay.
Mô hình trên cho thấy một mật độ nhỏ vật chất bị văng ra, nhưng điều này khiến quá trình này diễn ra trong thời gian dài và cần phải có một vùng khí bao xung quanh. Mô hình này sẽ làm thêm phần khó khăn trong việc giải thích sự tương đồng giữa đá Trái Đất và đá Mặt Trăng.
Một mô hình thứ hai được ra mắt vào năm 2015, cho thấy sự tác động mạnh mẽ tạo nên Mặt Trăng, một Theia bạo lực đánh thật mạnh vào Trái Đất và khiến hành tinh của chúng ta bị bốc hơi rất nhiều, có thể bị ăn sâu vào cho đến phần lõi ngoài của hành tinh. Mật độ vật chất dày đặc này tạo thành một khu vực khí, bụi rộng hơn 500 lần so với Trái Đất ngày nay. Phần lớn những vật chất này sẽ quay trở lại Trái Đất, trong khi phần còn lại thì tạo nên Mặt Trăng.
Trong mô hình mới này, do số lượng lớn vật chất bị văng ra, nên vùng khí bao xung quanh chúng được trộn lẫn giữa vật chất lỏng và khí. Vật chất trộn lẫn hài hòa giúp giải thích sự giống nhau của đồng vị hóa học trong những thành phần giữa hai thiên thể.
Để thêm phần chắc chắn cho mô hình, Wang và đồng nghiệp của mình là Stein Jacobsen từ Đại học Harvard tập trung khai thác dữ liệu của đồng vị kali từ đá trên Trái Đất và Mặt Trăng được thu về trong các sứ mệnh Apollo. Kali là chất dễ bay hơi, nên phân tích đồng vị kali có thể dễ dàng biết được về sự hình thành của Mặt Trăng.
Các nhà khoa học đã phân tích bảy mẫu vật đá Mặt Trăng thu thập được từ các sứ mệnh Apollo 11, 12, 14 và 16. Họ đã so sánh kết quả thu được so với tám viên đá ở các vùng khác nhau trên khắp Trái Đất.
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn dựng nên một phương pháp để phân tích đồng vị kali với mức độ chính xác cao hơn 10 lần so với những kỹ thuật trước đó. Kali có ba đồng vị ổn định như chỉ có Kali-39 và Kali-41 mới đủ độ chính xác để thực hiện thí nghiệm.
Sau khi phân tích. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng, đá Mặt Trăng được làm giàu kali hơn đá ở Trái Đất 0,4 phần ngàn khi so sánh giữa hai đồng vị Kali-41. Phát hiện này góp phần làm vững chắc mô hình tạo nên Mặt Trăng một cách hung bạo như trên vì đá Mặt Trăng giàu đồng vị nặng hơn so với đá Trái Đất.
Những đồng vị nặng đã xuất hiện ở Mặt Trăng trong một đám khí có áp suất 10 bar, tức khoảng 10 lần áp suất khí quyển ở mặt nước biển của Trái Đất. Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ tìm được những bằng chứng chính xác hơn trong tương lai để hiểu rõ hơn về quá khứ của các thiên thể.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature ngày 12/9 vừa qua.
 |
| Hình ảnh đồ họa cho thấy khoảnh khắc thiên thể Theia va chạm vào Trái Đất và đánh văng rất nhiều vật chất vào không gian, những vật chất này tạo thành Mặt Trăng như ngày nay. Credit: Dana Berry/SwRI. |
Trong những ngày đầu được hình thành, một vụ va chạm giữa Trái Đất và một thiên thể có kích cỡ tương đương Sao Hỏa được gọi là Theia (tên của nữ thần sinh ra Mặt Trăng trong Thần thoại Hy Lạp) có thể dẫn đến sự ra đời của Mặt Trăng. Đây là một giả thuyết về sự tạo thành Mặt Trăng được sử dụng nhiều nhất.
Giả thuyết này giải thích nhiều chi tiết về Trái Đất và Mặt Trăng, chẳng hạn như kích thước của hai thiên thể có tỷ lệ với nhau. Nhưng trong 15 năm qua, nhiều bằng chứng khoa học mới được tìm thấy, khiến các nhà khoa học phải thay đổi nhiều điều về giả thuyết này.
Vào năm 2001, các nhà khoa học khám phá ra rằng những tảng đá trên bề mặt Trái Đất và Mặt Trăng có nhiều điểm chung, như chúng đều chứa nhiều đồng vị hóa học tương tự nhau. Đồng vị là một thứ để xác định đặc tính địa chất rất tốt, bởi vì những thiên thể khác nhau trong hệ Mặt Trời có đồng vị phân tử khác nhau do chúng hình thành từ những thời gian khác nhau trong quá khứ.
Những phát hiện mới này làm lung lay giả thuyết cũ, vì theo một mô hình trước đó, khoảng 60% đến 80% khả năng những vật chất trên Mặt Trăng được tạo thành từ Theia thay vì Trái Đất. Ngoài ra, khả năng vật chất của Theia và Trái Đất giống nhau cũng có thể đúng, nhưng dường như rất khó xảy ra.
Lúc đầu, các nhà khoa học nghĩ rằng việc phân tích đồng vị chính xác hơn có thể giúp giải quyết các vấn đề phát sinh ra. Tuy nhiên, việc đo đạc chính xác đồng vị của oxy cũng có thể làm được điều tương tự.
Vậy là, các nhà khoa học bắt tay vào dựng một mô hình mới, để giải thích được Mặt Trăng được tạo nên từ những vật chất của Trái Đất, chứ không phải từ Theia.
“Có nhiều mô hình mới được dựng ra để chứng tỏ điều này, nhưng chỉ có hai mô hình có tầm ảnh hưởng nhất”, tác giả chính của nghiên cứu, nhà địa sinh học Kun Wang tại Đại học Washington ở St. Louis, cho biết.
Mô hình đầu tiên cho thấy một thiên thể khổng lồ tác động và gây ra vụ va chạm, mật độ nhỏ vật chất từ Trái Đất và Theia bị văng ra ngoài. Vào năm 2007, một mô hình tương tự cũng được công bố, nhưng có bổ sung thêm lượng khí silicat bao xung quanh và tạo thành một đĩa từ trường, từ đó tạo nên Mặt Trăng như ngày nay.
Mô hình trên cho thấy một mật độ nhỏ vật chất bị văng ra, nhưng điều này khiến quá trình này diễn ra trong thời gian dài và cần phải có một vùng khí bao xung quanh. Mô hình này sẽ làm thêm phần khó khăn trong việc giải thích sự tương đồng giữa đá Trái Đất và đá Mặt Trăng.
Một mô hình thứ hai được ra mắt vào năm 2015, cho thấy sự tác động mạnh mẽ tạo nên Mặt Trăng, một Theia bạo lực đánh thật mạnh vào Trái Đất và khiến hành tinh của chúng ta bị bốc hơi rất nhiều, có thể bị ăn sâu vào cho đến phần lõi ngoài của hành tinh. Mật độ vật chất dày đặc này tạo thành một khu vực khí, bụi rộng hơn 500 lần so với Trái Đất ngày nay. Phần lớn những vật chất này sẽ quay trở lại Trái Đất, trong khi phần còn lại thì tạo nên Mặt Trăng.
Trong mô hình mới này, do số lượng lớn vật chất bị văng ra, nên vùng khí bao xung quanh chúng được trộn lẫn giữa vật chất lỏng và khí. Vật chất trộn lẫn hài hòa giúp giải thích sự giống nhau của đồng vị hóa học trong những thành phần giữa hai thiên thể.
Để thêm phần chắc chắn cho mô hình, Wang và đồng nghiệp của mình là Stein Jacobsen từ Đại học Harvard tập trung khai thác dữ liệu của đồng vị kali từ đá trên Trái Đất và Mặt Trăng được thu về trong các sứ mệnh Apollo. Kali là chất dễ bay hơi, nên phân tích đồng vị kali có thể dễ dàng biết được về sự hình thành của Mặt Trăng.
Các nhà khoa học đã phân tích bảy mẫu vật đá Mặt Trăng thu thập được từ các sứ mệnh Apollo 11, 12, 14 và 16. Họ đã so sánh kết quả thu được so với tám viên đá ở các vùng khác nhau trên khắp Trái Đất.
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn dựng nên một phương pháp để phân tích đồng vị kali với mức độ chính xác cao hơn 10 lần so với những kỹ thuật trước đó. Kali có ba đồng vị ổn định như chỉ có Kali-39 và Kali-41 mới đủ độ chính xác để thực hiện thí nghiệm.
Sau khi phân tích. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng, đá Mặt Trăng được làm giàu kali hơn đá ở Trái Đất 0,4 phần ngàn khi so sánh giữa hai đồng vị Kali-41. Phát hiện này góp phần làm vững chắc mô hình tạo nên Mặt Trăng một cách hung bạo như trên vì đá Mặt Trăng giàu đồng vị nặng hơn so với đá Trái Đất.
Những đồng vị nặng đã xuất hiện ở Mặt Trăng trong một đám khí có áp suất 10 bar, tức khoảng 10 lần áp suất khí quyển ở mặt nước biển của Trái Đất. Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ tìm được những bằng chứng chính xác hơn trong tương lai để hiểu rõ hơn về quá khứ của các thiên thể.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature ngày 12/9 vừa qua.
Anh Tuấn Nguyễn theo Space
