Khám phá mới về nguồn gốc của mặt trăng

Một nghiên cứu mới đây của các nhà khoa học Đức phát hiện chứng cớ kiểm chứng giả thuyết cho rằng mặt trăng được sinh ra từ vụ va chạm cách đây khoảng 4,5 tỉ năm, giữa trái đất non trẻ với một thiên thể rắn to tương đương sao Hỏa.

Báo cáo nghiên cứu nói trên được công bố trên tuần san Science (Mỹ) số ra ngày 6/6/2014. Tác giả báo cáo là một nhóm nhà khoa học của Đại học Georg-August ở Gottingen (Georg-August-Universität Göttingen, Đức).

Hình ảnh đồ họa về vụ va chạm giữa Theia với Trái Đất non trẻ.

Sau khi phân tích mẫu đất đá mặt trăng do các nhà du hành vũ trụ đáp tàu Apollo 11, 12 và 16 hạ cánh xuống cách đây gần nửa thế kỷ mang về, họ phát hiện thành phần đất đá trên mặt trăng khác với đất đá trên trái đất. Sự thực này chứng tỏ tính đúng đắn của giả thuyết cho rằng trái đất từng bị một hành tinh to bằng sao Hỏa va phải, qua đó hình thành mặt trăng. Cho tới nay vẫn chưa ai biết sau đấy thiên thể bí ẩn được đặt tên là Theia này biến đi đâu mất.

Bao năm nay giới khoa học vẫn chưa thể khẳng định được nguồn gốc của mặt trăng mà chỉ đưa ra các giả định. Lý thuyết cho rằng mặt trăng hình thành bởi vụ va chạm nói trên được gọi là Giả thuyết va chạm lớn (Giant Impact Hypothesis) do Hartmann và Davis (1975), Cameron và Ward (1976) đưa ra, năm 2008 được Edward Belbruno và Richard Gott của Đại học Princeton tính toán vạch ra vị trí va chạm là điểm L4 (Lagrange point at L4).

Kết quả nghiên cứu của nhóm nhà khoa học Đức còn cho thấy, dường như khoảng một nửa vật chất mặt trăng là đến từ thiên thể Theia, khoảng một nửa còn lại thì đến từ trái đất. Điều đó phù hợp với lý thuyết trình bày dưới đây, tức mặt trăng có chứa những vật chất trong thiên thể từng va chạm với trái đất.

Người đứng đầu nhóm nghiên cứu là nhà địa chất Daniel Herwartz nói: “Tôi nghĩ đa số mọi người sẽ tin vào Giả thuyết va chạm lớn. Giờ đây chúng tôi lấp đầy một trong những chỗ trống cuối cùng của việc giải thích học thuyết này. Điều đó sẽ làm cho những người phê phán Giả thuyết va chạm lớn cảm thấy khó chịu”.

Giới khoa học đã biết tất cả các hành tinh trong hệ mặt trời đều cấu tạo bởi những chất đồng vị đặc hữu khác nhau, vì thế cách tốt nhất để kiểm chứng Giả thuyết va chạm lớn là so sánh tỉ lệ các chất đồng vị của ôxi, titan, silic và của các nguyên tố khác có trên trái đất và mặt trăng. 

Các nghiên cứu trước đây cho thấy những tỉ lệ đó trong toàn bộ các hành tinh của hệ mặt trời thì khác nhau, nhưng trong mặt trăng và trái đất thì các tỷ lệ đó lại rất giống nhau. Điều này trái ngược với mô hình lý luận của Giả thuyết va chạm lớn - lý luận này cho rằng mặt trăng chủ yếu được cấu tạo bởi vật chất của hành tinh Theia, vì thế dự kiến thành phần của nó sẽ phải khác với trái đất.

Các nhà khoa học Đức đã dùng những biện pháp chính xác hơn để so sánh sự khác biệt về tỉ lệ chất đồng vị của các nguyên tố trong mẫu đất đá mặt trăng với mẫu đất đá trái đất.

Đầu tiên họ sử dụng mẫu các thiên thạch rơi từ mặt trăng xuống trái đất, nhưng do các mẫu đó ở lâu ngoài trời, chịu mưa nắng, xảy ra sự trao đổi chất đồng vị với nước trên trái đất làm cho kết quả nghiên cứu thiếu chính xác. Vì thế họ đã sử dụng mẫu đất đá mặt trăng mới hơn, do ba tàu vũ trụ Apollo 11, 12 và 16 lấy từ ba địa điểm khác nhau trên mặt trăng đem về. Kết quả nghiên cứu cho thấy tỉ lệ chất đồng vị 17O và 16O (tức Oxygen-17 và Oxygen-16) trong mẫu đất đá mặt trăng cao hơn mẫu đất đá trái đất. 

Herwartz nói: “Khác biệt rất nhỏ và cũng rất khó phát hiện, nhưng chúng đích thực tồn tại. Điều đó có nghĩa là: thứ nhất, hiện nay chúng ta có thể tương đối khẳng định đúng là từng xảy ra sự va chạm lớn [giữa Theia với Trái Đất]; thứ hai, chúng ta có được sự hiểu biết đại thể về tình trạng địa chất-hóa học của Theia.”

Mục tiêu tiếp theo của nhóm nghiên cứu là phát hiện Mặt Trăng chứa bao nhiêu vật chất của thiên thể Theia. Qua nghiên cứu phần lớn các mẫu đất đá Mặt Trăng, người ta ước tính nó chứa khoảng 70-90% vật chất của Theia; nhưng một số mẫu lại cho kết quả chỉ 8%. Herwartz nói các số liệu mới đây cho thấy có lẽ tỷ lệ là 50/50, song điều đó cần được kiểm chứng trong các nghiên cứu tiếp theo.