Bí mật đá Mặt trăng hé lộ sau 51 năm: Khám phá buộc giới thiên văn ‘phải viết lại sách’
Mẫu vật Mặt trăng này ẩn chứa câu trả lời cho loạt câu hỏi lớn về vệ tinh tự nhiên của Trái đất.
Một loạt đá Mặt trăng được đưa đến Trái đất vào năm 1972 hóa ra lại chứa những mảnh Mặt trăng cổ xưa nhất mà con người từng tìm thấy tính cho đến nay. Và nó hứa hẹn hé lộ những bí mật lớn về Mặt trăng – thiên thể gần Trái đất nhất.
Bí mật hé lộ sau nửa thế kỷ
Trong sứ mệnh Apollo 17 năm 1972 của NASA – lần cuối cùng con người đi bộ trên Mặt trăng trong thế kỷ 20 – các phi hành gia người Mỹ Harrison Schmitt và Eugene Cernan đã thu thập được khoảng 110 kg mẫu đất và đá Mặt trăng, đưa về Trái đất để nghiên cứu thêm.
Phi hành gia Apollo 17 Harrison Schmitt đang thu thập đá và đá vụn Mặt trăng có kích thước từ 1,3-2,5cm (Ảnh: NASA).
Nửa thế kỷ sau, các tinh thể khoáng vật zircon bên trong mảnh đá do chuyên gia địa chất Harrison Schmitt thu thập đang giúp các nhà khoa học hiểu sâu hơn về sự hình thành của Mặt trăng và t.uổi chính xác của nó, Reuters thông tin.
Dựa trên các phân tích về tinh thể này, các nhà khoa học hôm thứ Hai 23/10 cho biết Mặt trăng già hơn khoảng 40 triệu năm so với suy nghĩ trước đây – Điều đó cho thấy Mặt trăng đã 4,46 tỷ năm t.uổi, thay vì 4,42 tỷ năm như ước tính trước đây.
Space cho hay, một lý thuyết phổ biến, được gọi là Giả thuyết về vụ va chạm khổng lồ, thừa nhận giả thuyết hàng đầu về sự hình thành của Mặt trăng là: Trong thời kỳ đầu hỗn loạn của Hệ mặt trời, một vật thể có kích thước bằng sao Hỏa tên là Theia đã đ.âm vào Trái đất nguyên thủy.
Hệ quả của vụ nổ là phóng ra lượng magma – đá nóng chảy – vào không gian, tạo thành một đĩa mảnh vụn quay quanh Trái đất và kết tụ lại thành Mặt trăng.
Mặc dù có thể hiểu được sự hình thành của Mặt trăng, nhưng bài toán khó đối với các nhà khoa học chính là: Chính xác thì vụ va chạm này xảy ra khi nào và Mặt trăng hình thành trong bao lâu. Cho đến nay vẫn là một câu hỏi bỏ ngỏ.
Để giải bài toán này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp gọi là Chụp cắt lớp đầu dò nguyên tử để xác nhận t.uổi của zircon – chất rắn đầu tiên kết tinh sau khi Mặt trăng hình thành.
Các tinh thể khoáng vật zircon có thể hình thành sau khi magma nguội và đông đặc lại, và nó ở bên trong mảnh vỡ của một loại đá gọi là Norite do Harrison Schmitt thu thập.
Một hạt zircon Mặt trăng dưới kính hiển vi (Ảnh: Jennika Greer/Đại học Glasgow, Anh).
Để xác định t.uổi của mẫu, các nhà nghiên cứu đã xác định và lập bản đồ các nguyên tử riêng lẻ trong một mẫu Mặt trăng.
Đầu tiên, họ “làm sắc nét nó” bằng cách sử dụng chùm electron tập trung vào mẫu. Sau đó, nhóm của Jennika Greer – tác giả chính – sử dụng tia laser để làm bay hơi các nguyên tử từ đầu mẫu được mài sắc và đo tốc độ của các nguyên tử đó.
Video đang HOT
“Việc chúng di chuyển nhanh như thế nào cho chúng ta biết chúng nặng bao nhiêu, từ đó cho các nhà nghiên cứu biết chúng được làm từ gì” – Jennika Greer cho biết.
Kết quả, các nhà khoa học đã đo lượng nguyên tử uranium và chì trong mẫu, với kiến thức trước đây về tốc độ phân rã của các nguyên tử, họ đã xác định t.uổi của mẫu là 4,46 tỷ năm.
“Thật kinh ngạc khi chúng ta đang nắm trong tay bằng chứng của mảnh Mặt trăng cổ nhất mà con người tìm thấy cho đến nay. Đó là điểm mấu chốt cho rất nhiều câu hỏi về Trái đất. Khi bạn biết một thứ gì đó bao nhiêu t.uổi, bạn có thể hiểu rõ hơn điều gì đã xảy ra với nó trong lịch sử của nó” – nhóm các nhà khoa học cho biết.
“Vào thời điểm NASA mang về Trái đất mẫu vật này, kỹ thuật chụp cắt lớp thăm dò nguyên tử chưa được phát triển và các nhà khoa học thời đó sẽ không thể tưởng tượng được những kiểu phân tích mà chúng ta thực hiện ngày nay” – Nhà hóa học vũ trụ Philipp Heck, Giám đốc nghiên cứu cấp cao tại Bảo tàng Field ở Chicago (Mỹ), kiêm giáo sư Đại học Chicago và là tác giả cấp cao của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Geochemical Perspectives Letters, cho biết.
Khoáng chất tồn tại mãi mãi
“Thật thú vị, tất cả các khoáng chất lâu đời nhất được tìm thấy trên Trái đất, sao Hỏa và Mặt trăng đều là tinh thể zircon. Zircon, chứ không phải kim cương, có thể tồn tại mãi mãi” – Bidong Zhang, nhà khoa học hành tinh tại Đại học California, Los Angeles (UCLA) và đồng tác giả nghiên cứu cho biết thêm.
Đá chứa zircon được thu thập tại thung lũng Taurus-Littrow ở rìa phía đông nam của Mare Serenitatis (Biển thanh bình) của Mặt trăng và được lưu trữ tại Trung tâm vũ trụ Johnson của NASA ở Houston.
Giáo sư Philipp Heck cho biết: “Zircon rất cứng, bền và có thể tồn tại sau sự p.hân h.ủy của đá trong quá trình phong hóa”.
Zircon là một loại đá quý cực kỳ linh hoạt mang lại nhiều lợi ích độc đáo. Zircon thường bị nhầm với kim cương do độ sáng chói ấn tượng và độ bóng lấp lánh của nó. Độ bền của zircon khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến cho nhiều loại trang sức. Đồng thời khả năng chịu nhiệt và dẫn nhiệt khiến nó trở nên lý tưởng để sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp.
“Zircon rất cứng, bền và có thể tồn tại sau sự p.hân h.ủy của đá trong quá trình phong hóa” (Ảnh: Cosmosmagazine).
Đặc điểm khác biệt của zircon là chúng không phải là zirconium silicat nguyên chất. Chúng chứa một lượng nhỏ các nguyên tố khác, quan trọng nhất là uranium, bị mắc kẹt bên trong chúng khi chúng kết tinh. Qua nhiều thiên niên kỷ, uranium đó dần dần phân rã thành chì. Bằng cách so sánh lượng uranium và chì, các nhà khoa học có thể xác định ngày tinh thể hình thành.
Trước đó, vào năm 2021, Bidong Zhang dẫn đầu một nghiên cứu sử dụng một kỹ thuật gọi là Phân tích vi thăm dò ion để đo xem có bao nhiêu nguyên tử uranium và chì trong tinh thể, tính toán t.uổi của zircon dựa trên sự phân rã của uranium phóng xạ thành chì theo thời gian.
Độ t.uổi đó cần được xác nhận thông qua một phương pháp khác vì có thể xảy ra biến chứng liên quan đến các nguyên tử chì nếu tồn tại các khiếm khuyết trong cấu trúc tinh thể zircon.
Hiện, nghiên cứu mới sử dụng phương pháp Chụp cắt lớp thăm dò nguyên tử để xác định không có biến chứng nào liên quan đến các nguyên tử chì, và xác nhận t.uổi của tinh thể.
Tác giả chính của nghiên cứu Jennika Greer, nhà hóa học vũ trụ tại Đại học Glasgow ở Scotland, cho biết: “Tôi coi đây là một ví dụ tuyệt vời về những gì ở cấp độ nano, hoặc thậm chí ở cấp độ nguyên tử, có thể cho chúng ta câu trả lời từ những câu hỏi lớn”.
Trái đất hình lưỡi liềm nhô lên trên đường chân trời của Mặt trăng trong bức ảnh tài liệu của NASA. Bức ảnh được chụp từ tàu vũ trụ Apollo 17 trên quỹ đạo Mặt trăng trong sứ mệnh hạ cánh cuối cùng lên Mặt trăng của Chương trình Apollo năm 1972 (Ảnh: REUTERS/NASA/Handout/File Photo).
Mặt trăng – quay quanh Trái đất ở khoảng cách trung bình khoảng 385.000km – có đường kính khoảng 3.475kmm, lớn hơn một phần tư đường kính hành tinh của chúng ta một chút.
“Vụ va chạm khổng lồ hình thành nên Mặt trăng là một sự kiện thảm khốc đối với Trái đất và làm thay đổi tốc độ quay của Trái đất. Sau đó, Mặt trăng có tác dụng ổn định trục quay của Trái đất và làm chậm tốc độ quay của Trái đất. Ngày hình thành của Mặt trăng rất quan trọng vì nó diễn ra sau khi Trái đất trở thành một hành tinh có thể sinh sống được” – Giáo sư Philipp Heck nói.
“Mặt trăng giúp ổn định trục Trái đất để có khí hậu ổn định. Lực hấp dẫn của Mặt trăng giúp hình thành hệ sinh thái đại dương. Mặt trăng truyền cảm hứng cho các nền văn hóa và hoạt động khám phá của loài người. Trong cuộc đua vũ trụ 2.0, NASA cũng như các cơ quan không gian quốc tế khác coi Mặt trăng là bước đệm cho những chuyến thám hiểm không gian sâu trong tương lai” – Bidong Zhang bổ sung.
Khám phá bí ẩn của vệ tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời - Ganymede
Ganymede là vệ tinh tự nhiên lớn nhất của Sao Mộc và cũng là vệ tinh lớn nhất trong hệ Mặt Trời. Thậm chí, nó còn lớn hơn cả Sao Thủy, vốn đã từng được coi là một hành tinh.
Mặt trăng Ganymede của Sao Mộc gần như là một hành tinh theo đúng nghĩa đen. Thế giới xa xôi này không chỉ là vệ tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời mà kích thước của nó còn lớn hơn hành tinh Sao Thủy.
Ganymede đã thu hút trí tưởng tượng của mọi người trên Trái Đất trong nhiều thập kỷ, khiến nơi đây trở thành bối cảnh phổ biến cho nhiều tác phẩm khoa học viễn tưởng, từ tiểu thuyết của Robert A. Heinlein đến loạt phim hoạt hình Cowboy Bebop. Nhưng sự thật về Ganymede có thể còn thú vị hơn cả những câu chuyện hư cấu.
Ganymede chính thức được phát hiện vào năm 1610 bởi nhà thiên văn học người Ý Galileo. Tuy nhiên, có một khả năng là nó có thể đã được quan sát lần đầu tiên sớm hơn rất nhiều. "Bách khoa toàn thư về lịch sử khoa học, công nghệ và y học ở các nền văn hóa phi phương Tây" đề cập đến nhà thiên văn học cổ đại Trung Quốc, Gan De, người có ghi chép cho thấy ông có thể đã phát hiện ra mặt trăng này vào năm 365 TCN.
Trong các bài viết của mình, ông đề cập đến việc nhìn thấy một mặt trăng - "ngôi sao nhỏ màu đỏ" ở cạnh Sao Mộc. Đáng chú ý, Gan De đã thực hiện các quan sát của mình mà không sử dụng kính thiên văn; trong khi đó, về mặt lý thuyết thì Ganymede đủ sáng để có thể nhìn thấy bằng mắt thường, tuy nhiên nó thường bị ảnh sáng của Sao Mộc làm cho mờ đi.
Vào tháng 4 năm 2023, ESA đã phóng tàu vũ trụ tới Sao Mộc. Được đặt tên là Nhà thám hiểm mặt trăng băng giá của Sao Mộc (Juice), Ganymede vừa là mục tiêu chính vừa là đích đến cuối cùng trong hành trình dài 500 triệu dặm của nó. Khi đến nơi, nó sẽ mang đến cho nhân loại cái nhìn cận cảnh hơn về thế giới bí ẩn đầy hấp dẫn này.
Một mặt trăng mang kích thước của một hành tinh
Nếu Ganymede quay quanh Mặt Trời thay vì Sao Mộc, nó gần như chắc chắn được coi là một hành tinh thực sự vì nhiều lý do. Một trong những lý do chính là kích thước của nó. Nó có đường kính 3.270 dặm, lớn hơn khoảng 8% so với đường kính 3.032 dặm của Sao Thủy. Hành tinh được chú ý nhiều nhất hiện nay với tư cách là điểm đến cho các nhà thám hiểm tàu vũ trụ và robot là Sao Hỏa cũng chỉ có đường kính 4.212 dặm, không lớn hơn quá nhiều khi so với Ganymede.
Tuy nhiên, sự khác biệt lớn giữa Ganymede và các hành tinh là nó nhẹ hơn đáng kể so với Sao Thủy hoặc Sao Hỏa. Giống như mặt trăng Europa, phần lớn khối lượng của Ganymede là nước và băng. Kết quả là lực hấp dẫn bề mặt của nó thấp hơn rất nhiều so với tỷ lệ đường kính lớn của nó.
Do đó, khi đặt chân lên Ganymede các phi hành gia chắc chắn sẽ có cảm giác rất giống với việc đi trên Mặt Trăng của Trái Đất.
Một ngày tại Ganymede bằng 7 ngày trên Trái Đất
Ganymede quay chậm hơn rất nhiều so với Trái Đất. Một ngày tại mặt trăng này kéo dài khoảng 7 ngày trên Trái Đất. Lý do tại sao ngày của Ganymede lại chậm như vậy là vì nó bị khóa chặt với Sao Mộc.
Cũng giống như Mặt Trăng của Trái Đất, Ganymede gần như bị khóa chặt một mặt vào hành tinh mẹ của nó, trong khi phía bên kia của nó luôn quay mặt đi. Nói cách khác, một ngày trên Ganymede trùng với quỹ đạo của nó. Trên bầu trời của Ganymede, Sao Mộc là vật cố định vĩnh viễn không bao giờ di chuyển khỏi vị trí của nó.
Khóa thủy triều xảy ra với bất kỳ mặt trăng nào quay quanh hành tinh của nó đủ gần. Khi lực hấp dẫn trên mặt trăng đủ mạnh, mặt gần hơn sẽ cảm thấy lực hút mạnh hơn mặt hướng ra ngoài.
Ganymede sở hữu một trái tim sắt
Ở bên trong, Ganymede giống Trái Đất một cách đáng kinh ngạc. Sâu bên dưới bề mặt, hành tinh của chúng ta được chia thành nhiều lớp vật chất riêng biệt khác nhau. Khi hành tinh vẫn còn trẻ và chưa hoàn thành quá trình nguội đi, vật chất nặng hơn chìm sâu hơn vào trung tâm, đó là lý do tại sao Trái Đất có lõi làm bằng sắt.
Theo một bài báo đăng trên tạp chí Nature, đặc điểm này cũng tồn tại ở Ganymede. Mặt trăng lớn nhất của Sao Mộc cũng được cấu tạo theo cách gần như tương tự. Nếu bạn có thể cắt đôi nó, bạn sẽ tìm thấy một số lớp với các thành phần riêng biệt của chúng.
Lõi của Ganymede được làm bằng sắt, giống như lõi của các hành tinh thực sự như Trái Đất. Một số nhà khoa học hành tinh nghi ngờ rằng lõi của Ganymede thậm chí có thể bị nóng chảy. Dường như, mặt trăng lớn nhất của Sao Mộc có nhiều điểm chung với Trái Đất hơn chúng ta nghĩ.
Tuy nhiên, cách duy nhất để chắc chắn về điều này là xem xét kỹ hơn bằng các dụng cụ chuyên dụng. Đây là một trong những điều mà tàu vũ trụ Juice của ESA muốn tìm hiểu thêm. Khi đến Ganymede, tìm hiểu về lõi của mặt trăng là một trong những mục tiêu khoa học chính của nó.
Một mặt trăng từ tính
Lõi sắt của Trái Đất là thứ tạo ra từ trường của hành tinh chúng ta, bảo vệ bề mặt của nó — và chúng ta — khỏi bức xạ vũ trụ gây hại. Vì Ganymede cũng có lõi sắt nên nó cũng có từ trường.
Trên thực tế, như NASA giải thích, đó là mặt trăng duy nhất trong Hệ Mặt Trời có từ trường giống như một hành tinh. Từ trường của Ganymede rất có thể được tạo ra bởi lõi của nó, nhưng một số quan sát cho thấy có thứ gì đó khác trên mặt trăng này đã ảnh hưởng đến từ tính của nó. Các quan sát về từ trường của Ganymede gợi ý rằng nó có thể ẩn chứa một lượng nước lỏng khổng lồ dưới bề mặt, ảnh hưởng đến hình dạng từ trường của mặt trăng này.
Tuy nhiên, không giống như Trái Đất, từ trường của Ganymede khá yếu. Ngay cả ở mức mạnh nhất, nó vẫn yếu hơn từ trường mỏng manh của Sao Hỏa. Trong khi đó, Sao Hỏa có từ trường yếu hơn Trái Đất khoảng 40 lần.
Từ tính của Trái Đất giữ cho bề mặt của nó được che chắn, thì từ trường của Ganymede dường như quá yếu để thực hiện nhiệm vụ tương tự. Nó có thể sẽ không làm được gì nhiều để bảo vệ bất kỳ nhà du hành vũ trụ nào trong tương lai có thể hạ cánh ở đó.
Sao Thổ vượt sao Mộc trong cuộc đua sở hữu nhiều mặt trăng nhất hệ Mặt trời Với 28 mặt trăng mới được phát hiện, sao Thổ vượt qua sao Mộc trong cuộc đua có nhiều mặt trăng nhất hệ Mặt trời. Đồng thời, đây là lần đầu tiên hệ Mặt trời có hành tinh sở hữu hơn 100 mặt trăng. Lần đầu hệ Mặt trời có hành tinh sở hữu hơn 100 mặt trăng Sao Mộc có thể được...
