Các nhà khoa học của Viện Nghiên cứu Tây Nam (SwRI - Texas, Mỹ) đã đặt ra giả thiết về sự ra đời dữ dội của các vệ tinh nhỏ Phobos và Deimos của Sao Hỏa, nhưng trên phạm vi nhỏ hơn nhiều so với cuộc va chạm khổng lồ được cho là khai sinh ra hệ Trái Đất – Mặt Trăng. Nghiên cứu chỉ ra rằng sự va chạm giữa Sao Hỏa và một vật thể có kích thước cỡ hành tinh lùn có lẽ đã tạo ra hai vệ tinh này, theo như thông tin chi tiết trong một bài báo được công bố trên tạp chí Science Advances (Tiến bộ Khoa Học).
Bài toán về nguồn gốc các vệ tinh này của Hành tinh Đỏ đã được tranh cãi trong nhiều thập kỷ. Câu hỏi đặt ra là liệu các thiên thể này là tiểu hành tinh bị giữ lại nguyên vẹn bởi lực hấp dẫn của Sao Hỏa hay chúng được hình thành từ một đĩa vật chất quanh xích đạo, cách giải thích phù hợp nhất cho quỹ đạo gần tròn và đồng phẳng của chúng.
Việc hình thành đĩa vật chất do va chạm với Sao Hỏa dường như đầy hứa hẹn, nhưng những mô hình trước đó về quá trình này bị đã hạn chế bởi độ phân giải số thấp và kỹ thuật mô hình quá đơn giản.
“Mô hình của chúng tôi là mô hình tự đồng bộ đầu tiên trong việc xác định loại va chạm cần thiết để có thể dẫn đến việc hình thành hai vệ tinh nhỏ của Sao Hỏa,” trưởng nhóm tác giả, Tiến sĩ Robin Canup, phó chủ tịch của Phòng Khoa học và Kỹ thuật Không gian SwRI cho biết. Canup là một trong số những nhà khoa học tiên phong sử dụng các mô phỏng thủy động học trên quy mô lớn trong việc mô tả những sự va chạm ở quy mô hành tinh, bao gồm cả mô hình hình thành Trái Đất – Mặt Trăng hiện tại.
“Kết quả quan trọng nhất của nghiên cứu mới đây liên quan đến kích cỡ của vật va chạm; chúng tôi nhận thấy một vật va chạm có kích thước lớn – tương tự với kích thước của hai tiểu hành tinh lớn nhất là Vesta và Ceres – là cần thiết, hơn là một vật thể có kích thước khổng lồ,” Canup cho biết. “Mô hình còn tiên đoán rằng hai vệ tinh này về cơ bản được hình thành từ các vật liệu có nguồn gốc Sao Hỏa, do đó thành phần cấu tạo của nó sẽ tương tự với Sao Hỏa về phần lớn các nguyên tố. Tuy nhiên, nhiệt thoát ra từ bề mặt cũng như vận tốc thoát thấp của Sao Hỏa cho thấy có tình trạng mất hơi nước, có nghĩa rằng bề mặt các vệ tinh sẽ khô nếu chúng hình thành bởi va chạm.”
Mô hình Sao Hỏa mới đã ủng hộ cho vật thể va chạm có kích thước nhỏ hơn nhiều so với kích thước chúng được xem xét trước đây. Mặt Trăng của chúng ta có thể đã hình thành khi một vật thể có kích thước Sao Hỏa đâm vào Trái Đất sơ khai 4,5 tỷ năm trước, và những mảnh vỡ vật chất của cuộc va chạm đã tạo nên hệ Trái Đất – Mặt Trăng ngày nay. Đường kính của Trái Đất là gần 13.000 km trong khi đường kính sao Hỏa chỉ gần 7.000 km. Đường kính của Mặt Trăng khoảng hơn 3.000 km, hơn ¼ đường kính Trái Đất.
Mặc dù được hình thành trong cùng một khung thời gian, Deimos và Phobos có kích thước rất nhỏ, lần lượt là 12 và 22,5 km, chuyển động trên quỹ đạo rất gần Sao Hỏa. Kích thước vật va chạm hình thành nên Phobos và Deimos được cho là nằm trong khoảng giữa kích thước tiểu hành tinh Vesta, có đường kính 524 km và hành tinh lùn Ceres, có kích thước 945 km.
“Chúng tôi đã sử dụng những mô hình hiện đại nhất để chứng minh rằng một vật va chạm có kích cỡ từ Vesta đến Ceres có thể tạo nên một đĩa vật chất phù hợp với sự hình thành các vệ tinh của Sao Hỏa,” tác giả thứ 2 của bài báo, Tiến sĩ Julien Salmon, một nhà khoa học nghiên cứu của SwRI cho biết. “Phần bên ngoài của đĩa đã tạo thành Phobos và Deimos, trong khi phần bên trong tạo ra các vệ tinh lớn hơn - mà cuối cùng đã chuyển động xoắn vào phía trong và sáp nhập với Sao Hỏa. Nếu va chạm lớn hơn thì nó đã tạo ra những đĩa vật chất rất lớn với nhiều vệ tinh lớn hơn ở phía trong và ngăn cản sự tồn tại của các mặt trăng nhỏ hơn như Phobos và Deimos.”
Những nghiên cứu này rất quan trọng đối với sứ mệnh thăm dò các vệ tinh Sao Hỏa (MMX) của Cơ quan không gian Nhật Bản (JAXA), được lên kế hoạch phóng vào năm 2024 và bao gồm một thiết bị do NASA cung cấp. Tàu không gian MMX sẽ ghé thăm hai vệ tinh của Sao Hỏa, hạ cánh trên bề mặt của Phobos, sưu tập những mẫu vật và quay trở lại Trái Đất vào năm 2029.
“Mục tiêu cơ bản của sứ mệnh MMX là xác định nguồn gốc các vệ tinh của Sao Hỏa, và việc có được một mô hình dự đoán thành phần cấu tạo của các vệ tinh này nếu chúng hình thành bởi va chạm mang lại một đầu mối then chốt cho việc đạt được mục đích này,” Canup nói.
Thu Trang
Theo Science Daily
