Theo giả thuyết được ủng hộ rộng rãi về cách mà hệ Trái Đất - Mặt Trăng hình thành (được gọi là "giả thuyết va chạm lớn"), một vật thể có kích thước tương đương Sao Hỏa (được đặt tên là Theia) đã va chạm với Trái Đất sơ khai cách đây khoảng 4,5 tỷ năm. Va chạm này khiến cả hai vật thể tan chảy thành dung nham, sau đó dần kết tụ và nguội đi để hình thành Trái Đất và Mặt Trăng. Theo thời gian, Mặt Trăng di chuyển dần ra xa, cuối cùng đạt đến quỹ đạo khóa triều hiện tại, với một mặt luôn hướng về Trái Đất. Trong nhiều thập kỷ, giới khoa học đã tranh luận về nguồn gốc của Theia: liệu nó hình thành trong vùng trong hoặc vùng ngoài của Hệ Mặt Trời?
Theo một nghiên cứu mới từ Viện Nghiên cứu Hệ Mặt Trời Max Planck (MPS), Theia và Trái Đất thực ra là “hàng xóm”. Trong một bài báo được công bố gần đây, nhóm nghiên cứu cho rằng Theia có khả năng hình thành trong vùng trong của Hệ Mặt Trời. Phân tích này dựa trên việc so sánh tỷ lệ đồng vị sắt trong các mẫu đá Mặt Trăng do các phi hành gia Apollo mang về, so với đá trên Trái Đất. Nhờ đó, nhóm có thể giới hạn thành phần của Theia và truy vết nguồn gốc của nó.
Nhóm nghiên cứu do Timo Hopp - nhà địa chất và quản lý phòng thí nghiệm tại MPS và Khoa Khoa học Địa vật lý, Đại học Chicago - dẫn đầu. Ông cùng các cộng sự đến từ hai viện trên, cũng như từ Khoa Khoa học Trái Đất và Hành tinh, Đại học Hong Kong; Phòng thí nghiệm Dung nham và Núi lửa của CNRS, Đại học Clermont Auvergne; và Khoa Khoa học Trái Đất và Môi trường, Đại học Bang Michigan. Nghiên cứu của họ, với tiêu đề “Thiên thể va chạm hình thành Mặt Trăng - Theia - có nguồn gốc từ vùng trong của Hệ Mặt Trời”, được công bố ngày 20 tháng 11 trên tạp chí Science.
Dấu vết từ quá khứ va chạm
Các nhà khoa học bắt đầu nghi ngờ rằng Trái Đất và Mặt Trăng hình thành cùng nhau từ khi các phi hành gia Apollo mang về các mẫu đá Mặt Trăng. Phân tích cho thấy lớp vỏ Mặt Trăng rất giống Trái Đất, chủ yếu gồm các khoáng silicat và kim loại. Các phép đo địa chấn cũng chỉ ra Mặt Trăng có cấu trúc tương tự Trái Đất: lớp vỏ và lớp phủ bằng silicat, cùng với lõi sắt-niken. Điều này dẫn đến Giả thuyết Va chạm Lớn, nhưng vẫn còn nhiều câu hỏi chưa rõ về kích thước, thành phần, và vị trí hình thành của Theia.
Với số phận thảm khốc của Theia và thời gian đã trôi qua, việc trả lời những câu hỏi trên là vô cùng khó khăn. Tuy nhiên, tàn dư của Theia vẫn còn tồn tại trong các mẫu đá trên Trái Đất và Mặt Trăng, cho phép các nhà khoa học so sánh và xác định nguồn gốc. Đó cũng chính là phương pháp mà Hopp và cộng sự đã áp dụng: họ phân tích các đồng vị sắt trong 15 mẫu đá trên Trái Đất và 6 mẫu đá Mặt Trăng, rồi so sánh chúng với nhau và với nhiều thiên thạch khác. Tỷ lệ các đồng vị trong một thiên thể có thể tiết lộ nơi nó hình thành, vì các nhà khoa học cho rằng các đồng vị không được phân bố đều trong Hệ Mặt Trời sơ khai.
Tóm lại, người ta giả thuyết rằng hàng tỷ năm trước, khi các hành tinh đang hình thành, các đồng vị của sắt, silic, carbon và các nguyên tố cơ bản khác có tỷ lệ phân bố khác nhau giữa vùng ngoài và vùng trong của Hệ Mặt Trời. Bên cạnh sắt, nhóm nghiên cứu cũng phân tích các đồng vị của chromium, molybdenum và zirconium. Đồng tác giả Nicolas Dauphas từ Đại học Chicago và Đại học Hong Kong giải thích:
“Các nguyên tố này có ái lực khác nhau đối với kim loại, do đó phân bổ vào lớp phủ hành tinh với tỷ lệ khác nhau, đó là lý do tại sao vàng lại hiếm và quý đến vậy! Chúng cho ta cái nhìn về các giai đoạn khác nhau trong quá trình hình thành hành tinh.”
Ở thời điểm 2:29 của video này, bạn có thể thấy một mô phỏng ngắn về cách Mặt Trăng hình thành từ va chạm của Trái Đất với Theia.
Trái Đất và Mặt Trăng: cùng nguồn gốc?
Sử dụng các tính toán khối lượng cân bằng có độ chính xác chưa từng có, nhóm nghiên cứu phát hiện rằng Trái Đất và Mặt Trăng có thành phần đồng vị sắt độc lập với khối lượng giống hệt nhau. Điều này củng cố các kết quả trước đó đối với các nguyên tố khác như chromium, calcium, titanium và zirconium, vốn cũng chỉ ra Trái Đất và Mặt Trăng không thể phân biệt nếu dựa trên các đồng vị này. Tuy nhiên, các điểm tương đồng này lại không đủ để đưa ra kết luận trực tiếp về Theia, do còn quá nhiều kịch bản va chạm khả dĩ và nhiều yếu tố chưa rõ về cách vật liệu được phân tán sau vụ va chạm.
Dù phần lớn các mô hình cho rằng Mặt Trăng hình thành gần như hoàn toàn từ vật chất của Theia, một số lại cho rằng nó chủ yếu đến từ lớp phủ của Trái Đất sơ khai. Ngoài ra, cũng có khả năng vật chất từ Trái Đất và Theia đã trộn lẫn đến mức không thể tách biệt. Tuy nhiên, kết quả của nhóm cho phép họ xét đến nhiều kịch bản với các thành phần và kích thước khác nhau của Theia và Trái Đất sơ khai. Từ đó, họ có thể vẽ nên bức tranh rõ hơn về các hành tinh và sự kiện va chạm đã hình thành nên hệ Trái Đất - Mặt Trăng ngày nay.
Kịch bản hợp lý nhất: “Hàng xóm” vùng trong của Hệ Mặt Trời
Kịch bản phù hợp nhất mà nhóm xác định được là: cả Theia và Trái Đất đều hình thành trong vùng trong của Hệ Mặt Trời. Kết luận này được củng cố bởi việc nhóm phân tích các thiên thạch, vốn là vật chất còn sót lại từ thời kỳ đầu của Hệ Mặt Trời (và mỗi loại thiên thạch hình thành trong các vùng khác nhau). Do đó, thiên thạch cung cấp bằng chứng về các vật liệu nền đã có mặt khi các hành tinh hình thành. Dựa vào phân tích, nhóm nghiên cứu xác định rằng Theia có khả năng đã hình thành gần Mặt Trời hơn cả Trái Đất.
“Kịch bản thuyết phục nhất là phần lớn các thành phần cấu tạo nên Trái Đất và Theia đều đến từ vùng trong của Hệ Mặt Trời,” Hopp cho biết. “Trái Đất và Theia rất có thể là hàng xóm của nhau.”
Những kết quả này cung cấp thêm manh mối về hình dạng của Hệ Mặt Trời sơ khai. Từ vụ va chạm khổng lồ hình thành hệ Trái Đất - Mặt Trăng, đến thời kỳ được gọi là "cuộc dội bom muộn", và việc các thiên thể bị đẩy từ vùng ngoài vào trong gây ra nhiều va chạm, có thể nói rằng “xóm” của chúng ta trong vũ trụ từng rất hỗn loạn và bạo lực! Nhưng cũng chính từ sự hủy diệt và tái tổ hợp đó mà Trái Đất và vệ tinh tự nhiên duy nhất của nó được hình thành, cuối cùng tạo điều kiện cho sự sống như ta biết ngày nay.
Như danh họa Pablo Picasso từng nói: “Mọi sáng tạo đều bắt đầu từ hủy diệt.”
Bryan
Theo Universetoday
