Bề mặt Mặt Trăng có thể không chỉ là một cảnh quan đầy bụi và cằn cỗi. Trong suốt hàng tỷ năm, những hạt cực nhỏ từ khí quyển Trái Đất đã rơi xuống lớp đất trên Mặt Trăng, tạo nên một nguồn đầy tiềm năng các chất có thể duy trì sự sống cho các phi hành gia trong tương lai. Tuy nhiên, chỉ gần đây các nhà khoa học mới bắt đầu hiểu được cách những hạt này thực hiện hành trình dài từ Trái Đất đến Mặt Trăng, cũng như quá trình này đã diễn ra trong bao lâu.
Nghiên cứu mới từ Đại học Rochester, được công bố trên Communications Earth & Environment, cho thấy từ trường của Trái Đất thực sự có thể đẩy các hạt trong khí quyển theo gió Mặt Trời để chúng đi vào không gian. Vì từ trường của Trái Đất đã tồn tại hàng tỷ năm, quá trình này có thể đã liên tục chuyển các hạt từ Trái Đất sang Mặt Trăng trong những khoảng thời gian rất dài.
“Bằng cách kết hợp dữ liệu từ các hạt được bảo tồn trong đất Mặt Trăng với mô hình tính toán về cách mà gió Mặt Trời tương tác với khí quyển Trái Đất, chúng tôi có thể lần theo lịch sử khí quyển và từ trường của Trái Đất,” Eric Blackman, giáo sư Khoa Vật lý và Thiên văn học và là nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Laser (LLE) của Đại học Rochester, cho biết.
Các kết quả này cho thấy đất Mặt Trăng không chỉ lưu giữ hồ sơ dài hạn về khí quyển Trái Đất mà còn có thể giá trị hơn nhiều so với những gì các nhà khoa học từng nghĩ đối với các nhà thám hiểm không gian trong tương lai, những người sẽ sinh sống và làm việc trên Mặt Trăng.
Những manh mối từ đất Mặt Trăng
Các mẫu đất do các sứ mệnh Apollo mang về Trái Đất trong thập niên 1970 đã cung cấp cho các nhà khoa học nhiều manh mối quan trọng. Các nghiên cứu về những mẫu này cho thấy bề mặt đầy bụi của Mặt Trăng - được gọi là regolith - chứa các chất dễ bay hơi như nước, carbon dioxide, helium, argon và nitrogen. Một phần các chất dễ bay hơi này đến từ dòng hạt mang điện liên tục phát ra từ Mặt Trời, được gọi là gió Mặt Trời. Tuy nhiên, hàm lượng của chúng - đặc biệt là nitrogen - quá cao để có thể giải thích chỉ bằng gió Mặt Trời.
Năm 2005, một nhóm do các nhà nghiên cứu từ Đại học Tokyo dẫn đầu đã đề xuất rằng một phần các chất dễ bay hơi này có thể có nguồn gốc từ khí quyển Trái Đất. Họ cho rằng điều này chỉ có thể xảy ra trước khi Trái Đất hình thành từ trường, vì họ giả định rằng từ trường sẽ ngăn cản các hạt khí quyển thoát ra không gian.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại Đại học Rochester phát hiện rằng quá trình này có thể diễn ra theo một cách khác.
Mô phỏng cách khí quyển Trái Đất đến được Mặt Trăng
Nhóm nghiên cứu của Đại học Rochester - bao gồm Shubhonkar Paramanick, nghiên cứu sinh Khoa Vật lý và Thiên văn học và là học giả Horton tại LLE; John Tarduno, Giáo sư William R. Kenan, Jr. thuộc Khoa Khoa học Trái Đất và Môi trường; và Jonathan Carroll-Nellenback, nhà khoa học tính toán tại Trung tâm Nghiên cứu Tích hợp về Tính toán và phó giáo sư Khoa Vật lý và Thiên văn học - đã sử dụng các mô phỏng máy tính để mô hình hóa cách thức và thời điểm regolith có thể đã thu nhận các nguyên tố được tìm thấy trong các mẫu của Apollo.
Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra hai kịch bản. Một kịch bản mô phỏng “Trái Đất sơ khai” không có từ trường và chịu tác động của gió Mặt Trời mạnh hơn. Kịch bản còn lại mô phỏng “Trái Đất hiện tại” với từ trường mạnh và gió Mặt Trời yếu hơn. Các mô phỏng cho thấy quá trình chuyển hạt diễn ra hiệu quả nhất trong kịch bản Trái Đất hiện tại.
Trong trường hợp này, các hạt mang điện từ khí quyển Trái Đất bị gió Mặt Trời đánh bật ra và được dẫn dọc theo các đường sức từ của Trái Đất. Một số đường sức này kéo dài đủ xa vào không gian để chạm tới Mặt Trăng. Trong suốt hàng tỷ năm, hiệu ứng “phễu” này đã giúp những lượng rất nhỏ khí quyển Trái Đất lắng đọng lên bề mặt Mặt Trăng.
Bảo tồn quá khứ và hỗ trợ tương lai
Sự trao đổi hạt trong thời gian dài này có nghĩa là Mặt Trăng có thể lưu giữ một hồ sơ hóa học của khí quyển Trái Đất. Do đó, việc nghiên cứu đất Mặt Trăng có thể mang lại cho các nhà khoa học một cơ hội hiếm hoi để hiểu cách khí hậu, đại dương và thậm chí cả sự sống trên Trái Đất đã tiến hóa trong hàng tỷ năm.
Việc các hạt được chuyển sang một cách ổn định và lâu dài cũng cho thấy đất Mặt Trăng chứa nhiều chất dễ bay hơi hơn so với ước đoán trước đây. Các nguyên tố như nước và nitrogen có thể hỗ trợ sự hiện diện lâu dài của con người trên Mặt Trăng, giảm nhu cầu vận chuyển vật tư từ Trái Đất và khiến việc thám hiểm Mặt Trăng trở nên khả thi hơn.
“Nghiên cứu của chúng tôi cũng có thể có những hệ quả rộng hơn trong việc hiểu quá trình thất thoát khí quyển ban đầu trên các hành tinh như Sao Hỏa, hành tinh hiện không có từ trường toàn cầu nhưng trong quá khứ từng có từ trường tương tự Trái Đất, cùng với một khí quyển dày hơn,” Paramanick cho biết. “Bằng cách xem xét sự tiến hóa hành tinh song song với quá trình thất thoát khí quyển qua các thời kỳ khác nhau, chúng ta có thể hiểu rõ hơn cách những quá trình này định hình khả năng ở được của các hành tinh.”
Lyr
Theo Phys.org
