Các nhà khoa học tại Viện Nghiên Cứu Tây Nam - SwRI (Mỹ) đã có thể lý giải tại sao Sao Hỏa nhỏ hơn nhiều so với Trái Đất bằng cách sử dụng một phương pháp mới trong mô hình cấu thành các hành tinh, trong đó các hành tinh lớn lên từ các thiên thể nhỏ mà các nhà khoa học gọi là "sỏi". Quá trình này cũng giải thích sự tạo thành nhanh chóng của Sao Mộc và Sao Thổ, như đã được thông báo đầu năm nay.
"Mô phỏng số này có thể tái tạo cấu trúc bên trong Hệ Mặt Trời với Trái Đất, Sao Kim và một Sao Hỏa nhỏ hơn", theo Hal Levison, một nhà khoa học tại SwRI.
Thực tế rằng Sao Hỏa chỉ có khối lượng bằng 10% Trái Đất đã luôn là một điều khó lý giải trong một thời gian dài đối với các nhà nghiên cứu Hệ Mặt Trời. Theo mô hình chuẩn của việc tạo thành hành tinh, những thiên thể có kích cỡ tương đương nhau sẽ hợp lại và đồng hóa qua một quá trình được gọi là bồi tụ; đá kết hợp với những khối đá khác trở thành núi, sau đó các núi hợp lại với nhau thành những vật thể có kích cỡ ngang các thành phố,.... Các mô hình bồi tụ đã cho thấy Sao Hỏa nên có kích cỡ tương đương hoặc lớn hơn Trái Đất và Sao Kim. Ngoài ra, các mô hình này cũng ước tính hơi quá khối lượng tổng của vành đai tiểu hành tinh.
"Hiểu chính xác tại sao Sao Hỏa nhỏ hơn Trái Đất so với dự đoán đã là một vấn đề lớn gây ảnh hưởng đến nỗ lực trong việc mô phỏng của chúng tôi suốt nhiều thập kỷ", Levison nói, "Và giờ chúng tôi đã tìm ra giải pháp phát sinh trực tiếp ở ngay quá trình tạo thành hành tinh".
Những tính toán mới của Levison cùng các đồng tác giả Katherine Kretke, Kevin Walsh và Bill Bottke tại SwRI theo sát sự phát triển và tiến hóa của một hệ hành tinh. Họ chứng minh cấu trúc bên trong Hệ Mặt Trời thực chất là kết quả tự nhiên của một quá trình phát triển hành tinh mới có tên là VSPA (Viscously Stirred Pebble Accretion). Theo mô hình này, bụi kết hợp và lớn lên tạo thành "sỏi" - vật thể có đường kính chỉ vài centimet, một số chúng hợp lại dưới tác dụng của hấp dẫn tạo thành các thiên thể có kích thước tiểu hành tinh. Trong điều kiện thích hợp, những tiểu hành tinh nguyên thuỷ này có thể cuốn lấy số sỏi còn lại vào quĩ đạo dưới dạng lực kéo khí động học làm chúng xoáy dần vào trong cho tới khi hợp nhất vào thành một phần của hành tinh đang lớn lên. Điều này cho phép các tiểu hành tinh có kích thước hành tinh trong thời gian tương đối ngắn.
Tuy nhiên, những mô hình mới này tìm ra rằng không phải mọi tiểu hành tinh nguyên thuỷ đều có vị trí như nhau để có thể bồi tụ sỏi và lớn lên. Chẳng hạn, một thiên thể với kích thước của Ceres (đường kính khoảng 600 dặm) - lớn nhất trong vành đai tiểu hành tinh, có thể đã lớn lên nhanh chóng ở khu vực vị trí hiện tại của Trái Đất, nhưng nó lại không thể như thế ở khu vực của Sao Hoả và xa hơn. Đó là do lực kéo khí động học là quá yếu để tóm lại sỏi xung quanh.
"Điều đó có nghĩa là rất ít sỏi va chạm với các thiên thể ở khu vực gần Sao Hoả. Nó cung cấp một cách giải thích tự nhiên về việc tại sao hành tinh này lại nhỏ như thế." Kretke cho biết, "Tương tự nhue vậy, còn có ít vật thể va chạm hơn ở vành đai tiểu hành tinh. Nơi duy nhất mà tăng trưởng theo cách đó hiệu quả là khu vực của Trái Đất và Sao Kim."
"Mô hình này có ý nghĩa lớn đối với lịch sử của vành đai tiểu hành tinh," Botke nói. Các mô hình trước đã dự đoán rằng vành đai này ban đầu chứa lượng vật chất tương đương với vài lần Trái Đất, có nghĩa là các hành tinh đã bắt đầu hình thành tại đây. Mô hình mới dự đoán rằng vành đai tiểu hành tinh chưa bao giờ có nhiều khối lượng trong các thiên thể như tiểu hành tinh đang được quan sát.
Tuấn Phong (VACA)
Theo Science Daily
