Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Lịch sử của hệ Trái đất-Mặt trăng vẫn còn bí ẩn. Các nhà khoa học tin rằng cả hai hình thành khi một cơ thể có kích thước sao Hỏa va chạm với Trái đất nguyên sinh. Trái đất cuối cùng trở thành con gái lớn hơn của vụ va chạm này và giữ lại đủ nhiệt để hoạt động kiến tạo. Mặt trăng, nhỏ hơn, có khả năng hạ nhiệt nhanh hơn và ‘đóng băng’ về mặt địa chất. Sự năng động rõ ràng của Mặt trăng thách thức ý tưởng này. Dữ liệu mới cho thấy điều này là do các nguyên tố phóng xạ được phân phối duy nhất sau vụ va chạm hình thành Mặt trăng thảm khốc.
Lịch sử của hệ Trái đất-Mặt trăng vẫn còn bí ẩn. Các nhà khoa học tin rằng cả hai hình thành khi một cơ thể có kích thước sao Hỏa va chạm với Trái đất nguyên sinh. Trái đất cuối cùng trở thành con gái lớn hơn của vụ va chạm này và giữ lại đủ nhiệt để hoạt động kiến tạo. Mặt trăng nhỏ hơn có khả năng hạ nhiệt nhanh hơn và ‘đóng băng’ về mặt địa chất. Sự năng động ban đầu rõ ràng của Mặt trăng thách thức ý tưởng này.
Dữ liệu mới cho thấy điều này là do các nguyên tố phóng xạ được phân phối duy nhất sau vụ va chạm hình thành Mặt trăng thảm khốc. Mặt trăng của Trái đất cùng với Mặt trời là một vật thể thống trị trên bầu trời của chúng ta và cung cấp nhiều đặc điểm có thể quan sát được khiến các nhà khoa học bận rộn cố gắng giải thích hành tinh của chúng ta và Hệ Mặt trời hình thành như thế nào. Hầu hết các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta đều có vệ tinh. Ví dụ, Sao Hỏa có hai mặt trăng, Sao Mộc có 79 và Sao Hải Vương có 14. Một số mặt trăng bị đóng băng, một số là đá, một số vẫn hoạt động về mặt địa chất và một số tương đối không hoạt động. Làm thế nào các hành tinh có vệ tinh của chúng và tại sao chúng có các tính chất mà chúng làm là những câu hỏi có thể làm sáng tỏ nhiều khía cạnh của sự phát triển của Hệ Mặt trời đầu tiên.
Mặt trăng là một khối đá tương đối lạnh với một lượng nước hạn chế và ít xử lý kiến tạo. Các nhà khoa học hiện tin rằng hệ Mặt trăng Trái đất hình thành khi một cơ thể có kích thước sao Hỏa có tên là Theia – người trong thần thoại Hy Lạp là mẹ của Selene, nữ thần Mặt trăng – va chạm thảm khốc với Trái đất nguyên sinh, gây ra các thành phần của cả hai cơ thể trộn.
Các mảnh vỡ của vụ va chạm này được cho là có khá nhanh, có lẽ trong vài triệu năm, được tách ra để tạo thành Trái đất và Mặt trăng. Trái đất cuối cùng đã lớn hơn và phát triển ở một điểm ngọt ngào về kích thước của nó là phù hợp để nó trở thành một hành tinh năng động với bầu khí quyển và đại dương. Mặt trăng của Trái đất cuối cùng nhỏ hơn và không có đủ khối lượng để lưu trữ các đặc điểm này. Do đó, việc giữ lại các chất dễ bay hơi như nước hoặc khí tạo thành bầu khí quyển của chúng ta, hoặc giữ lại nhiệt lượng bên trong đủ để duy trì núi lửa và kiến tạo hành tinh dài hạn, là đặc trưng cho cách xảy ra vụ va chạm hình thành Mặt trăng Trái đất. Nhiều thập kỷ quan sát đã chứng minh rằng lịch sử mặt trăng năng động hơn nhiều so với dự kiến với hoạt động từ núi lửa và từ trường xảy ra gần đây như 1 tỷ năm trước, muộn hơn nhiều so với dự kiến.
Một manh mối về lý do tại sao phía gần và xa của Mặt trăng rất khác nhau đến từ sự bất đối xứng mạnh mẽ có thể quan sát được trong các đặc điểm bề mặt của nó. Ở phía bên trái của Mặt trăng gần mặt, vào bất kỳ đêm hay ngày nào, người ta có thể quan sát các mảng tối và sáng bằng mắt thường. Các nhà thiên văn học ban đầu đặt tên cho các vùng tối này là ‘maria’, tiếng Latin nghĩa là ‘biển’, nghĩ rằng chúng là những khối nước tương tự Trái đất. Sử dụng kính viễn vọng, các nhà khoa học đã có thể tìm ra cách đây hơn một thế kỷ rằng những con người này thực tế không phải là biển, mà nhiều khả năng là các miệng núi lửa hoặc các đặc điểm núi lửa.
Trước đó, hầu hết các nhà khoa học đều cho rằng phía xa của Mặt trăng, thứ mà họ sẽ không bao giờ có thể nhìn thấy, ít nhiều giống như phía gần.
Tuy nhiên, do Mặt trăng tương đối gần Trái đất, chỉ cách khoảng 380.000 km, Mặt trăng là cơ thể Hệ Mặt trời đầu tiên con người có thể khám phá, đầu tiên sử dụng tàu vũ trụ không có người lái và sau đó là ‘người’. Vào cuối những năm 1950 và đầu những năm 1960, các tàu thăm dò không gian phi hành đoàn do Liên Xô đưa ra đã trả lại những hình ảnh đầu tiên về phía xa của Mặt trăng và các nhà khoa học đã rất ngạc nhiên khi thấy hai bên rất khác nhau. Phía xa gần như không có maria. Chỉ có 1% phía xa được phủ maria so với ~ 31% cho phía gần. Các nhà khoa học đã rất bối rối, nhưng họ nghi ngờ sự bất cân xứng này đang đưa ra manh mối về cách Mặt trăng hình thành.
Vào cuối những năm 1960 và đầu những năm 1970, các sứ mệnh Apollo của NASA đã hạ cánh sáu tàu vũ trụ trên Mặt trăng và các phi hành gia đã mang về 382 kg đá Mặt trăng để cố gắng tìm hiểu nguồn gốc của Mặt trăng bằng phân tích hóa học. Có mẫu trong tay, các nhà khoa học nhanh chóng tìm ra bóng tối tương đối của các mảng này là do thành phần địa chất của chúng và trên thực tế, chúng là do núi lửa. Họ cũng xác định một loại chữ ký đá mới mà họ đặt tên là KREEP – viết tắt của đá được làm giàu bằng kali (ký hiệu hóa học K), các nguyên tố đất hiếm (REE, bao gồm xeri, dysprosium, erbium, europium và các nguyên tố khác hiếm gặp trên Trái đất) và phốt pho (ký hiệu hóa học P) – liên quan đến maria.
Giờ đây, bằng cách sử dụng kết hợp quan sát, thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và mô hình máy tính, các nhà khoa học từ Viện Khoa học Sự sống Trái đất tại Viện Công nghệ Tokyo, Đại học Florida, Viện Khoa học Carnegie, Đại học Towson, Trung tâm Vũ trụ NASA Johnson và Đại học New Mexico đã mang đến một số manh mối mới về cách Mặt trăng có được sự bất đối xứng gần và xa. Những manh mối này được liên kết với một tài sản quan trọng của KREEP.
Kali (K), thorium (Th) và uranium (U), quan trọng đối với câu chuyện này, các yếu tố không ổn định phóng xạ. Điều này có nghĩa là chúng xảy ra trong một loạt các cấu hình nguyên tử có số lượng neutron thay đổi. Các nguyên tử thành phần biến đổi này được gọi là ‘đồng vị’, một số trong đó không ổn định và rơi ra để tạo ra các nguyên tố khác, tạo ra nhiệt.
Nhiệt từ sự phân rã phóng xạ của các nguyên tố này có thể giúp làm tan chảy những tảng đá mà chúng chứa trong đó, điều này có thể giải thích phần nào sự đồng địa hóa của chúng.
Nghiên cứu này cho thấy, ngoài việc tăng cường sưởi ấm, việc đưa thành phần KREEP vào đá cũng làm giảm nhiệt độ nóng chảy của chúng, kết hợp hoạt động núi lửa dự kiến từ các mô hình phân rã phóng xạ đơn giản. Bởi vì hầu hết các dòng dung nham này đã xuất hiện sớm trong lịch sử mặt trăng, nghiên cứu này cũng bổ sung các hạn chế về thời gian tiến hóa của Mặt trăng và thứ tự diễn ra các quá trình khác nhau trên Mặt trăng.
Công việc này đòi hỏi sự hợp tác giữa các nhà khoa học làm việc trên lý thuyết và thí nghiệm. Sau khi tiến hành các thí nghiệm nóng chảy ở nhiệt độ cao của các loại đá với các thành phần KREEP khác nhau, nhóm nghiên cứu đã phân tích ý nghĩa của việc này đối với thời gian và khối lượng hoạt động của núi lửa ở bề mặt mặt trăng, cung cấp cái nhìn sâu sắc quan trọng về giai đoạn tiến hóa đầu tiên của hệ Mặt trăng.
Đồng tác giả ELSI Matthieu Laneuville nhận xét, ‘Do thiếu quá trình xói mòn, bề mặt Mặt trăng ghi lại các sự kiện địa chất từ lịch sử ban đầu của Hệ Mặt trời. Đặc biệt, các khu vực ở gần Mặt trăng có nồng độ các nguyên tố phóng xạ như U và Th không giống bất kỳ nơi nào khác trên Mặt trăng. Hiểu được nguồn gốc của những sự làm giàu U và Th cục bộ này có thể giúp giải thích các giai đoạn đầu của sự hình thành Mặt trăng và, do đó, là điều kiện trên Trái đất sơ khai. ‘
Kết quả từ nghiên cứu này cho thấy rằng maria làm giàu KREEP của Mặt trăng đã ảnh hưởng đến sự tiến hóa của Mặt trăng kể từ khi Mặt trăng hình thành. Laneuville nghĩ rằng bằng chứng cho các loại quá trình tự khuếch đại, không đối xứng này có thể được tìm thấy trong các mặt trăng khác trong Hệ Mặt trời của chúng ta và có thể có mặt khắp nơi trên các khối đá trên khắp Vũ trụ.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Viện Công nghệ Tokyo . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :