Các thí nghiệm mới đã chỉ ra rằng lõi của Sao Hỏa hình thành nhanh hơn nhiều so với lõi của Trái Đất, nhờ sắt nóng chảy và niken sunfua thấm xuống qua lớp đá rắn và vào trung tâm của Hành tinh Đỏ.
Các hành tinh được phân lớp, giống như một củ hành tây. Bề mặt mà chúng ta đang đứng là lớp vỏ, nằm trên lớp phủ. Sâu hơn nhiều, chúng ta tìm thấy một lõi ngoài rắn và một lõi trong nóng chảy, sự quay của lõi này có thể tạo ra một từ trường toàn cầu.
Các nhà khoa học hành tinh gọi sự phân lớp này là "phân biệt", theo nghĩa là các nguyên tố khác nhau có thể phân biệt chính chúng với nhau. Các nguyên tố nặng hơn, đặc biệt là sắt và niken, thường chìm xuống lõi của các hành tinh, trong khi các nguyên tố silicat nhẹ hơn vẫn nằm ở các lớp ngoài. Tuy nhiên, các nhà khoa học thường cho rằng để sắt và niken có thể chìm vào lõi hành tinh, thì bên trong hành tinh phải nóng chảy, chủ yếu là do nhiệt giải phóng từ quá trình phân rã phóng xạ của nhôm-26 và có thể là sắt-56.
Đây gần như chắc chắn là cách lõi Trái Đất hình thành, ít nhất là trong một quá trình mà các nhà khoa học ước tính mất một tỷ năm hoặc lâu hơn. Nhưng Sao Hỏa lại là một sự cố nhỏ trong câu chuyện này. Thiên thạch trên sao Hỏa chứa bằng chứng đồng vị phóng xạ nhạy cảm với sự hình thành lõi sao Hỏa, và bằng chứng này chỉ ra rằng lõi đó không hình thành trong hàng tỷ năm, mà chỉ trong vài triệu năm sau khi hệ mặt trời ra đời. Điều này ngụ ý rằng sao Hỏa phát triển nhanh hơn nhiều so với Trái Đất, nhưng các mô hình hình thành của hệ mặt trời đã phải vật lộn để tái tạo điều này.
Bây giờ, các nhà khoa học tại Phân ban Khoa học Khám phá và Nghiên cứu Vật liệu Thiên văn (ARES) của Trung tâm Vũ trụ Johnson của NASA cho rằng họ đã có câu trả lời. Họ có thể đã tìm ra cách sao Hỏa có thể hình thành lõi của nó nhanh như vậy mà không trải qua bất kỳ sự tăng trưởng bất thường nào ngay từ đầu.
Khoảng 4,5 tỷ đến 4,6 tỷ năm trước, các hành tinh đã hợp nhất lại từ một đĩa khí và bụi bao quanh mặt trời, được gọi là đĩa tiền hành tinh. Lực hấp dẫn của mặt trời sơ sinh đã kéo các nguyên tố và khoáng chất nặng nhất, bao gồm sắt và niken, vào nơi linh thiêng bên trong của đĩa. Trong khi đó, các vật liệu nhẹ hơn như nước và hydro nằm ở các phần bên ngoài của đĩa.
Nơi sao Hỏa hình thành nằm ở đâu đó giữa các phần đó. Vẫn còn rất nhiều sắt và niken trong vùng lân cận, nhưng cũng có chỗ cho các nguyên tố nhẹ hơn như oxy và lưu huỳnh. Nhóm nghiên cứu tại ARES nhận ra rằng điều này có thể ảnh hưởng đến cách lõi sao Hỏa hình thành, vì vậy họ đã thử nghiệm. Khi làm như vậy, họ đã đưa ra bằng chứng trực tiếp đầu tiên cho thấy sắt nóng chảy và niken sunfua có thể thấm qua các vết nứt nhỏ giữa các khoáng chất trong đá rắn, cuối cùng tích tụ trong lõi của một hành tinh chỉ sau vài triệu năm, rất lâu trước khi quá trình phân rã phóng xạ biến phần bên trong thành nóng chảy.
Các nhà khoa học, do Sam Crossley đứng đầu, người hiện đã chuyển từ ARES đến Đại học Arizona ở Tucson, đã tiến hành các thí nghiệm nhiệt độ cao tại NASA Phòng thí nghiệm thạch học thực nghiệm của Johnson, nung các mẫu đá giàu sunfat ở nhiệt độ hơn 1.020 độ C, đủ nóng để làm tan chảy sunfua — nhưng không phải đá silicat. Sau đó, họ tiến hành thăm dò các mẫu được nung nóng tại phòng chụp cắt lớp vi tính tia X của trung tâm vũ trụ để xem liệu các sulfua có thấm qua đá rắn hay không.
"Chúng tôi thực sự có thể thấy trong bản kết xuất 3D đầy đủ cách các hợp chất sulfua nóng chảy di chuyển qua mẫu thử nghiệm, thấm qua các vết nứt giữa các khoáng chất khác", Crossley cho biết trong statement.
Thật tuyệt khi chứng minh điều này trong điều kiện được kiểm soát bên trong phòng thí nghiệm, nhưng liệu nó có thực sự diễn ra trong lòng một thiên thể hành tinh không? Để chắc chắn, nhóm nghiên cứu đã phải kiểm tra lại giả thuyết của họ với vật liệu thực sự từng là một phần của thiên thể hành tinh.
"Chúng tôi đã thực hiện bước tiếp theo và tìm kiếm bằng chứng hóa học pháp y về quá trình thẩm thấu lưu huỳnh trong thiên thạch", Crossley cho biết. "Bằng cách làm tan chảy một phần các sulfua tổng hợp được pha với các kim loại nhóm platin, chúng tôi có thể tái tạo lại các mẫu hóa học bất thường giống như trong các thiên thạch giàu oxy, cung cấp bằng chứng mạnh mẽ cho thấy quá trình thẩm thấu sulfua đã xảy ra trong những điều kiện đó ở hệ mặt trời sơ khai."
Tuy nhiên, việc xác định các kim loại nhóm platin, cụ thể là iridi, osmi, paladi, platin và rutheni, mà không phá hủy các mẫu đòi hỏi một số kỹ thuật thông minh do nhà nghiên cứu Jake Setera của ARES đưa ra.
"Để xác nhận những gì hình ảnh 3D cho chúng ta thấy, chúng tôi cần phát triển một phương pháp cắt laser thích hợp có thể theo dõi các nguyên tố nhóm platin trong các mẫu thử nghiệm phức tạp này", Setera cho biết trong tuyên bố.
Phương pháp của Setera phát hiện ra rằng quá trình sulfua nóng chảy đi qua đá rắn để lại các cặn của các kim loại nhóm platin này trong các mẫu với số lượng trùng khớp với những cặn tìm thấy trong một số thiên thạch chondritic.
Các bài viết liên quan:
— Cơn lốc bụi trên sao Hỏa phá hỏng bức ảnh tự sướng của tàu thám hiểm Perseverance của NASA (ảnh)
— Bãi biển cổ đại trên sao Hỏa do tàu thám hiểm sao Hỏa của Trung Quốc phát hiện: 'Điều này củng cố lập luận về khả năng sinh sống trong quá khứ'
— Biến Hành tinh Đỏ thành màu xanh lá cây? Đã đến lúc nghiêm túc thực hiện cải tạo sao Hỏa, các nhà khoa học cho biết
"Điều này đã xác nhận giả thuyết của chúng tôi — rằng trong bối cảnh hành tinh, những khối tan chảy dày đặc này sẽ di chuyển đến trung tâm của một vật thể và hình thành lõi, thậm chí trước khi đá xung quanh bắt đầu tan chảy", Crossley cho biết.
Mô hình hình thành lõi này sẽ áp dụng cho tất cả các vật thể lớn quan trọng nằm ở vùng giữa của đĩa tiền hành tinh, không chỉ riêng sao Hỏa. Nói như vậy, xét đến câu đố về sự hình thành của sao Hỏa, những phát hiện này có khả năng trả lời một số câu hỏi cơ bản về những ngày đầu tiên của Hành tinh Đỏ và đưa ra dự đoán rằng lõi của sao Hỏa phải giàu lưu huỳnh. Và bạn có biết lưu huỳnh có mùi như thế nào không? Trứng thối.
Nghiên cứu được công bố vào ngày 4 tháng 4 trên tạp chí Truyền thông Nature.
Các hành tinh được phân lớp, giống như một củ hành tây. Bề mặt mà chúng ta đang đứng là lớp vỏ, nằm trên lớp phủ. Sâu hơn nhiều, chúng ta tìm thấy một lõi ngoài rắn và một lõi trong nóng chảy, sự quay của lõi này có thể tạo ra một từ trường toàn cầu.
Các nhà khoa học hành tinh gọi sự phân lớp này là "phân biệt", theo nghĩa là các nguyên tố khác nhau có thể phân biệt chính chúng với nhau. Các nguyên tố nặng hơn, đặc biệt là sắt và niken, thường chìm xuống lõi của các hành tinh, trong khi các nguyên tố silicat nhẹ hơn vẫn nằm ở các lớp ngoài. Tuy nhiên, các nhà khoa học thường cho rằng để sắt và niken có thể chìm vào lõi hành tinh, thì bên trong hành tinh phải nóng chảy, chủ yếu là do nhiệt giải phóng từ quá trình phân rã phóng xạ của nhôm-26 và có thể là sắt-56.
Đây gần như chắc chắn là cách lõi Trái Đất hình thành, ít nhất là trong một quá trình mà các nhà khoa học ước tính mất một tỷ năm hoặc lâu hơn. Nhưng Sao Hỏa lại là một sự cố nhỏ trong câu chuyện này. Thiên thạch trên sao Hỏa chứa bằng chứng đồng vị phóng xạ nhạy cảm với sự hình thành lõi sao Hỏa, và bằng chứng này chỉ ra rằng lõi đó không hình thành trong hàng tỷ năm, mà chỉ trong vài triệu năm sau khi hệ mặt trời ra đời. Điều này ngụ ý rằng sao Hỏa phát triển nhanh hơn nhiều so với Trái Đất, nhưng các mô hình hình thành của hệ mặt trời đã phải vật lộn để tái tạo điều này.
Bây giờ, các nhà khoa học tại Phân ban Khoa học Khám phá và Nghiên cứu Vật liệu Thiên văn (ARES) của Trung tâm Vũ trụ Johnson của NASA cho rằng họ đã có câu trả lời. Họ có thể đã tìm ra cách sao Hỏa có thể hình thành lõi của nó nhanh như vậy mà không trải qua bất kỳ sự tăng trưởng bất thường nào ngay từ đầu.
Khoảng 4,5 tỷ đến 4,6 tỷ năm trước, các hành tinh đã hợp nhất lại từ một đĩa khí và bụi bao quanh mặt trời, được gọi là đĩa tiền hành tinh. Lực hấp dẫn của mặt trời sơ sinh đã kéo các nguyên tố và khoáng chất nặng nhất, bao gồm sắt và niken, vào nơi linh thiêng bên trong của đĩa. Trong khi đó, các vật liệu nhẹ hơn như nước và hydro nằm ở các phần bên ngoài của đĩa.
Nơi sao Hỏa hình thành nằm ở đâu đó giữa các phần đó. Vẫn còn rất nhiều sắt và niken trong vùng lân cận, nhưng cũng có chỗ cho các nguyên tố nhẹ hơn như oxy và lưu huỳnh. Nhóm nghiên cứu tại ARES nhận ra rằng điều này có thể ảnh hưởng đến cách lõi sao Hỏa hình thành, vì vậy họ đã thử nghiệm. Khi làm như vậy, họ đã đưa ra bằng chứng trực tiếp đầu tiên cho thấy sắt nóng chảy và niken sunfua có thể thấm qua các vết nứt nhỏ giữa các khoáng chất trong đá rắn, cuối cùng tích tụ trong lõi của một hành tinh chỉ sau vài triệu năm, rất lâu trước khi quá trình phân rã phóng xạ biến phần bên trong thành nóng chảy.
Các nhà khoa học, do Sam Crossley đứng đầu, người hiện đã chuyển từ ARES đến Đại học Arizona ở Tucson, đã tiến hành các thí nghiệm nhiệt độ cao tại NASA Phòng thí nghiệm thạch học thực nghiệm của Johnson, nung các mẫu đá giàu sunfat ở nhiệt độ hơn 1.020 độ C, đủ nóng để làm tan chảy sunfua — nhưng không phải đá silicat. Sau đó, họ tiến hành thăm dò các mẫu được nung nóng tại phòng chụp cắt lớp vi tính tia X của trung tâm vũ trụ để xem liệu các sulfua có thấm qua đá rắn hay không.
"Chúng tôi thực sự có thể thấy trong bản kết xuất 3D đầy đủ cách các hợp chất sulfua nóng chảy di chuyển qua mẫu thử nghiệm, thấm qua các vết nứt giữa các khoáng chất khác", Crossley cho biết trong statement.
Thật tuyệt khi chứng minh điều này trong điều kiện được kiểm soát bên trong phòng thí nghiệm, nhưng liệu nó có thực sự diễn ra trong lòng một thiên thể hành tinh không? Để chắc chắn, nhóm nghiên cứu đã phải kiểm tra lại giả thuyết của họ với vật liệu thực sự từng là một phần của thiên thể hành tinh.
"Chúng tôi đã thực hiện bước tiếp theo và tìm kiếm bằng chứng hóa học pháp y về quá trình thẩm thấu lưu huỳnh trong thiên thạch", Crossley cho biết. "Bằng cách làm tan chảy một phần các sulfua tổng hợp được pha với các kim loại nhóm platin, chúng tôi có thể tái tạo lại các mẫu hóa học bất thường giống như trong các thiên thạch giàu oxy, cung cấp bằng chứng mạnh mẽ cho thấy quá trình thẩm thấu sulfua đã xảy ra trong những điều kiện đó ở hệ mặt trời sơ khai."
Tuy nhiên, việc xác định các kim loại nhóm platin, cụ thể là iridi, osmi, paladi, platin và rutheni, mà không phá hủy các mẫu đòi hỏi một số kỹ thuật thông minh do nhà nghiên cứu Jake Setera của ARES đưa ra.
"Để xác nhận những gì hình ảnh 3D cho chúng ta thấy, chúng tôi cần phát triển một phương pháp cắt laser thích hợp có thể theo dõi các nguyên tố nhóm platin trong các mẫu thử nghiệm phức tạp này", Setera cho biết trong tuyên bố.
Phương pháp của Setera phát hiện ra rằng quá trình sulfua nóng chảy đi qua đá rắn để lại các cặn của các kim loại nhóm platin này trong các mẫu với số lượng trùng khớp với những cặn tìm thấy trong một số thiên thạch chondritic.
Các bài viết liên quan:
— Cơn lốc bụi trên sao Hỏa phá hỏng bức ảnh tự sướng của tàu thám hiểm Perseverance của NASA (ảnh)
— Bãi biển cổ đại trên sao Hỏa do tàu thám hiểm sao Hỏa của Trung Quốc phát hiện: 'Điều này củng cố lập luận về khả năng sinh sống trong quá khứ'
— Biến Hành tinh Đỏ thành màu xanh lá cây? Đã đến lúc nghiêm túc thực hiện cải tạo sao Hỏa, các nhà khoa học cho biết
"Điều này đã xác nhận giả thuyết của chúng tôi — rằng trong bối cảnh hành tinh, những khối tan chảy dày đặc này sẽ di chuyển đến trung tâm của một vật thể và hình thành lõi, thậm chí trước khi đá xung quanh bắt đầu tan chảy", Crossley cho biết.
Mô hình hình thành lõi này sẽ áp dụng cho tất cả các vật thể lớn quan trọng nằm ở vùng giữa của đĩa tiền hành tinh, không chỉ riêng sao Hỏa. Nói như vậy, xét đến câu đố về sự hình thành của sao Hỏa, những phát hiện này có khả năng trả lời một số câu hỏi cơ bản về những ngày đầu tiên của Hành tinh Đỏ và đưa ra dự đoán rằng lõi của sao Hỏa phải giàu lưu huỳnh. Và bạn có biết lưu huỳnh có mùi như thế nào không? Trứng thối.
Nghiên cứu được công bố vào ngày 4 tháng 4 trên tạp chí Truyền thông Nature.
