Mặt trăng thật kỳ lạ. Nó hoàn toàn không giống bất kỳ thứ gì khác trong hệ mặt trời. Vậy thì tại sao hành tinh của chúng ta lại có một mặt trăng đặc biệt như vậy? Câu trả lời là, thật đáng ngạc nhiên, mặt trăng là một phần của hành tinh chúng ta.
Có rất nhiều điều đang diễn ra với mặt trăng. Trước hết, nó tồn tại, điều này thật kỳ lạ theo cách riêng của nó. Sao Thủy không có mặt trăng, và sao Kim cũng vậy. Sao Hỏa có hai mặt trăng, nhưng chúng thực sự chỉ là các tiểu hành tinh bị bắt giữ. Trái đất là hành tinh đá duy nhất trong hệ mặt trời có một mặt trăng quan trọng.
Và mặt trăng thực sự quan trọng: Nó chỉ bằng khoảng 1,2% khối lượng của Trái đất. Con số đó có thể không lớn theo nghĩa tuyệt đối, nhưng đối với hệ mặt trời, đó là rất lớn. Không có mặt trăng nào lớn như vậy so với hành tinh mẹ của nó.
Những điều kỳ lạ không dừng lại ở đó. Tổng mômen động lượng góc của chuyển động quay của Trái đất, chuyển động quay của Mặt trăng và quỹ đạo của Mặt trăng rất lớn — cao hơn nhiều so với bất kỳ hành tinh đất đá nào khác. Vậy làm thế nào chúng ta có được nhiều động lượng như vậy?
Thêm vào đó, Mặt trăng chứa đầy "KREEP" – tức là kali (K), các nguyên tố đất hiếm (REE) và phốt pho (P). Các nguyên tố này thường không thích kết hợp với nhau, nhưng các mẫu vật từ Mặt trăng cho thấy chúng thường được trộn lẫn. Điều đó đòi hỏi Mặt Trăng phải bị nóng chảy tại một thời điểm nào đó, điều này tiêu tốn rất nhiều năng lượng.
Và điều tuyệt vời nhất là Mặt Trăng có nhiều đồng vị ổn định giống như Trái Đất, điều này chỉ ra rằng Trái Đất và Mặt Trăng tiến hóa từ cùng một khối vật chất.
Lời giải thích chính cho tất cả những bí ẩn này được gọi là giả thuyết va chạm lớn. Theo câu chuyện này, khi hệ mặt trời mới bắt đầu hình thành, một hành tinh nguyên thủy có kích thước bằng sao Hỏa tên là Theia đã đâm vào Trái đất nguyên thủy.
Với vận tốc va chạm vào khoảng 20.000 dặm/giờ (32.000 km/giờ) — tương đối chậm so với tốc độ va chạm — những gì xảy ra tiếp theo thực sự là thảm khốc. Lõi nặng của Theia chìm sâu vào Trái đất, làm mở rộng lõi của hành tinh chúng ta. Lớp phủ của hai thiên thể trộn lẫn và do đó làm hành tinh của chúng ta phình to ra. Và lớp vỏ bị phân tán xa vào không gian.
Những gì xảy ra tiếp theo hơi khó theo dõi và phụ thuộc nhiều vào cách chính xác mà vụ va chạm diễn ra và Theia được tạo thành từ gì. Nhưng bức tranh chung là một số thứ đã bay đi, không bao giờ quay trở lại. Những thứ khác rơi xuống bề mặt Trái đất. Và một khối lớn vẫn ở trên quỹ đạo. Chỉ trong vài giờ — hoặc có lẽ lên đến một thế kỷ hoặc lâu hơn — vật chất đó đã hợp nhất thành một vật thể rắn của riêng nó: Mặt trăng.
Một số mô hình cho rằng một mặt trăng thứ hai, chỉ rộng vài trăm km, đã hình thành sau mặt xa và sau đó từ từ tiếp cận Mặt trăng và tự sụp đổ. Điều này sẽ giải thích tại sao mặt xa của Mặt trăng lại gồ ghề hơn mặt gần.
Cũng có khả năng đây không phải là một cú đánh nhẹ, năng lượng thấp — mà thay vào đó, Trái đất nguyên thủy đã quay rất nhanh và sau đó bị Theia đóng đinh. Điều này sẽ cung cấp đủ năng lượng để làm bốc hơi mọi thứ và tạo ra một vòng plasma hình bánh rán được gọi là synestia.
Dù thế nào đi nữa, tác động này đã giải phóng rất nhiều năng lượng — quá đủ để biến mặt trăng thành một quả cầu nóng chảy, quá đủ để kết hợp các nguyên tố KREEP lại với nhau và quá đủ để trộn lẫn vật liệu ban đầu của Trái đất và Theia để tạo ra một tập hợp các đặc điểm chung giữa lớp vỏ Trái đất và mặt trăng.
Các câu chuyện liên quan:
—Vụ va chạm đá vũ trụ khổng lồ có thể đã 'ngay lập tức' tạo ra mặt trăng
—Một phần của 'tiền hành tinh' tạo nên mặt trăng có thể bị kẹt gần lõi Trái đất
—Vụ va chạm cổ đại hình thành nên mặt trăng của Trái đất có thể là một sự kết hợp một-hai punch
Giống như mọi giả thuyết khác, nó không hoàn hảo. Ví dụ, nếu có đủ năng lượng để hóa lỏng mặt trăng, thì cũng có đủ năng lượng để hóa lỏng bề mặt Trái đất. Nhưng không có bằng chứng nào về biển magma quy mô lớn trong lịch sử Trái đất. Ngoài ra, mặt trăng có một số nguyên tố dễ bay hơi, như nước, bị mắc kẹt trong đá — nhưng một sự kiện tác động khổng lồ, năng lượng khổng lồ sẽ loại bỏ chúng.
Bất chấp những cảnh báo đó, giả thuyết về tác động khổng lồ là câu chuyện hấp dẫn nhất mà chúng ta có về cách mặt trăng hình thành. Và nếu không có cỗ máy thời gian vào quá khứ xa xôi của chúng ta, chúng ta sẽ không bao giờ có thể chứng minh được điều đó. Nhưng nó vẫn phù hợp với hầu hết các bằng chứng mà chúng ta có cho đến nay, vì vậy đây là một câu chuyện đáng để lưu giữ.
Có rất nhiều điều đang diễn ra với mặt trăng. Trước hết, nó tồn tại, điều này thật kỳ lạ theo cách riêng của nó. Sao Thủy không có mặt trăng, và sao Kim cũng vậy. Sao Hỏa có hai mặt trăng, nhưng chúng thực sự chỉ là các tiểu hành tinh bị bắt giữ. Trái đất là hành tinh đá duy nhất trong hệ mặt trời có một mặt trăng quan trọng.
Và mặt trăng thực sự quan trọng: Nó chỉ bằng khoảng 1,2% khối lượng của Trái đất. Con số đó có thể không lớn theo nghĩa tuyệt đối, nhưng đối với hệ mặt trời, đó là rất lớn. Không có mặt trăng nào lớn như vậy so với hành tinh mẹ của nó.
Những điều kỳ lạ không dừng lại ở đó. Tổng mômen động lượng góc của chuyển động quay của Trái đất, chuyển động quay của Mặt trăng và quỹ đạo của Mặt trăng rất lớn — cao hơn nhiều so với bất kỳ hành tinh đất đá nào khác. Vậy làm thế nào chúng ta có được nhiều động lượng như vậy?
Thêm vào đó, Mặt trăng chứa đầy "KREEP" – tức là kali (K), các nguyên tố đất hiếm (REE) và phốt pho (P). Các nguyên tố này thường không thích kết hợp với nhau, nhưng các mẫu vật từ Mặt trăng cho thấy chúng thường được trộn lẫn. Điều đó đòi hỏi Mặt Trăng phải bị nóng chảy tại một thời điểm nào đó, điều này tiêu tốn rất nhiều năng lượng.
Và điều tuyệt vời nhất là Mặt Trăng có nhiều đồng vị ổn định giống như Trái Đất, điều này chỉ ra rằng Trái Đất và Mặt Trăng tiến hóa từ cùng một khối vật chất.
Lời giải thích chính cho tất cả những bí ẩn này được gọi là giả thuyết va chạm lớn. Theo câu chuyện này, khi hệ mặt trời mới bắt đầu hình thành, một hành tinh nguyên thủy có kích thước bằng sao Hỏa tên là Theia đã đâm vào Trái đất nguyên thủy.
Với vận tốc va chạm vào khoảng 20.000 dặm/giờ (32.000 km/giờ) — tương đối chậm so với tốc độ va chạm — những gì xảy ra tiếp theo thực sự là thảm khốc. Lõi nặng của Theia chìm sâu vào Trái đất, làm mở rộng lõi của hành tinh chúng ta. Lớp phủ của hai thiên thể trộn lẫn và do đó làm hành tinh của chúng ta phình to ra. Và lớp vỏ bị phân tán xa vào không gian.
Những gì xảy ra tiếp theo hơi khó theo dõi và phụ thuộc nhiều vào cách chính xác mà vụ va chạm diễn ra và Theia được tạo thành từ gì. Nhưng bức tranh chung là một số thứ đã bay đi, không bao giờ quay trở lại. Những thứ khác rơi xuống bề mặt Trái đất. Và một khối lớn vẫn ở trên quỹ đạo. Chỉ trong vài giờ — hoặc có lẽ lên đến một thế kỷ hoặc lâu hơn — vật chất đó đã hợp nhất thành một vật thể rắn của riêng nó: Mặt trăng.
Một số mô hình cho rằng một mặt trăng thứ hai, chỉ rộng vài trăm km, đã hình thành sau mặt xa và sau đó từ từ tiếp cận Mặt trăng và tự sụp đổ. Điều này sẽ giải thích tại sao mặt xa của Mặt trăng lại gồ ghề hơn mặt gần.
Cũng có khả năng đây không phải là một cú đánh nhẹ, năng lượng thấp — mà thay vào đó, Trái đất nguyên thủy đã quay rất nhanh và sau đó bị Theia đóng đinh. Điều này sẽ cung cấp đủ năng lượng để làm bốc hơi mọi thứ và tạo ra một vòng plasma hình bánh rán được gọi là synestia.
Dù thế nào đi nữa, tác động này đã giải phóng rất nhiều năng lượng — quá đủ để biến mặt trăng thành một quả cầu nóng chảy, quá đủ để kết hợp các nguyên tố KREEP lại với nhau và quá đủ để trộn lẫn vật liệu ban đầu của Trái đất và Theia để tạo ra một tập hợp các đặc điểm chung giữa lớp vỏ Trái đất và mặt trăng.
Các câu chuyện liên quan:
—Vụ va chạm đá vũ trụ khổng lồ có thể đã 'ngay lập tức' tạo ra mặt trăng
—Một phần của 'tiền hành tinh' tạo nên mặt trăng có thể bị kẹt gần lõi Trái đất
—Vụ va chạm cổ đại hình thành nên mặt trăng của Trái đất có thể là một sự kết hợp một-hai punch
Giống như mọi giả thuyết khác, nó không hoàn hảo. Ví dụ, nếu có đủ năng lượng để hóa lỏng mặt trăng, thì cũng có đủ năng lượng để hóa lỏng bề mặt Trái đất. Nhưng không có bằng chứng nào về biển magma quy mô lớn trong lịch sử Trái đất. Ngoài ra, mặt trăng có một số nguyên tố dễ bay hơi, như nước, bị mắc kẹt trong đá — nhưng một sự kiện tác động khổng lồ, năng lượng khổng lồ sẽ loại bỏ chúng.
Bất chấp những cảnh báo đó, giả thuyết về tác động khổng lồ là câu chuyện hấp dẫn nhất mà chúng ta có về cách mặt trăng hình thành. Và nếu không có cỗ máy thời gian vào quá khứ xa xôi của chúng ta, chúng ta sẽ không bao giờ có thể chứng minh được điều đó. Nhưng nó vẫn phù hợp với hầu hết các bằng chứng mà chúng ta có cho đến nay, vì vậy đây là một câu chuyện đáng để lưu giữ.
