Mặt trăng đã trải qua vài triệu năm như một vùng đất hoang vu núi lửa, được bao phủ bởi các vụ phun trào liên tục phun ra từ các ngọn núi và thậm chí từ chính mặt đất. Nghiên cứu mới cho thấy quỹ đạo của mặt trăng có thể đã biến nó thành một con quái vật nóng chảy trong vài chục triệu năm. Kết quả có thể tương đương với mặt trăng Io của Sao Mộc, thiên thể có nhiều núi lửa nhất trong hệ mặt trời.
Vào đầu lịch sử của hệ mặt trời, một nguyên hành tinh khổng lồ đã cày xới một Trái đất trẻ. Vật chất va chạm hòa trộn vào nhau, sau đó hình thành lại thành hai thiên thể riêng biệt sẽ trở thành Trái đất và Mặt trăng. Hai thiên thể này quay quanh nhau gần như chồng lên nhau, nhưng theo thời gian, Mặt trăng dần trôi đi, đông đặc lại khi di chuyển.
Cuối cùng, lực hấp dẫn của Mặt trời đã tác dụng một lực kéo mạnh hơn lên Mặt trăng. Mặc dù xa hơn mặt trời, nhưng hai vật thể này kéo mặt trăng ngang nhau.
"Mặt trăng trở nên hơi bối rối", nhà khoa học hành tinh Francis Nimmo, thuộc Đại học California, Santa Cruz, nói với Space.com. "Nó không biết chính xác nên đi theo quỹ đạo nào, vì vậy nó có thể phát triển một quỹ đạo kỳ lạ". Nimmo đã trình bày kết quả nghiên cứu của mình vào tháng 3 tại Hội nghị Khoa học Mặt trăng và Hành tinh thường niên lần thứ 56.
Hỗn hợp hấp dẫn tạo ra khuấy động bên trong Mặt trăng, làm tan chảy đá để tạo ra lớp magma phun trào lên bề mặt.
Nghiên cứu mới cho thấy bề mặt Mặt trăng có thể đã được thiết lập lại bởi các dòng dung nham cách đây khoảng 4,35 tỷ năm. Các dòng dung nham sẽ lấp đầy bất kỳ miệng hố nào hiện có và giúp thiết lập lại độ tuổi được đo bằng đá Mặt trăng và zircon Mặt trăng.
Khảo sát độ tuổi của đá Mặt trăng là một trong những cách đầu tiên mà các nhà khoa học cố gắng hiệu chỉnh độ tuổi của Mặt trăng. Các mẫu vật được mang về từ chương trình Apollo của NASA đã được nghiên cứu và đo lường. Ngày nay, các mẫu vật mới tiếp tục được đưa về, hiện là từ loạt chương trình Hằng Nga đang diễn ra của Trung Quốc. Chúng cung cấp các vật thể mới để nghiên cứu và thử nghiệm.
Một bằng chứng thứ hai về tuổi của Mặt Trăng đến từ các loại đá zircon. Zircon là khoáng chất silicat được tìm thấy bên trong các loại đá trên cả Trái Đất và Mặt Trăng và là một trong những vật thể lâu đời nhất trong hệ Mặt Trời. Trong khi đá có thể tan chảy và định hình lại, thì bản thân các loại đá zircon đủ cứng để chống lại sự tan chảy ở mọi nhiệt độ trừ nhiệt độ cao nhất.
"Zircon rất cứng", Nimmo cho biết. "Cần rất nhiều thứ để phá hủy một loại đá zircon sau khi nó đã hình thành". Làm tan chảy bề mặt Mặt Trăng thông qua hoạt động núi lửa mạnh là một cách để thiết lập lại các loại đá zircon.
Cả hai phương pháp xác định niên đại đều có thể là một thách thức. Zircon chính xác hơn nhưng đòi hỏi các phép đo cực kỳ chính xác, đó là lý do tại sao các nhà khoa học chỉ có thể kiểm tra chúng trong khoảng hai thập kỷ trở lại đây. Ngược lại, đá Mặt Trăng có thể phức tạp hơn để giải thích và đã cung cấp nhiều loại niên đại khác nhau. Cả hai quá trình này cho thấy Mặt Trăng có tuổi đời khoảng 4,35 tỷ năm.
Các nhà khoa học cũng dựa vào những hiểu biết sâu sắc từ các mô hình động lực học. Các nghiên cứu về Trái Đất cho thấy Trái Đất đã thu thập được rất nhiều kim loại ưa sắt sau khi đã hình thành lõi sắt. Những kim loại đó lắng đọng trong lớp phủ, chiếm khoảng một nửa phần trăm khối lượng của Trái Đất sau khi quá trình hình thành lõi hoàn tất và được gọi là Late Veneer. Nhưng những kim loại đó phải được hấp thụ trong khi vật chất vẫn đang bay xung quanh trong hệ mặt trời hỗn loạn, lộn xộn ban đầu — và 4,35 tỷ năm trước, vật chất đó đã biến mất.
Với những kết quả mới được công bố trên tạp chí Nature vào cuối năm ngoái, Nimmo và các đồng nghiệp của ông đã gợi ý rằng một mặt trăng 4,5 tỷ năm tuổi sẽ phù hợp với các phép đo của đá mặt trăng trẻ hơn. Khi mặt trăng chịu sự giằng co giữa Trái đất và mặt trời, sự tan chảy sẽ khiến đá mặt trăng và zircon tan chảy và tái tạo, mang lại độ tuổi trẻ hơn không nhất thiết phản ánh thời điểm mặt trăng được sinh ra.
"Chắc chắn đã có rất nhiều núi lửa, chỉ là không thực sự tạo ra núi lửa mà chúng ta quen thuộc", Nimmo nói.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— Mặt Trăng của Trái Đất đã có một đại dương magma trong 200 triệu năm
— Mặt xa của Mặt Trăng từng là một đại dương magma rộng lớn, tàu đổ bộ Mặt Trăng của Trung Quốc xác nhận
— Một miệng hố khổng lồ trên Mặt Trăng có thể chứa tàn tích của một đại dương magma cổ đại. Các phi hành gia Artemis có thể mang mẫu vật về nhà
Sự rò rỉ liên tục có thể đã ức chế sự hình thành của một lớp đại dương magma vì chất lỏng mới hình thành sẽ không bị kẹt trong lớp phủ. Khi vật liệu tan chảy và trở nên nổi, nó sẽ rỉ lên lớp vỏ. Một số chất lỏng sẽ bị phá vỡ, nhưng một số chất lỏng có thể chỉ đơn giản là lấp đầy lớp vỏ, tạo ra các vết nứt hướng ra ngoài giống như những vết nứt nhìn thấy trên Trái đất.
Vào thời điểm đó, Trái đất sẽ gần Mặt trăng hơn nhiều so với ngày nay, khiến nó có thể lớn gấp đôi trên bầu trời Mặt trăng so với ngày nay. Nimmo cho biết: "Bạn sẽ thấy dòng dung nham phát sáng khắp nơi và có thể là một vụ phun trào núi lửa kỳ lạ".
Theo Nimmo, trạng thái giống như Io chỉ tồn tại trong vài chục triệu năm.
Ông cho biết: "Đây là một sự kiện khá ngắn ngủi nhưng rất mạnh mẽ".
Vào đầu lịch sử của hệ mặt trời, một nguyên hành tinh khổng lồ đã cày xới một Trái đất trẻ. Vật chất va chạm hòa trộn vào nhau, sau đó hình thành lại thành hai thiên thể riêng biệt sẽ trở thành Trái đất và Mặt trăng. Hai thiên thể này quay quanh nhau gần như chồng lên nhau, nhưng theo thời gian, Mặt trăng dần trôi đi, đông đặc lại khi di chuyển.
Cuối cùng, lực hấp dẫn của Mặt trời đã tác dụng một lực kéo mạnh hơn lên Mặt trăng. Mặc dù xa hơn mặt trời, nhưng hai vật thể này kéo mặt trăng ngang nhau.
"Mặt trăng trở nên hơi bối rối", nhà khoa học hành tinh Francis Nimmo, thuộc Đại học California, Santa Cruz, nói với Space.com. "Nó không biết chính xác nên đi theo quỹ đạo nào, vì vậy nó có thể phát triển một quỹ đạo kỳ lạ". Nimmo đã trình bày kết quả nghiên cứu của mình vào tháng 3 tại Hội nghị Khoa học Mặt trăng và Hành tinh thường niên lần thứ 56.
Hỗn hợp hấp dẫn tạo ra khuấy động bên trong Mặt trăng, làm tan chảy đá để tạo ra lớp magma phun trào lên bề mặt.
Nghiên cứu mới cho thấy bề mặt Mặt trăng có thể đã được thiết lập lại bởi các dòng dung nham cách đây khoảng 4,35 tỷ năm. Các dòng dung nham sẽ lấp đầy bất kỳ miệng hố nào hiện có và giúp thiết lập lại độ tuổi được đo bằng đá Mặt trăng và zircon Mặt trăng.
Mặt trăng già so với mặt trăng trẻ
Việc tìm ra thời điểm Mặt trăng hình thành cũng đặt ra những thách thức riêng. Có một số phương pháp, từ nghiên cứu các mẫu vật được đưa về Trái đất đến kiểm tra zircon trong những tảng đá đó để cố gắng tìm ra cách các hành tinh và vệ tinh của chúng nhảy múa cách đây hàng tỷ năm. Nhưng tất cả các phương pháp đó đều có thể đưa ra những câu trả lời mâu thuẫn nhau.Khảo sát độ tuổi của đá Mặt trăng là một trong những cách đầu tiên mà các nhà khoa học cố gắng hiệu chỉnh độ tuổi của Mặt trăng. Các mẫu vật được mang về từ chương trình Apollo của NASA đã được nghiên cứu và đo lường. Ngày nay, các mẫu vật mới tiếp tục được đưa về, hiện là từ loạt chương trình Hằng Nga đang diễn ra của Trung Quốc. Chúng cung cấp các vật thể mới để nghiên cứu và thử nghiệm.
Một bằng chứng thứ hai về tuổi của Mặt Trăng đến từ các loại đá zircon. Zircon là khoáng chất silicat được tìm thấy bên trong các loại đá trên cả Trái Đất và Mặt Trăng và là một trong những vật thể lâu đời nhất trong hệ Mặt Trời. Trong khi đá có thể tan chảy và định hình lại, thì bản thân các loại đá zircon đủ cứng để chống lại sự tan chảy ở mọi nhiệt độ trừ nhiệt độ cao nhất.
"Zircon rất cứng", Nimmo cho biết. "Cần rất nhiều thứ để phá hủy một loại đá zircon sau khi nó đã hình thành". Làm tan chảy bề mặt Mặt Trăng thông qua hoạt động núi lửa mạnh là một cách để thiết lập lại các loại đá zircon.
Cả hai phương pháp xác định niên đại đều có thể là một thách thức. Zircon chính xác hơn nhưng đòi hỏi các phép đo cực kỳ chính xác, đó là lý do tại sao các nhà khoa học chỉ có thể kiểm tra chúng trong khoảng hai thập kỷ trở lại đây. Ngược lại, đá Mặt Trăng có thể phức tạp hơn để giải thích và đã cung cấp nhiều loại niên đại khác nhau. Cả hai quá trình này cho thấy Mặt Trăng có tuổi đời khoảng 4,35 tỷ năm.
Các nhà khoa học cũng dựa vào những hiểu biết sâu sắc từ các mô hình động lực học. Các nghiên cứu về Trái Đất cho thấy Trái Đất đã thu thập được rất nhiều kim loại ưa sắt sau khi đã hình thành lõi sắt. Những kim loại đó lắng đọng trong lớp phủ, chiếm khoảng một nửa phần trăm khối lượng của Trái Đất sau khi quá trình hình thành lõi hoàn tất và được gọi là Late Veneer. Nhưng những kim loại đó phải được hấp thụ trong khi vật chất vẫn đang bay xung quanh trong hệ mặt trời hỗn loạn, lộn xộn ban đầu — và 4,35 tỷ năm trước, vật chất đó đã biến mất.
Với những kết quả mới được công bố trên tạp chí Nature vào cuối năm ngoái, Nimmo và các đồng nghiệp của ông đã gợi ý rằng một mặt trăng 4,5 tỷ năm tuổi sẽ phù hợp với các phép đo của đá mặt trăng trẻ hơn. Khi mặt trăng chịu sự giằng co giữa Trái đất và mặt trời, sự tan chảy sẽ khiến đá mặt trăng và zircon tan chảy và tái tạo, mang lại độ tuổi trẻ hơn không nhất thiết phản ánh thời điểm mặt trăng được sinh ra.
Một Io mặt trăng
Trong vài chục triệu năm, hoạt động núi lửa sẽ bao phủ mặt trăng. Nhưng nó không nhất thiết được thể hiện dưới dạng những ngọn núi phun trào khổng lồ. Trên Trái đất, vật liệu núi lửa rất giàu silicat, làm đặc dung nham và cho phép nó tích tụ thành những ngọn núi khổng lồ. Trên Mặt Trăng, dung nham có thể mỏng hơn, rỉ qua lớp vỏ và ra bên ngoài thay vì tích tụ lại với nhau."Chắc chắn đã có rất nhiều núi lửa, chỉ là không thực sự tạo ra núi lửa mà chúng ta quen thuộc", Nimmo nói.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— Mặt Trăng của Trái Đất đã có một đại dương magma trong 200 triệu năm
— Mặt xa của Mặt Trăng từng là một đại dương magma rộng lớn, tàu đổ bộ Mặt Trăng của Trung Quốc xác nhận
— Một miệng hố khổng lồ trên Mặt Trăng có thể chứa tàn tích của một đại dương magma cổ đại. Các phi hành gia Artemis có thể mang mẫu vật về nhà
Sự rò rỉ liên tục có thể đã ức chế sự hình thành của một lớp đại dương magma vì chất lỏng mới hình thành sẽ không bị kẹt trong lớp phủ. Khi vật liệu tan chảy và trở nên nổi, nó sẽ rỉ lên lớp vỏ. Một số chất lỏng sẽ bị phá vỡ, nhưng một số chất lỏng có thể chỉ đơn giản là lấp đầy lớp vỏ, tạo ra các vết nứt hướng ra ngoài giống như những vết nứt nhìn thấy trên Trái đất.
Vào thời điểm đó, Trái đất sẽ gần Mặt trăng hơn nhiều so với ngày nay, khiến nó có thể lớn gấp đôi trên bầu trời Mặt trăng so với ngày nay. Nimmo cho biết: "Bạn sẽ thấy dòng dung nham phát sáng khắp nơi và có thể là một vụ phun trào núi lửa kỳ lạ".
Theo Nimmo, trạng thái giống như Io chỉ tồn tại trong vài chục triệu năm.
Ông cho biết: "Đây là một sự kiện khá ngắn ngủi nhưng rất mạnh mẽ".
