Trong số tất cả những câu đố vẫn bao quanh Mặt Trăng thân yêu của chúng ta, có một câu đố đặc biệt dai dẳng vẫn tiếp tục làm đau đầu các nhà khoa học hành tinh: tại sao vệ tinh của chúng ta lại chứa đầy đá có từ tính cao, trong khi ngày nay nó hoàn toàn không có từ trường? Một nghiên cứu mới dựa trên mô phỏng máy tính cuối cùng có thể giúp giải quyết câu đố tồn tại lâu đời này.
Nghiên cứu về Mặt Trăng đã tiến triển với tốc độ chóng mặt từ năm 1969 đến năm 1972, đặc biệt là nhờ 382 kg mẫu vật từ Mặt Trăng được các phi hành gia mang về từ các sứ mệnh Apollo 11 đến 17. Những kho báu khoa học đích thực này đã hoàn toàn làm thay đổi hiểu biết của chúng ta về cơ chế hình thành hành tinh, thậm chí cả lịch sử của hệ mặt trời. Nhưng khi phân tích tất cả các tài liệu này, các nhà nghiên cứu cũng ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng một số loại đá mặt trăng này có từ tính mạnh.
Do đó, chúng ta phải đối mặt với một sự mâu thuẫn rất khó giải thích. Trên thực tế, tính chất này không thể xuất hiện nếu đá tiếp xúc trực tiếp với từ trường. Tuy nhiên, không giống như Trái Đất, Mặt Trăng ngày nay hoàn toàn không có nó. Và hầu hết các nhà khoa học hành tinh đều đồng ý rằng hành tinh này đã không có từ trường trong vài tỷ năm.
Thông thường, từ trường của một hành tinh xuất phát từ một cơ chế gọi là máy phát điện bên trong, trong đó chuyển động của chất lỏng dẫn điện (chẳng hạn như sắt lỏng trong lõi ngoài của Trái Đất) tạo ra từ trường mạnh. Người ta nghi ngờ rằng Mặt Trăng có thể đã từng có một máy phát điện như vậy trong quá khứ—nhưng lõi của nó, nhỏ hơn đáng kể so với lõi của hành tinh chúng ta, có lẽ sẽ không tạo ra được từ trường đủ mạnh để từ hóa các tảng đá trên bề mặt.
Cho đến nay, nhiều nhóm nghiên cứu khác nhau đã nghiên cứu kịch bản này vẫn chưa thu được kết quả thuyết phục. Nhưng điều đó có thể thay đổi nhờ một loạt mô phỏng được thực hiện bởi một nhóm tại MIT ở Hoa Kỳ.
Trong nghiên cứu này, nhóm của Isaac Narrett cho rằng Mặt Trăng có từ trường tương đối yếu, được tạo ra bởi một máy phát điện bên trong quy mô nhỏ. Sau đó, nó mô phỏng một tác động mạnh lên bề mặt, tương tự như tác động được cho là đã tạo ra một hố va chạm lớn có tên là Mer des Pluies.
Hành vi của Đám mây plasma từ tác động sau đó đã được mô hình hóa. Khi phân tích kết quả của những mô phỏng này, các tác giả của nghiên cứu phát hiện ra rằng một phần lớn đám mây sẽ di chuyển xung quanh Mặt trăng để tập trung vào phía bên kia, ở phía xa. Sau đó, plasma sẽ tự động nén lại, khuếch đại mạnh mẽ từ trường của vệ tinh của chúng ta trong khoảng bốn mươi phút.
Đồng thời, tác động này cũng tạo ra một sóng địa chấn mạnh. Sóng này sẽ hội tụ tại cùng một điểm với đám mây plasma, khiến các electron trong những tảng đá gần đó "chuyển động" đúng vào thời điểm từ trường đạt đến mức cực đại. Sau vụ nổ này, các electron sẽ ổn định theo một hướng chính xác do từ trường tạo ra. Chính sự sắp xếp này của các electron (hay chính xác hơn là sự quay của chúng) là nguồn gốc của từ tính. Do đó, sự kết hợp giữa đám mây plasma và sóng địa chấn có thể đã mang lại cho đá Mặt Trăng các đặc tính từ tính của chúng.
“Giống như bạn ném một bộ bài 52 lá lên không trung, trong một từ trường, và mỗi lá bài có một kim la bàn,” giải thích Benjamin Weiss, đồng tác giả của nghiên cứu. “Khi các lá bài rơi trở lại mặt đất, chúng sẽ rơi theo một hướng mới. Về cơ bản, đây là quá trình từ hóa.»
"Trong nhiều thập kỷ, từ tính của Mặt Trăng đã đặt ra một loại câu đố: liệu nó có phải do tác động hay máy phát điện bên trong? Chúng tôi nghĩ rằng nó có cả hai điểm. Và đó là một giả thuyết có thể kiểm chứng được, đó là một điều tốt", các tác giả kết luận. Do đó, chúng tôi sẽ gặp bạn khi bắt đầu sứ mệnh Artemis III, hiện đang được lên kế hoạch vào khoảng năm 2027, để có những câu trả lời đầu tiên.
Văn bản của nghiên cứu có sẵn tại đây.
Nghiên cứu về Mặt Trăng đã tiến triển với tốc độ chóng mặt từ năm 1969 đến năm 1972, đặc biệt là nhờ 382 kg mẫu vật từ Mặt Trăng được các phi hành gia mang về từ các sứ mệnh Apollo 11 đến 17. Những kho báu khoa học đích thực này đã hoàn toàn làm thay đổi hiểu biết của chúng ta về cơ chế hình thành hành tinh, thậm chí cả lịch sử của hệ mặt trời. Nhưng khi phân tích tất cả các tài liệu này, các nhà nghiên cứu cũng ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng một số loại đá mặt trăng này có từ tính mạnh.
Do đó, chúng ta phải đối mặt với một sự mâu thuẫn rất khó giải thích. Trên thực tế, tính chất này không thể xuất hiện nếu đá tiếp xúc trực tiếp với từ trường. Tuy nhiên, không giống như Trái Đất, Mặt Trăng ngày nay hoàn toàn không có nó. Và hầu hết các nhà khoa học hành tinh đều đồng ý rằng hành tinh này đã không có từ trường trong vài tỷ năm.
Thông thường, từ trường của một hành tinh xuất phát từ một cơ chế gọi là máy phát điện bên trong, trong đó chuyển động của chất lỏng dẫn điện (chẳng hạn như sắt lỏng trong lõi ngoài của Trái Đất) tạo ra từ trường mạnh. Người ta nghi ngờ rằng Mặt Trăng có thể đã từng có một máy phát điện như vậy trong quá khứ—nhưng lõi của nó, nhỏ hơn đáng kể so với lõi của hành tinh chúng ta, có lẽ sẽ không tạo ra được từ trường đủ mạnh để từ hóa các tảng đá trên bề mặt.
Một vụ va chạm lớn và một đám mây plasma
Do đó, các chuyên gia đã chuyển sang một giả thuyết khác, dựa trên vụ va chạm của một tiểu hành tinh khổng lồ. Sức mạnh này đủ lớn để làm bốc hơi một lượng lớn đá, tạo ra một đám mây các hạt tích điện gọi là plasma. Theo định luật Faraday, phát biểu rằng một điện tích tạo ra từ trường khi nó di chuyển qua một vật liệu dẫn điện, đám mây này có thể đã khuếch đại từ trường yếu mà Mặt Trăng có vào thời điểm đó.Cho đến nay, nhiều nhóm nghiên cứu khác nhau đã nghiên cứu kịch bản này vẫn chưa thu được kết quả thuyết phục. Nhưng điều đó có thể thay đổi nhờ một loạt mô phỏng được thực hiện bởi một nhóm tại MIT ở Hoa Kỳ.
Trong nghiên cứu này, nhóm của Isaac Narrett cho rằng Mặt Trăng có từ trường tương đối yếu, được tạo ra bởi một máy phát điện bên trong quy mô nhỏ. Sau đó, nó mô phỏng một tác động mạnh lên bề mặt, tương tự như tác động được cho là đã tạo ra một hố va chạm lớn có tên là Mer des Pluies.
Hành vi của Đám mây plasma từ tác động sau đó đã được mô hình hóa. Khi phân tích kết quả của những mô phỏng này, các tác giả của nghiên cứu phát hiện ra rằng một phần lớn đám mây sẽ di chuyển xung quanh Mặt trăng để tập trung vào phía bên kia, ở phía xa. Sau đó, plasma sẽ tự động nén lại, khuếch đại mạnh mẽ từ trường của vệ tinh của chúng ta trong khoảng bốn mươi phút.
Đồng thời, tác động này cũng tạo ra một sóng địa chấn mạnh. Sóng này sẽ hội tụ tại cùng một điểm với đám mây plasma, khiến các electron trong những tảng đá gần đó "chuyển động" đúng vào thời điểm từ trường đạt đến mức cực đại. Sau vụ nổ này, các electron sẽ ổn định theo một hướng chính xác do từ trường tạo ra. Chính sự sắp xếp này của các electron (hay chính xác hơn là sự quay của chúng) là nguồn gốc của từ tính. Do đó, sự kết hợp giữa đám mây plasma và sóng địa chấn có thể đã mang lại cho đá Mặt Trăng các đặc tính từ tính của chúng.
“Giống như bạn ném một bộ bài 52 lá lên không trung, trong một từ trường, và mỗi lá bài có một kim la bàn,” giải thích Benjamin Weiss, đồng tác giả của nghiên cứu. “Khi các lá bài rơi trở lại mặt đất, chúng sẽ rơi theo một hướng mới. Về cơ bản, đây là quá trình từ hóa.»
Một giả thuyết có thể được kiểm tra ngoài thực địa
Điều khiến giả thuyết này trở nên thú vị là có thể kiểm tra nghiêm ngặt giả thuyết này tại chỗ trong các nhiệm vụ thám hiểm trong tương lai. Thật vậy, theo mô hình này, những tảng đá có từ tính mạnh nhất sẽ nằm ở Cực Nam của Mặt Trăng... và chính xác là khu vực này mà NASA và các cơ quan vũ trụ khác có kế hoạch nhắm tới trong những thập kỷ tới, đặc biệt là trong khuôn khổ chương trình Artemis. Nếu những tảng đá tại địa phương cho thấy dấu hiệu của tác động địa chấn và từ tính mạnh, thì bí ẩn lâu đời này có thể sẽ được giải đáp một lần và mãi mãi."Trong nhiều thập kỷ, từ tính của Mặt Trăng đã đặt ra một loại câu đố: liệu nó có phải do tác động hay máy phát điện bên trong? Chúng tôi nghĩ rằng nó có cả hai điểm. Và đó là một giả thuyết có thể kiểm chứng được, đó là một điều tốt", các tác giả kết luận. Do đó, chúng tôi sẽ gặp bạn khi bắt đầu sứ mệnh Artemis III, hiện đang được lên kế hoạch vào khoảng năm 2027, để có những câu trả lời đầu tiên.
Văn bản của nghiên cứu có sẵn tại đây.
