Tại sao mặt trăng không có hai ‘mặt’?

 

 

Khi thiên thạch đâm vào phía bên kia của mặt trăng, trong phần lớn các trường hợp, thiệt hại đều không nhiều vì lớp vỏ bề mặt quá dày – vậy nên phần tối của mặt trăng còn lại là thung lũng, miệng núi lửa, và cao nguyên, nhưng hầu như không có biển – trong khi đó những vùng “biển” tối này tạo nên bề mặt bên này của mặt trăng. (NASA)

 

 

Hình ảnh tổng hợp mặt bên này của mặt trăng được thực hiện bởi tàu do thám Mặt Trăng vào tháng 6 năm 2009, những vùng tối là các biển. (NASA)

Khi các thiên thạch đâm vào mặt trước của mặt trăng, chúng tạo thành những vùng chứa ba-zan phẳng lớn, chính là những phần tối mà chúng ta thấy, những vùng này còn được gọi là biển (maria). Chúng đã góp phần tạo nên “diện mạo” cho mặt trăng của chúng ta. Tuy nhiên, đến bây giờ các nhà khoa học vẫn chưa biết tại sao mặt sau của mặt trăng lại không tồn tại một “diện mạo” như thế.

“Tôi vẫn nhớ lần đầu tiên tôi nhìn thấy mặt trăng khi tôi còn là một cậu bé, bị ấn tượng bởi câu hỏi không biết mặt sau của nó trông như thế nào”- Jason Wright, phó giáo sư vật lý thiên văn tại Penn State cho biết. “Ở đó chỉ có toàn là núi và miệng núi lửa. Vậy các biển (maria) nằm ở đâu? Hóa ra nó đã là bí ẩn từ những năm năm mươi”.

Những bí ẩn – còn được gọi là Bí ẩn Cao nguyên Mặt Trăng phía sau – bắt đầu từ năm 1959, khi tàu vũ trụ của Liên Xô Luna 3 truyền những hình ảnh đầu tiên của mặt tối mặt trăng về trái đất. Nó được gọi là ‘mặt tối’ bởi người ta chưa xác định được chứ không phải vì không có ánh sáng mặt trời.

Theo báo cáo trong một nghiên cứu mới trên tạp chí Astrophysical Journal Letters, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng hầu như không có “biển” ở bán cầu phía bên kia, nguyên nhân có thể là do sự chênh lệch về độ dày của lớp vỏ giữa hai bán cầu của mặt trăng, và là kết quả của sự hình thành mặt trăng.

Mặt Trăng được hình thành như thế nào?

Sự nhất trí về nguồn gốc của mặt trăng đó là: Nó có thể được hình thành ngay sau Trái Đất và là kết quả của một vụ va chạm giữa một thiên thạch có kích cỡ bằng sao Hỏa và Trái Đất, va chạm chỉ sượt qua nhưng có sức tàn phá lớn.

Giả thuyết Vụ va chạm lớn cho rằng, các lớp ngoài của trái đất và vật thể đã bị văng ra ngoài không gian và cuối cùng hình thành mặt trăng. “Ngay sau vụ va chạm lớn, Trái Đất và mặt trăng đều rất nóng”- Steinn Sigurdsson, giáo sư vật lý thiên văn nói.

Trái Đất và đối tượng tác động không chỉ bị tan chảy, mà một số phần của chúng bị bốc hơi, tạo ra một vành đai đá, dung nham và hơi xung quanh Trái Đất. “Mặt trăng và Trái Đất bị bao trùm trong vùng không gian hỗn loạn của nhau khi chúng hình thành”- tác giả Arpita Roy, sinh viên tốt nghiệp trong thiên văn học và vật lý thiên văn phát biểu.

Hình dạng tương tự như những ngoại hành tinh đá mới được phát hiện, chúng rất gần với các tinh cầu của mình- Wright nói. Lúc đó Mặt trăng gần với Trái Đất hơn bây giờ 10 đến 20 lần. Nó nhanh chóng nhận vị trí khóa thủy triều với thời gian quay của mặt trăng bằng với chu kỳ quỹ đạo của mặt trăng quanh Trái Đất. Vậy nên chỉ có một bán cầu của mặt trăng luôn đối diện với Trái Đất. ‘Khóa thủy triều’ (tidal locking) là một sản phẩm của lực hấp dẫn giữa hai đối tượng.

Mặt Trăng có kích thước nhỏ hơn Trái Đất rất nhiều lần nên nguội nhanh hơn. Bởi vì Trái Đất và Mặt Trăng đã bị ‘khóa thủy triều’ ngay từ đầu, vậy nên Trái Đất ‘nóng’ – khoảng hơn 2,500 độ C – phát bức xạ hướng vào nửa bán cầu của Mặt Trăng. Nửa bán cầu bên kia, cách xa khỏi Trái Đất đang nóng chảy, và nguội dần; trong khi mặt bên này tiếp tục bị nung nóng, điều này tạo nên một gradient nhiệt độ giữa hai bán cầu.

Lớp vỏ dày

Gradient nhiệt này rất quan trọng trong sự hình thành lớp vỏ mặt trăng. Lớp vỏ của mặt trăng có nồng độ nhôm và canxi cao, các yếu tố này rất khó bay hơi. “Khi thành phần rắn bay hơi bắt đầu nguội đi, các thành tố đầu tiên ngưng tụ là nhôm và canxi”- Sigurdsson nói.

Nhôm và canxi sẽ dễ dàng ngưng tụ trong bầu khí quyển bên phần nguội của mặt trăng do phần bên kia vẫn còn quá nóng. Hàng ngàn đến hàng triệu năm sau đó, những yếu tố này kết hợp với silicat trong phần vỏ mặt trăng để tạo thành fenspat plagiocla (một hỗn hợp khoáng chất), cuối cùng di chuyển đến bề mặt và hình thành lớp vỏ của mặt trăng- Roy nói. Lớp vỏ phía bên kia có nhiều khoáng chất và dày hơn.

Bây giờ thì Mặt Trăng đã nguội hoàn toàn và quá trình tan chảy đã ngừng. Trước đó trong lịch sử, nhiều thiên thạch lớn đã đâm vào lớp vỏ của nửa bán cầu trước của Mặt Trăng,  tạo thành nhiều biển dung nham ba-zan rộng lớn và làm nên hình ‘người trong trăng’.

Khi thiên thạch đâm vào phía bên kia của mặt trăng, do lớp vỏ quá dày nên không tạo được vùng dâng tràn ba-zan mắc-ma, mà chỉ hình thành những vùng tối của mặt trăng với các thung lũng, miệng núi lửa, cao nguyên và hầu như không có biển.

Viện sinh học ngoài vũ trụ NASA và Trung tâm Nghiên cứu Sinh học Không gian bang Pennsylvania tài trợ nghiên cứu này.

 

Theo Đại Kỷ Nguyên