Mặt trăng không phải là hành tinh quá lớn, tại sao nó lại có thể chứa 1 lượng lớn những thứ này? Câu hỏi này đã khiến các nhà khoa học quyết tìm lời giải đáp.
Mặt trăng là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái đất. Mặt trăng quay xung quanh Trái đất một vòng mất 29,5 ngày. Kích thước của Mặt trăng bằng khoảng 27% kích thước của Trái đất. Trọng lực trên Mặt trăng chỉ bằng khoảng 1/6 so với trọng lực Trái đất.
Mặt trăng đã đồng hành cùng Trái đất trong hơn 4,5 tỷ năm. Sự tồn tại của Mặt trăng có ảnh hưởng rất lớn tới Trái đất. Nếu như thiếu đi sự hiện diện của Mặt trăng, Trái đất sẽ gặp phải rất nhiều thay đổi lớn.
Mặt trăng là vệ tinh tự nhiên không thể thiếu của Trái đất. (Ảnh: Baidu)
Ví dụ như lượng thủy triều sẽ ít hơn, trục của Trái đất sẽ thay đổi, khí hậu sẽ biến đổi rất lớn, bầu trời ban đêm sẽ tối hơn nhiều, Trái đất sẽ quay nhanh hơn, nhật thực và nguyệt thực sẽ không tồn tại, các loài động vật sống dựa vào chu kỳ Mặt trăng sẽ bị diệt vong… Tất cả những điều này để cho thấy Mặt trăng quan trọng đối với Trái đất như thế nào.
Mặt trăng là vệ tinh của Trái đất nên ngay từ thời thượng cổ con người đã quan sát thiên thể này. Ngay từ những năm 60, nhiều quốc gia đã tìm cách để khảo sát Mặt trăng. Ngày 20/7/1969 chính là khoảnh khắc lịch sử của loài người khi phi hành gia Neil Armstrong đã trở thành người đầu tiên đặt chân lên Mặt trăng. Tiếp theo đó là rất nhiều phi hành gia khác đã lên Mặt trăng để thăm dò và vén "bức màn bí ẩn" của hành tinh này. Và rất nhiều thứ kỳ lạ đã được tìm thấy trên Mặt trăng.
Vén "bức màn bí ẩn" của Mặt trăng
Một trong số đó là sự phát hiện của tàu thám hiểm Mặt trăng - Thường Nga 4 của Cơ quan Không gian Quốc gia Trung Quốc. Tàu vũ trụ Thường Nga 4 đã đi vào quỹ đạo Mặt trăng vào ngày 12 tháng 12 năm 2018. Cuộc đổ bộ diễn ra vào ngày 3 tháng 1 năm 2019. Mục đích của chuyến du hành này là để xác định tuổi và thành phần tại khu vực chưa được khám phá của Mặt trăng. Tàu Thường Nga 4 là tàu vũ trụ đầu tiên hạ cánh ở mặt sau của Mặt trăng.
Địa điểm mà tàu Thường Nga 4 hạ cánh là ở trong một miệng núi lửa của Mặt trăng được đặt tên là Von Kármán. Von Kármán nằm ở bán cầu nam ở phía không thể nhìn thấy của Mặt trăng mà trước đó chưa có tàu của loài người thám hiểm. Cụ thể khu vực này nằm trong phần diện tích luôn bị che khuất bởi Mặt trăng chỉ hướng 1 mặt về phía Trái đất.
Miệng núi lửa Von Kármán. (Ảnh: Baidu)
Miệng núi lửa này có đường kính khoảng 180km và nó nằm trong khu vực Cực Nam – lòng chảo Aitken có đường kính lớn tới 2.500km, sâu 13km. Theo Guardian, đây là miệng núi lửa cổ xưa nhất, lớn nhất và sâu nhất trên bề mặt của Mặt trăng.
Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng khu vực lòng chảo Aitken được hình thành sau bởi vụ va chạm thiên thể rất lớn trong giai đoạn đầu sau khi Mặt trăng hình thành. Sau vụ chạm này, nhiều vật chất từ sâu dưới lòng của Mặt trăng đã bị đẩy lên lớp bề mặt.
Từ một nghiên cứu từng được công bố trên tạp chí Geophysical Research Letters, các nhà khoa học Trung Quốc đã hy vọng thông qua lần thám hiểm này để khám phá thêm những "bí mật" khác của Mặt trăng. Theo những gì nghiên cứu đó công bố, nhà nghiên cứu Peter B. James và nhóm của mình (thuộc đại học Baylor) đã phân tích những thay đổi của lực hấp dẫn xung quanh Mặt trăng và phát hiện ra một khối lượng kim loại nằm dưới bề mặt của nó.
Cận cảnh của miệng núi lửa trên Mặt trăng. (Ảnh: Baidu)
Nhóm nghiên cứu đã kết hợp với dữ liệu so sánh các bản đồ địa hình của Mặt trăng cùng với dữ liệu thu thập từ chương trình nghiên cứu cấu trúc và trọng lực Mặt trăng (GRAIL) của NASA. Theo các nhà nghiên cứu, sự bất thường của khu vực lòng chảo Aitken có thể giải thích chính xác bằng một lượng lớn kim loại ở độ sâu vài trăm km.
Từ đó họ đã đưa 2 giả thuyết, thứ nhất, họ đã xây dựng các mô hình toán học cho thấy phần còn lại của một tiểu hành tinh bằng sắt và niken siêu nặng có thể vẫn tồn tại dưới lớp vỏ bao phủ Mặt trăng. Giả thuyết thứ 2 là phần lõi Mặt trăng tại khu vực này chứa dày đặc các vật chất dị thường.
Nhà nghiên cứu Peter B. James cho hay: "Chúng tôi cho rằng nằm sâu dưới lòng chảo Aitken là một mỏ kim loại lớn gấp 5 lần đảo Hawaii. Mặc dù mỏ này rất lớn nhưng do nó nằm ở phần tối của Mặt trăng nên chúng ta rất khó quan sát được từ Trái đất. Tôi cũng tin rằng một trong những phòng thí nghiệm tốt nhất để nghiên cứu về Mặt trăng chính là miệng núi lửa Von Kármán".
Tàu Thường Nga 4 đã tìm thấy một số thông tin thiên văn mà trước đây chúng ta chưa xác minh. (Ảnh: Baidu)
Điều đáng ngạc nhiên hơn là trong miệng núi lửa này, tàu thám hiểm Thường Nga 4 đã tìm thấy một số thông tin thiên văn mà trước đây chúng ta chưa chứng minh được. Bên dưới miệng núi lửa Von Kármán là một mỏ kim loại khổng lồ tồn tại ở độ sâu lên tới 290km. Khối lượng của mỏ kim loại này lên tới 22 triệu tấn. Việc có kim loại bên trong một hành tinh không phải là chuyện hiếm nhưng Mặt trăng không phải là hành tinh quá lớn, tại sao nó lại có trữ lượng kim loại lớn như vậy?
Mỏ kim loại ẩn trong lòng chảo Aitken chủ yếu là sắt và niken, thành phần cốt lõi của hầu hết các thiên thể trong Hệ Mặt trời. Trong tinh vân Mặt trời nguyên thủy, sắt và niken là hai nguyên tố có khối lượng tương đối cao. Khi sắt và niken trở thành một phần của các khối thiên thể, chúng từ từ chìm xuống phần lõi trung tâm do mật độ của chúng cao. Lõi của Trái đất là một khối cầu hợp kim sắt-niken khổng lồ, dày 3.400 km, và khối lượng của nó tương đương với một phần ba tổng trọng lượng của Trái đất.
Đi tìm nguồn gốc của mỏ kim loại
Căn cứ trên mô hình toán học của Peter B. James và nhóm nghiên cứu của ông, các chuyên gia cho rằng sự hình thành của mỏ kim loại này thực sự xuất phát từ vụ va chạm của thiên thạch khổng lồ với Trái đất trước đó.
Hành tinh va chạm với Trái đất vào khoảng 4,6 tỷ năm trước được gọi là Theia. Các nhà khoa học cho rằng Mặt trăng được sinh ra từ vụ va chạm này. Hành tinh này được cho là nhỏ hơn so với Trái đất lúc đó và có kích thước và khối lượng như sao Hỏa. Quỹ đạo của nó ban đầu là ổn định nhưng sau khi Trái đất thu thập thêm vật chất xung quanh thì quỹ đạo của Theia trở nên bất ổn. Cuối cùng nó va chạm vào Trái đất theo 1 góc thấp và chéo.
4,6 tỷ năm trước Trái đất đã va chạm với hành tinh Theia. (Ảnh: Baidu)
Tốc độ chậm và góc nhỏ không đủ để nó tiêu diệt Trái đất, nhưng một tỷ lệ lớn lớp vỏ của nó bị bắn ra. Những phần tử nặng từ Theia chìm sâu vào vỏ Trái đất, trong khi những phần còn lại và vật chất phóng ra tập hợp lại thành một vật thể duy nhất trong vài tuần. Dưới ảnh hưởng của trọng lực của chính nó, có lẽ trong một năm, nó trở thành một vật thể có hình cầu: là Mặt trăng. Sự va chạm cũng được cho rằng đã làm thay đổi trục của Trái đất làm nó nghiêng đi 23,5°, trục quay nghiêng gây ra mùa trên Trái đất. Và nó cũng đã làm tốc độ quay của Trái đất tăng thêm và khởi động những kiến tạo địa tầng.
Erik Asphaug, giáo sư tại Phòng thí nghiệm Mặt trăng và Hành tinh (LPL) của Đại học Arizona cho biết Mặt trăng hình thành từ đá bụi văng ra đã đi vào quỹ đạo Trái đất. Tuy nhiên, 2 nhà nghiên cứu là Alfred G. W. Cameron và William Ward cho rằng Mặt trăng cũng được tạo thành bởi vụ va chạm theo phương tiếp tuyến với một thiên thể kích thước Sao Hỏa. Thế nhưng, lớp silicat ngoài của các thiên thể va chạm hầu hết đã bốc hơi, để lại lõi kim loại. Do đó, hầu hết vật chất bắn lên quỹ đạo sẽ bao gồm silicat, làm Mặt trăng khi ngưng kết thiếu đi sắt.
Bằng chứng của kịch bản va chạm này đã được nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi NASA thu thập được từ các loại đá Mặt trăng do các phi hành gia trên tàu Apollo mang về hơn 50 năm trước.
Sáu địa điểm đã được lấy mẫu trực tiếp từ cuộc hạ cánh có người của Chương trình Apollo từ năm 1969 đến năm 1972, mang về Trái đất 380,96 kg đá Mặt trăng và đất Mặt trăng. Thêm nữa, ba tàu vũ trụ Luna Soviet robot đã mang về 326 gr nữa từ năm 1970 đến năm 1976. Thành phần của Mặt trăng mà họ khám phá ra đã tiết lộ các đặc tính của Theia.
Kết quả vụ va chạm là sự hình thành của Mặt trăng. (Ảnh: Baidu)
Tờ The CS Monitor cho hay, lớp vỏ Mặt trăng được làm bằng 43% oxy, 20% silicon, 19% magiê, 10% sắt, 3% canxi và 3% nhôm. Lõi của Mặt trăng được cho là bao gồm sắt, lưu huỳnh và niken, với lớp giữa lớn nhất, hoặc lớp phủ, bao gồm olivin, clinopyroxen và orthopyroxen.
Lõi của Mặt trăng chiếm khoảng 2% toàn bộ khối lượng của Mặt trăng và ở trạng thái nóng chảy một phần. Lớp bề mặt của Mặt trăng cũng có một lượng vết nhỏ gồm 0,42 % crom, 0,18 % titan, 0,12 % mangan, kali, uranium, thorium, hydro và một số nguyên tố khác. Tất cả các yếu tố này tạo thành một lớp phủ được gọi là regolith. Mafic plutonic và maria bazan là hai loại đá được tìm thấy trong regolith. Cả hai đều là các loại đá lửa, được hình thành từ dung nham làm mát.
Trong khi đó, các nhà khoa học Anh trong một thông báo trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia Anh cho hay, họ đích thực đã tìm thấy thành phần cấu tạo của Mặt trăng từ những mảnh vụn phát sinh của Trái đất va chạm với Theia. Trong số các mảnh vỡ của vụ va chạm, các nhà khoa học tìm thấy một khối vật chất tự hấp dẫn, gần bằng kích thước của Mặt trăng, chứa gần 1% sắt giống như Mặt trăng.
Trong tương lai, loài người sẽ sử dụng Mặt trăng như 1 nơi để khai thác tài nguyên. (Ảnh: Baidu)
Như vậy, nhờ có sự giúp đỡ của các công cụ khoa học, lịch sử ra đời của Trái đất, Mặt trăng, các thiên thể khác cũng như các bí mật của chúng dần bị phơi bày. Không chỉ có kim loại hiếm, Mặt trăng còn là nguồn cung cấp nhiều loại vật liệu khác như Silicon, đất hiếm, Titan, nhôm, nước, đồng vị Helium 3. Ngoài ra, việc xây dựng các hầm mỏ Mặt trăng còn giúp cho loài người có 1 nơi để làm căn cứ, trạm dừng hay điểm tiếp nhiên liệu cho tàu vũ trụ tiếp tục đi chinh phục các hành tinh khác nữa.
Hiện nay, Mặt trăng đã trở thành miếng bánh mà nhiều quốc gia lớn muốn xí phần. Nhiều tỉ phú và là ông chủ của các công ty vũ trụ tư nhân đã tiếp cận với NASA để "thâu tóm" Mặt trăng như giám đốc điều hành Jeff Bezos của Amazon, tỉ phú Elon Musk – ông chủ SpaceX. Thậm chí, Cơ quan Vũ Trụ Châu Âu lên kế hoạch khai thác tài nguyên trên Mặt trăng từ năm 2025. Do đó, rất có thể chỉ vài năm nữa thôi, chúng ta sẽ có thể sử dụng nhiều vật liệu được lấy từ Mặt trăng về để đưa vào sản xuất hoặc tinh luyện.