Phát hiện mới hỗ trợ giả thuyết về sự hình thành của Mặt trăng

Theo một nghiên cứu chung giữa các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Johns Hopkins, Đại học Cambridge và Đại học Claude Bernard, một lớp sắt và các yếu tố khác nằm sâu dưới lòng đất là bằng chứng mà từ lâu các nhà khoa học đã tìm kiếm để hỗ trợ giả thuyết: Mặt trăng được hình thành do một vật thể từ hành tinh va vào Trái đất sơ khai cách đây khoảng 4,5 tỷ năm. Báo cáo nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Nature Geoscience.

Nghiên cứu đã sử dụng các mô phỏng về tác động của Trái đất làm bằng chứng để chứng minh một lớp phân tầng ở dưới tầng đá manti có trong dữ liệu địa chấn, đã được hình thành khi Trái đất bị một vật thể nhỏ hơn va vào. Nhóm nghiên cứu cho rằng tác động tương tự này đã đẩy khối lượng lớn mảnh vỡ vào không gian để tạo nên Mặt trăng.

"Các thí nghiệm của chúng tôi bổ sung bằng chứng ủng hộ giả thuyết về tác động khổng lồ này", Maylis Landeau, trưởng nhóm nghiên cứu nói. "Kịch bản về tác động khổng lồ cũng giải thích cho sự phân tầng được phỏng đoán là do địa chấn ở phía trên của lõi Trái đất ngày nay. Kết quả này cho thấy mối liên hệ giữa cấu trúc của lõi Trái đất ngày nay với sự hình thành Trái đất".

Kịch bản về tác động khổng lồ cũng giải thích cho sự phân tầng được phỏng đoán là do địa chấn ở phía trên của lõi Trái đất ngày nay.

GS. Peter Olson, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng lập luận về tác động khổng lồ đến sự hình thành của Mặt trăng là giả thuyết khoa học phổ biến nhất về quá trình hình thành vệ tinh của Trái đất, nhưng vẫn chưa được chứng minh vì không có bằng chứng xác thực. "Chúng tôi cho rằng lớp phân tầng này có thể là bằng chứng xác thực", GS. Olson nói. "Các thuộc tính của lớp phân tầng đó phù hợp để được coi là dấu vết của tác động khổng lồ".

Lập luận của nhóm nghiên cứu dựa vào bằng chứng địa chấn về cấu tạo của lớp phân tầng - có thể dày khoảng 200 dặm và nằm dưới bề mặt Trái đất 1.800 dặm - và cả các thí nghiệm tại lab mô phỏng sự bất ổn của tác động. Đặc biệt, bất ổn này được cho là gây ra hiện tượng phân tầng, có nghĩa là hỗn hợp vật liệu trong các lớp chứ không phải là cấu trúc đồng nhất ở phía trên của lõi.

Lớp phân tầng này được cho là bao gồm hỗn hợp sắt và các nguyên tố nhẹ hơn như oxy, lưu huỳnh và silic. Sự tồn tại của lớp phân tầng được xác định bằng hình ảnh địa chấn, vì lớp này nằm quá sâu để có thể lấy mẫu trực tiếp.

Đến nay, hầu hết các mô phỏng về tác động khổng lồ đã được thực hiện bằng số, nhưng không giải được sự bất ổn của tác động. GS. Olson cho rằng bất ổn này khó mô phỏng bằng toán học và không có mô hình máy tính nào thực hiện mô phỏng thành công.

Trong thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các chất lỏng gần giống như sự hòa trộn hỗn độn của các vật liệu để mô phỏng tác động xuất hiện khi vật thể của hành tinh tác động vào thời điểm Trái đất mới được hình thành trọn vẹn.

Vật thể phóng ra từ hành tinh tạo nên Mặt trăng có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng sao Hỏa.

GS. Olson cho biết các thí nghiệm phụ thuộc vào nguyên tắc "tương tự động lực" (dynamic similarity). Trong trường hợp này, nghĩa là cách so sánh đáng tin cậy giữa các dòng chất lỏng mà không cần tái tạo quy mô, vật liệu và lực tác động đến Trái đất lúc đầu, nhưng lại không thể thực hiện được. Thay vào đó, thí nghiệm mô phỏng những tỷ lệ quan trọng về các lực tác dụng lên nhau, gây ra sự bất ổn của tác động, dẫn đến sự hình thành của hỗn hợp vật liệu phân lớp.

Các nhà nghiên cứu đã tiến hành hơn 60 thí nghiệm, trong đó khoảng 99g nước muối hoặc ethanol thể hiện vật thể phóng ra từ hành tinh va vào Trái đất và rơi vào trong một thùng hình chữ nhật chứa khoảng 22 lít nước đại diện cho Trái đất sơ khai. Trong thùng nước có sự kết hợp giữa các chất lỏng theo lớp không hòa trộn lẫn nhau: dầu nổi lên trên cùng thể hiện cho tầng đá manti của Trái đất và nước bên dưới đại diện cho lõi Trái đất.

Phân tích tác động đã chỉ rõ hỗn hợp vật liệu còn lại có số lượng khác nhau và sự phân bố của hỗn hợp phụ thuộc vào kích thước và mật độ của vật thể phóng ra va vào Trái đất. Vật thể càng lớn, nhiều khả năng là toàn bộ lõi Trái đất chứ không chỉ một lớp, sẽ là hỗn hợp vật liệu. Nhóm nghiên cứu cũng lập luận rằng vật thể phóng ra từ hành tinh tạo nên Mặt trăng có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng sao Hỏa.