Phát hiện chấn động
Phát hiện được các nhà khoa học tìm ra từ những hạt bụi troilite (hạt khoáng) được tàu Apollo 17 thu thập vào năm 1972. Theo đó, các vật thể này có thể có tuổi đời ngang bằng hoặc thậm chí lâu đời hơn Mặt Trăng, một di tích 4,5 tỷ năm tuổi của Hệ Mặt Trời sơ khai.
Nhà khoa học hành tinh James Dottin thuộc Đại học Brown (Hoa Kỳ) không giấu nổi sự ngạc nhiên: "Ý nghĩ đầu tiên của tôi là 'Trời ơi, điều này không thể là sự thật'. Chúng tôi đã phải kiểm tra lại để đảm bảo mọi thứ đều chính xác, và đúng là như vậy. Đây thực sự là những kết quả rất đáng ngạc nhiên".
Trong những năm 1960 và đầu những năm 1970, các phi hành gia trên tàu Apollo của NASA đã mang về Trái Đất tổng cộng 382 kg vật liệu Mặt Trăng. Tuy nhiên, nhận thức được sự phát triển của công nghệ trong tương lai, các nhà khoa học đã niêm phong một số mẫu đá để bảo quản, chờ đợi điều kiện nghiên cứu tốt hơn.
Một trong những mẫu vật được bảo quản này đã được nhà khoa học hành tinh Dottin và nhóm của ông nghiên cứu, sử dụng phương pháp khối phổ để xác định nguồn gốc lưu huỳnh trong mẫu.
Lưu huỳnh là một nguyên tố quan trọng để hiểu lịch sử địa chất của một vật thể. Nó có thể liên kết với các kim loại như sắt, di chuyển giữa lõi, lớp phủ và khí quyển của hành tinh, đồng thời lưu giữ dấu vết đồng vị của môi trường nơi nó hình thành.
Đồng vị là các phiên bản của một nguyên tố với số lượng neutron khác nhau. Tỷ lệ của chúng trong một vật liệu khác nhau tùy thuộc vào cách vật liệu đó được tạo ra, một dạng "mã vạch hóa học" mà các nhà khoa học có thể sử dụng để truy tìm nguồn gốc, cơ chế hình thành và tuổi của mẫu.
Mẫu vật trong ống dẫn động 73001/2 của Apollo 17 chứa các mảnh troilite, một hợp chất của sắt và lưu huỳnh thường được tìm thấy trong không gian.
Dottin và nhóm của ông muốn nghiên cứu tỷ lệ đồng vị của lưu huỳnh trong troilite để tìm hiểu thêm về lịch sử của Mặt Trăng, đặc biệt nhắm vào các hạt trông giống như có nguồn gốc từ núi lửa.
Nhà du hành Harrison Schmitt trên tàu Apollo 17 đang sử dụng dụng cụ thu thập mẫu trên Mặt Trăng (Ảnh: NASA).
Những dấu hiệu bất ngờ từ lưu huỳnh-33
Một số phần của mẫu có nồng độ lưu huỳnh-33 hơi cao, một mô hình đồng vị phù hợp với quá trình thoát khí núi lửa, đúng như dự đoán của Dottin và nhóm nghiên cứu về đá núi lửa Mặt Trăng.
Tuy nhiên, các phần khác của mẫu lại cho thấy điều ngược lại: tỷ lệ đồng vị lưu huỳnh-33 giảm đáng kể.
"Trước đây, người ta cho rằng lớp phủ Mặt Trăng có thành phần đồng vị lưu huỳnh giống như Trái Đất", Dottin giải thích. "Đó là điều tôi mong đợi khi phân tích các mẫu này, nhưng thay vào đó, chúng tôi lại thấy những giá trị rất khác so với bất kỳ giá trị nào chúng tôi tìm thấy trên Trái Đất".
Các nhà khoa học chưa bao giờ nhìn thấy mẫu vật Mặt Trăng nào có tỷ lệ đồng vị này, và nó có rất ít cách hình thành.
Mức độ suy giảm lưu huỳnh-33 này cho thấy sự tương tác giữa lưu huỳnh và tia cực tím trong một bầu khí quyển mỏng, đặt ra hai khả năng thú vị. Cả hai đều cho thấy troilite là một khoáng vật cổ xưa.
Hai giả thuyết về nguồn gốc lưu huỳnh cổ xưa
Khả năng thứ nhất là lưu huỳnh hình thành trên chính Mặt Trăng, vào thời điểm các nghiên cứu cho thấy một đại dương magma bao phủ Mặt Trăng sơ sinh. Khi đại dương này nguội đi và kết tinh, lưu huỳnh-33 có thể đã bốc hơi từ bề mặt vào bầu khí quyển nguyên thủy của Mặt Trăng, để lại các đồng vị nặng hơn.
Giả thuyết thứ hai thậm chí còn hấp dẫn hơn. Giả thuyết hàng đầu về sự hình thành Mặt Trăng là Trái Đất sơ khai đã bị một vật thể có kích thước bằng sao Hỏa tên là Theia va vào trong sự hỗn loạn của Hệ Mặt Trời sơ khai.
Một số giả thuyết cho rằng các mảnh vỡ tạo thành vẫn nằm trên quỹ đạo Trái Đất, kết tụ thành Mặt Trăng, trong khi một phần của Theia biến mất vào bên trong Trái Đất.
Nhưng một phần của Theia cũng có thể vẫn còn ở lại Mặt Trăng. Và các nhà nghiên cứu cho rằng lưu huỳnh Mặt Trăng kỳ lạ của chúng cũng có thể bắt nguồn từ Theia.
Không thể nói kịch bản nào có khả năng xảy ra hơn, nhưng dù sao chúng ta cũng có thể xem xét những hệ quả. Nếu lưu huỳnh đã bị biến đổi quang hóa, đó có thể là bằng chứng về sự trao đổi vật chất từ xa xưa từ bề mặt Mặt Trăng đến lớp phủ, Dottin nói.
"Trên Trái Đất, chúng ta có kiến tạo mảng thực hiện điều đó, nhưng Mặt Trăng thì không", Dottin giải thích. "Vì vậy, ý tưởng về một loại cơ chế trao đổi nào đó trên Mặt Trăng thời kỳ đầu thật thú vị".
Sự hiện diện của lưu huỳnh kỳ lạ cũng có thể bác bỏ giả thuyết rằng Mặt Trăng hình thành từ bụi phóng xạ của vụ va chạm Trái Đất-Theia. Nếu điều đó xảy ra, lưu huỳnh sẽ được phân bố đều khắp lớp phủ Mặt Trăng.
Đây là một phát hiện đầy hứa hẹn, và nó chỉ là một mẫu vật được cất giữ trong buồng heli từ những năm 1970. Tuy nhiên, việc giải mã bí ẩn này có lẽ sẽ cần thêm nhiều mẫu vật ngoài Trái Đất: từ Mặt Trăng, từ Sao Hỏa, thậm chí có thể từ các tiểu hành tinh và chúng ta sẽ cần nhiều thời gian để thu thập.
Dù nguồn gốc của chúng là gì, những hạt này vẫn lưu giữ dấu vết lưu huỳnh kỳ lạ và lâu đời nhất từng được tìm thấy trên Mặt Trăng, một dấu vết mờ nhạt dẫn chúng ta trở về chính sự hình thành của Hệ Mặt Trời.
