Một hành tinh nguyên thủy có kích thước tương đương sao Hỏa lao vào Trái Đất non trẻ, tạo ra một vụ va chạm khổng lồ đến mức vừa định hình hành tinh của chúng ta, vừa có thể tạo ra Mặt Trăng chỉ trong vài giờ.
Đây là khả năng được củng cố bởi những mô phỏng máy tính mới, trong đó các nhà khoa học tính đến một yếu tố trước đây chưa được chú ý đầy đủ: nhiệt độ bên trong của các hành tinh nguyên thủy tại thời điểm va chạm. Nhiệt độ này có thể quyết định độ cứng, khả năng biến dạng và cách vật chất của các thiên thể phản ứng khi chúng đâm vào nhau.
Cú va chạm khổng lồ có thể đã tạo ra Mặt Trăng
Giả thuyết về một vụ va chạm khổng lồ hiện được xem là lời giải thích hàng đầu cho nguồn gốc của Mặt Trăng. Theo kịch bản này, khoảng 4,5 tỷ năm trước, một hành tinh nguyên thủy có kích thước tương đương sao Hỏa, được đặt tên là Theia, đã va chạm với Trái Đất khi Hệ Mặt Trời còn rất trẻ.
Nhà khoa học hành tinh Robin Canup là một trong những người có đóng góp quan trọng nhất cho giả thuyết này. Từ năm 2001, bà đã phát triển và liên tục cải tiến nhiều mô phỏng máy tính nhằm tái hiện vụ va chạm giữa Theia và Trái Đất nguyên thủy.
Phát hiện chấn động: Vi sinh vật Trái Đất có thể đang ‘ngủ đông’ trên Mặt Trăng
Các mô hình cho thấy Theia lao vào Trái Đất theo một góc và tốc độ đặc biệt, khiến một lượng lớn vật chất bị hất văng lên quỹ đạo. Phần vật chất này sau đó tập hợp lại và hình thành Mặt Trăng.
Tuy nhiên, nghiên cứu mới do Adeene Denton thuộc Viện Nghiên cứu Tây Nam (Southwest Research Institute) dẫn đầu đã đưa mô hình đi xa hơn. Nhóm nghiên cứu xem xét chi tiết hơn các đặc tính địa chất của cả Trái Đất lẫn Theia, đặc biệt là độ bền vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ.
"Độ bền vật chất là yếu tố rất quan trọng khi nghiên cứu những vụ va chạm giữa các thiên thể nhỏ như tiểu hành tinh", Denton cho biết. Ban đầu, nhóm không chắc yếu tố này có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hình thành Mặt Trăng hay không. Nhưng kết quả mô phỏng cho thấy nó thực sự đóng vai trò rất lớn.
Trái Đất và Theia càng nóng, vụ va chạm càng khác biệt
Các nhà khoa học phát hiện rằng những thiên thể nóng thường yếu hơn đáng kể so với những thiên thể lạnh hơn. Điều này đặc biệt quan trọng trong giai đoạn đầu của Hệ Mặt Trời, bởi các hành tinh vừa hình thành vẫn chứa một lượng nhiệt khổng lồ bên trong.
Vì sao con người không thể cảm nhận Trái Đất đang quay với tốc độ 1.600 km/h?
Khi Theia va chạm với Trái Đất, nhiệt độ của hai thiên thể sẽ quyết định cách chúng biến dạng và hấp thụ động lượng từ cú đâm. Nói cách khác, cùng một vụ va chạm nhưng nếu Theia nóng hơn hoặc lạnh hơn, lượng vật chất bị phá vỡ và phân bố quanh Trái Đất cũng sẽ khác nhau.
Phần lõi giàu sắt của Theia phần lớn đã chìm xuống Trái Đất sau cú va chạm. Trong khi đó, một lượng lớn vật chất khác bị nghiền nát và tạo thành một đĩa mảnh vụn khổng lồ bao quanh Trái Đất. Chính đĩa vật chất này được cho là nguồn nguyên liệu hình thành Mặt Trăng.
Nhiệt độ của vài trăm kilomet ngoài cùng của Theia đặc biệt quan trọng. Khi nóng hơn, lớp vật chất này dễ biến dạng hơn khi chịu tác động của cú va chạm, đồng thời hấp thụ động lượng theo cách khác. Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến cách các mảnh vụn bị hất ra và cuối cùng kết tụ thành Mặt Trăng.
Bằng cách đưa những mức nhiệt độ và độ bền vật chất khác nhau vào mô hình, nhóm của Denton có thể tái hiện vụ va chạm với độ chi tiết cao hơn nhiều so với các mô phỏng trước đây.
Mặt Trăng có thể không mất hàng triệu năm để hình thành
Các mô phỏng trước đây từng đưa ra hai kịch bản chính về quá trình hình thành Mặt Trăng.
Ở kịch bản thứ nhất, một đĩa vật chất khổng lồ tồn tại quanh Trái Đất trong thời gian tương đối dài. Các mảnh vụn trong đĩa dần dần va chạm, kết tụ và cuối cùng tạo thành Mặt Trăng.
Kịch bản thứ hai gây bất ngờ hơn nhiều. Các mô phỏng do NASA dẫn đầu vào năm 2022 cho thấy Mặt Trăng có thể đã hình thành cực kỳ nhanh, chỉ trong vài giờ sau cú va chạm.
Các mô phỏng mới của Denton đang củng cố khả năng đặc biệt này.
Tìm ra cách phát hiện các mỏ nước khổng lồ ẩn sâu dưới Mặt Trăng
Nếu Theia tương đối lạnh, đồng nghĩa vụ va chạm xảy ra muộn hơn, khoảng 100-150 triệu năm sau khi các hành tinh trong Hệ Mặt Trời hình thành, vật chất sau cú va chạm sẽ tạo thành một cấu trúc cho phép Mặt Trăng tích tụ dần dần.
Do Theia khi đó lạnh và cứng hơn, một phần lớn thiên thể này cũng có thể tồn tại sau cú va chạm trước khi hòa trộn vào Trái Đất.
Nhưng nếu Theia vẫn còn rất nóng và vụ va chạm xảy ra chưa đầy 60 triệu năm sau khi các hành tinh hình thành, mọi chuyện sẽ hoàn toàn khác.
Trong trường hợp đó, Theia có thể bị phá hủy gần như hoàn toàn, đồng thời tạo ra một lượng vật chất khổng lồ bao quanh Trái Đất. Và đáng kinh ngạc là Mặt Trăng có thể hình thành từ đĩa vật chất này chỉ trong vài giờ.
"Khi tôi sử dụng những thông số tương tự các mô hình va chạm ban đầu, bao gồm cấu trúc nhiệt độ giống nhau bên trong cả hai thiên thể, một Mặt Trăng hoàn chỉnh đã xuất hiện chỉ sau khoảng 5 giờ", Denton cho biết.
Nếu kịch bản này đúng, lịch sử Trái Đất từng chứng kiến một sự kiện khó tưởng tượng: chỉ trong vài giờ, hành tinh của chúng ta vừa trải qua một cú va chạm có sức tàn phá khủng khiếp, vừa có thêm một vệ tinh tự nhiên mới.
Thành phần Mặt Trăng vẫn đặt ra câu hỏi lớn
Phát hiện mới không chỉ giúp giải thích tốc độ hình thành Mặt Trăng mà còn có thể cung cấp manh mối về các đặc điểm của Mặt Trăng ngày nay.
Robin Canup, người không tham gia nghiên cứu, cho rằng những kết quả mới có thể mở ra mối liên hệ giữa các đặc tính vật lý hiện tại của Mặt Trăng, trong đó có thể bao gồm hàm lượng các nguyên tố dễ bay hơi, với trạng thái nhiệt của Trái Đất và Theia tại thời điểm xảy ra vụ va chạm.
Hành tinh tồn tại sự sống xuất hiện trước Trái Đất hàng tỷ năm?
Mối liên hệ này có thể giúp giới khoa học xác định chính xác hơn thời điểm vụ va chạm tạo ra Mặt Trăng diễn ra.
Đáng chú ý, cả hai kịch bản mô phỏng đều cho thấy Mặt Trăng chủ yếu được tạo nên từ vật chất lớp phủ của Theia, chỉ pha trộn một lượng nhỏ vật chất từ lớp phủ Trái Đất.
Điều này khá bất ngờ, bởi thành phần của Mặt Trăng có nhiều điểm tương đồng với lớp phủ Trái Đất. Nếu phần lớn vật chất Mặt Trăng đến từ Theia, việc hai thiên thể lại có thành phần tương tự nhau đặt ra một câu hỏi lớn về nguồn gốc của Theia cũng như quá trình hình thành các hành tinh trong Hệ Mặt Trời.
Các nghiên cứu trước đây cho thấy câu chuyện phức tạp hơn. Dù Trái Đất và Mặt Trăng có nhiều điểm tương đồng, chúng vẫn tồn tại những khác biệt khó giải thích, đặc biệt ở tỷ lệ một số đồng vị. Những khác biệt này hiện chưa thể được lý giải hoàn toàn bằng các mô phỏng va chạm hiện có, bao gồm cả mô hình mới của Denton.
(Theo Space, Earthsky)
