Những khám phá giật mình về lõi Mặt trăng

Một cuộc điều tra kỹ lưỡng đã phát hiện ra rằng lõi bên trong của Mặt trăng trên thực tế là một quả cầu rắn có mật độ tương tự như sắt. Các nhà nghiên cứu hy vọng điều này sẽ giúp giải quyết một cuộc tranh luận lâu dài về việc liệu lõi sâu bên trong của Mặt trăng là rắn hay nóng chảy và dẫn đến sự hiểu biết chính xác hơn về lịch sử của Mặt trăng – và mở rộng ra là của hệ Mặt trời.

Các nhà thiên văn học từ xa xưa đã thắc mắc về cấu trúc của Mặt trăng. Đã có cuộc tranh luận sôi nổi nổ ra trong nửa đầu thế kỷ 20 về việc liệu Mặt trăng có phải là một thế giới đá "nguyên thủy", giống như các mặt trăng Phobos và Deimos của sao Hỏa, hay liệu địa chất dưới sâu Mặt trăng có phong phú hay không.

Những gợi ý đầu tiên rằng Mặt trăng có phần bên trong giống Trái đất đến từ các tàu Apollo của NASA. Dữ liệu được thu thập bởi các thiết bị của tàu đổ bộ Mặt trăng cho thấy thiên thể này có cấu trúc được phân hóa - hoặc được phân lớp với vật chất đặc hơn ở trung tâm và vật chất ít đặc hơn ở gần bề mặt - trái ngược với đá đồng nhất xuyên suốt như Phobos hay Deimos. Theo NASA, các phi hành gia của tàu Apollo thậm chí còn để lại máy đo địa chấn trên Mặt trăng, sau này tiết lộ rằng nó đã trải qua các trận động đất trên Mặt trăng.

Tuy nhiên, gần đây các nhà khoa học mới có thể sắp xếp các bộ dữ liệu khổng lồ từ các tàu Apollo và các tàu thăm dò Mặt trăng khác để có được bức tranh rõ ràng hơn về bên trong Mặt trăng.

Nhóm nghiên cứu do nhà thiên văn học Arthur Briaud thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp vừa thông báo: "Kết quả của chúng tôi đặt ra câu hỏi về sự tiến hóa của từ trường Mặt trăng nhờ vào việc chứng minh sự tồn tại của lõi bên trong và tương tác với bề mặt bao phủ. Điều này mang lại những hiểu biết đáng kể về dòng thời gian của Mặt trăng trong một tỉ năm đầu tiên của hệ Mặt trời đầy bạo lực".

Việc thăm dò thành phần bên trong của các vật thể trong hệ Mặt trời được thực hiện hiệu quả nhất thông qua dữ liệu địa chấn. Cách sóng âm do động đất tạo ra di chuyển qua và phản xạ từ vật chất bên trong một hành tinh hoặc mặt trăng có thể giúp các nhà khoa học tạo ra một bản đồ chi tiết về bên trong của vật thể.

Các nhà nghiên cứu đã tình cờ có dữ liệu địa chấn Mặt trăng được thu thập bởi tàu vũ trụ Apollo, nhưng độ phân giải của nó quá thấp để xác định chính xác trạng thái của lõi bên trong. Họ tin rằng có một lõi bên ngoài lỏng, nhưng những gì nó bao phủ vẫn còn đang được tranh luận. Các mô hình lõi rắn bên trong và lõi lỏng phía ngoài hoàn toàn phù hợp với dữ liệu mà Apollo thu thập.

Để tìm ra nó một lần và dứt điểm các tranh cãi, Briaud và các đồng nghiệp của ông đã thu thập dữ liệu từ các tàu không gian và các thí nghiệm về phạm vi laser của Mặt trăng để biên soạn một hồ sơ về các đặc điểm khác nhau của Mặt trăng. Chúng gồm cả mức độ biến dạng của Mặt trăng do lực tương tác hấp dẫn với Trái đất, sự thay đổi khoảng cách của Mặt trăng với Trái đất và mật độ của nó.

Tiếp theo, họ tiến hành lập mô phỏng với nhiều loại lõi khác nhau để tìm ra loại nào phù hợp nhất với dữ liệu quan sát được. Họ đã thực hiện một số phát hiện thú vị. Đầu tiên, các mô phỏng gần giống nhất với những gì chúng ta biết về Mặt trăng mô tả sự “đảo ngược tích cực” sâu bên dưới lớp vỏ của Mặt trăng. Điều này có nghĩa là vật chất bên trong Mặt trăng sẽ càng dày đặc hơn ở phía lõi và vật chất ít đặc hơn sẽ trồi lên trên. Hoạt động này từ lâu đã được đề xuất như một cách giải thích sự hiện diện của một số nguyên tố trong các vùng núi lửa của Mặt trăng.

Và họ phát hiện ra rằng lõi Mặt trăng rất giống với lõi Trái đất – với lớp chất lỏng bên ngoài và lõi bên trong rắn chắc. Theo mô hình của họ, lõi ngoài có bán kính khoảng 362 km và lõi bên trong có bán kính khoảng 258 km. Đó là khoảng 15 phần trăm toàn bộ bán kính của Mặt trăng. Nhóm nghiên cứu tìm thấy lõi bên trong cũng có mật độ khoảng 7.822 kg trên một mét khối. Con số đó là rất gần với mật độ của sắt.

Thật kỳ lạ, vào năm 2011, một nhóm do nhà khoa học hành tinh Marshall của NASA, Renee Weber, dẫn đầu đã tìm thấy một kết quả tương tự bằng cách sử dụng các kỹ thuật địa chấn tiên tiến nhất lúc bấy giờ trên dữ liệu Apollo để nghiên cứu lõi Mặt trăng. Họ đã tìm thấy bằng chứng về một lõi rắn bên trong với bán kính khoảng 240 km và mật độ khoảng 8.000 kg trên một mét khối.

Briaud và nhóm của ông cho biết, kết quả của họ là sự xác nhận cho những phát hiện trước đó và tạo thành một bằng chứng khá chắc chắn cho lõi Mặt trăng giống Trái đất. Và điều này có một số ý nghĩa thú vị đối với sự tiến hóa của Mặt trăng.

Chúng ta biết không lâu sau khi được hình thành, Mặt trăng có một từ trường cực mạnh, từ trường này bắt đầu suy giảm khoảng 3,2 tỉ năm trước. Một từ trường như vậy được tạo ra bởi chuyển động và đối lưu trong lõi, vì vậy cấu tạo của lõi Mặt trăng có liên quan sâu sắc đến cách thức và lý do từ trường biến mất.

Với hy vọng trở lại Mặt trăng của loài người trong thời gian tương đối ngắn, có lẽ chúng ta sẽ không phải đợi lâu để xác minh cho những phát hiện này.