Vì sao dung nham lại chảy trên Mặt trăng 2 tỉ năm trước?

Đó là thời điểm Mặt trăng được cho là đã nguội hoàn toàn.

Dù phần bên trong Mặt trăng đang nguội dần, lớp phủ Mặt trăng ngày càng giàu canxi và titan - những nguyên tố có điểm nóng chảy tương đối thấp - có thể đã làm duy trì các vụ phun trào núi lửa tạo ra dung nham, theo một bài báo trên Tạp chí Science Advances hôm 21.10.

“Nghiên cứu của chúng tôi đưa ra lời giải thích khả thi đầu tiên về hoạt động núi lửa gần đây trên Mặt trăng và giúp các nhà khoa học hành tinh hiểu rõ hơn về sự tiến hóa nhiệt của nó”, tác giả chính, Chen Yi của Viện Địa chất và Địa vật lý ở Bắc Kinh (thủ đô Trung Quốc), cho biết.

Vào năm 2020, tàu vũ trụ Thường Nga 5 của Trung Quốc đã thu thập 1,73kg đất đá từ ​​mặt gần của Mặt trăng và đưa nó trở lại Trái đất để phân tích trong phòng thí nghiệm.

Những tảng đá nham thạch đen tối này hóa ra lại trẻ một cách đáng kinh ngạc. Trong khi những tảng đá do các sứ mệnh Apollo của NASA và các sứ mệnh Luna của Liên Xô mang về hơn 3 tỉ năm tuổi thì các mẫu từ Thường Nga 5 được hình thành chỉ 2 tỉ năm trước.

Các nhà khoa học tin rằng Mặt trăng được hình thành cách đây 4,5 tỉ năm dưới dạng đại dương magma. Trong 500 triệu năm tiếp theo, nó kết tinh từ bên trong để tạo thành một cấu trúc có ba lớp - lõi, lớp phủ và lớp vỏ - giống như Trái đất.

Các nhà khoa học ở Trung Quốc đã thực hiện một loạt thí nghiệm để giải thích về các mẫu đá Thường Nga 5 và tại sao lại có dung nham chảy xuống bề mặt Mặt trăng cách đây 2 tỉ năm, rất lâu sau khi Mặt trăng được cho là đã nguội và cứng lại.

Trong các nghiên cứu trước đây, họ đã loại trừ khả năng nước hoặc các yếu tố sinh nhiệt trong cấu trúc Mặt trăng đã gây ra hoạt động núi lửa vào khoảng thời gian các mẫu đá được hình thành.

Trong nghiên cứu mới nhất, Chen Yi và các đồng nghiệp đã so sánh cách các mẫu đá Thường Nga 5 và Apollo xuất hiện từ lớp phủ Mặt trăng.

Bằng cách mô phỏng các điều kiện mà các mẫu này hình thành, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng dung nham từ cả hai mẫu đều nổi lên từ độ sâu khoảng 500km bên dưới bề mặt Mặt trăng, Chen Yi nói.

Họ cũng tìm thấy các mẫu đá Apollo được hình thành ở 1.440 độ C (2.624 độ F), trong khi các mẫu Thường Nga 5 được hình thành ở 1.360 độ C, chỉ chênh lệch 80 độ. Điều này cho thấy Mặt trăng nguội dần trong hơn 1 tỉ năm.

Một điểm khác biệt lớn giữa đá dung nham Thường Nga 5 và Apollo là nồng độ của canxi oxit và titanium dioxide. Cả hai đều cao hơn đáng kể trong các mẫu Thường Nga 5.

Chen Yi cho biết các vật liệu giàu canxi và titan được hình thành ở giai đoạn cuối của đại dương magma được cho là đã chìm xuống đáy lớp phủ Mặt trăng, nhưng chúng có thể tái xuất hiện thông qua một quá trình được gọi là lớp phủ lên.

“Tôi rất vui với công việc này vì chúng tôi có thể mượn các kỹ thuật mà chúng tôi đã sử dụng để nghiên cứu lớp phủ của Trái đất và kết hợp dữ liệu trong phòng thí nghiệm với mô phỏng”, Chen Yi nói.

Chen Yi cho biết nhóm nghiên cứu mong muốn phân tích thêm các mẫu từ Mặt trăng để một ngày nào đó, họ cuối cùng có thể làm việc khi Mặt trăng "lạnh và chết".

“Chúng tôi chỉ có hai điểm dữ liệu ngay bây giờ”, Chen Yi nói, đề cập đến các mẫu Thường Nga 5 và Apollo. Cần nhiều điểm hơn để thiết lập đường cong làm lạnh.

Đường cong làm lạnh là đồ thị đường biểu diễn sự thay đổi pha của vật chất, điển hình là từ khí sang thể rắn hoặc thể lỏng sang thể rắn. Biến độc lập là thời gian và biến phụ thuộc là nhiệt độ. 

Nhiều mẫu hơn có thể đến sớm nhất vào năm 2024, khi Trung Quốc đặt mục tiêu khởi động sứ mệnh Thường Nga 6 và mang đá trở lại từ phía xa của Mặt trăng.

Theo Li Chunlai, nhà khoa học cấp cao của chương trình Thường Nga trong một cuộc nói chuyện tại Đài quan sát thiên văn quốc gia hôm 19.10, tuổi các mẫu đá Thường Nga 6 có thể sẽ rơi vào khoảng giữa các mẫu Thường Nga 5 và Apollo.

Trung Quốc cũng có kế hoạch thực hiện sứ mệnh trả mẫu tiểu hành tinh vào năm 2025 và lấy mẫu từ sao Hỏa vào khoảng năm 2031.