Chia sẻ

Trong một căn phòng màu trắng sáng rực tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân ở Washington, D.C. (Mỹ), một chiếc rương bằng nhựa trong suốt chứa đầy "các mảnh thiên đường". Bên trong rương là những mẩu thiên thạch tìm thấy từ lớp băng Nam Cực và các hạt vật chất được cho là tồn tại từ trước khi hệ Mặt trời hình thành. Đây là những kho báu giúp con người hiểu về hành tinh của chúng ta giữa muôn vàn ngôi sao.

Từ chiếc rương, nhà địa chất học Kate Burgess lấy ra một "kho báu" khác: một lọ nhỏ bằng Teflon, được bọc hai lần trong túi Teflon. Nó chứa đất từ Mặt trăng, được thu thập bởi các phi hành gia tàu Apollo 17 trong lần hạ cánh cuối cùng của các sứ mạng tàu con thoi vào năm 1972.

Nhà địa chất học Kate Burgess cầm lọ nhỏ đựng mẫu đất Mặt trăng. Ảnh: Vox

 Trong một thời gian rất dài, lớp đất đó không bị xáo trộn trên Mặt trăng, chỉ tiếp xúc với bức xạ mạnh của vũ trụ. Khi Burgess quan sát mẫu vật qua kính hiển vi điện tử mạnh đến mức có thể nhìn tới quy mô của các nguyên tử, cô đang tìm kiếm bằng chứng về việc tiếp xúc với bức xạ vũ trụ đã thay đổi màu đất như thế nào. Điều này nghe có vẻ vi mô, nhưng nó phục vụ cho một ý tưởng to lớn, và rất đẹp nữa.

Burgess đang thực hiện những công việc để khiến mẫu đất Mặt trăng trở thành một con đường mở ra vũ trụ rộng lớn hơn. Cô nghiên cứu xem bao nhiêu phần màu đất là do thành phần của bản thân nó và bao nhiêu là do quá trình phong hóa vũ trụ (quá trình đất đá và khoáng vật bị biến đổi do tác động của điều kiện môi trường như không khí, nhiệt, nước…). Việc tìm ra tỉ lệ đó sẽ giúp xác định thành phần của các thiên thể được phát hiện bằng kính viễn vọng.

Chiếc túi đựng mẫu đất Mặt trăng của phi hành gia Neil Armstrong, người đầu tiên đặt chân lên Mặt trăng, được bán đấu giá. Ảnh: Reuters

Theo cách này, các mẫu đất đá Mặt trăng là một sợi dây liên kết giữa chúng ta với “thiên đường”, giúp chúng ta nhìn sâu hơn vào vũ trụ và hiểu những gì ta tìm thấy. Đối với các nhà khoa học hành tinh, những nghiên cứu về mẫu vật Mặt trăng là vô giá. Không giống như Trái đất, Mặt trăng không thay đổi nhiều kể từ khi nó hình thành. Điều đó làm cho nó trở thành một “viên nang thời gian”, một cuốn "Sáng Thế ký" về địa chất.

Cho đến nay các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu mẫu vật Mặt trăng từ các cuộc đổ bộ của tàu Apollo. Nhưng họ cũng khao khát một cuộc trở lại Mặt trăng để tìm hiểu thêm nhiều điều nữa về Trái đất và vũ trụ.

Tổng thống Donald Trump muốn Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ phải đưa con người trở lại Mặt trăng vào năm 2024. Và trong lúc này giới khoa học gia hành tinh đang nóng lòng chờ đợi cơ hội nghiên cứu đất đá từ vùng cực Nam cũng như “vùng tối Mặt trăng”, nơi không bao giờ đối mặt với Trái đất.

Liệu một cuộc trở lại Mặt trăng tại thời điểm này có đáng giá hay không (khi chi phí được dự tính lên tới 30 tỉ USD), câu hỏi đó vẫn còn gây tranh cãi. Nhưng các nhà khoa học hành tinh ít nhất đều cho rằng nó sẽ dẫn đến những lợi ích khoa học quan trọng.

Đó là vì đá Mặt trăng, chúng đã kể một câu chuyện đáng kinh ngạc về nơi ta sống trong vũ trụ. Càng thu thập được nhiều mẫu vật, chúng ta càng biết được nhiều hơn.

Cuộc đổ bộ lên Mặt trăng lần đầu tiên - với tàu Apollo 11 đã xảy ra cách đây đúng 50 năm vào ngày 20/7/1969 – mang rất nhiều ý nghĩa: đánh bại Liên Xô trong cuộc đua vũ trụ, giải bài toán kỹ thuật đưa con người lên bề mặt Mặt trăng. Nhưng tất cả đều liên quan đến địa chất. Trong suốt sáu lần hạ cánh trên Mặt trăng, các phi hành gia đã mang về 382kg đất và đá Mặt trăng.

Phi hành gia 'Buzz' Aldrin của tàu Apollo 11 đứng bên lá quốc kỳ Mỹ đầu tiên cắm trên Mặt trăng. Ảnh: NASA/EPA

Sẽ không cường điệu khi nói rằng những tảng đá đó đã thay đổi hiểu biết của chúng ta về hệ Mặt trời và viết lại lịch sử của nó. “Trước Apollo, chúng tôi thực sự không biết Mặt trăng hình thành như thế nào”, Juliane Gross, một nhà khoa học hành tinh tại Đại học Rutgers (Mỹ) cho biết.

Nghiên cứu địa chất là nghiên cứu lịch sử. Nhưng Trái đất lại liên tục xóa đi những dữ liệu địa chất cũ.

“Trái đất là một cỗ máy tái chế khổng lồ. Chúng ta có gió, có mưa, chúng ta có băng và thời tiết, và vì vậy tất cả các tảng đá đều bị phong hoá”, bà Gross cho biết. "Lớp vỏ của hành tinh chúng ta rất năng động; lục địa của chúng ta trôi nổi, di chuyển và thay đổi. Qua các thời đại, đá được tái xử lý, tan chảy và tái hình thành khi các lục địa  va đập vào nhau".

Trong khi đó, Mặt trăng không xóa đi lịch sử của nó. Ngoài các tác động của tiểu hành tinh, Mặt trăng không thay đổi quá nhiều kể từ khi hình thành. Đây là một “viên nang thời gian”, một cuốn sổ cái cho lịch sử hệ Mặt trời của chúng ta.

Với một tảng đá Mặt trăng, “bạn có trong tay kho báu nhỏ bé”, nhà khoa học Gross nói. Khi còn niên thiếu, Gross từng mơ ước trở thành phi hành gia, nhưng cuối cùng ước mơ bất thành vì bà dễ bị say tàu xe. Nhưng Gross cho biết, “làm việc với những tảng đá này gần như tôi cũng trở thành một nhà du hành vũ trụ”.

Chỉ có điều thay vì khám phá không gian, Gross và các đồng nghiệp đang khám phá thời gian.

Về cơ bản, lớp vỏ Mặt trăng là một kho lưu trữ. “Chúng tôi cần học cách diễn giải và cách đọc kho lưu trữ đó”. Và một trong những bài học quan trọng nhất là về cách Trái đất và Mặt trăng được hình thành ở thuở ban đầu.

Bức ảnh dưới đây chụp một tảng đá Mặt trăng nặng 1,8kg được tàu Apollo 16 mang về vào tháng 4/1972. Nó có thể được tạo ra chủ yếu từ plagioclase, một loại đá hình thành từ magma nóng chảy. Những tảng đá như thế này chiếm phần lớn lớp vỏ Mặt trăng. Và điều đó nói với các nhà khoa học rằng Mặt trăng đã có một khởi đầu rất dữ dội.

Khoảng 4,5 tỷ năm trước, khi hệ Mặt trời còn ở giai đoạn sơ khai, đó là một nơi hỗn loạn hơn ngày nay rất nhiều.

Không lâu trước đó (nói theo thời gian vũ trụ), Mặt trời đã nổ phụt ra những nguyên tử hydro từ một quả bóng khí khổng lồ, tạo ra ngọn lửa bùng cháy cho đến ngày nay. Thời đó, ngôi sao trẻ có tên Mặt trời vẫn bị bao quanh bởi những mảnh vỡ, mảnh nọ va đập vào mảnh kia, tạo thành các hành tinh.

Người ta tin rằng vào khoảng thời gian này, Trái đất (hay đúng hơn là người tiền nhiệm của Trái đất) đã bị tấn công bởi một hành tinh khác có thể có kích thước bằng sao Hỏa.

Kết cục là thảm hoạ đã hợp nhất hai thế giới lại với nhau, tạo thành Trái đất của chúng ta. Sức mạnh của vụ va chạm đã phóng bật vật chất từ cả hai thiên thể ra, và vật chất đó tan chảy với nhau tạo thành Mặt trăng. Mặt trăng sớm được bao phủ trong một đại dương magma, vốn lắng xuống và nguội dần thành hình dạng mà chúng ta biết ngày nay.

Theo cách này thì Trái đất và Mặt trăng thực ra là một ca song sinh.

   

Minh họa sự ra đời của Mặt trăng (ảnh trái) và Cấu tạo bên trong Mặt trăng (phải). Nguồn: NASA

Nhưng chờ đã, làm thế nào để chúng ta tin tất cả những điều này từ một tảng đá trắng cổ xưa nhàm chán?

Câu trả lời khá đơn giản. Plagioclase không đậm đặc lắm; Nó là loại khoáng chất sẽ xuất hiện trên bề mặt đại dương magma khi nguội đi. Khi Mặt trăng được hình thành, plagiocase sẽ trồi lên bề mặt và bắt đầu tạo ra một lớp vỏ”, ông Darby Dyar, nhà khoa học cao cấp tại Viện Khoa học Hành tinh, chuyên nghiên cứu các mẫu Mặt trăng trong nhiều thập kỷ, cho biết.

Đến nay các nhà khoa học vẫn đang tranh luận những chi tiết về giả thuyết này. Nhưng có vẻ hợp lý vì Trái đất và Mặt trăng được tạo ra từ các vật liệu cơ bản giống nhau (cho thấy chúng được tạo ra từ cùng một nguồn nguyên liệu) và do vật liệu đó bị nóng chảy tại thời điểm chúng hình thành (do năng lượng lớn của va chạm).

Nhưng đó chỉ là khởi đầu của câu chuyện mà đá Mặt trăng kể lại.

Một phần rất lớn trong “kho lưu trữ” trên lớp vỏ Mặt trăng là các hố thiên thạch của nó. Các nhà khoa học đã sử dụng các mẫu đất đá do tàu Apollo mang về để xác định chính xác tuổi của những miệng hố đó.

Mặt trăng đã thay đổi ít hơn nhiều so với Trái đất, nhưng điều đó không có nghĩa là nó không biến chuyển chút nào. Các tiểu hành tinh đã tấn công “chị Hằng” nhiều lần, dẫn đến bề mặt bị “sứt mẻ” lồi lõm mà chúng ta có thể nhìn thấy trên nền trời đêm. Chính những miệng hố đó kể câu chuyện về những gì đã xảy ra trong hệ Mặt trời sau khi Trái đất và Mặt trăng được hình thành.

Hố thiên thạch 308 trên Mặt trăng, được chụp từ Mô-đun Phục vụ (Module Service) của tàu Apollo 11 khi bay quanh quỹ đạo Mặt trăng.

Bằng cách xác định tuổi của các miệng hố trên Mặt trăng, chúng ta cũng có thể xác định tuổi của những miệng hố ở những nơi khác. Các miệng hố càng lớn, chúng càng được tạo ra từ lâu đời (bởi vì các mảnh vỡ lớn hơn thường xuất hiện xa hơn theo thời gian). “Và bây giờ ... chúng ta có một lịch sử tác động tuyệt vời của hệ Mặt trời”, nhà khoa học Dyar nói. “Có nhiều hố thiên thạch trên các hành tinh khác, như Sao Thủy chẳng hạn. Bây giờ chúng ta đã biết niên đại của các miệng hố trên Sao Thuỷ bởi vì ta có một bộ thông tin tham khảo từ Mặt trăng”.

Việc tìm hiểu tuổi của các hố Mặt trăng sau đó dẫn đến một giả thuyết tuyệt vời khác: rằng các hành tinh ở rìa ngoài của hệ Mặt trời - như Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, Sao Hải Vương - đã thay đổi quỹ đạo của chúng theo thời gian.

Các miệng hố cho thấy khoảng 600 triệu năm sau khi các hành tinh này hình thành, đã có một thời kỳ chúng bị bắn phá nặng nề, có nghĩa là Mặt trăng bị va đập bởi rất nhiều tiểu hành tinh. Điều này thật kỳ lạ. Bởi tốc độ điên cuồng của các vụ va chạm tiểu hành tinh lẽ ra phải lắng xuống dần sau đó.

Vậy điều gì giải thích cho các vụ va chạm dữ dội trong thời gian này? "Một ý tưởng là nếu những hành tinh khí khổng lồ đó di chuyển tới gần Mặt trời hơn, rồi lại ra xa hơn, thì chúng sẽ làm xáo trộn các tiểu hành tinh và làm văng các tiểu hành tinh ra xung quanh, tạo ra các vụ va chạm”, bà Gross giải thích.

Các nhà khoa học vẫn không chắc chắn về kịch bản này. Nhưng nếu không có đá Mặt trăng, họ có thể đã không xem xét chút nào đến giả thuyết này.

Chúng ta đã học được “cả tấn” những điều bổ ích từ không đầy một tấn đá Mặt trăng mang về. Nhưng các nhà địa chất học thiên thể vẫn mong muốn nhiều hơn thế. Một lý do là tất cả các sứ mạng của tàu Apollo đều hạ cánh gần vùng xích đạo Mặt trăng. Trong khi các nhà khoa học muốn nghiên cứu các mẫu lấy từ những khu vực khác.

“Để diễn giải điều gì đó về lịch sử của Mặt trăng từ vài trăm kilogam đá là rất khó khăn”, ông Dyar nói và bổ sung thêm rằng chúng ta không có mẫu nào từ “vùng tối” của Mặt trăng.

Hiện nay Chính phủ Mỹ đang thúc đẩy NASA đưa con người trở lại Mặt trăng một lần nữa, với mốc thời gian là năm 2024. Kế hoạch là các phi hành gia sẽ đáp xuống vùng cực Nam Mặt trăng tại một miệng hố thiên thạch có tên là Aitken Nam cực - một trong những miệng hố va chạm lớn nhất, sâu nhất, và do đó là lâu đời nhất trên Mặt trăng. Vụ va chạm có thể tác động mạnh đến mức nó phơi bày lớp phủ (quyển manti), hoặc cả phần bên trong của Mặt trăng.

Các nhà khoa học không thể trực tiếp nghiên cứu về lớp phủ của Trái đất. Và Mặt trăng là nơi tốt nhất tiếp theo để chúng ta làm việc đó.”Nếu chúng ta có thể mang về một phần đất đá ở đó, sẽ rất ngoạn mục. Nó có thể giúp chúng ta hiểu tại sao Trái đất có hoạt động địa chất mạnh như vậy còn Mặt trăng thì không”, nhà nghiên cứu Gross nói.

Nữ khoa học gia Burgess thì hy vọng rằng nếu con người trở lại Mặt trăng, chúng ta có thể mang về một số mẫu từ những khu vực chưa tiếp xúc với nhiều bức xạ vũ trụ để cô có thể quan sát một bằng chứng nguyên sơ hơn về những tảng đá vũ trụ chưa bị phong hoá. Đó là cách để hiểu về sự ra đời của những thiên thể khác - những thiên thể mà chúng ta không có được một mảnh mẫu vật nào.

Những kiến thức đó có thể có rất nhiều ý nghĩa thực tế. Ví dụ, trong tương lai, nếu con người muốn bắt đầu khai thác các tiểu hành tinh để lấy kim loại và khoáng chất, sẽ rất hữu ích khi biết cấu tạo địa chất chính xác của một tiểu hành tinh cụ thể trước khi chúng ta đến đó.

Video cảnh phóng tàu Apollo 11 trong sứ mạng lịch sử vào ngày 16/7/1969:

Ngoài ra, có rất nhiều lý do để đưa con người trở lại Mặt trăng và thiết lập sự hiện diện lâu dài hơn ở đó. Mặt trăng sẽ là một phòng thí nghiệm tuyệt vời để đào tạo các phi hành gia cách sống sót tốt hơn trong các sứ mạng dài và cô đơn trong vũ trụ sâu thẳm. Đó sẽ là nơi khởi đầu lý tưởng cho các sứ mạng lên Sao Hỏa, hoặc xa hơn nữa.

Chưa kể Mặt trăng cũng có khả năng là một địa điểm khai thác tài nguyên thiên nhiên. Một trong những khám phá yêu thích của Burgess, là những phân tử heli mà cô tìm thấy bị mắc kẹt ở những cái lỗ li ti trên mẫu bụi Mặt trăng. Heli là “một kiểu Mặt trời mắc kẹt trong Mặt trăng”, cô nói. Mặt trời thổi bay các loại khí và hạt theo mọi hướng, và Mặt trăng của chúng ta thấm đẫm một số trong chúng, giống như một miếng bọt biển thấm nước. Phát hiện thi vị này cũng rất thực tế: Heli là nguồn tài nguyên ngày càng khan hiếm trên Trái đất. Có lẽ chúng ta có thể học cách khai thác nó từ Mặt trăng.

“Tôi luôn nghĩ rằng vấn đề quan trọng nhất với loài người là trả lời câu hỏi: Có phải chúng ta đơn độc trong vũ trụ không?”, ông Dyar nói, “Có phải Trái đất là duy nhất?”. Và một cách đơn giản, nghiên cứu đá Mặt trăng sẽ giúp chúng ta trả lời câu hỏi đó.

Tìm hiểu làm thế nào hệ Mặt trời của chúng ta ra đời, Trái đất của chúng ta hình thành như thế nào, sẽ giúp chúng ta hiểu chúng ta hiếm như thế nào và nơi này thực sự đặc biệt như thế nào.

Điều gì xảy ra nếu một thiên thể có kích thước sao Hỏa không bao giờ va chạm với một thiên thể có kích thước Trái đất? (vụ va chạm dẫn đến hình thành Trái đất và Mặt trăng) Có phải thảm hoạ đó, bằng cách nào đó, lại cần thiết cho chuỗi sự kiện dẫn đến sự sống, dẫn đến bạn và tôi?

Và nếu Mặt trăng không bao giờ tồn tại, Trái đất sẽ rất khác (đơn giản như sẽ không có thủy triều đại dương). Và chúng ta cũng sẽ khác. Chúng ta có thể sẽ ít tò mò hơn về vị trí của chúng ta trong vũ trụ.

“Nếu không có Mặt trăng, tôi nghĩ rằng loài người có lẽ sẽ không bao giờ nhìn lên bầu trời và nghĩ, ‘Ồ, vật thể này khá gần, hãy thử đến đó”, bà Gross nói. “Vì vậy, chúng ta sẽ không bao giờ có đủ sự tò mò để phát triển công nghệ và công cụ để rời khỏi hành tinh của chúng ta”.

Vì nhiều lý do, Mặt trăng là bước đệm đầu tiên của chúng ta đến với vũ trụ rộng lớn hơn và những bí ẩn ẩn chứa trong nó. Chưa biết liệu chúng ta có cần lấy thêm đá Mặt trăng vào đúng năm 2024 hay không. Nhưng ngày nào đó, chúng ta nên quay trở lại.

Bài: Thu Hằng
Trình bày: Hồng Hạnh

20/07/2019 06:30