Sau hơn 50 năm từ sứ mệnh Apollo 17, loài người có cái nhìn chi tiết hơn về tuổi của mặt trăng

Phát hiện mới về tuổi tác của mặt trăng

Mặt trăng là "bạn đồng hành" của trái đất và chỉ bị che khuất khỏi tầm mắt con người trung bình mỗi tháng 1 lần khi quỹ đạo của nó đưa nó đi qua giữa trái đất và mặt trời.

Vệ tinh lớn nhất của Trái đất này từ lâu đã là nguồn cảm hứng cho trí tưởng tượng của giới nghệ sĩ từ cổ chí kim. Lực hấp dẫn của mặt trăng cũng gây ra thủy triều và là một phần lý do tại sao hành tinh của chúng ta có 24 giờ mỗi ngày.

Mặc dù là "hàng xóm" gần Trái đất nhất nhưng những bí ẩn của mặt trăng tới nay vẫn là thứ thôi thúc óc khám phá của loài người.

Trái đất "mọc" lên trên đường chân trời của mặt trăng trong bức ảnh được chụp từ tàu vũ trụ Apollo 17 của NASA khi đang ở trên quỹ đạo, trong sứ mệnh hạ cánh lên mặt trăng cuối cùng của chương trình Apollo. (Ảnh: NASA)

Khi Apollo 17 hạ cánh xuống mặt trăng để các phi hành gia Eugene Cernan và Harrison Schmitt thu thập những mẫu vật trên bề mặt "hành tinh đã tiến hóa" (theo NASA) này, họ đã mang về một câu hỏi lớn nhất về mặt trăng đó là: Nó bao nhiêu tuổi?

Sau hơn 50 năm mẫu vật được thu thập, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng những tinh thể trong bụi mặt trăng tiết lộ rằng hành tinh này "già" hơn khoảng 40 triệu năm so với những gì được biết trước đó.

Sau khi hạ cánh xuống mặt trăng vào ngày 11/12/1972, các phi hành gia NASA Eugene Cernan và Harrison Schimitt đã thu thập đá và bụi từ bề mặt mặt trăng. Các ước tính trước đây cho rằng mặt trăng được hình thành do một vụ va chạm thiên thể lớn, có độ tuổi 4.425 tỷ năm. Tuy nhiên, các tinh thể zircon được hình thành khi mặt trăng nguội đi cách đây 4.45 tỷ năm và một phân tích mới đã tìm thấy chúng trong mẫu vật được đem về từ Apollo 17, qua đó, ước lượng lại tuổi thật của mặt trăng vào khoảng 4.46 tỷ năm.

"Những tinh thể này là chất rắn cổ xưa nhất được hình thành sau một vụ va chạm lớn. Và bởi vì chúng ta biết những tinh thể này bao nhiêu tuổi, chúng đóng vai trò như một mỏ neo cho niên đại của mặt trăng" – tác giả của nghiên cứu về tuổi của mặt trăng – Philipp Heck, người phụ trách nghiên cứu khí tượng và địa cực tại Bảo tàng lịch sử tự nhiên Field ở Chicago (Mỹ) nói.

Những ngày sơ khai của hệ mặt trời – khi Trái đất vẫn đang hình thành và ngày càng tăng kích thước – rất hỗn loạn, với các vật thể đá thường va chạm trong không gian. Theo các nhà nghiên cứu, trong thời gian khoảng hơn 4 tỷ năm trước, một vật thể có kích thước bằng sao Hỏa đã đâm vào Trái đất, làm văng một khối đá lớn và trở thành mặt trăng. Nhưng các nhà khoa học đã phải rất nan giải để xác định chính xác niên đại của sự kiện quan trọng này.

Năng lượng từ tác động của vật thể có kích thước bằng sao Hỏa va chạm với Trái đất làm tan chảy tảng đá mà cuối cùng hình thành nên bề mặt mặt trăng.

"Khi bề mặt nóng chảy như vậy, tinh thể zircon không thể hình thành và tồn tại được. Vì vậy, bất kỳ tinh thể nào trên bề mặt mặt trăng đều phải hình thành sau khi đại dương magma trên mặt trăng nguội đi" – ông Philipp Heck, người đồng thời là Giáo sư khoa Khoa học đại vật lý tại Đại học Chigaco cho biết thêm – "Nếu không, chúng sẽ bị nấu chảy và dấu hiệu hóa học của chúng sẽ bị xóa sổ hoàn toàn".

Phân tích nguyên tử công nghệ cao

Nghiên cứu trước đây của ông Bidong Zhang, Trợ lý nghiên cứu thuộc khoa Khoa học Trái đất, Hành tinh và Không gian tại Đại học California, đã gợi ý rằng việc xác định tuổi của các tinh thể trong bụi mặt trăng, có thể tiết lộ tuổi thật về hành tinh này.

Ông Zhang và đồng tác giả Audrey Bouvier, Giáo sư Hành tinh học thực nghiệm tại Đại học Bayreuth ở Đức, đã tiếp xúc với ông Heck và người đứng đầu nghiên cứu - Jennika Greer, nhà nghiên cứu về khoa học Trái đất tại Đại học Glasgow, Vương Quốc Anh, để xem xét các tinh thể ở cấp độ nano bằng kỹ thuật tiên tiến, nhằm xác định thành phần hóa học trong bụi mặt trăng và xác định tuổi thật của nó.

Theo các tác giả, nghiên cứu này đánh dấu việc sử dụng phương pháp phân tích đầu tiên để xác định niên đại của các tinh thể, bằng cách chụp cắt lớp thăm dò nguyên tử, được thực hiện bởi các công cụ chuyên dụng tại Đại học Northwestern tại bang Illinois.

Greer, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Bảo tàng Field và Đại học Chicago chia sẻ: "Trong chụp cắt lớp thăm dò nguyên tử, chúng tôi bắt đầu bằng cách mài một mẫu vật mặt trăng thành một đầu rất sắc, sử dụng kính hiển vi chùm ion tập trung, gần giống như một chiếc gọt bút chì bắt mắt. Sau đó, chúng tôi sử dụng tia UV để làm bay hơi các nguyên tử khỏi bề mặt của đầu sắc đó. Các nguyên tử di chuyển qua máy quang phổi khối và tốc độ chúng di chuyển cho chúng ta biết chúng nặng bao nhiêu, từ đó, chúng ta sẽ biết chúng được làm từ gì".

Phân tử Zircon được tìm thấy trong mẫu vật mang về từ mặt trăng trong sứ mệnh Apollo 17 năm 1972.

Phân tích cho thấy có bao nhiêu nguyên tử Uranium trong tinh thể Zircon đã trải qua quá trình phân rã phóng xạ. Các nguyên tố có thể biến đổi nếu nguyên tử của chúng chứa cấu hình proton và neutron không ổn định, khiến một số phân rã – chẳng hạn như cách uranium phân rã thành chì. Bằng cách theo dõi quá trình này diễn ra trong bao lâu, các nhà khoa học có thể xác định tuổi của một thứ bằng cách so sánh tỷ lệ uranium với nguyên tử chì.

"Việc xác định độ tuổi bằng phép đo phóng sự hoạt động hơi giống như một chiếc đồng hồ cát. Trong một chiếc đồng hồ cát, cát chảy từ bầu thủy tinh này sang bầu thủy tinh khác, với thời gian trôi qua được biểu thị bằng sự tích tụ cát ở bầu thủy tinh phía dưới. Việc xác định niên đại bằng phép đo phóng xạ hoạt động tương tự thế, bằng cách đếm số nguyên tử mẹ và số nguyên tử con mà chúng đã biến đổi thành. Thời gian trôi qua sau đó có thể được tính toán bởi vì tỷ lệ biến đổi đã biết" – ông Philipp Heck chia sẻ.

"Thứ cổ xưa nhất của mặt trăng"

Nhóm nhà nghiên cứu đã sử dụng các đồng vị chì trong mẫu bụi mặt trăng để xác định rằng các tinh thể này có niên đại khoảng 4.46 tỷ năm, cho thấy rằng mặt trăng ít nhất cũng phải có độ tuổi như thế.

Bà Greer nói: "Thật ngạc nhiên khi có thể có bằng chứng cho thấy tảng đá đá mà tôi đang cầm là mảnh mặt trăng cổ nhất mà loài người tìm thấy cho đến nay. Đó là điểm mấu chốt cho rất nhiều câu hỏi về Trái đất. Khi bạn muốn biết một thứ gì đó bao nhiêu tuổi, bạn có thể hiểu rõ hơn điều gì đã xảy ra với nó trong quá khứ".

Bà Jennika Greer đang vận hành thiết bị xác định niên đại của mẫu vật mặt trăng.

Mặc dù những mẫu vật về mặt trăng đã được đưa về Trái đất hơn nửa thế kỷ, tuy nhiên, loài người cần thời gian để phát triển công nghệ có thể xác định chính xác niên đại của các tinh thể. Đó là lý do vì sao NASA đã chờ đợi và chỉ mở niêm phong những mẫu vật thu thập từ thời đại Apollo trong những năm gần đây, cho phép loài người hiểu rõ hơn về vệ tinh tự nhiên của địa cầu bằng các phương pháp tiên tiến nhất.

"Mặt trăng là một đối tác quan trọng với hành tinh của chúng ta. Nó giúp ổn định trục quay của Trái đất, là lý do một ngày ở hành tinh này có 24 giờ và chúng ta có thủy triều. Không có mặt trăng, sự sống trên Trái đất sẽ khác. Đó là một phần của hệ thống tự nhiên và chúng tôi muốn hiểu rõ hơn về nó. Hy vọng rằng nghiên cứu của chúng tôi sẽ cung cấp một mảnh ghép nhỏ trong bức tranh lớn" – ông Philipp Heck cho biết thêm.