Hố va chạm lớn nhất tiết lộ bí mật về sự hình thành của Mặt Trăng

Mới đây các nhà khoa học đã dùng thorium phóng xạ để nghiên cứu vật chất phun trào từ hố va chạm Aitken-Cực Nam của Mặt Trăng, từ đó họ khám phá ra tiến trình các sự kiện trong quá trình hình thành và phát triển lớp vỏ của Mặt Trăng.

Theo nhà địa chất học hành tinh Daniel Moriarty ở Cơ quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) thì những kết quả này có ý nghĩa vô cùng quan trọng để hiểu được sự hình thành và tiến hóa của Mặt Trăng.

Ở một nơi mà bề mặt hoàn toàn che phủ bởi những hố va chạm như Mặt Trăng, thì hố Aitken-Cực Nam thực sự là một vùng khác biệt. Nó rộng 2.500 km và sâu đến 8,2 km, là một trong những hố va chạm lớn nhất trong hệ mặt trời.

Hố va chạm này hình thành do một vụ va chạm cực mạnh xảy ra khoảng 4,3 tỷ năm trước, khi hệ mặt trời mới chỉ là một "đứa trẻ sơ sinh". Vào thời gian đó, Mặt Trăng vẫn khá ấm áp và mềm mại. Vụ va chạm đó đã "xới tung" một phần đáng kể các vật chất bên dưới bề mặt Mặt Trăng.

Vì hố va chạm này nằm ở phía xa với Trái Đất nên không dễ để chúng ta tìm hiểu về nó. Hiện nay các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phép mô phỏng mới về loại hình va chạm đã xảy ra ở hố Aitken-Cực Nam và phát hiện ra rằng vị trí mà thiên thạch va vào tương ứng với trầm tích thorium trên bề mặt Mặt Trăng.

Một trong những điều đặc biệt của Mặt Trăng là hai mặt của nó vô cùng khác nhau. Mặt ở gần Trái Đất được bao phủ bởi những vết đen. Đây là những vùng đồng bằng mặt trăng có đá basalt sinh ra từ hoạt động núi lửa cổ đại.

Trái lại, mặt ở xa Trái Đất có màu nhạt hơn, ít vùng đồng bằng basalt hơn nhưng lại có rất nhiều hố va chạm. Lớp vỏ ở mặt xa này cũng dày hơn và có thành phần cấu tạo khác so với mặt gần.

Hầu hết thorium được phát hiện thấy ở mặt gần, vì thế người ta sự xuất hiện của nó chính là yếu tố tạo nên sự khác biệt của hai mặt của Mặt Trăng. Nhưng manh mối liên quan đến sự phun trào ở hố Aitken-Nam Cực đã hé lộ một câu chuyện khác.

Thorium đọng lại trên Mặt Trăng trong giai đoạn Biển Magma Mặt Trăng. Giai đoạn này diễn ra cách đây khoảng 4,5 đến 4,4 tỷ năm, khi đó Mặt Trăng được bao phủ bởi đá nóng chảy rồi dần nguội đi và đông cứng lại.

Trong quá trình đó, các khoáng chất nặng hơn chìm xuống dưới đáy của lớp đá nóng chảy và hình thành nên lớp phủ, còn các nguyên tố nhẹ hơn thì nổi lên trên và hình thành lớp vỏ. Vì thorium không dễ kết hợp với các cấu trúc khoáng chất nên nó đã nằm lại kẹp giữa hai lớp đá nóng chảy và chỉ chìm xuống trong hoặc sau quá trình tinh thể hóa của lớp phủ và lớp vỏ.

Theo phân tích mới này thì khi xảy ra vụ va chạm tạo thành hố Aitken- Nam Cực, thiên thạch lao vào Mặt Trăng đã xới tung toàn bộ lượng thorium ở lớp vỏ này, làm nó văng đi khắp bề mặt phía gần Trái Đất. Điều này có nghĩa là tác động đó đã xảy ra trước khi lớp thorium chìm xuống và lớp thorium lúc đó bị phân tán ra khắp toàn bộ Mặt Trăng, chứ không chỉ tập trung ở phía gần.

Vụ va chạm cũng làm nóng chảy những khối đá ở sâu hơn. Về mặt thành phần, những khối đá này khác xa so với những vật chất trên bề mặt, chúng chứa rất ít thorium. Phát hiện này cho thấy lớp phủ phía trên đã từng có hai lớp thành phần hoàn toàn khác nhau vào thời điểm xảy ra vụ va chạm.

Sau vụ va chạm, mọi vật chất được che phủ suốt 4 tỷ năm đóng băng, phong hóa và hoạt động núi lửa, nhưng nhóm nghiên cứu vẫn có thể xác định vị trí của một số trầm tích thorium ở các hố va chạm gần đây. Những hố va chạm này chắc chắn sẽ là những điểm đến quan trọng của các chuyến thám hiểm Mặt Trăng trong tương lai.

Các nhà nghiên cứu nhận định rằng sự hình thành hố va chạm Aitkin- Nam Cực là một trong số những sự kiện cổ đại nhất và quan trọng nhất trong lịch sử Mặt Trăng. Nó không chỉ tác động đến sự tiến hóa về địa nhiệt và hóa học của lớp phủ mà còn bảo tồn các vật chất không đồng nhất của lớp phủ đã hình thành qua các sự kiện vận động trên bề mặt hành tinh này.

Trong các chuyến thám hiểm tới đây, những vật chất này sẽ là những mục tiêu ưu tiên hàng đầu để chúng ta nghiên cứu và phát triển ngành khoa học hành tinh.