Điều gì sẽ xảy ra khi Mặt Trăng ngày càng tách xa Trái Đất?

Các nhà khoa học đo khoảng cách đến Mặt Trăng nhờ tia laser phản chiếu từ các tấm gương do các nhà du hành vũ trụ đặt trên hành tinh này.

Bằng cách đo thời gian ánh sáng đi từ Trái Đất đến Mặt Trăng và quay trở lại, chúng ta có thể đo chính xác khoảng cách đến Mặt Trăng và sự thay đổi của khoảng cách đó.

Khoảng cách đến Mặt Trăng thực tế thay đổi theo từng tháng khi nó quay quanh Trái Đất. Trung bình Mặt Trăng cách Trái Đất 385.000 km, nhưng quỹ đạo của nó không phải là một đường tròn hoàn hảo và thay đổi khoảng 20.000 km khi quay quanh Trái Đất. Sự thay đổi này là lý do một số lần trăng tròn thì Mặt Trăng lại lớn hơn một chút so với những lần khác, hay còn gọi là siêu trăng.

Việc nghiên cứu chuyển động của Trái Đất và Mặt Trăng có thể giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về sự thay đổi của chúng trong suốt 4,5 tỷ năm kể từ khi hình thành.

Lực thủy triều

Vậy tại sao Mặt Trăng lại càng xa Trái Đất? Tất cả là do thủy triều.

Thủy triều xuất phát từ sự chênh lệch trọng lực giữa hai vật thể. Lực hấp dẫn do Mặt Trăng tác dụng mạnh hơn khoảng 4% ở phía Trái Đất hướng về phía Mặt Trăng, so với phía Trái Đất hướng ra xa, bởi vì lực hấp dẫn yếu dần theo khoảng cách.

Lực thủy triều này khiến các đại dương chuyển động thành hai khối lồi hướng về phía Mặt Trăng và hướng ra xa Mặt Trăng. Sở dĩ như vậy là vì lực hấp dẫn do Mặt Trăng tác động lên Trái Đất không chỉ là một lực trung bình có cùng cường độ ở mọi nơi.

Lực hấp dẫn của Mặt Trăng mạnh nhất ở phía gần Trái Đất hơn, tạo ra một khối nước phình ra hướng về phía Mặt Trăng. Lực hấp dẫn yếu hơn ở phía đối diện của Trái Đất, tạo ra một khối nước phình ra khác, chậm hơn so với phần còn lại của Trái Đất.

Khi Trái Đất quay, những khối lồi này di chuyển và tiếp tục hướng về phía Mặt Trăng do lực hấp dẫn của nó. Ở một số nơi, mực nước biển có thể thay đổi khoảng 1,5 mét do những khối lồi thủy triều này.

Những khối chất lỏng phình ra này không hoàn toàn thẳng hàng với Mặt Trăng - chúng "dẫn" Mặt Trăng đi một chút vì Trái Đất đang quay và kéo chúng về phía trước.

Những khối chất lỏng phình ra này cũng tác động lực hấp dẫn lên Mặt Trăng. Khối chất lỏng phình ra gần Mặt Trăng không chỉ kéo Mặt Trăng về phía tâm Trái Đất mà còn dịch chuyển về phía trước một chút trên quỹ đạo của nó - giống như lực đẩy mà một chiếc xe thể thao nhận được khi vào cua.

Lực kéo về phía trước từ khối thủy triều gần hơn này khiến Mặt Trăng tăng tốc, làm cho quỹ đạo của nó tăng kích thước. Hãy tưởng tượng một cầu thủ bóng chày đánh một cú đánh ghi điểm trực tiếp (home run). Nếu cầu thủ đánh bóng nhanh hơn ở vị trí gôn nhà, bóng sẽ bay vút lên cao hơn trên bầu trời.

Tóm lại, lực hấp dẫn của khối thủy triều gần Trái Đất đang kéo Mặt Trăng về phía trước, làm tăng kích thước quỹ đạo của Mặt Trăng. Điều này có nghĩa là Mặt Trăng sẽ hơi xa Trái Đất hơn. Hiệu ứng này diễn ra rất chậm và chỉ có thể nhận thấy trung bình qua nhiều năm.

Khoảng cách ngày càng xa của Mặt Trăng có ảnh hưởng đến Trái Đất không?

Mặt Trăng tăng động lượng khi quỹ đạo của nó mở rộng. Hãy tưởng tượng việc quay một vật nặng được buộc vào một sợi dây. Dây càng dài, vật nặng có động lượng càng lớn và càng khó dừng lại.

Vì Trái Đất đang làm công việc tăng động lượng của Mặt Trăng, nên tốc độ quay của Trái Đất cũng chậm lại khi động lượng của nó truyền sang Mặt Trăng. Nói cách khác, khi động lượng quỹ đạo của Mặt Trăng tăng lên, động lượng quay của Trái Đất cũng giảm đi để bù lại. Sự trao đổi này khiến một ngày dài ra đôi chút.

Nhưng những tác động này rất nhỏ, chỉ 3,8 cm mỗi năm so với khoảng cách 384.000 km chỉ là 0,00000001% mỗi năm. Chúng ta sẽ tiếp tục có nhật thực, thủy triều và những ngày kéo dài 24 giờ trong hàng triệu năm nữa.

Trong quá khứ, Mặt Trăng có gần chúng ta hơn không?

Mặt Trăng có lẽ hình thành khoảng 4,5 tỷ năm trước, khi một Trái Đất non trẻ bị một tiền hành tinh có kích thước bằng sao Hỏa va chạm, khiến rất nhiều vật chất bị văng ra ngoài không gian.

Cuối cùng, vật chất đó hình thành nên Mặt Trăng, và ban đầu nó ở gần Trái Đất hơn nhiều. Vào thời điểm đó, bạn sẽ thấy Mặt Trăng lớn hơn nhiều trên bầu trời.

Bằng cách kiểm tra vỏ trai hóa thạch, các nhà cổ sinh vật học đã tìm thấy bằng chứng cho thấy 70 triệu năm trước, gần cuối thời đại khủng long, một ngày chỉ dài 23,5 giờ, đúng như dự đoán của dữ liệu thiên văn.

Điều gì sẽ xảy ra trong tương lai?

Vậy, Mặt Trăng cuối cùng có thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất khi nó di chuyển ra xa không?

Nếu chúng ta tua nhanh hàng chục tỷ năm vào tương lai, cuối cùng tốc độ quay của Trái Đất có thể chậm lại cho đến khi nó bị khóa thủy triều với Mặt Trăng. Điều đó có nghĩa là Trái Đất sẽ mất đúng thời gian để tự quay giống như thời gian Mặt Trăng quay quanh quỹ đạo. Lúc này, Mặt Trăng sẽ không còn xa nữa, và bạn sẽ chỉ nhìn thấy Mặt Trăng từ một phía của Trái Đất.

Nhưng có hai điều sẽ ngăn chặn điều đó xảy ra. Thứ nhất, trong khoảng một tỷ năm nữa, Mặt Trời sẽ sáng hơn và làm sôi nước biển. Sau đó, sẽ không còn những đợt thủy triều lớn khiến Mặt Trăng bị đẩy ra xa. Vài tỷ năm sau, Mặt Trời sẽ nở rộng thành một sao khổng lồ đỏ, có thể sẽ hủy diệt Trái Đất và Mặt Trăng.

Nhưng những sự kiện này quá xa vời trong tương lai nên bạn không cần phải lo lắng. Bạn chỉ cần tận hưởng thủy triều trên bãi biển, nhật thực và Mặt Trăng tuyệt đẹp của chúng ta.