Nước bên trong mặt trăng lớp phủ đến từ các thiên thạch nguyên thủy, nghiên cứu mới phát hiện, cùng một nguồn được cho là đã cung cấp phần lớn nước trên Trái đất.
Mặt trăng trên Cabo Frio, Brazil. Tín dụng hình ảnh: MarcusVDT / Shutterstock
Những phát hiện đặt ra câu hỏi mới về quá trình hình thành mặt trăng.
Mặt trăng được cho là hình thành từ một mảnh vụn còn sót lại khi một vật thể khổng lồ đâm vào Trái đất 4,5 tỷ năm trước, rất sớm trong lịch sử Trái đất. Các nhà khoa học từ lâu đã cho rằng nhiệt từ tác động của kích thước đó sẽ khiến hydro và các nguyên tố dễ bay hơi khác sôi lên trong không gian, có nghĩa là mặt trăng phải bắt đầu khô hoàn toàn.Nhưng gần đây, tàu vũ trụ của NASA và nghiên cứu mới về các mẫu từ các sứ mệnh của Apollo đã chỉ ra rằng mặt trăng thực sự có nước, cả trên bề mặt và bên dưới.
Bằng cách chỉ ra rằng nước trên mặt trăng và trên Trái đất đến từ cùng một nguồn, nghiên cứu mới này cung cấp thêm bằng chứng cho thấy nước mặt trăng đã ở đó suốt từ đó.
Lời giải thích đơn giản nhất cho những gì chúng tôi tìm thấy là có nước trên trái đất vào thời điểm xảy ra vụ va chạm khổng lồ, ông Alberto Saal, phó giáo sư khoa học địa chất tại Đại học Brown và là tác giả chính của nghiên cứu. Một số nước đó đã sống sót sau tác động, và đó là những gì chúng ta thấy trên mặt trăng.
Nghiên cứu được đồng tác giả bởi Erik Hauri thuộc Viện Carnegie của Washington, James Van Orman thuộc Đại học Case Western Reserve và Malcolm Rutherford từ Brown và xuất bản trực tuyến trên Science Express.
Để tìm ra nguồn gốc của nước mặt trăng, Saal và các đồng nghiệp của mình đã xem xét các vùi tan chảy được tìm thấy trong các mẫu được mang về từ các nhiệm vụ của tàu Apollo. Các vùi tan chảy là những chấm nhỏ của thủy tinh núi lửa bị mắc kẹt trong các tinh thể gọi là olivin. Các tinh thể ngăn nước thoát ra trong một vụ phun trào và cho phép các nhà nghiên cứu có được ý tưởng về bên trong mặt trăng là như thế nào.
Nghiên cứu từ năm 2011 do Hauri dẫn đầu đã phát hiện ra rằng các vùi tan chảy có rất nhiều nước - thực tế là nhiều nước như các lavas hình thành trên đáy đại dương Earth. Nghiên cứu này nhằm tìm ra nguồn gốc của nước đó. Để làm điều đó, Saal và các đồng nghiệp đã xem xét thành phần đồng vị của hydro bị giữ lại trong các vùi. Để hiểu được nguồn gốc của hydro, chúng tôi cần một ngón tay, thôi Saal nói. Những gì được sử dụng như một ngón tay là thành phần đồng vị.
Sử dụng một microprobe đa lõi Cameca NanoSIMS 50L tại Carnegie, các nhà nghiên cứu đã đo lượng deuterium trong các mẫu so với lượng hydro thông thường. Deuterium là một đồng vị của hydro với một neutron phụ. Các phân tử nước có nguồn gốc từ những nơi khác nhau trong hệ mặt trời có lượng deuterium khác nhau. Nói chung, những thứ được hình thành gần Mặt trời có ít deuterium hơn những thứ được hình thành ở xa hơn.
Saal và các đồng nghiệp đã phát hiện ra rằng tỷ lệ deuterium / hydro trong các vùi tan chảy tương đối thấp và phù hợp với tỷ lệ được tìm thấy trong các chondrite carbonat, thiên thạch có nguồn gốc từ vành đai tiểu hành tinh gần Sao Mộc và được cho là một trong những vật thể cổ nhất trong hệ mặt trời. Điều đó có nghĩa là nguồn nước trên mặt trăng là các thiên thạch nguyên thủy chứ không phải sao chổi như một số nhà khoa học nghĩ.
Sao chổi, giống như thiên thạch, được biết là mang theo nước và các chất bay hơi khác, nhưng hầu hết các sao chổi được hình thành ở các vùng xa của hệ mặt trời trong một hệ tầng gọi là Đám mây Oort. Bởi vì chúng hình thành rất xa Mặt trời, chúng có xu hướng có tỷ lệ deuterium / hydro cao - tỷ lệ cao hơn nhiều so với trong mặt trăng Moon, nơi các mẫu trong nghiên cứu này xuất phát.
Bản thân các phép đo rất khó khăn, theo ông Hauri, dữ liệu mới cung cấp bằng chứng rõ ràng nhất cho thấy các chondrites mang carbon là nguồn phổ biến cho các chất bay hơi trong Trái đất và mặt trăng, và có lẽ là toàn bộ hệ mặt trời bên trong.
Nghiên cứu gần đây, Saal cho biết, đã phát hiện ra rằng có tới 98% lượng nước trên Trái đất cũng đến từ các thiên thạch nguyên thủy, cho thấy một nguồn chung cho nước trên Trái đất và nước trên mặt trăng. Cách dễ nhất để giải thích điều đó, Saal nói, là nước đã có mặt trên Trái đất sơ khai và được chuyển lên mặt trăng.
Phát hiện này không nhất thiết không phù hợp với ý tưởng rằng mặt trăng được hình thành do một tác động khổng lồ với Trái đất sơ khai, nhưng đưa ra một vấn đề. Nếu mặt trăng được làm từ vật liệu đến từ Trái đất, điều đó có nghĩa là nước trong cả hai sẽ có chung một nguồn. Tuy nhiên, vẫn còn câu hỏi về việc làm thế nào mà nước có thể sống sót sau một vụ va chạm dữ dội như vậy.
Những tác động bằng cách nào đó đã làm cho Haiti bị mất nước, tất cả đều bị mất nước. Tuy nhiên, nhưng chúng tôi không biết quá trình đó sẽ như thế nào.
Điều đó cho thấy, các nhà nghiên cứu nói rằng, có một số quy trình quan trọng mà chúng ta không thể hiểu về cách các hành tinh và vệ tinh được hình thành.
Van Orman cho biết, công việc của chúng tôi cho thấy rằng các yếu tố dễ bay hơi có thể không bị mất hoàn toàn trong một tác động khổng lồ, Van Orman nói. Chúng ta cần quay trở lại bảng vẽ và khám phá thêm về những tác động khổng lồ, và chúng ta cũng cần xử lý tốt hơn đối với hàng tồn kho dễ bay hơi trên mặt trăng.
Đại học Brown