Bí ẩn hai mặt của Mặt Trăng đang dần sáng tỏ

Một nhóm nghiên cứu do giáo sư Hejiu Hui (Đại học Nam Kinh, Trung Quốc) dẫn đầu vừa đề xuất lời giải thích mới cho bí ẩn kéo dài nhiều thập kỷ về sự khác biệt giữa hai mặt của Mặt Trăng. Công trình được đăng trên tạp chí National Science Review.

Vì sao hai nửa bán cầu của Mặt Trăng lại có cấu trúc đối lập nhau?

Nhóm phân tích ba loại đá do tàu Hằng Nga 6 mang về từ mặt xa, gồm anorthosite, đá nhóm magie (Mg-suite) và bazan biển Mặt Trăng. Các mẫu này được so sánh trực tiếp với vật liệu mặt gần từ các sứ mệnh Apollo và Hằng Nga 5. Theo nhóm, sự phân hóa có thể bắt nguồn từ dòng đối lưu nhiệt quy mô lớn trong đại dương magma, diễn ra sau khi Mặt Trăng bị khóa thủy triều với Trái Đất.

Mẫu đá Hằng Nga 6 hé lộ lý do hai mặt Mặt Trăng khác biệt hoàn toàn.

Mặt gần có những đồng bằng bazan núi lửa sẫm màu, giàu kali, nguyên tố đất hiếm và phốt pho (KREEP). Mặt xa chủ yếu là vùng cao nguyên cổ xưa với lớp vỏ dày hơn nhiều, ít đồng bằng bazan. Nhiều giả thuyết đã được đưa ra, gồm đối lưu bất đối xứng của đại dương magma, va chạm lớn, nhiệt do thủy triều và sự phát triển không đều của lớp vỏ, nhưng chưa giả thuyết nào được chấp nhận rộng rãi. Một câu hỏi khác là liệu sự khác biệt có lan sâu xuống lớp manti hay không.

Bazan Hằng Nga 6 cho thấy nguồn manti đã bị nghèo hóa, tương tự bazan nghèo titan của Apollo. Đá Mg-suite của Hằng Nga 6 và Apollo cũng có Mg# (chỉ số magie) tương đương nhau. Từ đó nhóm kết luận các lớp khoáng vật tích tụ từ đại dương magma không khác biệt đáng kể về thành phần giữa hai bán cầu.

Lớp vỏ thì ngược lại. Anorthosite của Hằng Nga 6 có giá trị đỉnh Mg# cao hơn mẫu Apollo, cho thấy vỏ mặt xa giàu magie hơn, phù hợp với các quan sát viễn thám. Đá Mg-suite mặt xa chứa rất ít nguyên tố đất hiếm và có tỷ lệ thori trên samari (Th/Sm) thấp hơn mẫu Apollo. Điều này gợi ý magma Mg-suite ở mặt xa hình thành mà ít chịu ảnh hưởng của KREEP, hoặc lớp giàu KREEP phân bố không đều giữa hai bán cầu.

Từ các dữ liệu này, nhóm đề xuất mô hình sau. Trước khi bị khóa thủy triều, đại dương magma nguội và đông cứng tương đối đồng đều, tạo ra các lớp tích tụ ở manti và lớp vỏ anorthosite ban đầu. Khi Mặt Trăng đã bị khóa thủy triều, Trái Đất và Mặt Trăng còn gần nhau hơn nhiều so với hiện nay. Lực thủy triều sinh nhiệt ở mặt gần nhiều hơn mặt xa, tạo chênh lệch nhiệt độ trong đại dương magma và kích hoạt dòng đối lưu theo phương ngang.

Dòng magma nóng chảy từ mặt gần sang mặt xa, mang theo anorthosite giàu magie hình thành sớm, tích tụ thành lớp vỏ dày hơn, giàu magie hơn ở mặt xa. Cùng lúc, phần vật liệu nóng chảy còn lại dồn về mặt gần. Vì vậy mặt xa chỉ có các lớp mỏng giàu KREEP và lớp tích tụ chứa ilmenit (IBC), còn các vật liệu này tập trung nhiều hơn ở mặt gần.

Tàu vũ trụ Hằng Nga 6 mang theo mẫu vật Mặt Trăng đã cất cánh từ phía sau Mặt Trăng, sau đó đi vào quỹ đạo Mặt Trăng theo đúng kế hoạch.

Đây là mô hình đề xuất, chưa phải kết luận cuối cùng. Mẫu Hằng Nga 6 chỉ được lấy từ một điểm hạ cánh trong bồn địa Nam Cực–Aitken, và một số nghiên cứu khác trên mẫu này ghi nhận manti mặt xa nguội hơn, khô hơn manti mặt gần. Dù vậy, theo nhóm tác giả, mô hình đối lưu nhiệt ngang giải thích khá nhất quán các khác biệt từ manti đến lớp vỏ, góp phần làm rõ lịch sử sơ khai của Mặt Trăng.