Trung Quốc phát hiện cấu trúc carbon hiếm trên mặt trăng

Tàu Hằng Nga 6 thu thập mẫu vật trên mặt sau của Mặt Trăng. Ảnh: Cục Vũ trụ Quốc gia Trung Quốc

Phát hiện này được công bố trực tuyến trên tạp chí khoa học Nano Letters và được giới nghiên cứu đánh giá là bước tiến quan trọng trong việc hiểu rõ các quá trình hình thành vật chất carbon trong điều kiện cực đoan của không gian.

Theo nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Cát Lâm, các ống nano carbon được phát hiện có cấu trúc dạng ống rỗng siêu nhỏ, với thành ống chỉ dày đúng một lớp nguyên tử carbon. Trước đây, các dạng ống nano carbon đa lớp từng được tìm thấy trong tự nhiên trên Trái Đất, chẳng hạn trong tro rừng cháy hoặc lõi băng, nhưng vẫn tồn tại tranh luận kéo dài về khả năng các ống nano đơn lớp có thể hình thành mà không cần công nghệ nhân tạo.

Tàu Hằng Nga 6, phóng năm 2024, là sứ mệnh đầu tiên trên thế giới hạ cánh xuống mặt sau của Mặt Trăng và mang mẫu vật về Trái Đất. Các mẫu đá và đất do tàu thu thập đã được phân tích bằng kính hiển vi điện tử độ phân giải cao và các kỹ thuật quang phổ tiên tiến.

Trong các hạt đất còn nguyên vẹn, nhóm nghiên cứu phát hiện tín hiệu rõ ràng của carbon dạng graphit, chủ yếu tập trung quanh những vết sẹo siêu nhỏ do vi thiên thạch va chạm. Ở bước phân tích tiếp theo, khi khảo sát các mảnh vật chất bằng kính hiển vi mạnh hơn, các nhà khoa học đã nhận diện được các ống nano carbon đơn lớp.

Nhóm nghiên cứu nhận định các cấu trúc này có khả năng được hình thành từ rất lâu, dưới tác động kết hợp của vi thiên thạch, gió Mặt Trời và hoạt động núi lửa cổ đại trên Mặt Trăng. Khi các thiên thạch nhỏ liên tục va vào bề mặt, chúng tạo ra những đợt gia nhiệt cực lớn trong thời gian rất ngắn. Carbon do thiên thạch mang theo và carbon tích tụ từ gió Mặt Trời được giải phóng dưới dạng khí, trong khi các hạt sắt có sẵn trong đất Mặt Trăng đóng vai trò xúc tác.

Khi vật chất nguội đi nhanh chóng, một phần nguyên tử carbon không kết tụ thành muội than hay các lớp carbon phẳng mà tái sắp xếp thành các ống nano siêu mảnh.

Phát hiện này nối tiếp công trình trước đó của cùng nhóm nghiên cứu, khi họ xác nhận sự tồn tại của graphene trong các mẫu đất do tàu Hằng Nga 5 mang về từ mặt gần của Mặt Trăng. Theo các tác giả, hai kết quả này có thể tạo ra một bước ngoặt trong khoa học carbon, khi cho thấy các vật liệu tiên tiến không nhất thiết phải phụ thuộc hoàn toàn vào công nghệ chế tạo của con người.

Ống nano carbon đơn lớp là vật liệu có đường kính chỉ khoảng một nanomet, được tạo thành từ một lớp nguyên tử carbon cuộn lại thành hình trụ liền mạch. Dù kích thước cực nhỏ, chúng có độ bền rất cao, dẫn điện và dẫn nhiệt hiệu quả, nên được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực từ màn hình cảm ứng, cảm biến đến pin và vật liệu năng lượng.

Ống nano carbon lần đầu tiên được mô tả vào đầu những năm 1990, khi nhà vật lý Nhật Bản Sumio Iijima quan sát thấy chúng trong quá trình nghiên cứu muội carbon sinh ra từ các thí nghiệm nhiệt độ cao. Kể từ đó, việc sản xuất ống nano đơn lớp trong phòng thí nghiệm đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ và sử dụng các kim loại xúc tác như sắt hoặc niken.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học Trung Quốc không công bố số lượng cụ thể các ống nano carbon được tìm thấy trong mẫu vật. Tuy nhiên, họ cho rằng việc hiểu rõ cách đất Mặt Trăng biến đổi dưới điều kiện khắc nghiệt có thể mở ra hướng tiếp cận mới cho việc khai thác và sử dụng tài nguyên tại chỗ trong các sứ mệnh không gian dài hạn.

Theo nhóm nghiên cứu, con đường hình thành carbon được xác định trong nghiên cứu này có thể đặt nền móng cho các ứng dụng vật liệu tại chỗ trên Mặt Trăng, phục vụ các kế hoạch thám hiểm không gian trong tương lai.

Hải Trần/Báo Tin tức và Dân tộc