Lần đầu tiên tìm ra "trái tim" Mặt trăng: Trông y hệt Trái đất!

Nghiên cứu được thực hiện bởi Đại học Côte d'Azur và Viện Cơ học thiên thể và tính toán lịch thiên văn (IMCCE) của Pháp, công bố trên tạp chí khoa học Nature.

Các nhà khoa học khẳng định Mặt trăng có lõi ngoài lỏng và lõi trong rắn, bằng sắt y hệt lõi Trái đất.

Cấu trúc bên trong Mặt trăng của Trái đất - (Đồ họa: Geoazur/Nicolas Sarter).

Theo Live Science, các nhà thiên văn từ rất lâu đã bối rối về cấu trúc của Mặt trăng. Một cuộc tranh luận sôi nổi đầu thế kỷ XX xoay quanh việc nó có phải là một thế giới đá nguyên thủy giống như các Mặt trăng Phobos hay Deimos của Sao Hỏa hay không.

Thế nhưng, từ khi những tàu đổ bộ đầu tiên đáp xuống thiên thể này, như các sứ mệnh Apollo của NASA, người ta đã tìm thấy các gợi ý rằng Mặt trăng có thể rất giống Trái đất về mặt cấu trúc.

Nó được phân lớp vật chất rõ ràng hơn nhiều so với các Mặt trăng của hành tinh khác, không phải đá đồng nhất xuyên suốt, điều được tiết lộ qua các thiết bị đo địa chấn. Ngay cả việc Mặt trăng vẫn có động đất nhẹ cũng là gợi ý cho điều này.

Nghiên cứu mới sử dụng một mô hình máy tính chi tiết được xây dựng trên dữ liệu địa chất của chương trình Apollo và sứ mệnh GRAIL của NASA, là một cặp tàu thăm dò theo dõi trường hấp dẫn của Mặt trăng trong hơn 1 năm.

Mô hình đã chỉ ra lõi trong đường kính khoảng 500km, tương ứng 15% đường kính của cả thiên thể.

Công trình cũng lần đầu tiên tìm ra bằng chứng về sự xáo trộn vật chất của lớp phủ Mặt trăng, một quá trình mà vật chất nóng chảy ấm hơn trồi lên qua lớp phủ, điều có thể giải thích sự hiện diện của sắt trên bề mặt thiên thể này.

Cấu trúc đáng kinh ngạc của Mặt trăng

Việc xem xét thành phần bên trong của các vật thể trong Hệ Mặt Trời được thực hiện tốt nhất thông qua dữ liệu địa chấn. Điều này là do cách sóng địa chấn (về cơ bản là sóng âm) lan truyền khác nhau qua các vật liệu khác nhau.

Vì vậy, những sóng này được tạo ra bởi các trận động đất di chuyển qua bên trong một hành tinh (hoặc Mặt trăng), và cường độ của nó sẽ tùy thuộc vào những gì chúng đi qua. Ở thời điểm hiện tại, các nhà khoa học đã có dữ liệu địa chấn Mặt trăng từ sứ mệnh Apollo, nhưng độ phân giải của chúng vẫn không đủ cao để xác định trạng thái của lõi.

Giới nghiên cứu cho rằng Mặt trăng từng tồn tại từ trường rất mạnh, lớn hơn Trái đất khoảng 100 lần, nhưng bắt đầu suy giảm từ khoảng 3,2 tỷ năm trước.

Và để giải mã được cấu trúc bên trong Mặt trăng, một nhóm các nhà nghiên cứu người Pháp đã thu thập dữ liệu từ các sứ mệnh không gian và các thí nghiệm về phạm vi laser của Mặt trăng, đồng thời tạo ra một hồ sơ về các đặc điểm của Mặt trăng. Chúng bao gồm mật độ và sự thay đổi khoảng cách của nó với Trái đất. Sau đó, họ lập mô hình với các loại lõi để tìm ra loại nào phù hợp nhất với dữ liệu quan sát.

Điều này cho phép nhóm thực hiện một số phát hiện. Đầu tiên, họ phát hiện ra rằng vật chất sẽ trở nên dày đặc hơn bên trong Mặt trăng khi di chuyển về phía trung tâm và vật chất ít đặc hơn sẽ bị đẩy lên trên. Điều này trước đây đã được các nhà nghiên cứu đề xuất như một cách giải thích sự hiện diện của một số nguyên tố trong các vùng núi lửa của Mặt trăng. Nhưng đó chỉ là một phần của bức tranh toàn cảnh về cấu trúc thực sự của Mặt trăng.

Theo mô hình được tạo ra dựa trên các dữ liệu từ sứ mệnh Apollo, phần lõi Mặt trăng bao gồm lớp chất lỏng bao phủ bên ngoài và phần lõi rắn chắc bên trong. Tại đó, phần lõi ngoài có bán kính khoảng 362 km và lõi trong có bán kính khoảng 258 km.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng lõi của Mặt trăng rất giống với lõi của Trái đất, với lớp chất lỏng bên ngoài và lõi bên trong rắn chắc. Lõi có đường kính khoảng 500 km, tương đương 15% chiều rộng của Mặt trăng. Điều trùng hợp là, vào năm 2011, một nhóm do các chuyên gia của NASA dẫn đầu đã tìm thấy kết quả gần như tương tự bằng cách sử dụng các kỹ thuật địa chấn học trên dữ liệu Apollo để nghiên cứu lõi Mặt trăng.

Mặc dù phát hiện này mang lại cho chúng ta những hiểu biết nhất định về cấu trúc của Mặt trăng, nhưng vẫn còn nhiều bí ẩn khác về vệ tinh tự nhiên này chưa được giải quyết, chẳng hạn như điều gì đã xảy ra với từ trường của nó. Không lâu sau khi được hình thành, Mặt trăng có một từ trường cực mạnh, nhưng sau đó từ trường này bắt đầu suy giảm từ khoảng 3,2 tỷ năm trước.

Nghiên cứu cũng tìm thấy bằng chứng về một hiện tượng thú vị khác, có tên gọi "lật ngược lớp vỏ", xảy ra trên Mặt trăng. Nói theo một cách đơn giản, đây là ý tưởng cho rằng vật chất từ lớp phủ, lớp giữa và lõi bên ngoài của Mặt trăng bị xáo trộn khá nhiều.

Trong tương lai, chúng ta có thể sẽ có nhiều dữ liệu hơn về Mặt trăng để nghiên cứu, vì các cơ quan chính phủ và các công ty vũ trụ tư nhân đang thực hiện các sứ mệnh Mặt trăng mới của họ. NASA hy vọng sẽ cử 4 phi hành gia trong sứ mệnh Artemis II vào năm 2024 bay gần Mặt trăng, trong khi các công ty như ispace, Astrobotic và Intuitive Machines cũng có kế hoạch của riêng mình.