Một nghiên cứu mới chỉ ra rằng tàn tích của hành tinh cổ đại Theia còn sót lại 2 mảnh lớn, nguyên vẹn, đang nằm sâu trong lòng Trái Đất. (Nguồn: pixabay.com)
Khoảng 4.5 tỷ năm trước, thái dương hệ là một bàn pinball khổng lồ trong vũ trụ. Trong thuở ban sơ đó, một thiên thể tên là Theia, có kích thước bằng sao Hỏa đã đâm vào Trái Đất, lúc đó vẫn còn đang trong giai đoạn thành hình. Vụ va chạm đã phá vỡ tiền hành tinh (protoplanet) Theia, và bắn một lượng lớn vật chất vào quỹ đạo quanh Trái Đất – cuối cùng chúng kết tụ lại thành Mặt Trăng ngày nay.
Một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature cho thấy rằng trong lần va chạm này, tàn tích của Theia ngoài những vật chất vụn đã trộn lẫn vào Trái Đất và Mặt Trăng, vẫn còn có 2 mảnh lớn, nguyên vẹn, đang chôn sâu trong lòng địa cầu.
Trong nhiều thập niên, các khoa học gia về Trái Đất đã biết về các khối vật chất dày đặc, có kích thước tương đương với cả một lục địa, tồn tại ở phần đáy lớp phủ gần ranh giới với lõi của hành tinh. Nghiên cứu mới do Viện công nghệ Caltech thực hiện, sử dụng mô phỏng về tác động hình thành Mặt Trăng cũng như sự tiến hóa của bên trong Trái Đất để xác định nơi có thể chứa những tàn dư của vụ va chạm và xem chúng đã thay đổi như thế nào theo thời gian.
Khoa học gia vũ trụ Robin Canup thuộc Southwest Research Institute ở Boulder, Colorado, người không tham gia nghiên cứu, cho biết: “Kết quả nghiên cứu rất thú vị và khiến người ta nóng lòng khám phá thêm. Chúng ta có ‘nguồn dữ liệu’ để biết thêm về Theia và tìm hiểu rõ hơn về… những tác động hình thành Mặt Trăng.”
Bên trong Trái Đất
Giống như một củ hành tây, bên trong Trái Đất cũng có rất nhiều lớp. Nhưng điều khác biệt là lõi hành tinh của chúng ta nóng bỏng, dày đặc và chủ yếu chứa toàn kim loại, được tạo thành từ một lớp nóng chảy quay bên ngoài bao quanh một quả bóng dày đặc hơn rộng 1,500 dặm. Bên ngoài hai lớp lõi này là lớp phủ khổng lồ, chiếm hơn 80% thể tích của Trái Đất. Trên lớp phủ là lớp vỏ, phần bề mặt trái đất.
Lớp phủ là nơi diễn ra nhiều hoạt động: các mảng lục địa dịch chuyển và va chạm, và cách mảng dung thạch chảy ra. Khó có thể tiếp cận trực tiếp lớp phủ vì nó rất sâu. Nên để hiểu rõ hơn về lớp phủ này, các nhà nghiên cứu đo cách sóng địa chấn truyền qua nó trong các trận động đất. Khi những sóng đó truyền qua các vật chất có mật độ khác nhau, chúng sẽ thay đổi vận tốc hoặc phương hướng. Kết hợp những thông tin đó lại với nhau, các nhà nghiên cứu về cơ bản có thể lập bản đồ bên trong hành tinh của chúng ta.
Trong vài thập niên qua, những nghiên cứu như vậy đã cho thấy ‘hai đốm màu’ khổng lồ ở phần dưới của lớp phủ – một ở Nam Phi và một ở Thái Bình Dương – chúng khác biệt về mật độ và thành phần so với các vật chất xung quanh. Sóng địa chấn chậm lại khi đi qua những đốm màu này, nên chúng được đặt tên là: các vùng LLSVP (large low-shear-velocity provinces). Những vùng này dày đặc hơn phần còn lại của lớp phủ và có vẻ như đã tồn tại hàng tỷ năm.
Tuy nhiên, các khoa học gia không chắc chắn làm thế nào những đốm màu LLSVP này lại nằm ‘chễm chệ’ trong lớp phủ. Theo nghiên cứu mới cho thấy, chúng có thể đến từ tiền hành tinh Theia trong vụ va chạm dẫn đến sự hình thành của Mặt Trăng.
Mặt Trăng ra đời
Khi Theia va vào Trái Đất, nó vỡ ra; các đám mây mảnh vụn và hơi nước nóng chảy bao quanh Trái Đất, rồi kết tụ lại tạo thành Mặt Trăng. Trong 50 năm qua, các khoa học gia đã nghiên cứu các mẫu đất đá Mặt Trăng được thu thập trong các sứ mệnh Apollo và từ các vụ rơi thiên thạch, đồng thời kết hợp thông tin đó với các mô phỏng máy tính để đặt ra giả thuyết này. Đây cũng là lý thuyết hàng đầu về cách Mặt Trăng hình thành.
Nhưng vẫn còn một số câu hỏi chưa có lời giải đáp: Tại sao chúng ta không tìm thấy tàn tích của Theia trên Trái Đất?
Các nhà nghiên cứu đã đào sâu tìm kiếm câu trả lời cho câu hỏi này.
Nhà thiên văn học Hongping Deng của Shanghai Astronomical Observatory ở Trung Quốc đã tập trung vào việc mô phỏng vụ va chạm giữa Theia và Trái Đất cũng như cách vật chất sẽ trộn lẫn – hoặc không trộn lẫn – trong các lớp của Trái Đất. Mô hình cho thấy một số vật chất của Theia tan chảy trong vụ va chạm vẫn còn sót lại trên Trái Đất. Những khối vật chất dày đặc hơn nằm lớp phủ bên ngoài của Trái Đất thời kỳ đầu, rồi dần chìm vào lớp phủ bên trong, tồn tại dưới dạng các ‘đốm màu’ riêng biệt và không bao giờ bị trộn lẫn.
Các vật chất trộn lẫn trong lớp phủ
Câu hỏi lớn nhất về mô hình mới, là liệu vật chất từ vụ va chạm có thể “không bị trộn lẫn và đồng nhất vào lớp phủ Trái Đất trong bốn tỷ rưỡi năm tiếp theo hay không.”
Một số nhà nghiên cứu cảm thấy chưa thuyết phục. Khoa học gia chuyên nghiên cứu các hành tinh Miki Nakajima thuộc University of Rochester ở New York cho biết: “Trong các mô phỏng của chúng tôi, lớp phủ của Theia và lớp phủ của Trái Đất có khuynh hướng hòa trộn với nhau.” Nghiên cứu của bà trong nhiều năm qua đã tập trung vào cách mà các lớp phát triển trong các hành tinh đất đá thuộc thái dương hệ.
Nhà khoa học chuyên nghiên cứu về lực địa lý Maxim Ballmer của University College London cho biết: “Tôi không nghĩ vật chất va chạm sẽ bị trộn lẫn hoàn toàn, nhưng trong nghiên cứu mới, độ trộn lẫn đã bị đánh giá thấp.”
Các khoa học gia đồng ý rằng những vùng dày đặc trong lớp phủ Trái Đất đã tồn tại từ lâu, nhưng ‘nguồn gốc’ và ‘tuổi tác’ chính xác của chúng vẫn còn là vấn đề tranh luận.
Bước tiếp theo là so sánh các dấu hiệu hóa học của vật chất từ những đốm màu này và từ Mặt Trăng, vốn được tạo thành chủ yếu từ Theia. Nếu chúng có cùng dấu hiệu địa hóa, thì tức là chúng phải có nguồn gốc từ cùng một hành tinh. Nhưng việc thu thập ‘tài liệu’ mới để nghiên cứu thêm không phải là chuyện dễ. Chúng ta không thể khoan đủ sâu vào Trái Đất để lấy mẫu trực tiếp các đốm màu này. Tuy nhiên, một số loại đá từ sâu bên trong cũng có đôi khi ‘trồi’ lên tới bề mặt, chẳng hạn như đá bazan ở Đảo Đại Dương.
Bề mặt của Mặt Trăng đã trải qua hàng tỷ năm phong hóa trong không gian và có thể bị trộn lẫn thêm bởi nhiều loại thiên thạch, nên các nhà nghiên cứu cũng muốn phân tích vật chất từ lớp phủ trong Mặt Trăng. Nhưng các mẫu vật hiện có trong phòng thí nghiệm trên Trái Đất lại chủ yếu là lấy từ bề mặt.
Có thể phải đợi cho đến khi sứ mệnh thu thập mẫu vật trở lại khu vực phía nam Mặt Trăng, nơi lớp phủ lộ ra và dễ tiếp cận hơn, thì người ta mới thu thập được những mẫu vật mới hơn.
Cung Đô sưu tầm & biên dịch
Nguồn: “4.5 billion years ago, another planet crashed into Earth. We may have found its leftovers.” được đăng trên trang Nationalgeographic.com.
Gửi ý kiến của bạn
