Mặt Trăng là một thiên thể đã không còn quá xa lạ gì đối với chúng ta - những cư dân của hành tinh xanh, nó như một người bạn tri kỷ đồng hành với Trái Đất suốt hàng triệu, hàng tỷ năm liền. Nhưng mấy ai biết rằng Mặt Trăng được hình thành như thế nào, do đâu, và từ bao giờ? Đó cũng là một câu hỏi hóc búa đang thách thức những bộ não thiên tài của các nhà thiên văn học.
1. Những giả thuyết được đặt ra
Tính đến thời điểm hiện tại, đã có rất nhiều giả thuyết được đưa ra về nguồn gốc của Mặt Trăng, bây giờ chúng ta hãy cùng điểm qua một số giả thuyết được mọi người biết đến và chấp nhận rộng rãi nhất nhé.
- Thuyết bắt giữ (Capture Theory): Theo giả thuyết này, Mặt Trăng là một vật thể lang thang được hình thành ở nơi khác trong Hệ Mặt Trời, sau khi đi ngang qua Trái Đất, nó đã bị lực hấp dẫn từ Trái Đất “bắt giữ” và trở thành vệ tinh tự nhiên của hành tinh chúng ta. Tuy nhiên, giả thuyết này vẫn còn gây rất nhiều tranh cãi vì các nhà thiên văn học cho rằng lực hấp dẫn từ Trái Đất không đủ mạnh để có thể “bắt giữ” một thiên thể lớn như Mặt Trăng.
Hình ảnh minh họa quá trình hình thành Mặt Trăng theo thuyết Bắt giữ (Nguồn ảnh: Science Photo Library)
- Thuyết đồng hình thành (The Co-Formation Theory): Vào thời điểm Hệ Mặt Trời thuở sơ khai, một đám mây bụi và khí bao quanh Mặt Trời đã hình thành nên các hành tinh thông qua quá trình bồi tụ, trong đó bao gồm cả Trái Đất và Mặt Trăng. Khi Trái Đất đang bồi tụ để trở thành hành tinh, một phần vật chất xung quanh bị tách ra và tích tụ lại để hình thành nên một thiên thể riêng biệt, đó chính là Mặt Trăng. Giả thuyết này giải thích rằng, do được hình thành đồng thời và cùng một khu vực nên Mặt Trăng có quỹ đạo quay quanh Trái Đất tương đối ổn định, đây cũng chính là điểm mạnh của thuyết Đồng hình thành. Tuy nhiên, nếu được hình thành theo cơ chế này thì Mặt Trăng sẽ không thể tích tụ đủ vật chất để đạt được kích thước lớn như hiện tại, chính vì thế thuyết Đồng hình thành vẫn chưa được chấp nhận rộng rãi cho đến ngày nay.
Hình ảnh minh họa quá trình hình thành Mặt Trăng theo thuyết Đồng hình thành (Nguồn ảnh: Science Photo Library)
- Thuyết phân tách (The Fission Theory): Trong giai đoạn đầu của quá trình hình thành, Trái Đất được cho là quay với tốc độ cực cao, tạo ra lực ly tâm rất mạnh khiến cho một phần vật chất bị tách ra và hình thành nên Mặt Trăng. Tuy nhiên, để Mặt Trăng được hình thành dựa theo cơ chế của giả thuyết này, Trái Đất phải quay với một tốc độ cực kỳ nhanh, nhanh hơn rất nhiều so với bất kỳ tốc độ quay nào mà mô hình vật lý hiện đại cho phép, điều này được cho là không phù hợp với các tính toán về động lực học của Trái Đất.
Hình ảnh minh họa quá trình hình thành Mặt Trăng theo thuyết Phân tách (Nguồn ảnh: Science Photo Library)
- Thuyết va chạm lớn (Big Splash Theory): Đây là giả thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất tính đến thời điểm hiện tại. Theo thuyết Va chạm lớn, vào khoảng 4,5 tỷ năm về trước, một thiên thể tên Theia được ước tính có kích thước tương đương sao Hỏa đã đâm vào Trái Đất, vụ va chạm này cực kỳ mạnh, nó đã bắn tung một lượng lớn vật chất từ lớp vỏ và manti của cả Trái Đất và Theia ra ngoài không gian, hình thành một đĩa vật chất bao quanh hành tinh của chúng ta. Do lực hấp dẫn, các mảnh vỡ trong đĩa vật chất dần kết tụ lại và tạo thành Mặt Trăng trong vòng vài chục triệu năm sau vụ va chạm.
Hình ảnh minh họa quá trình hình thành Mặt Trăng theo thuyết Va chạm lớn (Nguồn ảnh: Time and Date)
2. Thuyết Va chạm lớn (Big Splash Theory)
Trong số những giả thuyết trên, thuyết Va chạm lớn được chấp nhận rộng rãi nhất vì nó giải thích được hầu hết các đặc điểm cơ bản của Mặt Trăng như sự tương đồng về thành phần cấu tạo của Mặt Trăng đối với lớp vỏ Trái Đất, hay giải thích được lý do tại sao quỹ đạo của Mặt Trăng lại quay quanh hành tinh của chúng ta... Bên cạnh đó, những tính chất mà giả thuyết này đưa ra về nguồn gốc của Mặt Trăng cũng hoàn toàn tương đồng với những dữ liệu mà NASA đã phân tích được từ các mẩu vật mà Apollo mang về trong sứ mệnh khám phá Mặt Trăng của mình.
Big Splash Theory (Nguồn ảnh: Space)
Theo giả thuyết này, khi Hệ Mặt Trời vừa mới được hình thành, Theia - một tiền hành tinh có kích thước tương đương Hỏa tinh - đã đâm vào Trái Đất sơ khai và kích hoạt một vụ “va chạm lớn”. Vụ va chạm xảy ra với vận tốc khoảng 32.000 km/h, tuy không quá lớn so với những vụ va chạm đã từng diễn ra trong vũ trụ, tuy nhiên điều đáng nói ở đây là những gì xảy ra sau đó.
Lõi sắt nặng của Theia cùng với phần vỏ của nó đã trộn lẫn với Trái Đất khiến cho kích thước hành tinh của chúng ta trở nên to hơn đáng kể, trong khi đó, phần vỏ ngoài thì bị văng tung tóe khắp không gian. Theo các nhà thiên văn học, diễn biến tiếp theo của vụ va chạm vẫn chưa được xác định cụ thể vì nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, chẳng hạn như cách mà vụ va chạm diễn ra hay Theia được cấu tạo từ gì… Tuy nhiên, bức tranh tổng thể vẫn là một phần vật chất bị văng ra ngoài không gian, một phần trở lại và hợp nhất với Trái Đất, và phần còn lại thì rơi vào quỹ đạo của Trái Đất. Sau một khoảng thời gian, những mảnh vật chất này kết tụ lại dưới tác dụng của lực hấp dẫn và hình thành nên một thiên thể mới, đó chính là Mặt Trăng mà ta đã vốn biết ngày nay.
Một số mô hình còn cho rằng đã từng có một Mặt Trăng thứ hai nhỏ hơn, với đường kính chỉ vài trăm kilomet và hình thành ở phía xa Trái Đất. Sau đó, vệ tinh nhỏ này tiến lại gần, va chạm và “ép” vào bề mặt bên kia của Mặt Trăng chính, điều này có thể lý giải vì sao mặt xa của Mặt Trăng hiện nay lại gồ ghề và phức tạp hơn nhiều so với mặt hướng về Trái Đất. Cũng có khả năng rằng vụ va chạm này không hề diễn ra “nhẹ nhàng” như giả định ban đầu. Có thể Trái Đất lúc đó quay rất nhanh, và Theia đã đâm vào với năng lượng cực lớn, đến mức làm bốc hơi toàn bộ vật chất xung quanh và tạo ra một vành đai plasma, gọi là synestia. Dù theo kịch bản nào, vụ va chạm này chắc chắn đã giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ, đủ để làm Mặt Trăng nóng chảy hoàn toàn, tập trung các nguyên tố KREEP (bao gồm kali, đất hiếm, và phospho), trộn lẫn vật chất của Trái Đất và Theia, tạo ra những đặc điểm địa hóa học chung giữa lớp vỏ Trái Đất và bề mặt Mặt Trăng.
Giống như mọi giả thuyết khoa học khác, thuyết Va chạm lớn cũng có những lỗ hổng. Ví dụ, nếu năng lượng sinh ra từ vụ va chạm đủ để làm Mặt Trăng nóng chảy hoàn toàn, thì lẽ ra nó cũng phải làm tan chảy bề mặt Trái Đất, thế nhưng không có bằng chứng địa chất nào cho thấy từng tồn tại các đại dương dung nham quy mô lớn trên Trái Đất trong giai đoạn đó.
Dù vẫn còn những mặt hạn chế, thuyết Va chạm lớn vẫn là câu trả lời hợp lý và thuyết phục nhất cho câu hỏi về nguồn gốc của Mặt Trăng mà ta đã đặt ra tính đến thời điểm hiện tại.
Có thể nói, sứ mệnh khám phá và tìm hiểu về nguồn gốc của Mặt Trăng là một sứ mệnh vô cùng quan trọng đối với chúng ta, nó không những giúp ta hiểu rõ hơn về quá trình hình thành và tiến hóa của Hệ Mặt Trời, mà còn giúp ta khám phá thêm được những bí ẩn của vũ trụ.
----------------------------------------------------
Tài liệu tham khảo:
[1] https://science.nasa.gov/moon/formation/
Nguyễn Vĩnh Thiên Kim - Ban Nội dung CLB Thiên Văn USAC