Lâu nay, các nhà khoa học cho rằng Mặt Trăng hình thành khoảng 4,35 tỷ năm trước sau khi một vật thể có kích thước bằng Sao Hỏa va vào Trái Đất, nhưng một nghiên cứu mới cho rằng Mặt Trăng có thể được hình thành trước đó hơn 100 triệu năm.

Theo nghiên cứu, được công bố hôm 18-12-2024 trên tạp chí Nature, lập luận trước đây về tuổi Mặt Trăng dựa trên các phân tích mẫu đá Mặt Trăng từ các sứ mệnh Apollo của NASA. Nhưng nghiên cứu mới cho rằng Mặt Trăng hình thành sớm hơn — khoảng 4,51 tỷ năm trước — và sau đó trải qua một sự kiện “tái tan chảy” mạnh mẽ (dramatic “re-melting” event) vào thời điểm mà các nhà khoa học trước đây dựa vào đó để giả định chính là lúc nó được hình thành.

Sự tan chảy xảy ra khi Mặt Trăng chuyển động rời xa Trái Đất, và theo các tác giả, lực hấp dẫn liên tục của Trái Đất bóp méo (warp) Mặt Trăng theo cách khiến nó siêu nóng. Quá trình này làm biến đổi bề mặt Mặt Trăng và do đó che giấu tuổi thực sự của nó, theo nghiên cứu.

Francis Nimmo, tác giả chính của nghiên cứu và là giáo sư tại Khoa Khoa học Trái Đất và Hành tinh thuộc Đại học California, Santa Cruz, cho biết sự nóng lên cực độ có khả năng đã làm tái tan chảy bề mặt Mặt Trăng, dẫn đền việc “đặt lại tất cả các đồng hồ” trong các mẫu đá Mặt Trăng.

“Vì vậy, các mẫu đá Mặt Trăng không cho chúng ta biết khi nào Mặt Trăng được hình thành, mà cho chúng ta biết về một sự kiện sau đó đã làm nóng Mặt Trăng,” ông nói.

Trong cộng đồng khoa học, đã có những bất đồng về tuổi chính xác của Mặt Trăng trong nhiều thập kỷ; Nimmo và các đồng nghiệp của ông không phải là những người đầu tiên đưa ra ước tính tuổi già hơn. Các phát hiện mới bổ sung vào sự đồng thuận ngày càng tăng rằng lịch sử của Mặt Trăng có thể phong phú hơn những gì các mẫu Apollo tiết lộ.

Các nhà khoa học hành tinh đã gặp khó khăn trong việc giải thích cách một vụ va chạm lớn tạo ra Mặt Trăng cách đây 4,35 tỷ năm, vào một thời điểm trong lịch sử Hệ Mặt Trời khi hầu hết các vật thể lớn được cho là đã kết tụ lại để tạo thành các hành tinh.

“Những người nghiên cứu mẫu Apollo đã có phỏng đoán hợp lý về tuổi của Mặt Trăng, nhưng những người mô phỏng cách các hành tinh trong Hệ Mặt Trời hình thành luôn cảm thấy khó giải thích tại sao vẫn còn nhiều vật thể lớn bay xung quanh 200 triệu năm sau khi Hệ Mặt Trời hình thành,” Nimmo nói.

Dòng thời gian điều chỉnh từ nhóm của Nimmo cũng có thể giúp giải thích tại sao các khoáng vật trên Mặt Trăng gọi là zircon — được tìm thấy trong các mẫu đá Apollo — được ước tính có tuổi khoảng 4,5 tỷ năm. Zircon trên Mặt Trăng, giống như các khoáng chất khác trên đó, được cho là đã kết tinh từ nhiệt độ cực cao khi Mặt Trăng được tạo ra, nhưng tuổi già hơn nhiều của nó từ lâu đã khiến các nhà khoa học bối rối.

Trong nghiên cứu mới, Nimmo và các đồng nghiệp cho rằng sự siêu nóng của Mặt Trăng là kết quả của một quá trình được gọi là “nóng lên do lực kéo hấp dẫn” (tidal heating).

“Khi Mặt Trăng bị đẩy ra xa, có những thời điểm đặc biệt mà quỹ đạo có thể tạm thời trở nên bất ổn (go haywire),” Nimmo cho biết. “Trong thời gian đó, Mặt Trăng có thể bị nén và kéo giãn bởi lực hấp dẫn của Trái Đất, và điều đó khiến nó nóng lên.”

Hiện tượng nóng lên do lực kéo hấp dẫn tương tự được cho là xảy ra giữa Sao Mộc và các mặt trăng của nó. Một nghiên cứu năm 2020 phát hiện rằng lực hấp dẫn của hành tinh khí khổng lồ này có thể nén và kéo giãn một số mặt trăng băng giá của nó đủ để làm nóng bên trong hoặc thậm chí làm đá tan chảy thành magma. Đây được cho là trường hợp xảy ra với Io, một mặt trăng của Sao Mộc.

Theo Nimmo, các sứ mệnh nghiên cứu Mặt Trăng gần đây và sắp tới có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về lịch sử tiến hóa của Mặt Trăng. Các hoạt động này bao gồm sứ mệnh Chang’e 6 của Trung Quốc, đã thu thập mẫu vật từ phía xa của Mặt Trăng, và các sứ mệnh Artemis của NASA đang được lên kế hoạch.

Carsten Münker, một nhà khoa học tại Viện Địa chất và Khoáng vật học thuộc Đại học Cologne, người không tham gia vào nghiên cứu này, cho rằng nóng lên do lực hấp dẫn là một cách hợp lý để giải quyết các bất đồng về thời điểm hình thành Mặt Trăng.

Nghiên cứu của chính Münker đã tập trung vào việc xác định niên đại khoáng vật Mặt Trăng nhằm tìm ra độ tuổi chính xác của Mặt Trăng.

Nghiên cứu mới, theo ông, “được viết bởi những người trước đây ủng hộ giả thuyết rằng Mặt Trăng trẻ hơn, nhưng giờ đây cả ba tác giả đều đồng ý với tuổi đời lâu hơn của Mặt Trăng.”

“Điều này chắc chắn giúp chúng ta hiểu rõ hơn,” Münker nói.

Mặc dù sự khác biệt giữa 4,35 tỷ năm và 4,51 tỷ năm có vẻ tương đối nhỏ khi xét về quy mô thời gian trong vũ trụ, nhưng việc làm rõ những gì đã xảy ra trong những ngày hỗn loạn đầu tiên của Hệ Mặt Trời là chìa khóa để hiểu cách các hành tinh trong vùng lân cận của chúng ta được hình thành (came to be).

“Sự tiến hóa của Hệ Mặt Trời diễn ra khá nhanh. Chỉ trong vài chục triệu năm, toàn bộ dàn thiên thể như chúng ta biết ngày nay đã được hình thành,” Münker nói. “Đó là lý do tại sao chúng ta cần một độ phân giải thời gian thực sự chính xác cho những sự kiện rất sớm này, và tại sao việc hiểu cách hệ Trái Đất-Mặt Trăng hình thành lại quan trọng.”

Vài trăm triệu năm sau khi hình thành, Mặt Trăng đã trải qua hoạt động núi lửa dữ dội. Khi đó, khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng nhỏ hơn nhiều so với ngày nay. Ảnh: MPS / Alexey Chizhik