Tại sao quan sát Mặt Trăng xa gần lại cho hình ảnh khác nhau?

Hai mặt gần và xa của Mặt Trăng khác nhau một cách kỳ lạ, và không ai chắc chắn lý do vì sao.

Mở đầu

Từ lâu, khi Mặt Trăng mới hình thành, hẳn đã có điều gì đó rất kỳ lạ xảy ra. Chúng ta không rõ chính xác đó là điều gì hoặc đã xảy ra như thế nào, nhưng hậu quả của sự kiện đó đã dẫn đến một sự khác biệt to lớn giữa mặt gần của Mặt Trăng – mặt luôn hướng về Trái Đất – và mặt xa, nơi chỉ có thể tiếp cận thông qua tàu vũ trụ.

Mặt gần của Mặt Trăng đầy những đặc điểm quen thuộc và dễ nhận biết, bao gồm:

– Những vùng sáng có nhiều hố va chạm, đại diện cho các cao nguyên cổ xưa của Mặt Trăng.

– Những vùng tối ít hố va chạm hơn, đại diện cho các đồng bằng thấp, được gọi là lunar maria (biển Mặt Trăng).

– Các tia sáng tỏa ra từ nhiều hố va chạm sâu, nhưng chỉ xuất hiện trong các vùng maria tối.

– Và nhiều hố va chạm với đủ kích cỡ chồng lên nhau, nhưng gần như chỉ tìm thấy ở các khu vực cao nguyên sáng.

Tuy nhiên, mặt xa – lần đầu tiên được nhìn thấy vào năm 1959 thông qua một sứ mệnh không gian – lại hoàn toàn khác biệt. Nó hầu như chỉ gồm các cao nguyên với vô số hố va chạm, và các vùng maria tối, thấp hiếm hoi có kích thước rất nhỏ so với bên mặt gần.

Lời giải thích đơn giản nhất cho hiện tượng này đã được chứng minh là sai, nhưng một giả thuyết táo bạo và hấp dẫn sắp được đưa vào thử nghiệm.

Hiện nay, sứ mệnh Hằng Nga 6 (Chang’e-6) của Trung Quốc đã thành công đưa các mẫu đất đá lấy từ mặt xa của Mặt Trăng trở về Trái Đất – lần đầu tiên trong lịch sử loài người. Giờ đây, chúng ta có thể phân tích chúng và so sánh với các mẫu từ mặt gần đã có từ thời kỳ Apollo.

Sau bao nhiêu năm, bí ẩn về hai bán cầu của Mặt Trăng cuối cùng có thể được giải đáp.

Một bức tranh ghép có chú thích về mặt gần của Mặt Trăng từ camera góc rộng của tàu thăm dò Lunar Reconnaissance Orbiter của NASA.

Các vùng maria, các hố va chạm lớn, cùng với các vách đá, tia sáng và dãy núi đều có thể được nhìn thấy.

Đó thực sự là một cú sốc khi chúng ta phát hiện rằng quang cảnh của mặt gần Mặt Trăng không hề giống với mặt xa. Hai bán cầu thể hiện sự khác biệt lớn với nhau.

Những khác biệt rõ rệt giữa mặt gần và mặt xa của Mặt Trăng

Hầu hết chúng ta sẽ gặp khó khăn nếu chỉ nhìn thấy mặt luôn quay lưng về Trái Đất mà phải nhận ra đó là Mặt Trăng của mình.

Thay vì có nhiều vùng maria tối, ít hố va chạm như ở mặt gần, mặt xa chỉ có duy nhất một vùng lớn như vậy – nằm ở bán cầu bắc của mặt xa.

Không có các dãy núi lớn nổi bật, như dãy núi phân tách rõ ràng Mare Imbrium và Mare Serenitatis ở mặt gần.

Có ít hố va chạm khổng lồ với các tia sáng tỏa ra mạnh mẽ, như Giordano Bruno và Pierazzo, trong khi mặt gần có rất nhiều: Copernicus, Aristarchus, Kepler, Tycho, và nhiều hơn nữa.

Nhưng có lẽ sự khác biệt lớn nhất giữa hai mặt nằm ở độ cao địa hình.

Ngoại trừ một vùng trũng cô lập ở phía bắc – Mare Moscoviense – và một lưu vực khổng lồ ở cực nam gọi là South Pole Aitken (cả hai có thể là kết quả của các va chạm cổ đại), mặt xa của Mặt Trăng cao hơn nhiều so với mặt gần.

Trung bình, độ cao của mặt xa lớn hơn mặt gần gần 2 km.

Dựa vào dữ liệu địa chấn, lớp vỏ Mặt Trăng ở mặt xa dày hơn mặt gần khoảng 15 km.

Vì một lý do nào đó, mặt xa của Mặt Trăng có nhiều hố va chạm hơn, ở độ cao lớn hơn đáng kể, và có lớp vỏ dày hơn khoảng 25% hoặc hơn so với mặt gần.

Dù Trái Đất lớn và có khối lượng lớn hơn nhiều so với Mặt Trăng, nhưng cả hai vẫn là những thiên thể nhỏ bé so với khoảng cách giữa chúng.

Ánh sáng cần khoảng 1,25 giây để đi từ Trái Đất đến Mặt Trăng.

Khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng xấp xỉ 30 lần đường kính Trái Đất.

Trái Đất cũng nặng hơn Mặt Trăng khoảng 80 lần, nhưng trái với suy nghĩ của nhiều người, Trái Đất lại không phải là một tấm khiên hiệu quả trong việc bảo vệ mặt gần của Mặt Trăng khỏi các va chạm vũ trụ.

Khi biết điều này, nhiều người trong chúng ta sẽ lập tức nghĩ rằng mặt xa có nhiều hố va chạm hơn là do Trái Đất che chắn cho mặt gần.

Rốt cuộc, Mặt Trăng khá gần Trái Đất – ở khoảng cách trung bình chỉ 380.000 km – và Trái Đất thì to gấp khoảng bốn lần về đường kính và nặng hơn khoảng 82 lần, điều này khiến nó có vẻ như là mục tiêu hấp dẫn hơn cho các thiên thạch.

Vì thế, ta dễ bị cám dỗ bởi suy nghĩ rằng mặt xa có nhiều hố va chạm hơn vì nó thiếu đi sự bảo vệ của Trái Đất – như một tấm chắn cho mặt gần.

Đáng tiếc, khi chúng ta tính toán ảnh hưởng bảo vệ này và so sánh với tỷ lệ hố va chạm thực tế, lý thuyết này hoàn toàn sụp đổ.

Khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng – tuy nhỏ trên thang đo hệ Mặt Trời – thực chất lớn gấp khoảng 30 lần đường kính Trái Đất.

Điều này có nghĩa là sự khác biệt về tỷ lệ hố va chạm do tấm chắn Trái Đất gây ra lẽ ra chỉ dưới 1%.

Dù Trái Đất có khối lượng lớn, ảnh hưởng trọng lực của nó đến tỷ lệ va chạm trên cả hai mặt của Mặt Trăng gần như như nhau.

Điều này cũng đồng nghĩa rằng sự khác biệt về tỷ lệ hố va chạm giữa mặt gần và mặt xa không thể vượt quá khoảng 1%.

Vậy điều gì thực sự gây ra sự khác biệt giữa hai mặt của Mặt Trăng?

Nếu Trái Đất không phải là nguyên nhân khiến mặt gần Mặt Trăng ít hố va chạm hơn, thì điều gì mới là thủ phạm?

Một trong những giả thuyết hấp dẫn nhất liên quan đến lịch sử hình thành ban đầu của Mặt Trăng.

Theo giả thuyết va chạm khổng lồ – kịch bản phổ biến nhất giải thích nguồn gốc của Mặt Trăng – một thiên thể có kích thước bằng sao Hỏa, được gọi là Theia, đã va chạm vào Trái Đất sơ khai.

Vụ va chạm này tạo ra một lượng vật chất khổng lồ bắn tung ra ngoài không gian, phần lớn trong số đó kết tụ lại để hình thành Mặt Trăng.

Tuy nhiên, một số nhà khoa học tin rằng không chỉ một Mặt Trăng được hình thành từ vụ va chạm đó – mà là hai.

Theo một số mô hình lý thuyết, một Mặt Trăng nhỏ thứ hai cũng được hình thành cùng lúc và quay quanh Trái Đất bên ngoài quỹ đạo của Mặt Trăng chính.

Sau hàng triệu năm ổn định và đồng bộ hóa quỹ đạo, hai Mặt Trăng này có thể đã va chạm. Nhưng vì tốc độ va chạm tương đối thấp, sự kiện này không gây ra một vụ nổ lớn mà là một va chạm chậm – đủ để Mặt Trăng nhỏ bị ép dính vào phía đối diện của Mặt Trăng lớn, chính là mặt xa mà chúng ta thấy ngày nay.

Va chạm kiểu này có thể giải thích một số đặc điểm địa chất bí ẩn của mặt xa:

– Lớp vỏ dày hơn đáng kể.

– Độ cao địa hình lớn hơn.

– Nhiều cao nguyên và hố va chạm hơn.

Nó cũng có thể giải thích vì sao mặt xa không có nhiều vùng maria như mặt gần – bởi lớp vỏ dày hơn khiến magma từ bên trong khó thoát ra và tạo thành các đồng bằng dung nham.

Những mẫu vật từ mặt xa Mặt Trăng sẽ cho câu trả lời

Cho đến nay, chúng ta mới chỉ có mẫu đất đá từ mặt gần – những mẫu này được mang về trong các sứ mệnh Apollo của NASA và Luna của Liên Xô vào thế kỷ trước.

Với việc sứ mệnh Chang’e-6 của Trung Quốc lần đầu tiên đưa được mẫu từ mặt xa về Trái Đất, các nhà khoa học giờ đây có cơ hội so sánh trực tiếp thành phần vật chất giữa hai mặt.

Nếu có bằng chứng địa hóa học cho thấy vật liệu của mặt xa đến từ một thiên thể khác, hoặc cho thấy sự hợp nhất giữa hai lớp địa chất khác biệt, giả thuyết hai Mặt Trăng sẽ trở nên cực kỳ thuyết phục.

Thậm chí nếu giả thuyết đó không đúng, các mẫu vật vẫn có thể tiết lộ lý do vì sao mặt xa lại có lớp vỏ dày hơn – có thể là do sự bất đối xứng trong quá trình kết tinh của đại dương magma nguyên thủy của Mặt Trăng.

Chúng ta đã nhìn lên Mặt Trăng hàng nghìn năm, nhưng mới chỉ bắt đầu hiểu rõ về nó trong vài thập kỷ gần đây.

Bí ẩn về sự khác biệt giữa mặt gần và mặt xa của Mặt Trăng là một trong những câu hỏi lâu đời và hấp dẫn nhất của khoa học hành tinh.

Với những mẫu vật đầu tiên từ mặt xa, nhân loại đang tiến một bước dài trên con đường khám phá nguồn gốc, cấu tạo và quá khứ của vệ tinh duy nhất của Trái Đất.

Có thể, rất sớm thôi, chúng ta sẽ không còn phải hỏi tại sao hai mặt của Mặt Trăng lại khác biệt đến vậy – bởi vì chúng ta sẽ có câu trả lời.

Sự khác biệt về số lượng hố va chạm không thể giải thích bằng lực hấp dẫn hay khả năng che chắn. Tuy nhiên, thực tế hoàn toàn không như vậy.

Mặt xa của Mặt Trăng có số lượng hố va chạm nhiều hơn khoảng ~30% so với mặt gần – một sự khác biệt khổng lồ không thể giải thích bằng sự lệch hướng do trọng lực hoặc việc hấp thụ va chạm.

Cách lý giải đó cũng không thể giải thích những khác biệt khác như sự phân bố của các vùng maria, hay sự chênh lệch về độ cao và độ dày của lớp vỏ.

Dù ý tưởng Trái Đất che chắn cho mặt gần có vẻ hấp dẫn, nhưng từ lâu đã bị loại bỏ vì không phù hợp với dữ liệu thực tế.

Hình ảnh động này sử dụng dữ liệu từ các vệ tinh cho thấy mặt xa của Mặt Trăng được Mặt Trời chiếu sáng khi nó di chuyển ngang qua giữa tàu vũ trụ DSCOVR (với camera EPIC và kính thiên văn) và Trái Đất – ở khoảng cách 1 triệu dặm (1,6 triệu km).

Mặt xa của Mặt Trăng khác biệt hoàn toàn so với mặt gần: rất ít vùng maria tối, nhiều hơn mặt gần đến 30% về số lượng hố va chạm, và có lớp vỏ dày hơn, cao hơn rõ rệt.

Quay lại nguồn gốc hình thành Mặt Trăng: giả thuyết va chạm khổng lồ

Một cách tiếp cận tốt hơn là quay lại bức tranh lớn về cách chúng ta nghĩ Mặt Trăng được hình thành: từ một vụ va chạm khổng lồ giữa Trái Đất sơ khai và một hành tinh sơ khai khác đã bị nuốt chửng, có tên là Theia.

Bạn có thể nghĩ vụ va chạm thiên thạch tiêu diệt khủng long là một sự kiện lớn – và đúng vậy, theo nhiều tiêu chí, nó rất dữ dội.

Thiên thạch ước tính có kích thước từ 5 đến 10 km – tương đương một ngọn núi lớn – đã tạo ra miệng hố Chicxulub rộng khoảng 200 km.

Nhưng nếu quay ngược lại 4,5 tỷ năm trước, ta sẽ thấy có một vụ va chạm còn lớn hơn rất nhiều, đến mức khiến thiên thạch Chicxulub trở nên bé nhỏ như một viên sỏi.

Khi Hệ Mặt Trời còn non trẻ, Trái Đất đã gần như hình thành hoàn chỉnh – có khối lượng và bán kính gần như ngày nay.

Nhưng tồn tại một hành tinh sơ khai khác, có thể có kích thước tương đương sao Hỏa, quay quanh gần đó.

Khoảng 50 triệu năm sau khi các hành tinh khác đã hình thành xong, Trái Đất sơ khai và hành tinh được giả thuyết này – Theia – đã va chạm với nhau.

Hậu quả của vụ va chạm là một đám mây vật chất khổng lồ bị bắn tung ra, tạo thành một cấu trúc lý thuyết gọi là synestia.

Phần lớn khối lượng này sau đó rơi trở lại Trái Đất hoặc bay ra không gian giữa các hành tinh, nhưng đủ vật chất đã kết tụ nhờ lực hấp dẫn để hình thành nên Mặt Trăng.

Khi hai thiên thể lớn va chạm, như đã xảy ra với Trái Đất sơ khai và hành tinh Theia trong Hệ Mặt Trời sơ khai, chúng thường hợp nhất thành một thể lớn hơn.

Nhưng lượng vật chất bị bắn ra từ vụ va chạm có thể tụ lại để tạo thành một hay nhiều vệ tinh lớn.

Điều này không chỉ xảy ra với Trái Đất, mà có thể cũng là cách mà sao Hỏa và sao Diêm Vương hình thành các vệ tinh tự nhiên của mình.

Mặt Trăng như ta biết ngày nay có thể đã ra đời chỉ vài chục triệu năm sau khi Mặt Trời bắt đầu phát sáng.

Ngày nay, các nhà khoa học tin rằng những vụ va chạm khổng lồ là cơ chế chủ yếu giúp các hành tinh nhỏ, rắn tạo ra vệ tinh.

Giả thuyết va chạm khổng lồ, dù ban đầu bị xem là lập dị khi mới được đề xuất vào thập niên 1970, đã dần được chấp nhận nhờ một phát hiện đáng kinh ngạc:

Các mẫu đất đá đầu tiên được mang từ Mặt Trăng về có thành phần hóa học giống hệt với vật chất trên Trái Đất.

Điều phi thường này củng cố mạnh mẽ cho giả thuyết va chạm khổng lồ và mở ra một kịch bản mới về sự ra đời của Mặt Trăng.

Vậy nếu đó là cách Mặt Trăng hình thành, điều gì xảy ra tiếp theo?

Chúng ta cần nhớ rằng hiện nay, yếu tố chính quyết định nhiệt độ của một hành tinh là tổng hợp của:

– Nhiệt từ Mặt Trời,

– khả năng giữ nhiệt của khí quyển và bức xạ từ hành tinh,

– quá trình bên trong như co lại do lực hấp dẫn và phân rã phóng xạ trong lõi.

Nhưng vào giai đoạn đầu hình thành hành tinh, còn rất nhiều nhiệt dư thừa từ đám mây tiền Mặt Trời – nơi sản sinh ra các hành tinh.

Ước tính vào thời điểm đó, Trái Đất nóng gần gấp 10 lần hiện tại – vào khoảng 2700 K, tương đương với nhiệt độ của bóng đèn sợi đốt ánh sáng trắng.

Một synestia không chỉ là vành đai, phễu khí bụi quay quanh lõi hành tinh liên hợp, mà còn có nhiệt độ rất cao – vượt 1000 K.

Nhiệt độ này khiến nó phát ra bức xạ hồng ngoại rất mạnh, với đỉnh bức xạ nằm ở các dải sóng khác nhau tùy theo nhiệt độ cụ thể của hệ.

Nhiệt lượng từ Trái Đất lúc bấy giờ – có thể chỉ cách Mặt Trăng khoảng 24.000 km – chắc chắn đã ảnh hưởng đến mặt gần của Mặt Trăng, khiến mặt này hấp thụ nhiều nhiệt hơn.

Dựa vào các dấu vết địa chất, chúng ta biết Trái Đất quay quanh trục nhanh hơn nhiều trong quá khứ.

Theo định luật bảo toàn mômen động lượng, điều này ngụ ý rằng Mặt Trăng từng nằm gần Trái Đất hơn.

Giờ hãy kết hợp ba dữ kiện sau:

– Một vụ va chạm khổng lồ tạo ra cấu trúc synestia,

– Mặt Trăng hình thành rất gần Trái Đất,

– Trái Đất lúc đó rất nóng – khoảng 2700 K.

Rất có thể ngay từ khi mới hình thành, Mặt Trăng đã bị khóa thủy triều với Trái Đất – tức là một mặt luôn hướng về Trái Đất và mặt kia thì quay lưng lại.

Ngay cả khi điều đó chưa xảy ra tức thì, vật lý hấp dẫn cho thấy quá trình khóa thủy triều cũng sẽ diễn ra rất nhanh – chỉ trong khoảng 100.000 năm hoặc ít hơn.

Sự khác biệt vĩnh viễn giữa hai mặt của Mặt Trăng bắt đầu từ rất sớm

Vì thế, chúng ta có một Mặt Trăng non trẻ – có thể vẫn còn nóng chảy hoặc ở dạng dung nham – bị khóa thủy triều với Trái Đất, quay mặt cố định về phía hành tinh đang phát sáng và tỏa ra lượng nhiệt khổng lồ này.

Kết quả là một mặt của Mặt Trăng nhận được nhiều bức xạ hồng ngoại hơn rất nhiều từ Trái Đất, trong khi mặt còn lại thì không.

Đây chính là nền tảng cho sự khác biệt ban đầu giữa hai mặt của Mặt Trăng – sự khác biệt vẫn còn in đậm cho đến ngày nay.

Chênh lệch nhiệt độ này làm thay đổi cách mà lớp vỏ Mặt Trăng hình thành.

Phần nhận được nhiều nhiệt hơn (mặt gần) nguội chậm hơn – điều này làm chậm quá trình kết tinh và làm giảm độ dày lớp vỏ.

Ngược lại, phần đối diện (mặt xa) nguội nhanh hơn trong điều kiện thiếu nhiệt từ Trái Đất, dẫn đến sự hình thành lớp vỏ dày hơn.

Sự chênh lệch này không chỉ ảnh hưởng đến cấu trúc vật lý, mà còn cả thành phần hóa học của vỏ Mặt Trăng.

Phân tích từ các mô hình và quan sát thực tế cho thấy mặt xa Mặt Trăng có nhiều đá anorthosite hơn – loại đá giàu nguyên tố nhôm.

Nhiệt độ thấp hơn ở mặt xa khiến oxit nhôm dễ kết tinh và lắng xuống, làm tăng tỷ lệ các khoáng chất giàu nhôm trên bề mặt.

Trong khi đó, mặt gần – nóng hơn do nhận nhiệt từ Trái Đất – tạo điều kiện cho các nguyên tố nhẹ bay hơi hoặc không kết tinh được dễ dàng như ở mặt xa.

Sự khác biệt trong quá trình kết tinh do nhiệt lượng Trái Đất phát ra đã dẫn đến một bất đối xứng hóa học rõ ràng giữa hai mặt Mặt Trăng.

Vì mặt gần có lớp vỏ mỏng hơn, nó dễ bị các thiên thể va chạm xuyên thủng lớp vỏ và tạo thành các vùng maria – những vùng biển tối mà chúng ta nhìn thấy từ Trái Đất.

Trong khi mặt xa, với lớp vỏ dày và chắc hơn, ít có khả năng hình thành các vùng maria, nên vẫn giữ lại nhiều hố va chạm nguyên thủy hơn.

Sự khác biệt ban đầu về nhiệt độ – và sau đó là độ dày lớp vỏ – đã tạo ra điều kiện cho sự bất đối xứng tồn tại đến hàng tỷ năm sau.

Tất cả điều này bắt nguồn từ một khởi đầu không đối xứng về nhiệt giữa hai mặt của Mặt Trăng.

Kết luận: Vai trò của Trái Đất nóng trong việc tạo nên Mặt Trăng như ngày nay

Sự chênh lệch nhiệt độ ban đầu giữa hai mặt Mặt Trăng là lời giải thích hợp lý và nhất quán nhất cho hàng loạt khác biệt đã được quan sát thấy:

– Lớp vỏ mặt xa dày hơn,

– Mặt gần có nhiều vùng maria hơn,

– Mặt xa có số lượng hố va chạm cao hơn,

– Thành phần hóa học khác biệt giữa hai mặt.

Tất cả đều có thể bắt nguồn từ một sự thật đơn giản nhưng sâu sắc:

Mặt Trăng ra đời gần một Trái Đất cực kỳ nóng, và một mặt của nó luôn hứng chịu lượng nhiệt khổng lồ đó trong giai đoạn hình thành.

Những điều kiện ban đầu ấy đã để lại dấu ấn không thể xóa nhòa trên hai mặt của vệ tinh tự nhiên duy nhất của chúng ta – một vết tích còn lưu giữ đến tận hôm nay.

Bây giờ, hãy hình dung: Chúng ta có một Trái Đất trẻ, nóng bỏng ở khoảng cách rất gần với một Mặt Trăng lớn bị khóa thủy triều, bản thân nó hình thành từ một đám mây phồng gọi là synestia và có thể tạo ra, như một phần hậu quả của vụ va chạm, một đĩa vật chất bao quanh Trái Đất. Như bạn có thể đoán, vật chất dư thừa này không tồn tại mãi mãi, nhưng phần lớn trong số đó cuối cùng sẽ rơi xuống (và bổ sung vào) Mặt Trăng, cả phía đối diện Trái Đất lẫn phía xa Trái Đất.

Khoảng 50 triệu năm sau khi Trái Đất hình thành, nó bị va chạm bởi một vật thể lớn có kích thước bằng Sao Hỏa, được đặt tên là Theia. Hậu quả của vụ va chạm đã siêu đốt nóng Trái Đất và bắn lên một lượng lớn mảnh vỡ, một phần lớn trong đó đã hình thành nên Mặt Trăng. Phần còn lại hoặc thoát khỏi hệ Trái Đất–Mặt Trăng hoặc rơi trở lại một trong hai thiên thể. Khối lượng lớn của Mặt Trăng và khoảng cách gần với Trái Đất giúp ổn định trục quay của hành tinh chúng ta.

Vậy điều này ngụ ý điều gì về sự giống và khác nhau giữa hai mặt của Mặt Trăng trong kịch bản như vậy?

Chi tiết của điều này chỉ mới được giải mã lần đầu tiên cách đây mười năm, trong một bài báo của Arpita Roy, Jason Wright và Steinn Sigurdsson. Nhận thức then chốt là: nhiệt từ Trái Đất trẻ, nóng – một phiên bản cực đoan của Earthshine – không chỉ tạo ra một gradient nhiệt độ ảnh hưởng đến vật chất xung quanh Trái Đất, mà còn tạo ra một gradient hóa học: nơi các nguyên tố nặng gần Trái Đất nóng hơn dễ bay hơi hơn, nhưng khi ở xa hơn, chúng khó bay hơi hơn.

Các nguyên tố như canxi và nhôm, đặc biệt, sẽ được lắng đọng ưu tiên ở phía xa của Mặt Trăng so với phía gần Trái Đất, điều này đồng nghĩa với việc chúng ta có một dự đoán để kiểm tra: sự phong phú hơn của các nguyên tố dễ bay hơi này ở mặt luôn quay lưng lại với Trái Đất. Các tác giả tiếp tục chỉ ra rằng sự phong phú hơn của canxi và nhôm ở phần xa hơn trong cấu trúc hình thành Mặt Trăng – dù là một đĩa vật chất bao quanh hành tinh hay một synestia (thuật ngữ synestia chưa được đặt ra cho đến vài năm sau đó) – sẽ dẫn đến lớp vỏ dày hơn ở mặt xa của Mặt Trăng so với mặt gần. Bởi vì lớp vỏ là phần có mật độ thấp nhất của một thiên thể, nổi trên lớp phủ bên dưới, điều đó sẽ đồng nghĩa với việc mặt xa có địa hình cao hơn.

6 hình ảnh trực giao này hiển thị kết hợp giữa mặt gần và mặt xa của Mặt Trăng ở các góc xoay cách nhau 60 độ, được chụp bằng camera góc rộng của tàu thám hiểm Lunar Reconnaissance Orbiter của NASA. Tất cả hình ảnh được căn giữa ở vĩ độ 0 độ. Khung hình góc trên bên trái tương ứng với mặt gần truyền thống của Mặt Trăng như nhìn từ Trái Đất, trong khi khung giữa bên phải hiển thị mặt xa của Mặt Trăng – mặt chỉ có thể thấy từ tàu vũ trụ.

Nói cách khác, nếu đây là câu chuyện về sự hình thành của hệ Trái Đất–Mặt Trăng, thì giờ đây có một dự đoán có thể kiểm chứng: một số nguyên tố dễ bay hơi nhất định sẽ phong phú hơn trong lớp vỏ của mặt xa Mặt Trăng so với lớp vỏ mặt gần. Nếu Mặt Trăng được hình thành sao cho nó bị khóa thủy triều hoàn toàn (hoặc gần như hoàn toàn) với Trái Đất, thì mặt gần sẽ thiếu hụt các nguyên tố này, trong khi mặt xa sẽ có nhiều hơn. Mặt khác, nếu Mặt Trăng quay đều trong suốt quá trình hình thành, thì các nguyên tố này sẽ được lắng đọng như cách lớp than được hình thành đều đặn trên gà nướng quay: tương đối đồng đều trên bề mặt.

Lý thuyết này, mặc dù không được công chúng chú ý nhiều khi mới được đề xuất, giờ đây nên là mối quan tâm sâu sắc đối với các nhà khoa học hành tinh, vì lần đầu tiên trong lịch sử, nhân loại đã có những vật liệu cần thiết để kiểm chứng nó. Vào ngày 25 tháng 6 năm 2024, sứ mệnh Chang’e-6 đã thành công đưa về hơn hai kilogram mẫu vật từ mặt xa của Mặt Trăng – những mẫu đá đầu tiên từ mặt xa của Mặt Trăng từng được mang về Trái Đất. Dù các sứ mệnh Apollo (cũng như các sứ mệnh sau đó của Liên Xô và Trung Quốc) từng mang về nhiều mẫu vật Mặt Trăng trước đó, từ cả vùng maria trũng lẫn cao nguyên bị va chạm nhiều, tất cả đều là từ mặt gần của Mặt Trăng.

Tàu Chang’e-6 của Cục Vũ trụ Quốc gia Trung Quốc (CNSA) đang ở trên bề mặt Mặt Trăng, nơi nó đã khoan và thu thập mẫu vật bằng cánh tay robot (được triển khai), thực hiện sứ mệnh thu thập mẫu đầu tiên từ mặt xa Mặt Trăng của nhân loại.

Đây là một thành tựu kỹ thuật đáng kinh ngạc, vì không có cách nào để liên lạc trực tiếp với bất kỳ tàu vũ trụ nào trên mặt xa của Mặt Trăng từ Trái Đất – không có đường truyền trực tiếp cho giao tiếp hai chiều. Tuy nhiên, nếu một tàu đổ bộ ở mặt xa đi kèm với một vệ tinh quay quanh Mặt Trăng, thì việc giao tiếp trực tiếp với vệ tinh từ Trái Đất là khả thi, và sau đó vệ tinh có thể truyền thông tin với tàu đổ bộ trên bề mặt. Ngoài ra, sứ mệnh cũng có thể được tự động hóa hoàn toàn, nơi tàu đổ bộ thực hiện một chuỗi hành động định sẵn, rồi cất cánh để ghép nối với một khoang quay về trong quỹ đạo Mặt Trăng. Qua chuỗi sứ mệnh Chang’e, CNSA đã đạt những bước tiến vượt bậc trên cả hai phương diện này.

Sứ mệnh đã chọn trước địa điểm hạ cánh ở lưu vực Nam Cực–Aitken, và tàu đổ bộ đã hạ cánh thành công tại đó. Sau đó, một cánh tay robot được triển khai, cùng với một mũi khoan, để tiến hành quy trình thu thập mẫu. Cuối cùng, hàng hóa được phóng theo quỹ đạo tăng dần để gặp khoang quay về trong quỹ đạo Mặt Trăng, nơi nó được đưa về Trái Đất. Chỉ 47 phút sau khi quy trình quay về bắt đầu – bao gồm một lần nhảy khí quyển, tái nhập khí quyển, và triển khai dù để đảm bảo hạ cánh (tương đối) mềm – các mẫu vật đã tiếp đất tại Trái Đất, nơi chúng nhanh chóng được đội phục hồi định vị và thu thập. Mẫu vật đầu tiên từ mặt xa của Mặt Trăng của nhân loại đã được mang về thành công.

Vào ngày 25 tháng 6 năm 2024, khoang quay về của Chang’e-6 đã trở lại Trái Đất sau khi thu thập mẫu từ mặt xa Mặt Trăng – lần đầu tiên trong lịch sử loài người. Bên trong khoang này là những mảnh đá từ mặt xa Mặt Trăng, giúp các nhà khoa học trả lời những câu hỏi và kiểm chứng lý thuyết về sự hình thành của Mặt Trăng cách đây khoảng 4,5 tỷ năm.

Điều thú vị chỉ mới bắt đầu

Và giờ đây, từ góc độ khoa học, điều thú vị thực sự mới chỉ bắt đầu. Phân tích mẫu vật từ mặt xa của Mặt Trăng sẽ cho thấy điều gì? Liệu các mẫu có giống hệt về thành phần với những mẫu từng được thu thập trước đó – từ mặt gần Mặt Trăng? Chúng có khác biệt đáng kể nào không, chẳng hạn về độ phong phú của các nguyên tố khác nhau? Liệu chúng có tiết lộ điều gì mới về các lý thuyết hình thành – và chi tiết của những lý thuyết đó – liên quan đến bản thân Mặt Trăng không? Và liệu chúng có phù hợp với những câu chuyện mà chúng ta vẫn kể về Mặt Trăng và Trái Đất ngày nay, hay sẽ có thông tin mới buộc chúng ta phải viết lại những gì tưởng chừng đã biết?

Ở nhiều khía cạnh, đây chính là vẻ đẹp của khoa học – được bày ra rõ ràng cho tất cả cùng thấy. Chúng ta có một vài giả thuyết về những gì có thể đã xảy ra, cũng như cách chúng xảy ra, tất cả đều phù hợp với bằng chứng đã thu thập được cho đến nay. Nhưng bằng chứng mới này sẽ tiết lộ điều gì? Liệu nó sẽ ủng hộ hay bác bỏ kịch bản hấp dẫn về sự bay hơi do Earthshine, giải thích tại sao mặt xa của Mặt Trăng lại cao hơn, dày hơn và khác biệt về mặt hóa học so với mặt gần? Liệu nó có phù hợp với các giả thuyết về synestia và vụ va chạm khổng lồ không? Hay sẽ có những bất ngờ còn lớn hơn đang chờ đón?

Khi tất cả chúng ta đang chờ đợi các phân tích được công bố và dữ liệu được chia sẻ, điều quan trọng là phải nhìn vào những lý thuyết hàng đầu hiện nay về cấu trúc và sự hình thành của Mặt Trăng, với nhận thức rằng chúng sắp được đặt dưới một thử nghiệm mới, mang tính quyết định. Suy cho cùng, cách tốt nhất để hiểu vũ trụ là đặt câu hỏi cho chính nó, và lắng nghe kỹ lưỡng những gì câu trả lời tiết lộ.