Sứ mệnh Hằng Nga 5 với ba hạt thủy tinh viết lại quá khứ địa chất của Mặt trăng

Các mẫu vật Mặt trăng do tàu thăm dò Hằng Nga 5 của Trung Quốc mang về Trái đất đã cung cấp bằng chứng mới cho thấy núi lửa trên Mặt trăng vẫn tiếp tục phun trào cho đến tận 120 triệu năm trước, khi khủng long còn sống trên hành tinh của chúng ta.

Phân tích từ các nhà nghiên cứu Trung Quốc không chỉ thách thức các giả định lâu đời về quá trình tiến hóa địa chất của Mặt trăng, mà còn góp phần vào cuộc tranh luận khoa học về sự tiến hóa nhiệt các thiên thể khác và câu hỏi về cách những hành tinh nguội đi.

Những phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Science (được bình duyệt ngang hàng) bởi Giáo sư Li Qiuli và nhóm của ông từ Viện Địa chất và Địa vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (IGGCAS).

Người ta thường cho rằng Mặt trăng nguội đi ngay sau khi hình thành cách đây 4,5 tỉ năm và hoạt động núi lửa của nó đã kết thúc cách đây khoảng 2,8 tỉ năm. Tuy nhiên, những quan sát gần đây hơn khiến các nhà khoa học hành tinh suy đoán rằng hoạt động núi lửa trên Mặt trăng đã diễn ra lâu hơn nhiều.

Năm 2021, Li Qiuli đã tham gia vào một nghiên cứu của IGGCAS về các mẫu đất trên Mặt trăng do sứ mệnh Hằng Nga 5 thu thập được đầu năm đó, cho thấy vật liệu (mảnh vỡ đá bazan) có tuổi đời là 2 tỉ năm.

Ở nghiên cứu mới, Li Qiuli và nhóm của ông đã tiến hành phân tích chi tiết các hạt thủy tinh được tìm thấy trong cùng những mẫu đất trên Mặt trăng. Kết quả đã đẩy mốc thời gian cho hoạt động núi lửa gần đây nhất của Mặt trăng lên chỉ 120 triệu năm trước.

"Việc xác định niên đại của các mẫu bazan núi lửa trên Mặt trăng, được các sứ mệnh Apollo và Luna (Nga) trả về Trái đất hoặc được chuyển đến Trái đất dưới dạng thiên thạch Mặt trăng, chỉ ra rằng hoạt động núi lửa bazan trên Mặt trăng đã xảy ra sớm nhất là 4,4 tỉ năm trước và tiếp tục cho đến ít nhất là 2,9 - 2,8 tỉ năm trước", Li Qiuli cho biết trong bài báo.

Các quan sát từ xa gần đây từ Trái đất và dữ liệu từ tàu thăm dò Mặt trăng của NASA (Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ) đã ủng hộ ý tưởng về hoạt động núi lửa muộn hơn nhiều trên Mặt trăng, nhưng đến nay vẫn chưa có thông tin nào đưa ra ngày chính xác.

"Điều đó ngụ ý rằng Mặt trăng vẫn có khả năng tạo ra magma", Giáo sư Yin Qingzhu, từ Đại học California (Mỹ), cho biết trong một bài bình luận trên cùng tạp chí Science.

"Điều này sẽ làm tăng thêm các cuộc tranh luận đang diễn ra về quá trình tiến hóa nhiệt của các thiên thể và câu hỏi về cách các hành tinh nguội đi, điều mà vẫn chưa được biết đến", Yin Qingzhu nói thêm.

Các vụ phun trào magma giàu khí có thể tạo ra đài phun magma, sản sinh những hạt thủy tinh dưới 1 mm. Những hạt này có thể lắng đọng trên khu vực rộng lớn và sau đó được vận chuyển xa hơn nữa trên bề mặt Mặt trăng do va chạm.

Thế nhưng, các hạt thủy tinh cũng có thể được tạo ra do va chạm từ các tiểu hành tinh và thiên thạch làm tan chảy đất, đá của Mặt trăng. Việc phân biệt các hạt thủy tinh do va chạm với những hạt do núi lửa tạo ra là thách thức cực kỳ khó khăn.

"Cả hai đều là những giọt tan chảy đông đặc từ những loại đá tương tự. Dù được tạo ra bởi các cơ chế khác nhau, thành phần hóa học và đồng vị của chúng nhìn chung là tương tự nhau", Yin Qingzhu nói.

Nhóm của Li Qiuli đã phát triển một quy trình làm việc tỉ mỉ để xác định đúng mẫu thủy tinh.

"Chúng tôi đã nghiên cứu khoảng 3.000 hạt thủy tinh trong các mẫu đất trên Mặt Trăng do sứ mệnh Hằng Nga 5 thu thập, xác định ba hạt có nguồn gốc từ núi lửa, dựa trên kết cấu, thành phần hóa học và đồng vị lưu huỳnh của chúng", Li Qiuli cho biết trong bài báo.

Phương pháp định tuổi bằng urani - chì của ba hạt thủy tinh núi lửa này cho thấy chúng hình thành cách đây khoảng 123 triệu năm, cộng hoặc trừ 15 triệu năm, xác định rằng chúng trẻ hơn đáng kể so với bazan núi lửa 2 tỉ năm tuổi.

Những phát hiện đó cho thấy lịch sử địa chất của Mặt trăng năng động và phức tạp hơn so với suy nghĩ trước đây, với những hàm ý về sự tiến hóa nhiệt và các quá trình định hình bề mặt của nó trong hàng triệu năm.

Nghiên cứu của Li Qiuli cũng tiết lộ rằng ba hạt thủy tinh núi lửa thu được từ sứ mệnh Hằng Nga 5 trên Mặt Trăng có thành phần khác so với 25 thành phần hạt thủy tinh núi lửa thu được từ chương trình Apollo của NASA.

Các hạt thủy tinh từ sứ mệnh Hằng Nga 5 có hàm lượng natri oxit, kali oxit, phốt pho pentoxit và các nguyên tố vi lượng cao thường không tương thích.

Những sự kết hợp hóa học bất thường này là manh mối quan trọng về nguyên nhân có thể gây ra các vụ phun trào núi lửa đáng ngạc nhiên gần đây trên Mặt trăng.

"Tỷ lệ KREEP cao có thể cung cấp nhiệt bức xạ, tạo ra các dị thường nhiệt cục bộ và kích hoạt quá trình tan chảy một phần lớp phủ để tạo ra magma, sau đó phun trào lên bề mặt", Li Qiuli cho biết.

"Cần có mô hình chi tiết để đánh giá đầy đủ liệu nhiệt ước tính được tạo ra bên trong Mặt trăng có đủ để duy trì các hoạt động magma cục bộ cho đến 120 triệu năm trước hay không", Yin Qingzhu bình luận.

Đây không phải là lần đầu tiên các mẫu từ sứ mệnh Hằng Nga 5 thách thức hoặc bổ sung vào nghiên cứu trước đó dựa trên các mẫu Apollo. “Ban đầu, các phân tích về đá, đất từ sứ mệnh Apollo và Luna đã xác định rằng Mặt trăng là cổ đại, khô và cạn kiệt các nguyên tố dễ bay hơi”, Yin Qingzhu nói.

Các mẫu Mặt trăng từ sứ mệnh Hằng Nga 5 cũng mang lại những phát hiện đáng chú ý khác, chẳng hạn phát hiện ra khoáng chất Changesite-(Y), nguồn gốc của nước bề mặt Mặt trăng ở các khu vực vĩ ​​độ cao và sản xuất hơi nước thông qua quá trình xử lý nhiệt vật liệu Mặt trăng.