Tìm ra manh mối nguồn gốc nước trên Mặt trăng

Các nhà nghiên cứu cho biết một phần đáng kể nước được phát hiện trong các mẫu trả về trong quá trình phân tích ở phòng thí nghiệm dường như đến từ bên trong Mặt trăng, các nhà nghiên cứu cho biết trong một bài viết trên Tạp chí Nature Communications.

Nhóm nghiên cứu đã xem xét các mẫu và kết quả thu thập được từ bãi đáp của sứ mệnh thám hiểm Mặt trăng không người lái Thường Nga 5 vào năm 2020, chuyến đầu tiên từ Trung Quốc hạ cánh lên Mặt trăng và mang mẫu trở lại.

Kết quả là thấp đáng kể so với các phân tích trước đó, bao gồm cả nghiên cứu được công bố vào tháng 1.2022 bởi một nhóm nhà khoa học Trung Quốc khác kết luận rằng nồng độ nước tối đa trong đất bề mặt Mặt trăng là 120 ppm.

Liu Jianjun, từ Đài quan sát thiên văn quốc gia ở Bắc Kinh, cho biết thiết bị Thường Nga 5 đo sự hiện diện của hydroxyl (OH), một chất hóa học họ hàng gần của nước.

Hydroxyl trong hóa học là sự kết hợp của một nguyên tử oxy với một nguyên tử hydro bằng liên kết cộng hóa trị.

“Trong quá trình xử lý và giải thích dữ liệu, chúng tôi đã xem xét các yếu tố khác nhau có thể ảnh hưởng đến các phép đo của chúng tôi, chẳng hạn như nhiệt độ bề mặt Mặt trăng và ảnh hưởng theo thời gian thực từ Mặt trời. Chúng tôi cố gắng làm cho dữ liệu của mình 'sạch' nhất có thể", Liu Jianjun, tác giả chính của bài báo cho biết.

Ông nói kết quả phù hợp với mức phân bố nước được phát hiện bởi kính thiên văn trên mặt đất ở các vĩ độ tương tự trên Mặt trăng.

Liu Jianjun và các đồng nghiệp của ông cũng phân tích các mẫu do Thường Nga 5 mang về để cố gắng hiểu hydroxyl đến từ đâu. Các mẫu từ nhiều nguồn.

Liu Jianjun cho biết: “Chúng tôi đã so sánh 5 mẫu của Thường Nga 5 với mẫu Apollo 11 và ước tính rằng nồng độ nước hình thành do quá trình cấy gió Mặt trời là khoảng 18 ppm”.

Trong quá trình cấy gió Mặt trời, các ion hydro từ Mặt trời liên tục bắn phá bề mặt Mặt trăng và kết hợp với oxy trong các khoáng chất trên Mặt trăng để tạo thành hydroxyl, thậm chí là nước.

Phần còn lại được cho do apatit chứa hydroxyl, một khoáng chất trên Mặt trăng kết tinh dưới dạng đá magma Mặt trăng nguội đi hàng tỉ năm trước.

Liu Jianjun nói: “Đó sẽ là một nguồn nước quan trọng khác, bị mắc kẹt trong khoáng chất và được đưa lên bề mặt Mặt trăng do núi lửa phun trào”.

Mặt trăng đã được coi là hoàn toàn khô cho đến khi sự hiện diện của nước được xác nhận bởi sứ mệnh Chandrayaan 1 (Ấn Độ) khoảng một thập kỷ trước. Nhờ những tiến bộ công nghệ, các nhà khoa học hiện có thể phát hiện lượng nước cực nhỏ trong các mẫu Apollo, Luna và Thường Nga 5 do các sứ mệnh Mỹ, Liên Xô và Trung Quốc mang về.

Thế nhưng, nguồn nước của Mặt trăng vẫn còn là một câu hỏi mở, với các khả năng bao gồm cấy gió Mặt trời, bên trong Mặt trăng hoặc các sao chổi chứa nước rơi xuống bề mặt Mặt trăng.

Tìm hiểu xem nước ở đâu và đến từ đâu là điều quan trọng không chỉ để hiểu quá khứ của Mặt trăng mà còn để duy trì cơ sở trên hành tinh này trong tương lai.

Theo Liu Jianjun, trong khi thiết bị Thường Nga 5 trên Mặt trăng đã ngừng hoạt động, vẫn còn rất nhiều việc phải làm trong phòng thí nghiệm về chủ đề này.

Ông cho biết nhóm nghiên cứu đã lên kế hoạch tìm kiếm các khoáng chất khác có thể chứa nước trên bề mặt Mặt Trăng, rà soát dữ liệu và mẫu để tìm dấu vết.

Các núi lửa cổ đại có thể tạo ra nước cho người thám hiểm Mặt trăng

Các vụ phun trào núi lửa cổ đại trên Mặt trăng có thể cung cấp một nguồn tài nguyên bất ngờ cho các nhà thám hiểm trong tương lai, đó là nước.

Từ 2 tỉ đến 4 tỉ năm trước, Mặt trăng là một điểm nóng núi lửa. Hàng chục ngàn ngọn núi lửa phun tràot, giải phóng hàng trăm ngàn mét vuông dung nham trên bề mặt Mặt trăng.

Hoạt động này đã tạo ra những con sông và hồ dung nham khổng lồ tương tự như những đặc điểm ở Hawaii ngày nay, nhưng ở quy mô lớn hơn nhiều.

Paul Hayne, phó giáo sư tại khoa Khoa học hành tinh và Vật lý thiên văn cùng Phòng thí nghiệm Vật lý Khí quyển và Không gian tại Đại học Colorado Boulder, cho biết: “Chúng làm thấp đi gần như tất cả các vụ phun trào trên Trái đất”.

Paul Hayne là đồng tác giả của một nghiên cứu mới được công bố trong tháng này trên Tạp chí Khoa học Hành tinh về các nguồn nước tiềm năng trên Mặt trăng.

Khi những ngọn núi lửa Mặt trăng này phun trào, rất có thể chúng đã giải phóng những đám mây khổng lồ làm từ carbon monoxide và hơi nước. Các đám mây này di chuyển xung quanh và có thể tạo ra những bầu khí quyển mỏng, tạm thời.

Thế nhưng cũng có khả năng hơi nước đọng lại trên bề mặt Mặt trăng và hình thành các lớp băng có thể đã tồn tại trong các miệng núi lửa ở các cực Mặt trăng ngày nay. Những tảng băng này có thể dày từ hàng chục đến hàng trăm mét.

Tác giả chính Andrew Wilcoski, phó giáo sư tại Khoa Vật lý thiên văn và Hành tinh cùng Phòng thí nghiệm Vật lý Khí quyển và Không gian tại Đại học Colorado Boulder, nói: “Chúng tôi hình dung nó giống như một lớp sương giá trên Mặt trăng tích tụ theo thời gian”.

Mô tả này cho thấy sương giá có thể trông như thế nào khi hình thành trên bề mặt Mặt trăng hàng tỉ năm trước.

Theo các nhà nghiên cứu, nếu con người còn sống trên Trái đất khi điều này xảy ra thì một bóng sương giá có thể đã xuất hiện ở ranh giới giữa đêm và ngày trên bề mặt Mặt trăng.

Khi sứ mệnh Artemis của NASA chuẩn bị đưa con người trở lại Mặt trăng và hạ cánh xuống cực nam Mặt Trăng lần đầu tiên vào cuối thập kỷ này, băng đó có thể cung cấp nước uống và làm nguồn nhiên liệu cho tên lửa, Paul Hayne nói.

Ông nói: “Có thể 5 hoặc 10 mét dưới bề mặt, bạn có những tảng băng lớn”.

Nghiên cứu trước đây đã hỗ trợ cho ý tưởng rằng Mặt trăng có thể chứa nhiều nước hơn những gì được biết trước đây. Paul Hayne và các đồng nghiệp của ông ước tính trong một nghiên cứu năm 2020 rằng gần 15.540 km vuông ở cực bắc và cực nam của Mặt Trăng có thể giữ lại băng.

Nghiên cứu này nằm trong một thông báo của NASA vào năm đó về việc khám phá ra nước trên Mặt trăng.

Các nhà khoa học đã cố gắng tìm ra nguồn gốc của nước, điều này dẫn các nhà nghiên cứu đến giả thuyết núi lửa. Họ tưởng tượng những đám mây hơi nước hình thành giống như sương giá trên bề mặt Mặt trăng, tương tự như cách nó hình thành trên Trái đất sau một đêm lạnh giá.

Sương giá (sương muối) là hiện tượng hơi nước đóng băng thành các hạt nhỏ và trắng như muối ngay trên mặt đất, bề mặt cây cỏ hoặc các vật thể khác khi không khí trên đó ẩm và lạnh.

Andrew Wilcoski và Paul Hayne đã hợp tác với Margaret Landis, một cộng sự nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm về Vật lý Khí quyển và Không gian của Đại học Colorado Boulder, để lập mô hình Mặt trăng như thế nào vài tỉ năm trước.

Các nhà khoa học cho rằng Thung lũng Schroeter (còn gọi là Thung lũng Schröter) được tạo ra bởi dung nham do núi lửa phun trào trên bề mặt Mặt Trăng.

Thời điểm đó, Mặt trăng đang trải qua một vụ phun trào núi lửa khoảng 22.000 năm một lần. Nhóm nghiên cứu tính toán rằng 41% lượng hơi nước thoát ra trong các vụ phun trào sau đó có thể tạo thành băng trên bề mặt Mặt trăng.

Theo nghiên cứu, đó là khoảng 8,2 triệu kg nước núi lửa - nhiều nước hơn so với mực nước hồ Michigan hiện tại - biến thành băng Mặt trăng. Các chỏm băng dày ở vùng cực thậm chí có thể từng được nhìn thấy từ Trái đất.

Andrew Wilcoski nói: “Các bầu khí quyển đã thoát ra ngoài khoảng 1.000 năm, vì vậy có nhiều thời gian để băng hình thành”.

Dù phần lớn lượng băng đó có thể vẫn tồn tại trên Mặt trăng ngày nay, nhưng nó có khả năng bị chôn vùi dưới vài feet (1 feet = 0.3048 m) của Mặt trăng hoặc bụi.

“Chúng tôi thực sự cần phải đi sâu và tìm kiếm nó”, Andrew Wilcoski cho hay.