Mặt trăng có nguồn gốc từ đâu?

Trong suốt lịch sử nghiên cứu thiên văn của nhân loại, một trong những vật thế quen thuộc và được nghiên cứu nhiều nhất chính là Mặt Trăng. Mặt trăng được nhiều nền văn hóa coi là biểu tượng thần bí, và nhiều câu chuyện đã được kể về vẻ đẹp thơ mộng, phép thuật và sức mạnh của hành tinh này.

Mặt Trăng là vệ tinh lớn nhất, có liên hệ mật thiết nhất với Trái Đất. Cho tới nay, đã có 12 người đặt chân lên Mặt Trăng tìm hiểu về vệ tinh tự nhiên này. Vậy chúng ta đã có được hiểu biết như thế nào về Mặt Trăng? Nguồn gốc và sự hình thành của hành tinh này ra sao?

Nguồn gốc Mặt Trăng

Khi nói đến cách thức Mặt trăng được tạo ra, sau hàng ngàn năm nghiên cứu và quan sát, nhân loại vẫn chỉ có một bộ sưu tập lý thuyết lỏng lẻo. Cùng điểm qua những giả thuyết được công nhận rộng rãi về nguồn gốc hình thành của Mặt trăng.

Mặt trăng và Trái đất hình thành cùng nhau

Lý thuyết này thừa nhận rằng Mặt trăng và Trái đất được hình thành cùng lúc từ một đĩa bồi tụ nguyên thủy—một dòng khí, plasma, bụi hoặc các hạt giống như đĩa xung quanh một vật thể thiên văn dần dần sụp đổ vào bên trong—điều này sẽ giúp giải thích những điểm tương đồng về địa chất giữa hai thiên thể. Chẳng hạn, tỷ lệ đồng vị oxy của Mặt trăng dường như giống hệt với Trái Đất.

Khí từ đám mây ngưng tụ thành vật chất và các mảnh vụn bị hút để gắn vào vật thể này hoặc vật thể kia. Trái đất tình cờ hút thêm vật chất và tăng khối lượng. Trong hai thiên thể, khối lượng của Trái đất cho phép nó phát triển lực hấp dẫn chiếm ưu thế và Mặt trăng bắt đầu quay quanh Trái đất. Tuy nhiên, các nhà phê bình lưu ý rằng lý thuyết này không giải thích được động lượng góc hiện tại của Mặt trăng quanh Trái đất.

Sự phân hạch của Trái đất tạo ra Mặt trăng

Trong một tập hợp các lý thuyết về sự hình thành Mặt trăng thời kỳ đầu — đáng chú ý nhất là giả thuyết của Sir George Darwin, nhà thiên văn học người Anh và là con trai của nhà tự nhiên học Charles Darwin — Trái đất được cho là đã từng quay nhanh đến mức các khối vật chất bay ra khỏi bề mặt của nó. Lượng vật chất này sau đó được cho là đã ngưng tụ thành Mặt trăng.

Mặc dù lý thuyết phân hạch có vẻ thuyết phục — vì thành phần của lớp phủ Trái đất và Mặt trăng giống nhau — nhưng đã thất bại theo thời gian vì không ai có thể khám phá ra sự kết hợp đúng đắn các đặc tính cho một Trái đất nguyên sinh quay tròn để tạo ra đúng loại Mặt trăng nguyên thủy.

Cụ thể hơn, các nhà khoa học chỉ đơn giản là không tin rằng Trái đất có thể quay đủ nhanh để loại bỏ các mảnh vật chất của chính nó. Ngoài ra, cho đến nay, giới nghiên cứu thiên văn vẫn chưa tìm thấy bằng chứng nào về sự kiện quay nhanh như vậy trên Trái đất hoặc Mặt trăng.

Trái đất “vồ lấy” Mặt trăng đi ngang qua trong quỹ đạo

Giả thuyết được đồng tình nhiều thứ ba cho rằng Mặt trăng có thể hình thành ở một nơi nào khác trong hệ mặt trời, nhưng nằm ngoài ảnh hưởng của lực hấp dẫn của Trái đất. Một số nhà khoa học cho rằng Mặt Trăng thậm chí có thể đã bị một hành tinh khác “thu phục” một thời gian trước khi thoát ra, và sau đó đã đến gần Trái đất. Khoảng cách gần đến mức Trái đất có thể hút được Mặt trăng vào quỹ đạo của nó.

Trên thực tế, nhiều hành tinh, chẳng hạn như Sao Hỏa, được cho là đã “bắt giữ” các tiểu hành tinh nhỏ trôi nổi đi ngang qua trong phạm vi lực hấp dẫn và biến chúng trở thành mặt trăng của mình. Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa tìm ra cơ chế đằng sau việc Trái đất có thể “bắt giữ” được Mặt trăng ở lại trên quỹ đạo. Ngoài ra, giả thuyết này cũng không còn được ưa chuộng sau khi người ta phát hiện ra rằng Trái đất và Mặt trăng có đặc điểm địa chất giống nhau.

Tàn tích của hành tinh Theia tan vỡ hợp nhất thành mặt trăng

Lý thuyết dựa trên sự va chạm dữ dội của một hành tinh có kích thước bằng sao Hỏa tên là Theia với Trái đất. Các nhà khoa học giả định rằng Theia được tạo thành từ vật chất khác, có thể yếu hơn Trái đất. Sau khi Theia “tấn công”, Trái đất vẫn còn tương đối nguyên vẹn. Tuy nhiên, Theia đã vỡ ra và những mảnh còn lại cuối cùng hợp lại thành Mặt trăng. Mặc dù lý thuyết này ban đầu nghe có vẻ thuyết phục, nhưng rồi cũng thất bại vì Trái đất và Mặt trăng được tạo thành từ các nguyên tố tương tự (đặc biệt là silicon và oxy) với nồng độ tương tự nhau.

Tác động của Theia tạo ra một “Synestia”

Điều gì sẽ xảy ra nếu Theia tấn công Trái đất sơ khai với lực mạnh đến mức cả hai đều “bốc hơi”? Một số nhà khoa học cho rằng một đám mây hình bánh mì tròn kỳ lạ gọi là synestia có thể đã được tạo ra do vụ va chạm. Họ lập luận rằng cấu trúc này có thể hoạt động giống như một loại đĩa quay, trộn đều các nguyên tố hóa học được tìm thấy trong mỗi hành tinh. Theo thời gian, vật chất ở bên ngoài synestia kết hợp lại thành Mặt trăng, trong khi phần vật chất còn lại cấu thành Trái đất.

Sự va chạm của hai hành tinh giống nhau

Trong kịch bản này, Theia vẫn tấn công Trái đất, nhưng không xảy ra hiện tượng vỡ vụn hoàn toàn và các mảnh vỡ do va chạm vẫn kết tụ lại thành Mặt trăng. Điều độc đáo ở lý thuyết này là ở chỗ vật chất tạo nên Theia lại chính là vật chất tạo nên Trái đất. Câu hỏi bây giờ là: Theia hình thành như thế nào? Có lẽ cả Theia và Trái đất đều hình thành ở các phía đối diện của cùng một đĩa bồi tụ (vật chất của nó được trải đều khắp). Sau đó, có thứ gì đó đã làm xáo trộn quỹ đạo của Theia quanh Mặt trời và khiến nó trôi ra khỏi vị trí ban đầu, dẫn đến việc Theia đâm vào Trái đất.

Nhiều giả thuyết về tác động ngoài Trái đất

Trong lý thuyết này, Trái đất sơ khai được cho là đã trải qua không chỉ một mà nhiều vụ va chạm. Mỗi cuộc tấn công được cho là đã tạo ra một mảnh vụn mà cuối cùng kết lại thành một mặt trăng nhỏ. Sau đó, những vệ tinh nhỏ này hợp nhất với nhau để tạo thành Mặt trăng như bây giờ.

Giả thuyết lưu ý rằng một đĩa vật chất sẽ hình thành trong vòng vài giờ sau mỗi lần va chạm và ngưng tụ thành một vệ tinh nhỏ trong suốt vài trăm năm. Các nhà khoa học Israel đã đề xuất ý tưởng này vào đầu năm 2017 và lập luận rằng tác động tổng hợp của nhiều vụ va chạm tốc độ cao có thể tạo ra đủ vật chất để hình thành Mặt trăng. Tuy nhiên, họ cũng cho biết cơ chế giải thích cách mỗi vệ tinh riêng lẻ này tập hợp thành một thiên thể lớn hơn vẫn chưa được mô tả.