Từ giả thuyết va chạm khổng lồ đến kịch bản Mặt Trăng ra đời trong 5 giờ
Giả thuyết va chạm khổng lồ trong hình thành Mặt Trăng là kịch bản cho rằng khoảng 4,5 tỷ năm trước, một hành tinh nguyên thủy kích thước tương đương sao Hỏa tên Theia đã va chạm Trái Đất non trẻ, hất văng một lượng vật chất khổng lồ lên quỹ đạo, tạo thành đĩa mảnh vụn bao quanh hành tinh, từ đó Mặt Trăng nhanh chóng kết tụ và ra đời như vệ tinh tự nhiên duy nhất của chúng ta. Đây không còn là suy đoán bên lề, mà là lời giải thích hàng đầu cho nguồn gốc Mặt Trăng được cộng đồng khoa học ủng hộ. Điều gây sốc hiện nay là các mô phỏng mới cho thấy toàn bộ quá trình ấy có thể diễn ra không phải trong hàng triệu năm mà chỉ trong vài giờ sau cú va chạm. Nếu đúng, lịch sử Hệ Mặt Trời sẽ là một câu chuyện dữ dội hơn, nhanh hơn và cực đoan hơn chúng ta từng hình dung.
Cú va chạm Theia–Trái Đất: cơ chế vật lý định hình Mặt Trăng
Theo kịch bản chuẩn của giả thuyết va chạm khổng lồ, khoảng 4,5 tỷ năm trước, Theia – một hành tinh kích thước xấp xỉ sao Hỏa – đã lao vào Trái Đất khi Hệ Mặt Trời còn rất trẻ. Góc va chạm và tốc độ đặc biệt khiến một lượng lớn vật chất từ lớp vỏ và lớp phủ bị hất văng lên quỹ đạo, tạo thành đĩa vật chất bao quanh Trái Đất. Phần lõi giàu sắt của Theia gần như chìm xuống Trái Đất sau sự kiện này, góp phần định hình cấu trúc bên trong hành tinh của chúng ta, trong khi phần vật chất nhẹ hơn bị nghiền nát, trở thành “nguyên liệu thô” cho hình thành Mặt Trăng. Nhà khoa học hành tinh Robin Canup đã dành từ năm 2001 để phát triển và cải tiến các mô phỏng vụ va chạm, biến giả thuyết này từ ý tưởng táo bạo thành mô hình được kiểm nghiệm kỹ lưỡng. Đây là nền tảng cho mọi nghiên cứu hiện nay về tốc độ Mặt Trăng ra đời.
Nhiệt độ bên trong hành tinh: chi tiết tưởng nhỏ nhưng thay đổi toàn bộ kịch bản
Điểm bứt phá trong nghiên cứu mới do Adeene Denton và đồng nghiệp thực hiện nằm ở việc lần đầu đưa nhiệt độ bên trong các hành tinh nguyên thủy vào mô phỏng một cách có hệ thống. Độ nóng lạnh quyết định độ cứng, khả năng biến dạng và cách vật chất hấp thụ, truyền động lượng khi va chạm – tức là quyết định chính xác bao nhiêu vật chất sẽ bị phá vỡ, văng ra quỹ đạo để tham gia vào quá trình hình thành Mặt Trăng. Các nhà khoa học phát hiện những thiên thể nóng yếu hơn hẳn so với những thiên thể lạnh hơn, một chi tiết cực kỳ quan trọng trong giai đoạn đầu lịch sử Hệ Mặt Trời khi các hành tinh đều còn chứa lượng nhiệt khổng lồ bên trong. Đặc biệt, vài trăm kilomet ngoài cùng của Theia, nếu nóng hơn, sẽ dễ bị biến dạng, hấp thụ động lượng khác đi và tạo ra phân bố mảnh vụn rất khác quanh Trái Đất. Không thể hiểu cơ chế va chạm Trái Đất – Theia nếu bỏ qua yếu tố nhiệt này.
Mặt Trăng hình thành trong vài giờ: vì sao kịch bản cực nhanh lại thuyết phục?
Các mô phỏng cổ điển về hình thành Mặt Trăng thường giả định đĩa vật chất bao quanh Trái Đất tồn tại lâu, để mảnh vụn dần va chạm, kết tụ trong thời gian kéo dài trước khi trở thành một vệ tinh hoàn chỉnh. Nghiên cứu dẫn dắt bởi NASA năm 2022 lại gợi ý một kịch bản khác: Mặt Trăng có thể hình thành cực nhanh, chỉ trong vài giờ sau cú va chạm khổng lồ. Công trình mới của Denton, khi tích hợp cấu trúc nhiệt độ và độ bền vật chất giống các mô hình va chạm gốc, tiếp tục củng cố kịch bản này: bà cho biết “khi sử dụng cùng tham số như các mô hình va chạm ban đầu, một Mặt Trăng hoàn chỉnh xuất hiện chỉ khoảng sau 5 giờ”. Nếu Theia lạnh hơn, tức va chạm xảy ra muộn hơn khoảng 100–150 triệu năm sau khi các hành tinh Hệ Mặt Trời hình thành, kết quả phân bố mảnh vụn lại khác. Điều đó cho thấy tốc độ hình thành Mặt Trăng gắn chặt với thời điểm và trạng thái nhiệt của toàn hệ.
Vì sao tốc độ hình thành Mặt Trăng lại quan trọng cho khoa học ngày nay?
Chấp nhận rằng Mặt Trăng có thể ra đời chỉ trong vài giờ sau va chạm khổng lồ không chỉ là thay đổi một con số trong sách giáo khoa. Nó buộc chúng ta viết lại phần đầu lịch sử Hệ Mặt Trời, từ nhịp độ hình thành hành tinh đến cách năng lượng va chạm được phân bố. Sự khác biệt nhỏ trong mô hình – như cấu trúc nhiệt hay độ bền vật chất – lại dẫn tới kịch bản rất khác về quỹ đạo Trái Đất, thành phần hóa học của Mặt Trăng và thậm chí là thời điểm sự kiện Theia diễn ra. Các dấu vết địa hóa trên Mặt Trăng hiện nay có thể là chìa khóa để xác định chính xác hơn thời gian va chạm, nhưng chúng vẫn chưa hoàn toàn được giải thích bởi những mô phỏng hiện có, kể cả mô hình mới của Denton. Đây là lời nhắc rằng khoa học hành tinh vẫn đang ở giai đoạn xây dựng, và mỗi mô phỏng mới là một bước trong hành trình giải mã quá khứ dữ dội của Trái Đất và người bạn đồng hành trên bầu trời đêm.
