Từ va chạm khổng lồ đến kịch bản hình thành Mặt Trăng siêu nhanh
Kịch bản hình thành Mặt Trăng siêu nhanh là giả thuyết cho rằng vệ tinh tự nhiên của Trái Đất ra đời chỉ trong vài giờ từ một va chạm khổng lồ giữa Trái Đất nguyên thủy và một hành tinh có kích thước tương đương sao Hỏa, khi vật chất bắn ra tạo thành đĩa mảnh vụn và kết tụ rất nhanh thành một Mặt Trăng gần như hoàn chỉnh.
Điểm đáng chú ý nhất của nghiên cứu mới là nhận định: Mặt Trăng có thể đã hình thành nhanh hơn nhiều so với những giả thuyết trước đây, thậm chí khoảng 5 giờ sau vụ va chạm dữ dội giữa Trái Đất nguyên thủy và một hành tinh cỡ sao Hỏa gọi là Theia. Điều này không chỉ là một chi tiết hấp dẫn, mà là lời thách thức trực diện đối với hình dung lâu nay rằng quá trình hình thành Mặt Trăng phải kéo dài hàng chục nghìn, thậm chí hàng triệu năm. Giả thuyết va chạm khổng lồ vốn đã là cách giải thích hàng đầu cho nguồn gốc Mặt Trăng, nhưng việc rút gọn thời gian xuống quy mô giờ buộc chúng ta xem lại cách hiểu về sự hỗn loạn trong hệ Mặt Trời sơ khai.
Vai trò bất ngờ của nhiệt độ Theia và Trái Đất nguyên thủy
Nếu trước đây chúng ta tập trung vào khối lượng và quỹ đạo, thì mô phỏng máy tính vũ trụ mới lại chỉ ra một nhân vật chính khác: nhiệt độ. Nhóm nghiên cứu do Adeene Denton dẫn đầu đã nhấn mạnh rằng độ bền của vật chất trong Theia và Trái Đất nguyên thủy phụ thuộc mạnh vào trạng thái nhiệt của chúng. Các mô phỏng cho thấy những thiên thể nóng có độ bền thấp hơn đáng kể so với khi chúng lạnh, ảnh hưởng trực tiếp đến cách chúng biến dạng, hấp thụ động lượng và lượng vật chất bị hất ra sau va chạm.
Nhiệt độ của vài trăm kilomet ngoài cùng của Theia được xem là yếu tố đặc biệt quan trọng. Khi lớp ngoài này nóng hơn, nó dễ bị biến dạng, vỡ vụn và tạo ra nhiều mảnh hơn trong không gian quanh Trái Đất. Theo mô phỏng, phần lõi giàu sắt của Theia phần lớn chìm xuống Trái Đất, còn lượng vật chất còn lại bị phá vỡ thành một đĩa mảnh vụn bao quanh hành tinh – chính là kho nguyên liệu để hình thành Mặt Trăng. Việc nhiệt độ – một yếu tố tưởng như kỹ thuật – lại quyết định hình dạng và quy mô đĩa vật chất cho thấy các mô hình đơn giản trước đây của giả thuyết va chạm khổng lồ đang trở nên lỗi thời.
Hai kịch bản đối lập: Mặt Trăng tích tụ chậm hay ra đời trong 5 giờ?
Các mô phỏng máy tính vũ trụ không đưa ra một câu chuyện duy nhất về hình thành Mặt Trăng, mà hé lộ ít nhất hai kịch bản cạnh tranh. Nếu Theia tương đối lạnh – tương ứng với trường hợp va chạm xảy ra muộn hơn, khoảng 100–150 triệu năm sau khi các hành tinh trong hệ Mặt Trời hình thành – vật chất sau va chạm sẽ ổn định thành một cấu trúc đĩa, trong đó các mảnh vụn dần va chạm, kết tụ và Mặt Trăng lớn lên từng chút một. Do lạnh và cứng hơn, một phần đáng kể của Theia còn có thể tồn tại sau cú va chạm trước khi hòa trộn hoàn toàn vào Trái Đất.
Ngược lại, nếu va chạm xảy ra khi Theia vẫn rất nóng, chưa đầy 60 triệu năm sau khi các hành tinh hình thành, toàn bộ câu chuyện thay đổi. Trong kịch bản này, Theia gần như bị phá hủy hoàn toàn, tạo ra lượng vật chất khổng lồ quanh Trái Đất và cho phép Mặt Trăng hình thành trực tiếp trong vài giờ. "Khi tôi sử dụng những thông số tương tự các mô hình va chạm ban đầu, bao gồm cấu trúc nhiệt độ giống nhau bên trong cả hai thiên thể, một Mặt Trăng hoàn chỉnh đã xuất hiện chỉ sau khoảng 5 giờ" – Denton khẳng định. Đây là câu nói khiến các nhà khoa học buộc phải cân nhắc lại: có lẽ Mặt Trăng không phải là sản phẩm của một quá trình chậm rãi, mà là kết quả bùng nổ của một khoảnh khắc duy nhất.
Những câu hỏi còn bỏ ngỏ về vật chất và lịch sử hệ Mặt Trời
Dù mô phỏng mới củng cố khả năng Mặt Trăng hình thành trong vài giờ, chúng lại mở ra một vấn đề khó hơn: nguồn gốc vật chất của Mặt Trăng. Trong cả hai kịch bản, vệ tinh này chủ yếu hình thành từ vật chất lớp phủ của Theia, chỉ có một phần nhỏ đến từ lớp phủ của Trái Đất. Trong khi đó, thành phần hóa học của Mặt Trăng quan sát được có nhiều điểm tương đồng với Trái Đất, khiến câu chuyện pha trộn giữa Theia và Trái Đất nguyên thủy trở nên phức tạp hơn nhiều so với mô tả trong các mô hình đơn giản trước đây.
Nhà khoa học hành tinh Robin Canup nhận định kết quả mới có thể giúp lần ra mối liên hệ giữa các đặc tính hiện nay của Mặt Trăng, bao gồm hàm lượng những nguyên tố dễ bay hơi, với trạng thái nhiệt của Trái Đất và Theia vào thời điểm va chạm. Nói cách khác, mô phỏng máy tính vũ trụ đang biến Mặt Trăng thành một "hộp đen dữ liệu" về quá khứ của hệ Mặt Trời. Việc kịch bản hình thành trong vài giờ nhận thêm bằng chứng không có nghĩa câu hỏi đã được giải đáp; nó chỉ cho thấy lịch sử sơ khai của hệ Mặt Trời có thể dữ dội, nhanh và nhiều biến cố hơn chúng ta tưởng.
