Ảnh minh họa từ trường Mặt Trăng. (Nguồn: NASA’s Scientific Visualization Studio)
Phát hiện đột phá
Kết quả mới từ sứ mệnh Chang'e 5 (tàu Thường Nga 5) của Trung Quốc cho thấy Mặt Trăng sở hữu từ trường trong giai đoạn giữa vòng đời, lâu hơn nhiều so với những ghi chép trước đây. Trong công trình được công bố ngày 1/1/2025 trên tạp chí Science Advances, các nhà nghiên cứu báo cáo rằng những tảng đá thu được từ sứ mệnh lấy mẫu có từ tính yếu và chỉ mới 2 tỷ năm tuổi.
Mặc dù chưa có kết luận, nhưng kết quả này bổ sung vào bằng chứng ghi lại hoạt động của Mặt Trăng thời kỳ đầu. Kết hợp với dữ liệu lấy mẫu trước đó và các quan sát của tàu vũ trụ trên quỹ đạo Mặt Trăng, kết quả mới đưa ra lập luận mạnh mẽ rằng Mặt Trăng non không chỉ có từ trường mà phần bên trong Mặt Trăng nóng chảy hẳn đã tạo ra từ trường, và vẫn còn tồn tại trong phần lớn thời gian hoạt động của Mặt Trăng.
Hình ảnh bản đồ mô tả sự phân bố từ trường trên bề mặt Mặt Trăng. (Ảnh: Science Advances)
Nghiên cứu của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc tại Bắc Kinh đã tiếp nối những thu thập dồi dào từ sứ mệnh Chang'e 5 năm 2020. Phần thưởng của sứ mệnh là 1.731 gram đá và đất Mặt Trăng bao gồm các mẫu Mặt Trăng đầu tiên được đưa trở lại Trái Đất sau 44 năm. Điều này đã cung cấp một kho tàng hiểu biết sâu sắc về lịch sử và bản chất vật lý của Mặt trăng. Ví dụ, trong các kết quả được công bố vào năm ngoái, các nhà nghiên cứu đã rất ngạc nhiên khi tìm thấy bằng chứng về hoạt động núi lửa trên Mặt Trăng chỉ cách đây 125 triệu năm, đảo ngược các giả định rằng núi lửa tại đây đã không hoạt động trong một tỷ năm.
Bí ẩn về từ trường của Mặt Trăng
Một trong những bí ẩn cần tìm lời giải đáp là liệu Mặt Trăng từng có từ trường hay không và nếu có thì tồn tại trong bao lâu. Phân tích các mẫu từ cả hai sứ mệnh Apollo và các sứ mệnh Luna không người lái của Liên Xô đã tiết lộ rằng hơn 4 tỷ năm trước, Mặt Trăng có từ trường yếu bằng khoảng 1/20 sức mạnh của từ trường Trái Đất hiện tại. Nhưng các cuộc thám hiểm bằng robot và có người lái đã xác định rằng từ trường này hiện không còn tồn tại.
Từ trường hành tinh được tạo ra bởi cái được gọi là hiệu ứng dynamo, trong đó nó được tạo ra thông qua chất lỏng dẫn điện, thường là sắt nóng chảy, do sự quay của hành tinh đó. Một dynamo hành tinh cũng cần một nguồn nhiệt bên trong để thúc đẩy chuyển động đối lưu qua chất lỏng nóng chảy. Những điều kiện này vẫn tồn tại trên Trái Đất và nó giúp duy trì từ trường của hành tinh chúng ta.
Phát hiên mới cho thấy từ trường Mặt Trăng từ 2 tỷ năm trước vẫn còn hoạt động (Ảnh: NASA's Scientific Visualization Studio)
Những điều kiện này cũng có thể đã tồn tại trên Mặt Trăng vào giai đoạn đầu. Mặt Trăng hình thành gần Trái Đất từ các mảnh vỡ do va chạm của một thiên thể có kích thước bằng sao Hỏa với Trái Đất nguyên thủy. Trước khi bị khóa thủy triều vào vòng quay đồng bộ giữ nguyên mặt Mặt Trăng hướng về Trái đất, Mặt Trăng quay nhanh hơn nhiều so với ngày nay. Vị trí gần Trái đất hơn của nó cũng tạo ra lực thủy triều duy trì nhiệt bên trong, thúc đẩy hiệu ứng dynamo và tạo ra từ trường Mặt trăng.
Hiện tại, có những vùng trên Mặt Trăng có từ trường cục bộ đạt tới hàng trăm nanotesla, chẳng hạn như vùng Reiner Gamma trên Oceanus Procellarum (Đại dương của những cơn bão). Những từ trường cục bộ nhỏ này có thể là tàn tích của một từ trường toàn cầu mạnh ban đầu. Nhưng các nhà khoa học không chắc chắn khi nào từ trường đó biến mất.
Bằng chứng trực quan hấp dẫn về hoạt động núi lửa giai đoạn cuối được ngụ ý bởi sự hiện diện của từ trường trong Mặt trăng trung niên được nhìn thấy ở phía nam của miệng núi lửa Lichtenberg 20 km (hình ảnh ở giữa). Các tia miệng núi lửa mờ dần sau khoảng một tỷ năm, nhưng các dòng dung nham đã che khuất phần phía nam của hệ thống tia Lichtenberg, ngụ ý hoạt động núi lửa trong Kỷ Copernicus. (Ảnh: Robert Reeves)
Phân tích từ tính các mẫu bazan của sứ mệnh Chang'e 5 đã tiết lộ rằng Mặt Trăng có từ trường từ 2.000 đến 4.000 nanotesla khi nó được 2 tỷ năm tuổi, hoặc vào khoảng giữa thời kỳ tồn tại của nó. Ý nghĩa cơ bản của phát hiện từ tính này là hiệu ứng dynamo hành tinh vẫn còn hiện diện ở độ tuổi của Mặt Trăng, nghĩa là bên trong Mặt Trăng vẫn nóng chảy và trải qua các lực đối lưu có thể duy trì hoạt động núi lửa.
Tác động đến hoạt động thám hiểm
Việc không có từ trường cũng có tác động đến sự tổn tại của nước trên bề mặt Mặt Trăng. Khi không có từ trường, các hạt của gió Mặt Trời sẽ tấn công bề mặt Mặt Trăng mà không bị cản trở. Mặt Trăng được che chắn tạm thời khỏi gió Mặt trời vào mỗi tháng Âm lịch khi nó đi qua phần đuôi kéo dài của từ trường Trái đất, phần đuôi này quét ra xa Mặt Trời. Nhưng khoảng thời gian nghỉ ngơi này quá ngắn để có tác động đáng kể trong dài hạn.
Khi các nguyên tử hydro và heli từ gió Mặt Trời tấn công bề mặt Mặt trăng, chúng tương tác với các khoáng chất và oxit của Mặt Trăng để tạo ra nhiều loại sản phẩm. Chúng bao gồm hydroxyl (một nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy) cũng như các phân tử nước (hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy). Các kết hợp khác bao gồm nguồn tài nguyên có giá trị tiềm tàng là Helium-3 (3H), một ngày nào đó có thể được sử dụng để tạo nhiên liệu tên lửa. Lời hứa hẹn về sự hiện diện của nước trên Mặt Trăng là một trong những động lực chính cho chương trình Artemis có người lái đang diễn ra trên Mặt Trăng.
Hình ảnh chụp tại Trung tâm kiểm soát hàng không vũ trụ Bắc Kinh (BACC) ngày 2/6/2024 cho thấy tàu Thường Nga 6 hạ cánh xuống phần tối của Mặt Trăng. (Ảnh: THX/TTXVN)
Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu Mặt Trăng từng sở hữu một từ trường bảo vệ nó khỏi gió Mặt trời? Từ trường Mặt Trăng sẽ hạn chế lượng tương tác giữa hydro Mặt trời và oxy Mặt trăng và sau đó làm giảm lượng nước bản địa đóng băng ở các vùng cực luôn bị che khuất. Ngoài ra, trữ lượng Helium-3 có thể không dồi dào như mong đợi.
Do đó, việc hiểu được sức mạnh, cấu trúc và sự tiến hóa của từ trường Mặt Trăng là rất quan trọng để làm sáng tỏ cấu trúc bên trong, lịch sử nhiệt và môi trường bề mặt của vệ tinh tự nhiên này. Điều này cũng góp phần giúp các nhà khoa học có thêm kiến thức về sự tồn tại cũng như sự biến mất của các vật chất dễ bay hơi trên bề mặt Mặt Trăng.
Các cuộc thám hiểm Mặt Trăng sắp tới của NASA và các đối tác bay vũ trụ quốc tế có thể sẽ sớm tìm ra lượng nước tồn tại, tiếp tục làm sáng tỏ bí ẩn về Mặt Trăng cô đơn của Trái đất.
* Mời quý độc giả theo dõi các chương trình đã phát sóng của Đài Truyền hình Việt Nam trên TV Online và VTVGo!