Phát hiện mới về quá trình hình thành của Trái Đất

Một nghiên cứu mới chỉ ra rằng thiên thể từng va vào Trái Đất cách đây 4,5 tỷ năm và tạo nên Mặt Trăng thực chất bắt nguồn từ vùng phía trong Hệ Mặt Trời. Đây là phát hiện tiếp tục làm rõ một trong những sự kiện quan trọng nhất trong lịch sử hình thành hành tinh của chúng ta.

Khoảng 4,5 tỷ năm trước, Trái Đất non trẻ đã trải qua cú va chạm mang tính bước ngoặt khi thiên thể khổng lồ mang tên Theia lao thẳng vào nó. Chi tiết chính xác về sự kiện này đến nay vẫn chưa được giải mã hoàn toàn, song giới khoa học thống nhất rằng cú va chạm đã làm thay đổi kích thước, thành phần và quỹ đạo của Trái Đất, đồng thời mở ra sự ra đời của Mặt Trăng - vệ tinh tự nhiên đã đồng hành với chúng ta suốt hàng tỷ năm.

Nguồn gốc của Theia từ lâu là câu hỏi lớn: Đó là dạng thiên thể nào? Kích thước bao nhiêu? Cấu tạo ra sao? Xuất phát từ khu vực nào của Hệ Mặt Trời? Việc tìm câu trả lời không dễ dàng khi bản thân Theia đã bị phá hủy hoàn toàn sau cú va chạm.

Tuy nhiên, dấu vết của nó vẫn để lại trong thành phần vật chất của Trái Đất và Mặt Trăng. Trong nghiên cứu công bố ngày 20/11/2025 trên tạp chí Science, các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Hệ Mặt Trời Max Planck (Đức) và Đại học Chicago (Mỹ) đã lần theo những dấu vết này để phục dựng “bảng thành phần” của Theia và truy ngược hành trình của nó.

Tỷ lệ các đồng vị kim loại giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong việc xác định nguồn gốc thiên thể. Đồng vị là các dạng khác nhau của một nguyên tố, khác biệt về số neutron nên có khối lượng không giống nhau. Trong thời kỳ đầu của Hệ Mặt Trời, sự phân bố đồng vị giữa các vùng có thể khác biệt, từ đó mỗi thiên thể mang theo dấu ấn đặc trưng của khu vực mà vật chất hình thành nên nó từng tồn tại.

Nhóm nghiên cứu đã đo tỷ lệ đồng vị sắt trong đá Trái Đất và Mặt Trăng với độ chính xác cao chưa từng có. Họ phân tích 15 mẫu đá trên Trái Đất và 6 mẫu đá Mặt Trăng do các phi hành gia Apollo mang về. Kết quả cho thấy thành phần đồng vị của hai thiên thể gần như giống hệt nhau, phù hợp với các nghiên cứu trước về đồng vị crôm, canxi, titan và zirconium.

Tuy nhiên, sự tương đồng này chưa đủ để xác định trực tiếp bản chất của Theia, bởi có nhiều kịch bản va chạm khác nhau. Mặt Trăng có thể được tạo nên chủ yếu từ vật chất của Theia, nhưng cũng có khả năng phần lớn vật liệu đến từ lớp phủ Trái Đất thời kỳ đầu, hoặc hỗn hợp của cả hai đã hòa trộn đến mức không thể phân tách.

Để lần ra dấu vết, nhóm nghiên cứu sử dụng “kỹ thuật đảo ngược”. Dựa trên tỷ lệ đồng vị hiện tại của Trái Đất và Mặt Trăng, họ mô phỏng nhiều kịch bản về kích thước và thành phần của Theia và Trái Đất sơ khai để xác định tổ hợp nào có thể dẫn đến trạng thái như ngày nay.

Ngoài sắt, họ đồng thời phân tích đồng vị crôm, molybdenum và zirconium. “Các nguyên tố này có mức độ ưa kim loại khác nhau nên phân bố vào lõi hay lớp phủ theo những tỷ lệ riêng. Đó cũng là lý do vì sao vàng hiếm và quý đến vậy. Chúng cho phép chúng tôi nhìn vào những giai đoạn khác nhau trong quá trình hình thành hành tinh”, nhà khoa học Nicolas Dauphas (Đại học Chicago và Đại học Hong Kong) cho biết.

Trước khi Theia va vào, Trái Đất sơ khai đã trải qua quá trình “phân tách” khi lõi sắt bắt đầu hình thành. Nhiều nguyên tố như sắt và molybdenum bị kéo vào lõi và gần như biến mất khỏi lớp phủ đá phía trên. Vì vậy, lượng sắt hiện diện trong lớp phủ Trái Đất ngày nay không thể có được nếu không xuất hiện sau khi lõi hình thành, tức là có thể đến từ Theia. Trong khi đó, zirconium - nguyên tố không bị hút vào lõi đã lưu giữ trọn vẹn lịch sử hình thành hành tinh.

Từ các mô hình mô phỏng những khả năng khác nhau, nhiều kịch bản không phù hợp đã bị loại trừ. Thành phần của Trái Đất sơ khai phần lớn có thể giải thích bằng sự pha trộn của các loại thiên thạch quen thuộc. Nhưng Theia thì không tương ứng với bất kỳ loại thiên thạch nào từng biết đến. Vật chất cấu tạo nên Theia dường như mang đặc trưng của vùng gần Mặt Trời hơn so với khu vực hình thành Trái Đất.

Từ những tính toán này, các nhà khoa học kết luận rằng Theia có nguồn gốc ở vùng phía trong Hệ Mặt Trời, gần Mặt Trời hơn hành tinh của chúng ta. Chính từ khu vực đó, thiên thể này đã lao vào Trái Đất, tạo nên Mặt Trăng và góp phần định hình vận mệnh của hành tinh xanh như ngày nay.

Theo: MPS