Trái Đất là thủ phạm khiến Mặt Trăng bị gỉ sét?
Một cuộc điều tra mới về hiện tượng gỉ sét trên Mặt Trăng cho thấy Trái Đất chính là “thủ phạm”.
Tờ Sciencealert mới đây đã đăng tải thông tin liên quan đến tình trạng gỉ sét ở Mặt Trăng được công bố trên tạp chí Geophysical Research Letters.
Theo đó, các nhà khoa học cho rằng, oxy thoát ra từ Trái Đất nhiều khả năng đã gây ra quá trình biến đổi sắt thành hematit (Fe₂O₃) tại các cực của Mặt Trăng.
Các thí nghiệm mô phỏng trong phòng lab cho thấy đây là lời giải thích hợp lý duy nhất, đồng thời mở ra một góc nhìn mới về sự trao đổi hóa học phức tạp giữa Trái Đất và Mặt Trăng.
“Chúng tôi đã tiến hành một loạt thí nghiệm chiếu xạ oxy và hydro để mô phỏng các quá trình chiếu xạ bề mặt Mặt Trăng”, nhóm nghiên cứu của nhà khoa học Xiandi Zeng, Đại học Khoa học và Công nghệ Macau (Trung Quốc) cho biết.
Lần đầu tiên, các thí nghiệm chứng minh được cả quá trình hình thành và khử các khoáng vật hematit. Và phát hiện bất ngờ về sự tồn tại của hematit trên Mặt Trăng đã được đưa ra cách đây vài năm.
Trên Trái Đất, hematit hình thành do quá trình oxy hóa sắt hay còn gọi là gỉ sét. Tuy nhiên, Mặt Trăng không có bầu khí quyển, chỉ tồn tại lớp khí quyển cực mỏng (exosphere) và hoàn toàn không chứa oxy.
Thêm vào đó, bề mặt Mặt Trăng liên tục bị bắn phá bởi dòng hydro từ gió Mặt Trời. Hydro là chất khử, có khả năng cho electron cho các vật chất tiếp xúc với nó. Trong khi đó, quá trình oxy hóa lại đòi hỏi sự mất electron. Điều này có nghĩa, ngay cả khi các yếu tố cần thiết cho oxy hóa tồn tại trên Mặt Trăng, gió Mặt Trời sẽ triệt tiêu quá trình này.
Một giả thuyết khác cho rằng hematit trên Mặt Trăng có liên quan đến Trái Đất. Khi gió Mặt Trời tác động lên từ quyển của Trái Đất, cấu trúc này kéo dài về phía đối diện Mặt Trời, tạo ra “đuôi từ quyển” (magnetotail). Đuôi từ quyển này cũng chứa các hạt thoát ra từ bầu khí quyển Trái Đất.
Trong thời gian trăng tròn, khi Mặt Trăng đi qua đuôi từ quyển, các ion oxy từ Trái Đất bắn phá bề mặt Mặt Trăng, trong khi 99% gió Mặt Trời bị chặn lại bởi bóng Trái Đất. Điều này đồng nghĩa Mặt Trăng có khoảng 5 ngày mỗi tháng vừa bị oxy “tấn công”, vừa giảm thiểu tác động của hydro – một điều kiện thuận lợi cho việc hình thành hematit.
Để kiểm chứng, các nhà khoa học đã chiếu ion oxy vào các khoáng vật giàu sắt trong phòng thí nghiệm, mô phỏng ảnh hưởng của “gió Trái Đất” trong đuôi từ quyển.
Nhóm chọn pyroxen, olivin, ilmenit, troilit và một thiên thạch sắt để làm mẫu, vốn là các khoáng vật giàu sắt đã được tìm thấy trên Mặt Trăng. Ngoài ra, họ cũng thử nghiệm với magnetit (Fe₃O₄) và xác nhận rằng khoáng vật này chính là bước trung gian giữa sắt kim loại và hematit.
Kết quả cho thấy, ion oxy có thể oxy hóa sắt kim loại, ilmenit và troilit nhưng hiệu quả mạnh mẽ nhất đối với sắt kim loại. Trong khi đó, các silicat chứa sắt như pyroxen và olivin lại không tạo ra hematit, chứng tỏ quá trình này có tính chọn lọc.
“Các kết quả thí nghiệm là bằng chứng mạnh mẽ cho thấy hematit có thể hình thành trên bề mặt Mặt Trăng thông qua quá trình chiếu xạ ion oxy. ‘Gió Trái Đất’ – nguồn ion oxy năng lượng cao chính yếu trên Mặt Trăng – đóng vai trò chất oxy hóa, thúc đẩy sự oxy hóa nhiều loại khoáng vật, bao gồm sắt kim loại, oxit và sunfua chứa sắt trong lớp đất Mặt Trăng”, nhóm nghiên cứu viết.
Để kiểm tra liệu gió Mặt Trời có đủ khả năng đảo ngược quá trình oxy hóa này hay không, các nhà khoa học tiếp tục chiếu chùm ion hydro vào hematit. Kết quả, một chùm ion hydro năng lượng cao (mô phỏng gió Trái Đất) có thể đảo ngược quá trình oxy hóa, trong khi chùm năng lượng thấp (mô phỏng gió Mặt Trời) thì không.
Điều này cho thấy gió Mặt Trời không thể ngăn chặn quá trình “gỉ sét” trên Mặt Trăng do dòng oxy từ Trái Đất mang đến. Nó cũng lý giải vì sao hematit tập trung nhiều ở các cực: đuôi từ quyển hướng oxy đến các vĩ độ cao, đồng thời chặn bớt ion hydro.
Một bí ẩn khác cũng được giải đáp là hematit thường xuất hiện gần nước trên Mặt Trăng. Các nhà khoa học từng nghĩ rằng nước có thể là nguyên nhân, nhưng thí nghiệm mới phát hiện ra rằng nước lại chính là sản phẩm phụ. Khi chiếu hydro năng lượng cao vào hematit, oxy tách khỏi sắt và kết hợp với hydro để tạo thành nước.
Điều này đồng nghĩa, lượng nước tìm thấy gần hematit trên Mặt Trăng có thể là sản phẩm phụ của quá trình khử hematit. Phát hiện này còn gợi mở rằng hematit trên Mặt Trăng có thể lưu giữ lịch sử oxy của Trái Đất, từ sự kiện “Đại Oxy hóa” cách đây khoảng 2,4 tỷ năm.
“Quá trình hình thành hematit (và có thể cả magnetit) nhờ tác động của ‘gió Trái Đất’ nhấn mạnh sự trao đổi vật chất giữa Trái Đất và Mặt Trăng, vốn có thể đã kéo dài hơn 4 tỷ năm do sự tương tác từ quyển kép”, nhóm nghiên cứu nói thêm.
Những phát hiện này khẳng định sự cần thiết của các nghiên cứu sâu hơn về tương tác giữa đất Mặt Trăng và plasma ngoài vũ trụ. Đặc biệt, việc tàu Chandrayaan-3 của Ấn Độ hạ cánh thành công ở vĩ độ 69° Nam, cùng với sứ mệnh Chang’E-7 sắp tới của Trung Quốc tại cực Nam Mặt Trăng, mở ra cơ hội lớn để hiểu sâu hơn về lịch sử gắn bó giữa hai thiên thể.
