Ảnh chụp hiển vi điện tử cho thấy sự phân bố của những nguyên tố khác nhau trong một phần mỏng của thiên thạch Allende rơi xuống Mexico hồi năm 1969. (Ảnh: Philip Bland)
Những hòn đá sớm nhất trong hệ mặt trời, từ đó các hành tinh nhóm trong ra đời, trông giống với “mè xửng” hơn là đá cứng – theo một phức tạp mới do một đội nghiên cứu ở Anh và Australia thực hiện. Đây là bằng chứng địa chất đầu tiên ủng hộ ý tưởng cho rằng vật liệu rắn đầu tiên trong hệ mặt trời là cực kì xốp trước khi nó bị nén lại thành những vật thể lớn hơn, từ đó trở thành các hành tinh mà chúng ta biết ngày nay.
Để tìm hiểu về loại chất liệu nguyên thủy xung quanh Mặt trời thời non trẻ của chúng ta, các nhà địa chất học vũ trụ thường nhìn vào vành đai tiểu hành tinh quay giữa quỹ đạo của Hỏa tinh và Mộc tinh – những vật thể đã không kết tập thành hành tinh được. Những tiểu hành tinh này mang lại cho chúng ta những thiên thạch, trong đó có một họ đá gọi là chondrite chứa cacbon, chất liệu được bảo toàn khá nguyên vẹn từ hệ mặt trời sơ khai.
Trong khi các nhà địa chất đã khảo sát tỉ mỉ nhiều loại chondrite rơi xuống Trái đất dưới dạng các thiên thạch, họ nhận thấy khó mà khảo sát những cấu trúc bên trong đó vì các hạt đó thường quá mịn. “Với đá địa cầu – như đá phiến hoặc sa thạch – chúng ta thường có thể thấy các cấu trúc bên trong đó bằng mắt trần. Nhưng chúng ta không thể làm như vậy với chất liệu dưới-micron tìm thấy ở những thiên thạch”, phát biểu của Philip Bland, một trong các nhà nghiên cứu tại trường Imperial College, London.
Quả cầu lửa Mexico
Để tiếp cận cấu trúc dạng hạt này, Bland và các đồng nghiệp đã phân tử một mẫu đá lấy từ thiên thạch Allende, thiên thạch rơi xuống Mexico hồi năm 1969, khối chondrite chứa cacbon lớn nhất từng phát hiện ra trên Trái đất. Họ sử dụng một kĩ thuật tương đối mới được sử dụng trong ngành khoa học vật liệu gọi là nhiễu xạ tán xạ nghịch electron, kĩ thuật cho phép họ phân giải đặc điểm của những cấu trúc xuống tới kích cỡ 0,3 µm.
Sau đó, từ những hình ảnh này, đội của Bland đã phát minh ra một phương pháp mới để định lượng sức nén mà khối đá đã chịu trong quãng thời gian sống của nó để suy luận ra cấu trúc ban đầu của nó. Trong trường hợp mẫu thiên thạch trên, việc quan sát một cơ cấu nội “mạnh mẽ” cho thấy khối đá lúc khởi đầu có tính xốp cao trước khi các hạt của nó bị nén thành một trạng thái có trật tự cao. Sử dụng phương pháp trên, đội khoa học nhận thấy mẫu đá từ thiên thạch Allende có phần lớn bên trong là không gian trống rỗng, với tính xốp ban đầu tới 70-80%.
Để giải thích xem sức bền cơ cấu như vậy có ý nghĩa gì, Bland sử dụng một sự tương tự là việc đặt xếp lớp một mẻ ngói. “Nếu các miếng ngói được lát phẳng và sắp thẳng hàng, thì chúng ta nói chúng có cơ cấu mạnh. Nhưng nếu chúng được đặt ngẫu nhiên thành một mớ lộn xộn, thì chúng sẽ có cơ cấu yếu hoặc không tồn tại”.
Ảnh minh họa sự hình thành của các hành tinh, tiểu hành tinh và sao chổi trong cái đĩa tiền hành tinh quay xung quanh một ngôi sao trẻ. (Ảnh: NASA/JPL-Caltech)
Các hành tinh lớn lên từ sự khởi đầu hỗn loạn
Kết quả tìm thấy khối đá nguyên thủy này có tính xốp ban đầu rất cao phù hợp tốt với những mô hình máy tính gần đây dự đoán rằng hạt mầm của các hành tinh trong hệ mặt trời sơ khai xuất hiện từ sự hỗn hoạn trong cái đĩa bụi bao xung quanh Mặt trời thời non trẻ. “Mọi người vẫn đang cố gắng tìm hiểu sự hình thành mầm hành tinh”, phát biểu của William Bottke, một nhà nghiên cứu tiểu hành tinh tại Viện nghiên cứu Southwest ở Boulder, Colorado.
Bottke tin rằng những kết quả mới này ủng hộ cho quan điểm rằng những hạt mầm gieo hành tinh xuất hiện do những bất ổn định hấp dẫn trong cái đĩa tiền hành tinh đó. “Một khi các mầm hành tinh được tạo ra, thì một số mầm sẽ chịu sự bồi tụ liên tục để sinh ra các tiền hành tinh. Những mầm còn lại sẽ trở thành tiểu hành tinh và sao chổi”.
Hiện nay, Bland dự định sẽ thực hiện thêm các kiểm tra cùng với các đồng nghiệp của ông tại trường Đại học Liverpool và Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên ở Anh quốc, và trường Đại học Curtin và CSIRO ở Australia. Ông hi vọng họ có thể làm sáng tỏ thêm một số chi tiết về những đặc điểm có liên quan trong sự phát triển hành tinh, trong đó có sự bồi tụ lũy tiến nhanh.
Những kết quả này công bố trên tạp chí Nature Geoscience.
Nguồn: physicsworld.com
