Quá khứ của những tiểu hành tinh gần Trái đất

Hiệp Khách Quậy Tám năm sau khi sứ mệnh Hayabusa lên đường đi thu gom vật chất từ một tiểu hành tinh gần Trái đất, những phân tích khoa học đầu tiên của những mẫu đá này đã được công bố. Trong số những kết quả do một đội khoa học quốc tế công bố là sự khám phá ra những chondrite phổ biến tìm thấy trên Trái đất có nguồn... Xin mời đọc tiếp.

 Bụi tiểu hành tinh Itokawa

Thiết bị thu gom mẫu của tổ hợp Hayabusa lúc mở ra. (Ảnh: JAXA/ISIS)

Tám năm sau khi những thiên thạch rơi vãi trên địa cầu có thể chứa thông tin bảo tồn về hệ mặt trời sơ khai.

Sứ mệnh Hayabusa, do Cơ quan vũ trụ Nhật Bản JAXA phóng lên hồi năm 2003, được thiết kế để hạ cánh lên tiểu hành tinh Itokawa – một vật thể dài 500m nằm cách Trái đất chừng 300 triệu km – và lấy mẫu về Trái đất vào năm 2007. Nhưng sau khi hạ cánh lên bề mặt Itokawa để thu gom mẫu vào tháng 11/2005, những trục trặc kĩ thuật do tai lửa mặt trời gây ra đã làm hoãn ngày về của sứ mệnh thêm ba năm nữa. Cuối cùng, nó đã đáp xuống Cấm địa Woomera ở miền nam Australia, vào tháng 6/2010, và tổ hợp phần lớn còn nguyên vẹn chứa 1500 hạt bụi ngoài địa cầu đã được gửi về Nhật Bản nghiên cứu.

Đá mẹ

Kết quả cơ bản của việc phân tích 40 hạt bụi mà các nhà nghiên cứu khảo sát đã xác nhận niềm tin rằng đa số thiên thạch tìm thấy trên Trái đất chúng ta, gọi là chondrite thường, ra đời từ những tiểu hành tinh loại S như Itokawa. Mục tiêu chính của sứ mệnh Hayabusa là chứng minh những tiểu hành tinh loại S là những vật thể hệ mặt trời nguyên thủy “ghi lại” lịch sử lâu đời của những sự kiện hệ mặt trời sơ khai.

 Bụi tiểu hành tinh Itokawa

Một hạt bụi Itokawa nhìn qua kính hiển vi quang học. Hạt bụi là trong suốt, nhưng chứa những thể vùi đen nhỏ. Bề mặt của hạt này đã bị biến tính bởi thời tiết vũ trụ. (Ảnh: JAXA/ISIS)

Tomoki Nakamura thuộc trường Đại học Tohoku, Nhật Bản, và các đồng nghiệp là những người đầu tiên phân tử vật chất bề mặt lỏng lẻo trên, hay regolith, đã được mang về, sử dụng kính hiển vi điện tử và kĩ thuật nhiễu xạ tia X. “Trong những thí nghiệm của mình, chúng tôi đã phân tích từng hạt đơn bằng cách áp dụng những kĩ thuật khác nhau để biết những mặt khác nhau của hạt [mẫu]. Chúng tôi cần chỉ ra vật chất tiểu hành tinh là giống hệt với các thiên thạch chondrite, vì chúng tôi đã biết rằng chondrite là vật chất nguyên thủy nhất trong hệ mặt trời”, Nakamura – một trong các tác giả của loạt 6 bài báo đăng trên tạp chí Science số ra tuần này, cho biết. Toàn bộ sáu bài báo đều do cùng một đội viết, với những tác giả đứng tên khác nhau khảo sát những phương diện khác nhau của nghiên cứu trên tiến hành với những kĩ thuật khác nhau.

Bài báo đầu tiên cho biết các mẫu regolith cho thấy dấu hiệu của những chấn động va chạm và một lượng lớn nhiệt. Điều này cho thấy tiểu hành tinh trên đã chịu một sự tiến hóa nhiệt khi phần bên trong từ từ nóng lên và đạt tới nhiệt độ cực đại 800oC, trước khi nó nguội xuống trở lại rất từ từ. Vì nhiều hạt đã nghiên cứu đã chịu nhiệt độ cao này, nên điều này cho thấy các hạt trên bề mặt của tiểu hành tinhh trên ban đầu là một vật thể lớn hơn nhiều đã chịu một vụ va chạm lớn. “Sự giảm cỡ xảy ra trong một cú va chạm lớn làm phá vỡ vật thể mẹ chừng 20 km thành những mảnh nhỏ hơn; một số mảnh đã nhập trở lại tạo thành tiểu hành tinh Itokawa 0,5 km [hiện nay]”, Nakamura nói. Giờ thì các nhà nghiên cứu tin rằng thời điểm hình thành Itokaea lùi ngược đến hệ mặt trời sơ khai chừng 4,5 tỉ năm trước.

Kết quả đa dạng

Những bài báo khác do nhóm tác giả công bố bao quát nhiều đề tài – một đề tài khảo sát tỉ số đồng vị oxygen và hàm lượng nguyên tố thứ yếu trong các hạt Itokawa, còn một đề tài khác liên hệ những tiểu hành tinh loại S với các thiên thạch chondrite. Một bài báo khác nghiên cứu các quá trình diễn tiến của bề mặt tiểu hành tinh. Bài báo này dẫn ra kết quả là các hạt trên bề mặt trước tiên được hình thành bởi sự phân mảnh của khối đá lớn hơn. Ngoài ra, việc hứng chịu gió mặt trời đã làm thay đổi màu sắc của các hạt và hoạt động địa chấn trong vùng địa hình phẳng đã dần dần làm giảm cỡ của chúng.

Một nghiên cứu khác so sánh bụi Itokawa với regolith thu mẫu từ Mặt trăng, cho thấy có những khác biệt hóa học giữa bụi mặt trời và mẫu Itokawa. Các nhà nghiên cứu quy những khác biệt này cho sự biến đổi hóa học do thời tiết vũ trụ và va chạm thiên thạch trên bề mặt tiểu hànhy tinh. Bài báo sau cùng khảo sát các đồng vị khí hiếm helium, neon và argon để lập bản đồ lịch sử hứng xạ gió mặt trời và tia vũ trụ trên bề mặt tiểu hành tinh. Đội nghiên cứu tìm thấy Itokawa liên tục mất vật chất bề mặt của nó ở tốc độ hàng chục cm trong hàng tỉ năm.

Nakamura nói ông khá bất ngờ khi thấy những hạt tiểu hành tinh trên lại giống với các chondrite đến vậy. “Khi tôi phân tích các hạt, tôi luôn cảm thấy mình đang phân tích các thiên thạch”, ông nói. Ông còn cho biết những kết quả trên đã giúp hiểu rõ hơn sự hình thành tiểu hành tinh. “Các hạt lấy về từ tiểu hành tinh Itokawa là rất nhỏ, phần lớn dưới 0,1 mm. Nhưng qua phân tích này, giờ thì chúng ta đã có một sự hiểu biết cặn kẽ về lịch sử của sự hình thành tiểu hành tinh. Những hạt nhỏ xíu ấy đã mang lại cho chúng ta một bất ngờ lớn”.

Nguồn: physicsworld.com

Mời đọc thêm