Trái đất và Mặt trăng đã được tạo ra là hệ quả của một vụ va chạm khủng khiếp giữa hai hành tinh có kích cỡ của sao Hỏa và Kim tinh. Cho đến nay, giả thuyết đó vẫn được cho là xảy ra khi hệ mặt trời 30 triệu năm tuổi hay xấp xỉ 4537 triệu năm trước đây. Nhưng nghiên cứu mới từ Viện Niels Bohr cho thấy Trái đất và Mặt trăng phải hình thành muộn hơn nhiều – có lẽ tới 150 triệu năm sau khi hình thành hệ mặt trời.
Ảnh Trái đất mọc trên đường chân trời của mặt trời, chụp từ sứ mệnh Apollo 8. Ảnh: NASA.
Các kết quả nghiên cứu trên sẽ được công bố trong tạp chí khoa học Earth and Planetary Science Letters.
“Chúng tôi đã xác định tuổi của Trái đất và Mặt trăng sử dụng các đồng vị tungsten (volfram), chúng có thể cho biết các lõi sắt và bề mặt đá của chúng có hòa trộn với nhau trong vụ va chạm hay không”, giải thích của Tais W. Dahl, người thực hiện nghiên cứu trên làm luận án tiến sĩ của mình về địa vật lí tại Viện Niels Bohr ở Đại học Copenhagen, với sự hỗ trợ của giáo sư David J. Stevenson ở Viện Công nghệ California (Caltech).
Các hành tinh trong hệ mặt trời được tạo ra bởi các va chạm giữa các hành tinh lùn nhỏ quay xung quanh mặt trời mới sinh. Trong các va chạm, các hành tinh nhỏ tan chảy ra với nhau và hình thành nên các hành tinh ngày một lớn hơn. Trái đất và Mặt trăng là kết quả của một vụ va chạm dữ dội giữa hai hành tinh kích cỡ Hỏa tinh và Kim tinh. Hai hành tinh ấy va vào nhau lúc cả hai đã có nhân kim loại (sắt) và một lớp bao silicate (đá) xung quanh. Nhưng khi va chạm đó xảy ra khi nào và nó xảy ra như thế nào? Vụ va chạm xảy ra trong chưa tới 24 giờ đồng hồ và nhiệt độ của Trái đất nóng đến mức (7000oC) cả đá lẫn kim loại phải tan chảy ra trong cú va khủng khiếp ấy. Nhưng khối đá và khối sắt có trộn lẫn với nhau hay không?
Cho đến gần đây, người ta vẫn tin rằng đá và sắt trộn lẫn hoàn toàn trong sự hình thành hành tinh và vì thế câu kết luận là Mặt trăng đã ra đời khi hệ mặt trời 30 triệu năm tuổi hay xấp xỉ 4537 triệu năm trước đây. Nhưng nghiên cứu mới cho thấy một cái gì đó hoàn toàn khác.
Tuổi của Trái đất và Mặt trăng có thể xác định bằng cách khảo sát sự có mặt của các nguyên tố nhất định trong lớp bao của Trái đất. Hafnium-182 là một chất phóng xạ, nó phân rã và biến đổi thành đồng vị tungsten-182. Hai nguyên tố này có các tính chất hóa học khác nhau nổi bật đồng thời các đồng vị tungsten thì có xu hướng liên kết với kim loại, hafnium thì có xu hướng liên kết với silicate, tức là đá.
Cần 50-60 triệu năm cho toàn bộ hafnium phân rã và biến đổi thành tungsten, và trong vụ va chạm hình thành Mặt trăng, gần như toàn bộ kim loại bị chìm vào nhân của Trái đất. Nhưng toàn bộ tungsten có đi vào trong nhân hay không?
“Chúng tôi đã nghiên cứu mức độ kim loại và đá hòa lẫn vào nhau trong những vụ va chạm hình thành hành tinh. Sử dụng các tính toán mô hình động lực học của sự hòa trộn dữ dội của đá lỏng và các khối sắt, chúng tôi nhận thấy các đồng vị tungsten từ sự hình thành ban đầu của Trái đất vẫn còn lại trong lớp ba đá”, Tais W. Dahl giải thích.
Các nghiên cứu mới gợi ý rằng vụ va chạm hình thành mặt trăng xảy ra sau khi toàn bộ hafnium đã phân rã hoàn toàn thành tungsten.
“Các kết quả của chúng tôi cho thấy nhân kim loại và đá không thể chuyển thành sữa nhão trong những vụ va chạm này giữa các hành tinh với đường kính lớn hơn 10 km và do đó phần lớn nhân sắt của Trái đất (80-99%) không loại tungsten ra khỏi vật liệu đá trong lớp bao trong lúc hình thành”, Tais W. Dahl giải thích.
Kết quả của nghiên cứu trên có nghĩa là Trái đất và Mặt trăng phải ra đời muộn hơn nhiều so với trước đây người ta nghĩ – đó là không phải 30 triệu năm sau sự hình thành của hệ mặt trời, hay 4537 triệu năm trước, mà có lẽ lên tới 150 triệu năm sau sự hình thành của hệ mặt trời.
- Trung Thiên (theo PhysOrg.com)
