Vì sao khí quyển ở Trái Đất “rò rỉ” lên Mặt Trăng?

Trong nhiều thập kỷ, Mặt Trăng được xem là một thiên thể gần như trơ trụi, không có bầu khí quyển thực sự để duy trì các quá trình hóa học phức tạp. Tuy nhiên, những phát hiện khoa học gần đây đang dần thay đổi cách nhìn này.

Từ trường Trái Đất không chỉ bảo vệ hành tinh mà còn dẫn các hạt khí lên Mặt Trăng trong suốt hàng tỷ năm qua.

Theo đó, bề mặt Mặt Trăng không hoàn toàn “cô lập” với Trái Đất như chúng ta từng nghĩ. Một nghiên cứu mới chỉ ra rằng khí quyển Trái Đất đã và đang rò rỉ một phần lên Mặt Trăng thông qua vai trò trung gian của từ trường hành tinh.

Khí quyển Trái Đất tới Mặt Trăng thế nào?

Bằng chứng cho giả thuyết này bắt đầu từ các mẫu vật do các sứ mệnh Apollo mang về Trái Đất. Trong lớp regolith (lớp đất đá vụn mịn bao phủ bề mặt Mặt Trăng) các nhà khoa học phát hiện sự hiện diện đáng kể của các nguyên tố dễ bay hơi như hydro, oxy và đặc biệt là nitơ.

Điều đáng nói rằng đây đều là những nguyên tố khó có thể tồn tại lâu dài trên một thiên thể không có khí quyển dày và lực hấp dẫn yếu như Mặt Trăng.

Trước đây, gió Mặt Trời được xem là nguồn chính mang các hạt này đến, bên cạnh các va chạm thiên thạch nhỏ liên tục “khuấy đảo” bề mặt. Tuy nhiên, các mô hình cho thấy riêng hai cơ chế đó vẫn chưa đủ để giải thích nồng độ cao của một số nguyên tố, nhất là nitơ.

Khí quyển Trái Đất từng được đề xuất như một nguồn bổ sung, nhưng giả thuyết này lâu nay vấp phải nghi ngờ. Theo quan điểm truyền thống, việc các hạt khí thoát khỏi Trái Đất chỉ có thể xảy ra trong giai đoạn rất sớm của lịch sử hành tinh, khi từ trường chưa hình thành hoàn chỉnh.

Khi từ trường mạnh lên, nó được cho là sẽ giữ chặt các hạt tích điện, ngăn chúng thoát ra không gian.

Nghiên cứu mới do các nhà vật lý thiên văn tại Đại học Rochester (Mỹ) thực hiện đã xem xét lại giả định này bằng cách xây dựng hai kịch bản mô phỏng. Kịch bản thứ nhất là Trái Đất sơ khai, không có từ trường nhưng chịu tác động của gió Mặt Trời mạnh hơn nhiều so với hiện nay.

Kịch bản thứ hai là Trái Đất hiện đại, với từ trường mạnh nhưng gió Mặt Trời yếu hơn. Khi so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu quan sát từ Mặt Trăng, nhóm nghiên cứu nhận thấy kịch bản Trái Đất hiện đại phù hợp hơn.

Hiện tượng đã kéo dài trong hàng tỷ năm

Thực tế cho thấy, từ trường không chỉ đóng vai trò “lá chắn” tuyệt đối. Theo đó, gió Mặt Trời vẫn có thể tương tác với tầng trên của khí quyển, đánh bật các hạt tích điện và buộc chúng di chuyển dọc theo các đường sức từ.

Từ quyển của Trái Đất không phải là một khối cầu hoàn chỉnh mà bị kéo dài thành hình dạng giống đuôi sao chổi do áp lực liên tục của gió Mặt Trời. Trong quá trình chuyển động quanh Trái Đất, Mặt Trăng định kỳ đi qua phần “đuôi” này của từ quyển.

Khi đó, các hạt thoát ra từ khí quyển Trái Đất, bao gồm cả oxy và nitơ, có thể theo các đường sức từ và lắng đọng lên bề mặt Mặt Trăng. Các nghiên cứu trước đây thậm chí đã gợi ý rằng chính cơ chế này góp phần tạo ra nước trên Mặt Trăng, cũng như các dấu hiệu oxy hóa – hay còn gọi là hiện tượng “gỉ sét” – được quan sát thấy trong lớp đất bề mặt.

Theo nhóm nghiên cứu, quá trình vận chuyển hạt từ Trái Đất sang Mặt Trăng không phải là hiện tượng ngắn hạn mà đã diễn ra liên tục trong hàng tỷ năm. Điều này cho phép các nguyên tố dễ bay hơi tích tụ đủ lâu trong regolith, thay vì nhanh chóng bị mất đi vào không gian.

Quan trọng hơn, vì thành phần khí quyển Trái Đất đã thay đổi mạnh mẽ theo thời gian địa chất, bề mặt Mặt Trăng có thể đang lưu giữ một bản ghi chép độc đáo về lịch sử khí quyển của hành tinh chúng ta.