Những kết quả đầu tiên từ sứ mệnh GRAIL của NASA đã được công bố. Dữ liệu trường hấp dẫn mới phân giải cao cho thấy những cấu trúc bề mặt chưa từng được trông thấy trước đây. Dữ liệu cũng cho thấy lớp vỏ mặt trăng kém đặc hơn và bị đứt gãy bởi các vụ va chạm mạnh nhiều hơn so với trước đây người ta nghĩ. Sứ mệnh còn phát hiện ra những con rãnh chôn sâu bên trong bề mặt chị Hằng – những con rãnh này cho thấy Mặt trăng từng trải qua một thời kì giãn nở trong khi nó vẫn đang hình thành. Hơn nữa, dữ liệu GRAIL đã được sử dụng để tạo ra bản đồ trường hấp dẫn phân giải cao nhất của một thiên thể khác ngoài Trái đất ra.
Được phóng lên hồi tháng 9 năm 2011 từ Mũi Canaveral ở Mĩ, mục tiêu chính của sứ mệnh trị giá 495 triệu đô la là lập bản đồ chính xác trường hấp dẫn của Mặt trăng, sử dụng cặp đôi phi thuyền tên gọi là Ebb và Flow. GRAIL đã đi vào quỹ đạo mặt trăng vào tháng 12 năm 2011 và giai đoạn khoa học sứ mệnh chính của nó kéo dài từ 1 tháng 3 đến 29 tháng 5 năm nay, trong đó hai phi thuyền song sinh của nó đã ở trong quỹ đạo nối đuôi nhau bay vòng quanh Mặt trăng ở cao độ trung bình 55 km.
Bản đồ trường hấp dẫn của mặt trăng đo bởi sứ mệnh GRAIL của NASA. (Ảnh: NASA/JPL-Caltech/MIT/GSFC)
Phía bên kia của Mặt trăng
Mặt trăng là một vật thể cổ, không có khí quyển, không có nước, chưa từng bị xói mòn – điều này có nghĩa là bề mặt của nó và phần bên trong vẫn giữ nguyên vẹn cái đang diễn ra ở hệ mặt trời lúc còn non trẻ. Tuy nhiên, thật khó nghiên cứu trường hấp dẫn và lõi bên trong của toàn bộ Mặt trăng bởi vì chỉ có một bán cầu hướng mặt về phía Trái đất chúng ta. Để khắc phục vấn đề này, sứ mệnh GRAIL theo dõi liên tục những biến thiên nhỏ xíu của khoảng cách giữa hai phi thuyền khi chúng bay vòng quanh Mặt trăng. Những biến thiên này có nguyên nhân là do sự nhiễu trong trường hấp dẫn của Mặt trăng, chúng liên quan đến đặc điểm địa hình và sự biến thiên mật độ bên dưới bề mặt chị Hằng. Từ những phép đo này, các nhà nghiên cứu khâu vá lại thành một tấm bản đồ trường hấp dẫn phân giải cao cho thấy trường hấp dẫn bên trong của Mặt trăng khớp với một lớp vỏ bị đứt gãy rất nhiều.
Ba bài báo dựa trên dữ liệu mới vừa được các nhà khoa học GRAIL công bố trên tạp chí Science. Trong bài báo thứ nhất, trưởng sứ mệnh GRAIL, Maria Zuber thuộc Viện Công nghệ Massachusetts, và các đồng sự tập trung vào bản đồ hấp dẫn toàn cục của Mặt trăng và trình bày những cấu trúc kiến tạo trước đây chưa nhìn thấy. Trong số này bao gồm địa mạo núi lửa, các vành đai lòng chão và các đỉnh miệng hố thiên thạch. Thật bất ngờ, đội nghiên cứu còn tìm thấy bằng chứng rằng bên dưới bề mặt lớp vỏ mặt trăng hầu như hoàn toàn bị nghiền vụn. Điều này cho thấy trong tỉ năm đầu tiên của quãng đời của nó, Mặt trăng có lẽ đã chịu đứt gãy nhiều hơn từ những va chạm khủng khiếp. Kết quả này cũng đúng đối với Trái đất và những hành tinh nhóm Trái đất, và có thể có tác động quan trọng lên sự tiến hóa hành tinh.
Hình miêu tả bề dày lớp vỏ của Mặt trăng, sử dụng dữ liệu trường hấp dẫn của GRAIL và Phi thuyền Trinh sát Mặt trăng của NASA. (Ảnh: NASA/JPL-Caltech/IPGP)
Địa hình khó hiểu
Để tìm trường hấp dẫn cho riêng phần lõi Mặt trăng, đội cuẩ Zuber đã sử dụng các phép đo địa hình từ một cao kế laser trên Phi thuyền Trinh sát Mặt trăng (LRO), một phi thuyền độc lập đang bay vòng quanh Mặt trăng. Các nhà khoa học tính ra trường hấp dẫn mà họ trông đợi từ địa hình Mặt trăng để tạo ra và rồi loại trường đó ra khỏi trường do GRAIL lập được. Đội khoa học tìm thấy rằng đa phần biến thiên cục bộ trong trường hấp dẫn của Mặt trăng có nguyên nhân là do các đặc điểm bề mặt, ví dụ như vành miệng hố và những ngọn núi.
Trong bài báo thứ hai, Mark Wieczorek, thuộc Viện Vật lí Địa cầu Paris, và các đồng sự trình bày rằng tỉ trọng của lớp vỏ trên của Mặt trăng nhỏ hơn trước đây người ta nghĩ và có khả năng xốp hơn. Trong đa số nơi trên Mặt trăng, các nhà nghiên cứu tìm thấy lớp vỏ biến thiên bề dày từ 34 đến 43 km. Tuy nhiên, đội nghiên cứu còn tìm thấy rằng lớp vỏ bên dưới một số lòng chão hiện nay hầu như không tồn tại, cho thấy những vụ va chạm lúc sơ khai có lẽ đã đào tới lớp bao của Mặt trăng.
Mở rộng các lí thuyết
Trong bài báo thứ ba, Jeffrey Andrews-Hanna, thuộc Khoa Mỏ Địa chất Colorado, và các đồng sự báo cáo rằng lớp vỏ mặt trăng có vẻ bí ẩn bởi những hang rãnh do lửa tạo nên. Đây là những mảng lớn magma đã nguội – rộng hàng trăm km – rò rỉ vào các vết nứt gãy thuộc lớp vỏ. Đội khoa học tin rằng những hang rãnh đó có thể đã hình thành trong thời kì giãn nở lúc sơ khai trong lịch sử Mặt trăng. Theo Zuber, những vết nứt gãy như vậy có thể ảnh hưởng đến cách một vật thể hành tinh tiêu tán nhiệt, đồng thời mang lại một lộ trình để vận tải chất lỏng trong lõi của nó.
Các nhà nghiên cứu còn trình bày rằng cặp đôi phi thuyền GRAIL đã hoạt động tốt hơn trông đợi – hai phi thuyền ở xa nhau 200 km và chúng cần đo chính xác sự biến thiên khoảng cách giữa chúng trong phạm vi sai số vài phần chục của một micron mỗi giây. Trên thực tế, cặp đôi phi thuyền đã làm tốt hơn thế và có thể phân giải các biến thiên khoảng cách đến vài phần trăm của một micron mỗi giây.
Hiện nay, GRAIL đang mở rộng sứ mệnh của nó trong ba tháng nữa, trong đó đội khoa học sẽ có một tập hợp đối tượng nghiên cứu mới. Hai phi thuyền sẽ giảm độ cao xuống bằng một nửa độ cao ban đầu; đến gần Mặt trăng hơn sẽ mang lại độ phân giải cao hơn của dữ liệu thu thập. Các nhà nghiên cứu đang trông ngóng những kết quả mới sẽ được làm sáng tỏ từ những dữ liệu mới sắp thu được.
Nguồn: physicsworld.com
