Đá từ Chang’e-6 gợi ý thủy triều Trái Đất đã đẩy lớp vỏ Mặt Trăng sang mặt khuất

Hãy ngước nhìn trăng tròn: những mảng tối bạn thấy là các đồng bằng dung nham cổ xưa, gương mặt quen thuộc mà con người đã ngắm nhìn kể từ khi có loài người. Bán cầu không bao giờ quay về phía chúng ta lại trông như một thế giới khác: nhợt nhạt, dày đặc hố va chạm, gần như không có đồng bằng tối và được bao bọc bởi một lớp vỏ dày hơn nhiều. Những mẫu đá mà một tàu đổ bộ của Trung Quốc xúc được từ mặt khuất ấy nay cho thấy sự chia tách này do Trái Đất định đoạt: nhiệt thủy triều của Trái Đất đã đẩy lớp vỏ nổi của Mặt Trăng non trẻ về phía mặt xa.

Phát hiện này chạm tới gốc rễ của một trong những câu đố lâu đời nhất của khoa học Mặt Trăng, và dựa trên lần so sánh đầu tiên từng được thực hiện bằng đá thật từ cả hai bán cầu. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Nam Kinh và Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã đối chiếu các mảnh vụn từ mặt xa với mẫu vật từ mặt gần, từng lớp một, từ sâu bên trong đến bề mặt. Câu trả lời của họ là Mặt Trăng lệch về một phía ở lớp vỏ và ở những cặn cuối cùng của đại dương magma cổ đại, nhưng không lệch ở lớp manti bên dưới.

Vật liệu từ mặt xa đến từ Chang’e-6, tàu đã hạ cánh xuống hố Apollo bên trong bồn địa Cực Nam-Aitken rộng lớn và mang về Trái Đất 1.935,3 gam đất đá. Trước đó, mọi mẫu Mặt Trăng trong phòng thí nghiệm, từ các sứ mệnh Apollo và Luna cho đến Chang’e-5 của Trung Quốc, đều được lấy từ mặt mà chúng ta nhìn thấy. Nghiên cứu mới, công bố trên tạp chí National Science Review, giải mã lịch sử của mặt xa từ những mảnh đá nhỏ được nhặt ra từ lớp đất đó.

47 mảnh đá kể lại chuyện mặt xa ra sao

Nhóm nghiên cứu đã sàng lọc một phần đất Chang’e-6 được phân bổ và xác định 47 mảnh đá, gọi là mảnh vụn (clast): 37 mảnh từ lớp vỏ cao nguyên và 10 mảnh bazan biển, loại đá núi lửa sẫm màu phủ kín mặt gần. Họ lập bản đồ ba chiều kết cấu của từng mảnh, đo thành phần hóa học của các khoáng vật và xác định niên đại bazan dựa trên sự phân rã của urani thành chì.

Mỗi loại đá đại diện cho một lớp khác nhau của Mặt Trăng. Bazan hình thành khi manti nóng chảy một phần, nên chúng mang dấu vân tay hóa học của manti lên bề mặt. Anorthosit, một loại đá nhạt màu gần như chỉ gồm khoáng vật plagiocla, là chất liệu của lớp vỏ nguyên thủy, vốn nổi lên trên một đại dương đá nóng chảy bao trùm toàn cầu khi Mặt Trăng sơ sinh nguội dần. Họ đá thứ ba, Mg-suite (loạt đá giàu magie), hình thành ở nơi vật chất manti nóng chảy xâm nhập vào lớp vỏ đó, vì thế nó ghi lại cách hai lớp tương tác với nhau.

Thước đo so sánh là hồ sơ của mặt gần: hàng chục năm đo đạc trên đá Apollo và trên bazan mà Chang’e-5 mang về từ Oceanus Procellarum, tức Đại dương Bão tố. Các nhà nghiên cứu cũng đối chiếu số liệu của mình với bản đồ quỹ đạo của cả hai bán cầu, nhằm kiểm tra xem một nhúm mảnh vụn từ một hố duy nhất có điển hình cho vùng cao nguyên mặt xa hay không.

Cùng một lớp manti, hai lớp vỏ khác nhau

Bất ngờ đầu tiên đến từ bazan. Đây là bazan titan thấp có tuổi khoảng 2,81 tỷ năm, và các nguyên tố vi lượng cùng đồng vị của chúng khớp với nguồn manti của bazan titan thấp do các phi hành gia Apollo thu thập. Nguồn của chúng có một trong những tỷ lệ urani trên chì thấp nhất từng đo được ở bất kỳ mẫu bazan Mặt Trăng nào được đưa về, nhưng vẫn nằm trên cùng một lộ trình hóa học với những người họ hàng ở mặt gần.

Đá Mg-suite kể cùng câu chuyện đó từ một góc độ khác. Chỉ số magie của chúng, tức tỷ lệ magie so với sắt phản ánh vật chất manti mà chúng bắt nguồn, đạt đỉnh khoảng 79 ở cả hai mặt Mặt Trăng, với giá trị trung vị giống hệt nhau là 78,0. Nếu phần sâu bên trong đã tách thành hai nửa khác biệt, các con số này lẽ ra phải khác nhau. Nhưng chúng không khác.

Lớp vỏ thì lại là chuyện khác. Tinh thể pyroxen trong anorthosit mặt xa có chỉ số magie đạt đỉnh khoảng 67, so với khoảng 55 ở vùng cao nguyên mặt gần quan sát từ quỹ đạo, và khoảng cách này vẫn đứng vững về mặt thống kê khi so với anorthosit Apollo, với trung vị 66,4 so với 63,0. Đá Mg-suite mặt xa cũng nghèo KREEP một cách đáng chú ý; KREEP là phần cặn giàu kali, nguyên tố đất hiếm và phốt pho, tập trung bên dưới mặt gần. Đá Mg-suite điển hình của Apollo được cho là chứa từ 10 đến 25 phần trăm vật liệu này theo khối lượng.

Trái Đất có thể đã nặn nên mặt xa như thế nào

Mô hình bắt đầu với một Mặt Trăng bị bao phủ bởi đại dương magma, ban đầu nguội đi đồng đều, lắng đọng các tinh thể manti và một lớp vỏ sơ khai đồng nhất. Khoảng 20 triệu năm sau khi hình thành, Mặt Trăng bị khóa thủy triều, luôn hướng một mặt về phía Trái Đất khi ấy ở gần hơn nhiều. Thủy triều sau đó làm nóng mặt gần nhiều hơn mặt xa, và chênh lệch nhiệt độ đó khiến phần magma còn lại chảy ngang bên dưới lớp vỏ, một vòng tuần hoàn mà các tác giả ước tính có thể đã kéo dài khoảng 200 triệu năm.

Vì lớp vỏ non trẻ còn mềm, dòng chảy có thể kéo nó đi. Những phiến anorthosit sơ khai giàu magie bị cuốn về phía mặt xa và chồng chất ở đó, điều này có thể giải thích cả chỉ số magie cao hơn lẫn lớp vỏ dày hơn. Phần vật chất nóng chảy cuối cùng và tiến hóa nhất, giàu titan và KREEP, thoát theo hướng ngược lại và tụ lại bên dưới mặt gần. Phần cặn đó về sau nuôi những đợt phun trào dung nham khổng lồ, hiện phủ khoảng 31 phần trăm bán cầu chúng ta nhìn thấy và khoảng 1 phần trăm mặt xa.

Chênh lệch nhiệt dường như vẫn kéo dài. Các phép đo về cách Mặt Trăng uốn cong dưới tác động của thủy triều hằng tháng từ Trái Đất, cùng với nhiệt độ kết tinh của bazan, cho thấy manti mặt xa lạnh hơn mặt gần khoảng 100 đến 200 kelvin. Mô hình thậm chí còn đưa ra một cách lý giải mới cho đường viền hình bầu dục của bồn địa Cực Nam-Aitken: thay vì một vụ va chạm xiên, lớp vỏ trôi dạt có thể đã kéo giãn một bồn địa vốn từng tròn.

Những điều đá mẫu chưa thể khẳng định

Các tác giả trình bày mô hình của mình như “một lời giải thích hợp lý và nhất quán nội tại”, chứ không phải bằng chứng. Toàn bộ dữ liệu về mặt xa đều đến từ một điểm hạ cánh duy nhất, và nhóm nghiên cứu thừa nhận các mảnh vụn “có thể không đại diện cho toàn bộ mặt xa”, đồng thời không thể loại trừ hoàn toàn sai lệch lấy mẫu. Chỉ số magie cao hơn ở lớp vỏ mặt xa phù hợp với mô hình, nhưng bài báo lưu ý rằng sự trùng khớp này “không đưa ra một lời giải thích duy nhất” cho hiện tượng.

Tín hiệu KREEP cũng còn bỏ ngỏ. Hàm lượng KREEP thấp trong Mg-suite mặt xa có thể có nghĩa là lớp này thực sự mỏng ở phía đó, rằng những tảng đá này hình thành theo một con đường không hề cần đến KREEP, hoặc đơn giản là lớp này phân bố loang lổ trên khắp Mặt Trăng. Các tác giả viết rằng bộ dữ liệu Chang’e-6 hiện tại không thể phân định giữa các khả năng này và rằng sự phân lớp lệch trong mô hình của họ “cần được kiểm chứng bằng thêm các mẫu vật từ mặt xa”.

Các giả thuyết cạnh tranh vẫn còn nguyên trên bàn: một vụ va chạm khổng lồ đã phân bố lại vật chất, sự phát triển không đồng đều của lớp vỏ, và nhiệt lượng bổ sung từ một mặt trăng đồng hành nhỏ hơn đã sáp nhập vào Mặt Trăng của chúng ta. Điều nghiên cứu này bổ sung là một ràng buộc mà giờ đây mọi giả thuyết đều phải đáp ứng: một lớp manti trông giống nhau về mặt hóa học bên dưới cả hai mặt.

Hỏi đáp về mặt khuất của Mặt Trăng

Tại sao mặt khuất của Mặt Trăng lại khác mặt gần đến vậy?

Mặt gần được phủ bởi những đồng bằng bazan tối màu, bằng phẳng, trong khi mặt xa gần như toàn là cao nguyên sáng màu, đầy hố va chạm với lớp vỏ dày hơn. Nghiên cứu về mẫu Chang’e-6 đề xuất rằng nhiệt thủy triều từ Trái Đất đã tạo ra dòng chảy ngang trong đại dương magma của Mặt Trăng non trẻ, dồn vỏ về mặt xa và đẩy vật chất tạo dung nham về phía mặt gần.

Mặt tối của Mặt Trăng có luôn tối không?

Không. Mặt xa nhận được lượng ánh sáng Mặt Trời nhiều như mặt gần; nó chỉ bị khuất khỏi Trái Đất vì Mặt Trăng bị khóa thủy triều và luôn hướng cùng một mặt về phía chúng ta. Vào kỳ trăng non, mặt xa được chiếu sáng hoàn toàn.

Chang’e-6 đã mang gì từ Mặt Trăng về?

Tháng 6 năm 2024, tàu Chang’e-6 của Trung Quốc đã mang về 1.935,3 gam đất đá từ hố Apollo, bên trong bồn địa Cực Nam-Aitken. Đây là những mẫu vật đầu tiên từng được thu thập từ mặt xa của Mặt Trăng.

Vì sao Mặt Trăng luôn quay một mặt về phía Trái Đất?

Lực hấp dẫn của Trái Đất tạo ra những chỗ phình trên Mặt Trăng non trẻ, và ma sát thủy triều làm chậm vòng tự quay của nó cho đến khi một vòng tự quay bằng đúng một vòng quỹ đạo. Mô hình của nhóm Nam Kinh đặt mốc này vào khoảng 20 triệu năm sau khi Mặt Trăng hình thành, khi Trái Đất ở gần hơn nhiều và hiệu ứng nóng lên do thủy triều mạnh hơn nhiều.

Bài báo được đăng trực tuyến trên National Science Review ngày 13 tháng 7 năm 2026, và Science China Press công bố bản tóm tắt vào ngày 14 tháng 10. Các tác giả cho rằng cùng một kiểu đối lưu ngang có thể định hình bất kỳ thế giới nào luôn hướng một mặt về thiên thể chủ của nó, và có thể giúp giải thích độ dày không đồng đều của lớp vỏ băng trên Europa, vệ tinh của Sao Mộc, và Titan, vệ tinh của Sao Thổ. Còn trên chính Mặt Trăng, phép thử cần thêm đá từ mặt xa, trong khi sứ mệnh Mặt Trăng tiếp theo của Trung Quốc, Chang’e-7, hướng tới cực nam chứ không phải mặt xa và đã lỡ cửa sổ phóng năm 2026.

Tài liệu tham khảo: Gu et al., “Lunar farside-nearside asymmetry formation during magma ocean solidification,” National Science Review, 2026. DOI: 10.1093/nsr/nwag424

Thẻ: thiên văn học, Mặt Trăng, khoa học hành tinh, Chang'e-6, mặt khuất của Mặt Trăng, Nanjing University