Thiên thạch sao Hỏa tìm thấy ở Sahara hình thành ít nhất 4,1 tỷ năm trước

Một hòn đá màu hồng mà những người tìm kiếm đá ở sa mạc Sahara nhặt được hóa ra là mảnh của Sao Hỏa, hình thành hơn bốn tỉ năm trước, khi hành tinh này còn đủ non trẻ để nước tác động trong các lớp đá. Thiên thạch mang tên Teghaza 001 là một khối nguyên vẹn duy nhất của vỏ Sao Hỏa cổ đại, và thành phần hóa học của nó không trùng khớp với bất kỳ loại đá Sao Hỏa nào các nhà khoa học từng nghiên cứu.

Điều đó khiến nó gần như một chuyến thực địa. Mỗi xe tự hành Sao Hỏa mới chỉ khảo sát một số ít địa điểm hạ cánh, còn gần như mọi thiên thạch Sao Hỏa trên Trái Đất đều có nguồn gốc từ đá núi lửa trẻ. Trái lại, Teghaza 001 dường như xuất phát từ các vùng cao nguyên phía nam đầy hố va chạm, địa hình cổ xưa nhất trên hành tinh này, một khu vực chưa từng có tàu đổ bộ nào chạm tới.

“Đây thực sự là mảnh vỏ Sao Hỏa đầu tiên của chúng ta đến từ một phần của Sao Hỏa mà trước đây chúng ta chưa từng có mẫu,” Lee Saper, tác giả thứ hai của nghiên cứu, cho biết. Ông thực hiện công trình này khi là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA và hiện là nhà khoa học tại Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA. Tác giả chính Yang Liu thuộc JPL cho biết một phản biện của bài báo đã gọi hòn đá này là “Hòn đá Rosetta của Sao Hỏa”.

Các phát hiện được một nhóm từ JPL, Caltech, UCLA, Đại học New Mexico và Đại học Maine công bố trên Science, mô tả Teghaza 001 là một đá magma nguội chậm, diorit gabro, đã kết tinh từ magma sâu trong vỏ. Hỗn hợp khoáng vật, cấu trúc và thành phần hóa học của nó đều khiến nó khác biệt với khoảng 435 thiên thạch Sao Hỏa đã được biết đến.

Một hạt zircon đã định tuổi một mảnh Sao Hỏa như thế nào

Thoạt đầu, hòn đá không có vẻ gì đặc biệt. Các nhà nghiên cứu tại Viện Thiên thạch học thuộc Đại học New Mexico đã xác nhận nó có nguồn gốc Sao Hỏa nhờ các đồng vị oxy, dấu vân tay hóa học phân biệt vật chất từ những thiên thể khác nhau. Nó trông giống một shergottite, nhóm thiên thạch Sao Hỏa phổ biến nhất. Carl Agee, giám đốc viện, nhận thấy các chỉ số oxy của nó giống với NWA 7034, thiên thạch Sao Hỏa nổi tiếng có biệt danh Black Beauty, và một số mảng có hàm lượng oxit mangan cao.

Liu suýt bỏ qua mẫu vật này. Khi quan sát, bà phát hiện những cấu trúc lạ và một thứ đã làm thay đổi dự án: zircon, một khoáng chất bền chắc giữ lại uranium và chì khi kết tinh. Vì uranium phân rã thành chì với tốc độ đã biết, zircon hoạt động như một chiếc đồng hồ tự nhiên. Các phép đo zircon của nhóm cho kết quả niên đại khoảng 4,11 tỉ năm, với độ bất định chỉ khoảng 13 triệu năm.

Một chiếc đồng hồ độc lập thứ hai đến từ Caltech. Phòng thí nghiệm của François Tissot, phối hợp với Alicia Cruz-Uribe của Đại học Maine, đã dùng chùm laser có bề rộng chỉ bằng khoảng một phần sáu sợi tóc người để khoan các hố li ti vào những hạt fenspat và đo rubidi cùng stronti trực tiếp trong máy quang phổ khối. Mỗi điểm laser mất chưa đầy một phút, và quá trình phân tích sử dụng một mảnh nhỏ hơn móng tay, nhờ đó phần còn lại của hòn đá quý hiếm vẫn được bảo toàn cho các nghiên cứu sau này. Phương pháp này cho niên đại khoảng 4,24 tỉ năm, với biên độ sai số rộng hơn, khoảng 200 triệu năm, chồng lấp với kết quả zircon.

“Tôi nghĩ chúng tôi thực sự đã nhảy cẫng lên; cả phòng thí nghiệm như mở tiệc nhảy múa,” Cruz-Uribe nói về khoảnh khắc những kết quả đầu tiên được trả về.

Chỉ hai đá Sao Hỏa khác có niên đại gần tương đương

Phần lớn thiên thạch Sao Hỏa có tuổi địa chất trẻ, thường chỉ vài trăm triệu năm, nghĩa là chúng mô tả một hành tinh vốn đã lạnh và khô. Chỉ có hai mẫu khác già hơn bốn tỉ năm. ALH84001, được tìm thấy ở Nam Cực vào thập niên 1980, có niên đại gần tương đương nhưng gần như được cấu thành hoàn toàn từ một khoáng chất, điều này hạn chế những gì nó có thể tiết lộ. Black Beauty chứa các mảnh có tuổi tương tự, nhưng chúng bị trộn lẫn trong một đá dăm kết, loại đá được tạo thành từ các mảnh vỡ và đã bị nhiệt cùng va chạm tái biến đổi trong hơn một tỉ năm.

“Teghaza 001 chỉ là một loại đá duy nhất, không bị pha tạp, và có tuổi 4,1 tỉ năm hoặc hơn, vì vậy đó là một bất ngờ lớn,” Agee nói trong một tuyên bố của Đại học New Mexico.

Để hình dung quy mô thời gian, bản thân Sao Hỏa có tuổi khoảng 4,5 tỉ năm, nên hòn đá này thuộc về vài trăm triệu năm đầu tiên của hành tinh. Liu chỉ ra rằng hòn đá còn cổ hơn những tảng đá nguyên vẹn lâu đời nhất trên Trái Đất, nơi kiến tạo mảng đã chôn vùi và tái chế gần như toàn bộ lớp vỏ nguyên thủy của hành tinh. Sao Hỏa đã mất đi kiểu vận động địa chất đó từ lâu, đó là lý do lịch sử thuở đầu của nó vẫn được bảo tồn trong những mảnh như thế này.

Để tìm nơi hòn đá có thể xuất phát, nhóm đã so sánh khoáng vật học và thành phần hóa học của nó với dữ liệu quỹ đạo từ Mars Reconnaissance Orbiter của NASA. Họ xác định được 13 địa điểm có dấu hiệu trùng khớp, phần lớn nằm ở các cao nguyên phía nam cổ xưa.

Nước, và một khí quyển đã bắt đầu rò rỉ ra không gian

Hòn đá cũng lưu giữ dấu vết tiếp xúc với nước. Một số khoáng vật của nó đã bị biến đổi, và các đồng vị oxy cho thấy nó đã phản ứng với những chất lưu giàu oxy nặng trước khi một cú va chạm hất nó văng khỏi hành tinh. Một bài báo đồng hành của Saper, Liu và các cộng sự trên Science Advances đã đo nước cùng các đồng vị hydro trong khoáng vật phốt phát của nó. Hydro nặng, hay deuterium, tích tụ khi một hành tinh mất hydro nhẹ vào không gian. Nhóm phát hiện rằng vào thời điểm đó, kho dự trữ nước trên Sao Hỏa đã có tỷ lệ deuterium trên hydro ít nhất cao gấp khoảng hai lần nước biển Trái Đất.

Nói một cách đơn giản, Sao Hỏa đã mất khí quyển và nước vào không gian từ hơn bốn tỉ năm trước. “Nó ghi lại các tương tác giữa nước và đá, thậm chí có thể cả dấu ấn của khí quyển Sao Hỏa khi hành tinh mất nước,” Saper nói.

Hòn đá cũng giúp làm sáng tỏ một câu hỏi sâu xa hơn. Thành phần hóa học của nó chỉ ra một nguồn manti khác với nguồn đã cung cấp vật chất cho các shergottite phổ biến, cho thấy phần bên trong Sao Hỏa đa dạng hơn những gì bộ sưu tập thiên thạch của chúng ta từng hàm ý.

Những điều hòn đá chưa thể cho biết

Không ai biết chính xác Teghaza 001 đến từ đâu. Mười ba địa điểm ứng viên chỉ trùng khớp về dấu hiệu khoáng vật, chứ chưa phải là hố va chạm đã được xác nhận là nơi phóng nó đi, và một thiên thạch không mang theo địa chỉ. “Sao Hỏa là một hành tinh phức tạp, và thiên thạch này thực sự rất thú vị, nhưng chúng ta không biết chính xác nó đến từ đâu, vì vậy đây lại là một ví dụ cho thấy vì sao chúng ta cần mang mẫu vật về,” Anya Udry, nhà khoa học hành tinh tại Đại học Nevada, Las Vegas, người không tham gia nghiên cứu, nói.

Niên đại này là mức tối thiểu. Các đồng hồ uranium-chì, chì-chì và rubidi-stronti đều nhất quán, nhưng nhóm nghiên cứu cho biết chúng có thể đều đã bị thiết lập lại bởi một sự kiện nung nóng khoảng 4,1 tỉ năm trước. Trong trường hợp đó, hòn đá ban đầu đã kết tinh còn sớm hơn nữa.

Trái Đất cũng đã để lại dấu vết của mình. Thiên thạch nằm ở Sahara trước khi được phát hiện, và NASA lưu ý rằng một phần cacbonat, sulfat và đất sét hạt mịn trong hòn đá được hình thành trên Trái Đất. Việc tách biệt quá trình phong hóa ở sa mạc khỏi biến đổi cổ xưa trên Sao Hỏa là một phần của phân tích, còn những mảng giàu mangan mà Agee phát hiện là manh mối về các môi trường trong quá khứ, không phải bằng chứng về sự sống. Đây cũng chỉ là một hòn đá. Một mẫu đơn lẻ có thể mở ra một ô cửa sổ, nhưng không thể lập bản đồ cho cả một hành tinh.

Những câu hỏi thường gặp về Teghaza 001

Thiên thạch Teghaza 001 bao nhiêu tuổi?

Các tinh thể zircon bên trong nó cho niên đại khoảng 4,11 tỉ năm, và một phép đo rubidi-stronti riêng biệt cũng nhất quán trong phạm vi sai số. Vì một sự kiện nung nóng xảy ra sau đó có thể đã thiết lập lại các đồng hồ này, hòn đá được hình thành ít nhất 4,1 tỉ năm trước và có thể còn sớm hơn.

Làm thế nào các nhà khoa học biết một thiên thạch đến từ Sao Hỏa?

Họ đo các đồng vị oxy, vốn khác nhau giữa các thiên thể, rồi so sánh khoáng vật và thành phần hóa học của nó với dữ liệu từ các sứ mệnh Sao Hỏa. Khí bị giữ lại trong một số thiên thạch Sao Hỏa thậm chí còn trùng khớp với khí quyển được các tàu đổ bộ Viking của NASA đo đạc.

Teghaza 001 có phải thiên thạch Sao Hỏa cổ nhất không?

Nó là một trong chỉ ba thiên thạch Sao Hỏa có tuổi hơn bốn tỉ năm, cùng với ALH84001 và Black Beauty. ALH84001 có niên đại gần tương đương nhưng gần như chỉ gồm một khoáng chất, còn Black Beauty là hỗn hợp các mảnh vỡ, vì vậy Teghaza 001 là mẫu vỏ cổ nguyên vẹn rõ ràng nhất được tìm thấy cho đến nay.

Teghaza 001 có cho thấy từng tồn tại sự sống trên Sao Hỏa không?

Không. Nó cho thấy nước đã làm biến đổi đá trong lớp vỏ cổ và Sao Hỏa đã mất hydro vào không gian. Đây là những điều kiện mà các nhà khoa học nghiên cứu khi đặt câu hỏi liệu sự sống có thể tồn tại hay không, nhưng hòn đá không chứa bằng chứng nào về sự sống.

Điều gì sẽ diễn ra tiếp theo

Thiên thạch được tìm thấy vào năm 2022 và được đặt tên theo đồng bằng muối Teghaza ở Mali. Mảnh lớn nhất của nó, nặng 442 gram, thuộc sở hữu của Maine Mineral & Gem Museum ở Bethel; bảo tàng này đã cho mượn một mảnh khác để công việc có thể tiếp tục tại Caltech và Đại học Maine. Nghiên cứu về niên đại xuất hiện trên Science vào ngày 29 tháng 10 năm 2026, sau nghiên cứu về nước được công bố trên Science Advances vào tháng 6. Liu cho biết nhóm của bà mới “chỉ chạm tới bề mặt”, và 13 địa điểm ứng viên cung cấp cho các tàu quỹ đạo và tàu đổ bộ tương lai một danh sách ngắn những nơi phần còn lại của lớp vỏ cổ xưa này có thể vẫn đang chờ được tìm thấy.

Tham khảo: Liu et al., “A Martian meteorite that formed ≳4.1 billion years ago samples Mars’ early crust and mantle,” Science, 2026. DOI: 10.1126/science.adz5646

Thẻ: thiên văn học, nasa, Mars, nước trên sao Hỏa, Teghaza 001, thiên thạch