Mô phỏng vệt đuôi từ của Trái Đất đẩy oxy về phía Mặt Trăng. Ảnh: NASA
Science Alert hôm 27/9 đưa tin nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Geophysical Research Letters hé lộ oxy rò rỉ từ Trái Đất nhiều khả năng chịu trách nhiệm cho quá trình biến đổi sắt thành hematite (Fe2O3) ở vùng cực Mặt Trăng. Mô phỏng trong phòng thí nghiệm phát hiện đây là cách lý giải duy nhất cho sự dồi dào của hematite và mô hình phân bố, cung cấp hiểu biết mới về trao đổi hóa chất phức tạp giữa Trái Đất và Mặt Trăng.
"Chúng tôi tiến hành hàng loạt thí nghiệm chiếu xạ oxy và hydro để mô phỏng quá trình chiếu xạ trên bề mặt Mặt Trăng. Lần đầu tiên thí nghiệm của chúng tôi chứng minh cả sự hình thành và suy giảm của khoáng chất hematite", nhóm nghiên đứng đầu là nhà khoa học hành tinh Xiandi Zeng ở Đại học Khoa học và Công nghệ Macau tại Trung Quốc, cho biết.
Giới nghiên cứu phát hiện hematite trên Mặt Trăng cách đây vài năm. Hematite hình thành từ quá trình oxy hóa sắt hay còn gọi là gỉ sét. Khoáng chất này rất phổ biến trên Trái Đất nhưng Mặt Trăng không có khí quyển và không chứa oxy, đồng thời thường xuyên bị oanh tạc bởi dòng hydro từ gió mặt trời. Hydro là chất khử chuyên "đóng góp" electron cho vật liệu mà nó tương tác. Quá trình oxy hóa xảy ra do mất electron, vì vậy ngay cả khi tất cả nguyên tố phù hợp cho quá trình này tồn tại trên Mặt Trăng, gió mặt trời vẫn triệt tiêu phản ứng.
Zeng và đồng nghiệp cho rằng cách giải thích khả thi là sự hiện diện của hematite ở vùng cực Mặt Trăng liên quan tới Trái Đất. Gió mặt trời tạt vào từ quyển của Trái Đất khiến cấu trúc bị đẩy về hướng đối diện Mặt Trời. Vệt đuôi từ này chứa những hạt rò rỉ từ khí quyển Trái Đất. Vào dịp trăng tròn, ion oxy trút lên Mặt Trăng khi di chuyển qua vệt đuôi từ của Trái Đất. Đồng thời, 99% gió mặt trời không thể truyền tới Mặt Trăng do nằm trong vùng bóng Trái Đất, có nghĩa khoảng 5 ngày mỗi tháng, Mặt Trăng tiếp nhận ion oxy dồn dập bay tới trong khi lượng hydro trút xuống bề mặt của nó giảm đi, tạo điều kiện cho hematite hình thành.
Để kiểm tra giả thuyết trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu bắn ion oxy vào khoáng chất giàu sắt để mô phỏng hiệu ứng của gió Trái Đất trong vệt đuôi từ. Họ chọn pyroxene, olivine, ilmenite, troilite để đại diện cho khoáng chất sắt tồn tại trên Mặt Trăng. Họ cũng thí nghiệm với magnetite (Fe3O4), xác nhận khoáng chất này là bước trung gian giữa sắt kim loại và hematite. Kết quả cho thấy ion oxy có thể oxy hóa sắt kim loại, ilmenite, và troilite, nhưng hiệu ứng đặc biệt mạnh mẽ đối với sắt kim loại. Trong khi đó, hợp chất chứa sắt như pyroxene và olivine không hình thành hematite, chứng tỏ quá trình han gỉ mang tính chọn lọc.
Để xác định liệu sự xuất hiện trở lại của gió mặt trời có thể đảo ngược và triệt tiêu quá trình nhanh chóng hay không, nhóm nghiên cứu bắn chùm ion hydro vào hematite ở nhiều cường độ khác nhau. Một chùm năng lượng cao mô phỏng gió Trái Đất có thể đảo ngược quá trình oxy hóa nhưng chùm năng lượng thấp mô phỏng gió mặt trời thì không. Kết quả thí nghiệm cho thấy gió mặt trời không thể đảo ngược quá trình gỉ sét trên Mặt Trăng gây ra bởi dòng oxy định kỳ tràn tới từ Trái Đất. Nó cũng giải thích tại sao hematite tập trung gần vùng cực Mặt Trăng. Vệt đuôi từ của Trái Đất dẫn ion oxy về phía những vĩ độ cao đồng thời làm ion hydro bay chệch đi xa.
Theo nhóm nghiên cứu, phát hiện mới cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu kỹ hơn tương tác giữa lớp đất mặt Mặt Trăng với plasma liên sao. Nhiệm vụ Hằng Nga 7 sắp tới của Trung Quốc hướng tới cực nam Mặt Trăng sẽ mang tới cơ hội mở rộng hiểu biết của con người về loại tương tác này.
An Khang (Theo Science Alert)