Không cần núi lửa hay thiên thạch, Mặt trăng vẫn có thể có nước nhờ Mặt trời

Theo Live Science, kết quả mang tính đột phá này có thể giúp giải mã bí ẩn tồn tại lâu nay về sự xuất hiện của các phân tử nước và hydroxyl trên bề mặt thiên thể khô cằn này, đồng thời mở ra hướng đi mới cho các sứ mệnh khám phá và khai thác tài nguyên ngoài không gian trong tương lai.

Dữ liệu từ sứ mệnh STEREO của NASA đã ghi lại khoảnh khắc sống động của gió Mặt trời đang hoạt động - Ảnh: NASA

Gió Mặt trời

Từ lâu, các nhà khoa học đã biết rằng bề mặt Mặt trăng chứa dấu vết của nước. Qua các sứ mệnh không gian, người ta phát hiện ra sự tồn tại của phân tử nước (H₂O) và hydroxyl (OH - một thành phần của nước) rải rác khắp Mặt trăng. Tuy nhiên, nguồn gốc chính xác của những phân tử này vẫn là một dấu hỏi lớn.

Một số giả thuyết trước đây cho rằng nước có thể hình thành nhờ hoạt động núi lửa cổ xưa, khí thoát ra từ sâu bên trong lớp đất đá Mặt trăng, hoặc do các vụ va chạm của thiên thạch nhỏ. Giờ đây, NASA đưa ra một kịch bản mới: gió Mặt trời chính là "tác nhân hóa học" đã góp phần tạo nên nước.

Gió Mặt trời là một dòng liên tục các hạt tích điện - chủ yếu là proton - phóng ra từ Mặt trời với tốc độ khoảng 1,6 triệu km/giờ. Khi va chạm với khí quyển Trái đất, chúng tạo ra hiện tượng cực quang tuyệt đẹp.

Nhưng trong khi Trái đất được bảo vệ bởi một từ quyển mạnh, thì Mặt trăng lại có từ trường rất yếu và không đồng đều, khiến bề mặt của nó bị phơi bày trực tiếp trước sự bắn phá không ngừng từ gió Mặt trời.

Cơ chế hình thành nước ngoài hành tinh

Nước được cấu tạo từ hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy. Bề mặt Mặt trăng chứa nhiều oxy - vốn có trong các khoáng chất của đất đá - nhưng lại thiếu hydro. Trong khi đó, gió Mặt trời mang theo proton - tức là các hạt nhân của nguyên tử hydro bị mất electron. Khi các proton này va chạm với lớp đất đá (regolith) của Mặt trăng, chúng có thể "mượn" electron từ các nguyên tử oxy, tạo thành nguyên tử hydro, và cuối cùng kết hợp với oxy để tạo ra nước.

Bản đồ địa hình khu vực cực nam của Mặt trăng. Các vùng cực bắc và cực nam của Mặt trăng có những khu vực lạnh giá vĩnh viễn không bao giờ được chiếu sáng bởi ánh Mặt trời, tạo thành các “bẫy lạnh”, nơi nước có thể tồn tại dưới dạng băng trong thời gian dài - Ảnh: NASA

Nghiên cứu được công bố trên JGR Planets ngày 17.3 vừa qua là bước tiến quan trọng trong việc kiểm chứng giả thuyết này. Các nhà khoa học đã sử dụng mẫu đất Mặt trăng do tàu Apollo 17 mang về năm 1972, đưa vào một máy mô phỏng chân không với “gió Mặt trời nhân tạo” - tức là các chùm proton bắn phá liên tục trong nhiều ngày. Thời gian phơi nhiễm được tính toán tương đương với 80.000 năm bị gió Mặt trời thực tế tấn công.

Kết quả cho thấy, các mẫu đất sau khi bị bắn phá đã thay đổi thành phần hóa học, với sự xuất hiện của các phân tử nước - bằng chứng xác thực rằng gió Mặt trời hoàn toàn có thể góp phần tạo nên nước ngay trên bề mặt Mặt trăng.

Phát hiện mới này cũng giúp giải thích hiện tượng thú vị đã được quan sát trước đó: nồng độ nước trên Mặt trăng thay đổi theo chu kỳ hàng ngày. Khi bề mặt được mặt trời chiếu sáng và làm ấm lên, nước bốc hơi, còn trong bóng tối hoặc vùng lạnh, nước tích tụ lại. Nếu nước chỉ hình thành từ các vụ va chạm thiên thạch, lượng nước sẽ giảm dần ở vùng nóng cho đến khi có va chạm mới.

Nhưng thực tế, lượng nước quan sát được luôn quay trở lại mức tương đương mỗi ngày, bất chấp việc một phần bị mất vào không gian - điều cho thấy có cơ chế tái tạo thường xuyên, mà gió Mặt trời là ứng cử viên hợp lý.

“Điều thú vị là chỉ cần có đất Mặt trăng và hydro - vốn luôn được Mặt trời cung cấp qua gió Mặt trời - chúng ta đã có thể tạo ra nước”, tiến sĩ Li Hsia Yeo, nhà khoa học hành tinh tại Trung tâm Bay không gian Goddard của NASA và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.

Tác động đến tương lai khám phá không gian

Việc hiểu rõ cách nước hình thành trên Mặt trăng không chỉ là một bước tiến về khoa học, mà còn có ý nghĩa thực tiễn sâu rộng đối với các sứ mệnh chinh phục không gian sắp tới. NASA và các cơ quan vũ trụ khác đang hướng đến thiết lập căn cứ lâu dài trên Mặt trăng, mà trong đó, nước đá ở các cực là tài nguyên thiết yếu - phục vụ sinh hoạt, sản xuất oxy, và thậm chí có thể tách để làm nhiên liệu tên lửa.

Nếu nước có thể liên tục hình thành nhờ tương tác giữa gió Mặt trời và lớp đất, thì các khu vực “bẫy lạnh” ở hai cực Mặt trăng - những nơi luôn trong bóng tối và cực lạnh - sẽ là nơi tích trữ tự nhiên và liên tục của nước đá. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí vận chuyển nước từ Trái đất lên Mặt trăng.

Không chỉ dừng lại ở Mặt trăng, nghiên cứu này còn mở ra khả năng hiểu rõ hơn các quá trình hóa học diễn ra trên những thiên thể khác trong hệ Mặt trời - nơi cũng không có bầu khí quyển hoặc từ trường mạnh như sao Thủy, tiểu hành tinh, hay vệ tinh của sao Mộc và sao Thổ. Việc hiểu cơ chế tạo hoặc phá hủy nước ngoài Trái đất là một phần quan trọng trong hành trình tìm kiếm sự sống trong vũ trụ.

Khám phá rằng gió Mặt trời - một yếu tố tưởng chừng khắc nghiệt - lại có thể tạo ra nước, là minh chứng cho khả năng thích nghi và sáng tạo của thiên nhiên. Nó cũng phản ánh tầm quan trọng của việc sử dụng các mẫu vật cũ dưới ánh sáng của công nghệ mới - khi những mẫu đất thu thập từ 50 năm trước nay đang mở ra tri thức cho những thập niên tới.

Với bước tiến này, NASA tiếp tục củng cố vai trò tiên phong trong hành trình khám phá vũ trụ, đồng thời cung cấp thêm dữ liệu nền tảng để xây dựng chiến lược khai thác tài nguyên không gian một cách bền vững và thông minh.

Hoàng Vũ