Từ Trường Trái Đất Đóng Vai Trò Kênh Dẫn Hạt Khí Quyển Đến Mặt Trăng, Theo Nghiên Cứu Từ Rochester

Các nhà vật lý tại Đại học Rochester vừa công bố những phát hiện đột phá trên tạp chí Communications Earth & Environment, làm thay đổi cách chúng ta nhìn nhận về vai trò của từ quyển Trái Đất trong tương tác với Mặt Trăng. Dữ liệu mới cho thấy từ trường của hành tinh chúng ta không chỉ hoạt động như một lá chắn bảo vệ thông thường mà còn đóng vai trò như một đường ống dẫn, hướng các hạt tích điện từ bầu khí quyển Trái Đất đổ xuống bề mặt Mặt Trăng qua các kỷ nguyên địa chất. Cơ chế này đã được làm sáng tỏ thông qua các mô phỏng từ thủy động lực học từ tính (MHD) ba chiều.

Nghiên cứu này bắt nguồn từ những điều bí ẩn được phát hiện trong các mẫu đất Mặt Trăng mà các phi hành gia trong sứ mệnh Apollo mang về. Các mẫu vật này chứa nhiều hợp chất dễ bay hơi như nước, carbon dioxide, nitơ và heli. Sự hiện diện của nitơ với thành phần đồng vị trùng khớp với khí quyển Trái Đất từ lâu đã là một “bí ẩn về nitơ trên Mặt Trăng” chưa có lời giải đáp thỏa đáng. Giáo sư Eric Blackman thuộc Đại học Rochester đã sử dụng mô hình hóa MHD để đối chiếu giữa kịch bản Trái Đất sơ khai không có từ trường mạnh và điều kiện hiện tại.

Các mô phỏng đã chỉ ra rằng gió Mặt Trời có khả năng thổi bay các ion ra khỏi các tầng trên của khí quyển Trái Đất. Sau đó, các đường sức từ trường sẽ dẫn hướng các hạt này vào đuôi từ quyển, nơi Mặt Trăng tình cờ đi qua trong quỹ đạo của mình. Nhóm nghiên cứu đã áp dụng các mô phỏng MHD ba chiều có độ chính xác cao bằng cách sử dụng mã AstroBEAR. Kết quả thu được khẳng định rằng kịch bản Trái Đất hiện đại, nơi từ trường đóng vai trò là cấu trúc định hướng, giải thích tốt nhất cho quá trình vận chuyển các hạt này.

Những ion bị “gió Trái Đất” cuốn đi này sau đó được cấy vào lớp đất mặt (regolith) của Mặt Trăng ở độ sâu khoảng 100 đến 500 nanomet, giúp chúng được bảo tồn trong thời gian dài. Quá trình vận chuyển liên tục này diễn ra suốt hàng tỷ năm, đồng nghĩa với việc lớp đất Mặt Trăng đang lưu giữ một kho lưu trữ hóa học quý giá về sự tiến hóa của khí quyển, khí hậu và đại dương trên hành tinh chúng ta. Việc nghiên cứu lớp đất này có thể mở ra một cánh cửa nhìn về quá khứ của Trái Đất.

Giáo sư Blackman, người cũng là nhà khoa học cấp cao tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Laser của Đại học Rochester, nhấn mạnh rằng sự kết hợp giữa dữ liệu từ đất Mặt Trăng và mô hình tính toán cho phép chúng ta truy vết lịch sử khí quyển Trái Đất. Việc xác nhận quá trình vận chuyển các chất dễ bay hơi, bao gồm nitơ và nước, mang lại ý nghĩa thực tiễn quan trọng cho việc lập kế hoạch xây dựng các căn cứ lâu dài trên Mặt Trăng trong tương lai. Nếu lớp đất regolith chứa trữ lượng đáng kể các tài nguyên từ Trái Đất, điều này có thể giảm thiểu chi phí hậu cần để duy trì sự hiện diện thường xuyên của con người trên Mặt Trăng, mở ra cơ hội mới để khai thác các khí cần thiết cho sự sống.