Bí ẩn sao Kim không có Mặt Trăng: Có thể hành tinh này đã 'nuốt' vệ tinh của chính mình

Sao Kim có khối lượng, kích thước và cấu trúc gần như tương đồng với Trái Đất, khiến giới thiên văn học từ lâu tin rằng hành tinh này lẽ ra cũng phải có một Mặt Trăng. Nhưng thực tế thì không. Về mặt lý thuyết, có thể Mặt Trăng chưa từng hình thành, song các nhà khoa học cũng đã đưa ra nhiều kịch bản khác nhau để lý giải vì sao Sao Kim có thể đã mất đi vệ tinh của mình.

Một giả thuyết trước đây cho rằng Mặt Trăng của Sao Kim bị phá hủy bởi một vụ va chạm với thiên thể khổng lồ nào đó. Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây của các nhà khoa học tại Đại học California, Riverside lại đề xuất một diễn biến khác. Theo đó, thay vì bị tiêu diệt bởi một thế lực bên ngoài đầy thảm khốc, Mặt Trăng đã bị lực hấp dẫn và tốc độ tự quay chậm chạp của Sao Kim kéo dần vào trong, cho đến khi vỡ vụn và bị hành tinh này nuốt trọn.

Kịch bản không cần đến thảm họa

"Sao Kim không cần đến một thảm họa để đi đến tình trạng mà chúng ta quan sát được ngày nay. Hóa ra chính lực hấp dẫn của hành tinh kết hợp với tốc độ tự quay của nó đã khiến Mặt Trăng sụp đổ vào chính nó."

Đó là chia sẻ của Steven Kane, nhà vật lý thiên văn học và là tác giả chính của công trình nghiên cứu, trong một thông cáo báo chí.

Tốc độ tự quay của một hành tinh có thể đẩy hoặc kéo vệ tinh của nó, tùy thuộc vào độ nhanh chậm. Quá trình tự quay gây ra những biến đổi về cường độ lực hấp dẫn. Đây chính là lý do Mặt Trăng của chúng ta không gặp bất kỳ nguy hiểm nào bị nuốt chửng. Thực tế, vì một ngày trên Trái Đất chỉ kéo dài 24 giờ — khá nhanh nếu xét theo tiêu chuẩn hành tinh — nên Mặt Trăng hiện đang dần rời xa Trái Đất với tốc độ khoảng 1,5 inch mỗi năm (tương đương gần 4 cm).

Sao Kim tự quay chậm đến mức nào?

Khi các nhà thiên văn nói Sao Kim tự quay chậm, họ hoàn toàn không nói ngoa. Thời gian để Sao Kim hoàn thành một vòng tự quay là 243 ngày Trái Đất — dài hơn cả một năm trên Sao Kim. Điều này biến hành tinh sáng rực này thành "tay quay" chậm nhất trong Hệ Mặt Trời.

Chính tốc độ tự quay kéo dài này, kết hợp với lực hấp dẫn của hành tinh, đồng nghĩa rằng kể cả nếu có một Mặt Trăng tồn tại, nó cũng sẽ không bị đẩy ra xa mà ngược lại, bị kéo dần vào trong.

Để kiểm chứng cơ chế này, Kane cùng nhóm nghiên cứu đã xây dựng một mô hình máy tính mô phỏng tương tác hấp dẫn giữa các thiên thể. Sau khi xác minh độ chính xác của mô hình bằng cách tái hiện trung thực quá trình tiến hóa của Mặt Trăng Trái Đất, họ chạy các mô phỏng với nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm thời gian Sao Kim hoàn thành một vòng tự quay và khối lượng của một Mặt Trăng giả định — dao động từ 0,01 đến 10 lần khối lượng vệ tinh tự nhiên của Trái Đất.

Kết quả mô phỏng: Đa số đều dẫn đến cùng một kết cục

Kết quả cho thấy số phận của Mặt Trăng phụ thuộc vào tốc độ tự quay của Sao Kim, khối lượng Mặt Trăng và hình dạng quỹ đạo của nó. Trong nhiều điều kiện khác nhau, vệ tinh này đều xoáy dần vào trong, cuối cùng vỡ vụn và bị lực hấp dẫn của hành tinh nuốt chửng.

"Khi đưa ra phát hiện này, tôi đã vô cùng sửng sốt. Tôi nghĩ chắc chắn rằng phạm vi kịch bản rộng lớn mà tôi đang khảo sát sẽ dẫn đến nhiều kết quả đa dạng. Nhưng tất cả đều đi theo gần như cùng một hướng."

Kane nhớ lại như vậy.

Trong một vài trường hợp — chẳng hạn khi nhóm nghiên cứu tăng tốc độ tự quay của hành tinh lên một vòng mỗi 10 đến 12 giờ và Mặt Trăng có khối lượng tương đương vệ tinh của Trái Đất — các mô phỏng cho thấy Mặt Trăng có thể tồn tại tới 4,5 tỷ năm. Nhưng đó chỉ là một phép thử thú vị đối với mô hình, bởi thực tế như vậy cực kỳ khó xảy ra, xét theo tốc độ ì ạch hiện tại của hành tinh láng giềng này.

Chưa có bằng chứng, và việc tìm kiếm sẽ rất gian nan

Nghiên cứu này không chứng minh rằng Sao Kim từng có Mặt Trăng, và việc tìm ra bằng chứng vật lý về sự tồn tại của nó cũng chẳng hề dễ dàng. Bề mặt Sao Kim có tuổi địa chất còn khá trẻ; số lượng hố va chạm cho thấy lớp đá bề mặt chỉ mới vài trăm triệu năm tuổi. Bản thân hành tinh này hình thành cùng thời với phần còn lại của Hệ Mặt Trời, cách đây khoảng 4,6 tỷ năm, nhưng hoạt động núi lửa và kiến tạo cực mạnh về cơ bản đã "tái tạo" lại toàn bộ bề mặt.

Nếu có bất kỳ dấu vết nào của Mặt Trăng, chúng đã bị san phẳng và có thể nằm sâu dưới lòng đất. Các khảo sát địa chấn xuyên sâu vào Trái Đất từng cung cấp bằng chứng về sự hình thành Mặt Trăng của chúng ta — những cấu trúc dị thường chỉ ra một vụ va chạm khổng lồ. Nếu có thể thực hiện các phép đo tương tự trên Sao Kim, rất có thể người ta sẽ tìm thấy dấu vết của một Mặt Trăng từng bị hấp thụ.

Mối liên hệ với khả năng sống được của hành tinh

Số phận của Mặt Trăng cũng có thể là manh mối giải quyết một bí ẩn lâu đời khác: liệu Sao Kim từng có môi trường đủ khả năng nuôi dưỡng sự sống hay không. Việc nuốt chửng một Mặt Trăng sẽ truyền cho hành tinh một lượng năng lượng và mô-men động lượng khổng lồ, có thể làm thay đổi đáng kể tốc độ tự quay, địa chất và khí hậu — từ đó thay đổi cả quá trình tiến hóa của hành tinh.

Điều này không chỉ giới hạn ở Sao Kim. Các nhà khoa học săn tìm những thế giới có khả năng sống được trong số các ngoại hành tinh vẫn thường coi sự hiện diện của Mặt Trăng là một yếu tố ảnh hưởng đến khả năng cư trú. Tuy nhiên, vẫn chưa rõ liệu một Mặt Trăng lớn có thực sự cần thiết cho sự tồn tại của sự sống hay không.

"Cảm nhận của tôi là có Mặt Trăng thì có những lợi ích nhất định, nhưng nó không bắt buộc phải có để một hành tinh sống được. Mặt Trăng chắc chắn đã thay đổi cách Trái Đất tiến hóa theo thời gian, nhưng chúng ta chưa hiểu đầy đủ vai trò đó quan trọng đến mức nào."

Kane nhận định.

Góc nhìn mới cho việc tìm kiếm ngoại hành tinh giống Trái Đất

Phát hiện rằng những hành tinh có tốc độ tự quay chậm khó giữ được Mặt Trăng hơn mang đến một góc nhìn mới trong cuộc tìm kiếm các ngoại hành tinh giống Trái Đất. Kể cả khi tìm thấy những hành tinh rất giống Trái Đất, nếu tốc độ tự quay của chúng không đủ nhanh, chúng có thể sẽ "nuốt" luôn Mặt Trăng của mình.

Với độc giả quan tâm đến thiên văn học và công nghệ vũ trụ, nghiên cứu này cũng là lời nhắc nhở rằng những mô hình máy tính ngày càng đóng vai trò then chốt trong việc giải mã các bí ẩn vũ trụ — từ số phận các vệ tinh cho tới câu hỏi lớn hơn về nơi sự sống có thể tồn tại trong vũ trụ bao la.