Mặt Trăng từng có từ trường? Bằng chứng mới từ vùng Dewar ở mặt xa

Liệu Mặt Trăng có từng sở hữu một từ trường nội sinh hay không vẫn là đề tài tranh luận gay gắt trong giới khoa học. Nay, các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich đã áp dụng một phương pháp mới để chứng minh rằng từng tồn tại một cơ chế trên Mặt Trăng mà đến nay vẫn còn hoạt động trên Trái Đất.

Khác với Trái Đất, Mặt Trăng ngày nay không còn từ trường do lõi tạo ra. Trên hành tinh của chúng ta, sự chuyển động của sắt lỏng trong lõi ngoài tạo nên từ trường toàn cầu. Cỗ máy địa từ (geodynamo) này hoạt động theo nguyên lý tương tự máy phát điện trên xe đạp, biến chuyển động cơ học thành năng lượng điện. "Hiện nay vẫn đang có tranh luận nảy lửa về việc liệu Mặt Trăng trong quá khứ có vận hành một cỗ máy địa từ hay không", Xi Yang, nghiên cứu sinh tại Khoa Khoa học Trái Đất và Hành tinh của ETH Zurich, cho biết. Nguyên nhân là do các mẫu đá được phi hành gia Apollo mang về Trái Đất cho ra những kết quả trái ngược nhau.

"Nhóm nghiên cứu này cho rằng từng tồn tại một từ trường mạnh kéo dài trong khoảng 4,25 đến 3,5 tỷ năm trước, trong khi nhóm khác lại không tìm thấy bằng chứng nào", nhà địa vật lý Anna Mittelholz, giảng viên cùng khoa, chia sẻ. Bên cạnh giả thuyết về cỗ máy địa từ, còn có cách giải thích thứ hai cho hiện tượng đá Mặt Trăng bị nhiễm từ: các vụ va chạm của thiên thạch hoặc tiểu hành tinh lớn có thể đã kích hoạt quá trình từ hóa trên Mặt Trăng.

Mặt Trăng nhìn từ quỹ đạo — nơi các nhà khoa học tìm thấy dấu vết từ trường cổ đại

Phương pháp mới: Không cần mẫu đá, chỉ cần dữ liệu quỹ đạo

Nghiên cứu của hai nhà khoa học ETH, phối hợp với các đồng nghiệp tại Viện Nghiên cứu Không gian DLR và Đại học Kỹ thuật Berlin, nay đã ủng hộ giả thuyết về cỗ máy địa từ. Kết luận đưa ra rằng cách đây 4,2 tỷ năm – tức vài trăm triệu năm sau khi hình thành – Mặt Trăng thực sự sở hữu một từ trường được tạo ra từ bên trong.

Điểm đáng chú ý là nhóm nghiên cứu không dựa trên mẫu đá, mà dựa trên dữ liệu thu thập bởi các tàu thăm dò bay quanh quỹ đạo Mặt Trăng. Cụ thể là các phép đo trọng lực từ hai tàu GRAIL của NASA, cùng các mô hình từ trường dựa trên đo đạc quỹ đạo của sứ mệnh Lunar Prospector và Kaguya.

Trọng tâm là một khu vực có tên Dewar, nằm ở mặt xa của Mặt Trăng – phần mà chúng ta không bao giờ nhìn thấy từ Trái Đất.

Vùng Dewar: "May mắn hiếm có" của giới nghiên cứu

"Vùng Dewar đúng là một sự may mắn hiếm có: một trong những dị thường từ trường mạnh nhất ở mặt xa Mặt Trăng lại trùng khớp về mặt không gian với một dị thường trọng lực rõ rệt", Mittelholz cho biết. Điều này có nghĩa khu vực này chứa loại đá bị nhiễm từ mạnh hơn, đồng thời có mật độ đặc hơn so với nơi khác. "Đó là một trong những lý do khiến khu vực này trở thành cửa sổ tiềm năng để nhìn vào cấu trúc bên trong Mặt Trăng", Yang nhấn mạnh.

Trong phần lớn trường hợp, nguồn gốc của các dị thường từ trường đo được từ quỹ đạo Mặt Trăng vẫn chưa được xác định. "Tuy nhiên, dữ liệu trọng lực cho chúng ta hiểu biết về mật độ, và qua đó là về vật chất nằm dưới bề mặt", Mittelholz giải thích. "Ở nơi tín hiệu từ trường và trọng lực trùng nhau, ta có thể kết hợp cả hai và quy dị thường đó về một cấu trúc địa chất cụ thể. Dewar chính là cơ hội như vậy."

Kết quả thu được rất ấn tượng: bên dưới bề mặt vùng Dewar tồn tại một khối đá rộng khoảng 60 km, kéo dài xuống độ sâu gần 9 km. Khối đá này đặc hơn nhiều so với lớp vỏ xung quanh, đồng thời bị nhiễm từ mạnh. Kết hợp với dữ liệu địa hóa bề mặt và địa hình dạng vòm, nhóm nghiên cứu kết luận đây là magma đã đông đặc trồi lên từ dưới sâu – một phức hợp núi lửa bị chôn vùi. Tuổi của cấu trúc này – 4,2 tỷ năm – được xác định dựa trên các lớp vật chất va chạm khác nhau trên bề mặt Mặt Trăng.

Từ trường mạnh hơn 10 microtesla

"Vì chúng ta biết lượng sắt có trong khối đá như vậy, ta có thể ước tính cường độ tối thiểu mà từ trường phải có khi magma nguội đi từ từ. Với tôi, đây là một phát hiện rất quan trọng", Mittelholz nói. Yang bổ sung: "Chúng tôi nhận thấy từ trường trên Mặt Trăng vào thời điểm đó rất có thể mạnh hơn 10 microtesla. Trên Trái Đất ngày nay, cường độ từ trường vào khoảng 50 microtesla."

Nhóm nghiên cứu loại trừ khả năng một vụ va chạm dữ dội gây ra từ trường này, bởi vùng Dewar nằm ngoài các khu vực được xem là ứng viên khả dĩ. "Do đó chúng ta gần như có thể chắc chắn rằng từ trường phải bắt nguồn từ một cỗ máy địa từ tồn tại lâu dài được tạo ra trong lõi", Yang khẳng định.

Tuy nhiên, vẫn chưa rõ làm thế nào một lõi Mặt Trăng nhỏ bé như vậy lại có thể tạo ra từ trường mạnh đến thế. Vì lý do này, các nhà nghiên cứu ETH chưa xem câu hỏi về sự tồn tại của cỗ máy địa từ Mặt Trăng thời kỳ đầu là đã được giải quyết trọn vẹn. "Nhưng chúng tôi đang xem xét vấn đề từ một góc nhìn hoàn toàn mới", Mittelholz nói. Câu hỏi đã chuyển từ "Có cỗ máy địa từ hay không?" sang "Nó hoạt động như thế nào?".

Xoáy sáng Mặt Trăng và ý nghĩa cho phi hành gia tương lai

Nghiên cứu còn mang lại hiểu biết về một hiện tượng bí ẩn khác: các xoáy sáng Mặt Trăng (lunar swirls) – những dải sáng cong hoặc có sọc trên bề mặt Mặt Trăng, nổi bật rõ rệt so với vùng tối xung quanh. Ở bất cứ nơi nào xuất hiện xoáy như vậy, các nhà nghiên cứu luôn tìm thấy một dị thường từ trường. Tại vùng Dewar cũng có một xoáy sáng nằm ngay trên dị thường được quan sát.

Một cách giải thích khả dĩ là xoáy sáng chỉ hình thành ở nơi từ trường chạy theo phương ngang tại bề mặt, đúng như trường hợp xoáy Dewar. Từ trường nằm ngang làm lệch gió Mặt Trời, nhờ đó bảo vệ bề mặt khỏi quá trình phong hóa. Kết quả là khu vực này vẫn sáng hơn vùng xung quanh.

"Đây là thông tin quan trọng cho các phi hành gia trong tương lai. Các đường sức từ có thể mang lại sự bảo vệ khỏi gió Mặt Trời, và các xoáy sáng cho biết vị trí của những cấu trúc như vậy."

Phát hiện của nhóm nghiên cứu cũng nhằm hỗ trợ các sứ mệnh Mặt Trăng trong tương lai chọn ra những mục tiêu ưu tiên để đo đạc tại chỗ, đồng thời có thể giúp phân tích các mẫu vật Mặt Trăng nhằm rút ra kết luận về lịch sử tiến hóa từ trường của Mặt Trăng.

"Phương pháp này cũng có thể được áp dụng cho các thiên thể khác để thu thập thông tin về cỗ máy địa từ của hành tinh chỉ dựa trên dữ liệu từ quỹ đạo", Yang cho biết. Sao Hỏa chẳng hạn, sẽ là một trường hợp thú vị, dù hiện tại vẫn thiếu dữ liệu chất lượng đủ cao.

Nghiên cứu mang tên Magmatic origin of the Dewar magnetic anomaly: Implications for an early lunar dynamo được công bố trên tạp chí Science Advances (2026).