Hai thiên thạch cổ hé lộ những giai đoạn bí ẩn của Sao Hỏa và Hệ Mặt Trời

Hai thiên thạch đang kéo dài hồ sơ vật chất về lịch sử hành tinh theo hai hướng khác nhau. Thiên thạch Sao Hỏa NWA 13441 ghi nhận hoạt động magma vào khoảng 1,273 tỷ năm trước—một giai đoạn gần như vắng bóng trong hồ sơ các thiên thạch shergottite từng biết. Trong khi đó, những bao thể cực nhỏ bên trong thiên thạch Nam Cực DOM 08006 lưu giữ bằng chứng về từ trường tồn tại trong 200.000 năm đầu của Hệ Mặt Trời. 13

Các phát hiện này không biến sự hình thành hành tinh thành cuộc lựa chọn giữa lực hấp dẫn và từ trường. Ngược lại, chúng củng cố khả năng cả hai quá trình đều đóng vai trò quan trọng, đồng thời cho thấy những mẫu vật nhỏ bé vẫn có thể lưu lại manh mối về các thời kỳ mà khoa học rất khó tái dựng.

NWA 13441 lấp “khoảng trống thiên thạch” của Sao Hỏa

NWA 13441 được tìm thấy tại Algeria vào năm 2019 và được xác định là một olivine-phyric shergottite—một loại thiên thạch magma được cho là có nguồn gốc từ Sao Hỏa. Các nhà nghiên cứu xác định nó kết tinh cách đây khoảng 1,273 tỷ năm. 213

Mốc thời gian này nằm giữa hai nhóm shergottite được biết đến rõ hơn: phần lớn các mẫu đã được định tuổi trẻ hơn khoảng 600 triệu năm, còn những mẫu có tuổi lớn kế tiếp vào khoảng 2,4 tỷ năm. Vì vậy, NWA 13441 là bằng chứng shergottite đầu tiên được biết đến cho hoạt động magma của Sao Hỏa trong khoảng trống kéo dài khoảng 1,8 tỷ năm này. 13

Khoảng trống đó không có nghĩa Sao Hỏa chắc chắn không hoạt động địa chất trong suốt thời gian nói trên. Nó chỉ cho thấy các nhà khoa học chưa có đúng loại mẫu vật này để nghiên cứu giai đoạn ấy. NWA 13441 nay cung cấp một mốc mới, giúp tái dựng thời điểm và cách Sao Hỏa tạo ra đá núi lửa trong giai đoạn giữa của lịch sử hành tinh.

Dấu vết neodymium dẫn sâu hơn vào lòng Sao Hỏa

Điểm bất thường của thiên thạch không chỉ nằm ở tuổi đời mà còn ở thành phần đồng vị. Thành phần neodymium ban đầu của nó gần với giá trị chondrite—mức thường gắn với vật chất nguyên thủy từ Hệ Mặt Trời sơ khai. Kết quả này khác với dấu hiệu ở những shergottite từng được phân tích trước đây. 713

Cách diễn giải được ủng hộ nhiều nhất là magma tạo nên NWA 13441 xuất phát từ một kho chứa vật chất riêng biệt trong lớp phủ Sao Hỏa. Vùng này có thể chưa trải qua cùng mức độ tái xử lý hóa học như các nguồn tạo ra những shergottite khác. Nói cách khác, NWA 13441 có thể đã lấy mẫu một phần sâu bên trong Sao Hỏa vẫn giữ được thành phần thừa hưởng từ giai đoạn hành tinh mới hình thành. 113

Đây vẫn là một cách diễn giải, không phải hình ảnh trực tiếp về phần bên trong Sao Hỏa. Các mô hình đồng vị có thể chỉ ra mối liên hệ giữa những kho vật chất khác nhau, nhưng tự chúng không xác định chính xác độ sâu của kho đó và cũng không chứng minh nó hoàn toàn không bị biến đổi. Dù vậy, kết quả phù hợp với ý tưởng rằng Sao Hỏa có thể bảo tồn vật chất nguyên thủy cô lập hiệu quả hơn Trái Đất—nơi kiến tạo mảng liên tục tái chế lớp vỏ và phần trên của hồ sơ địa chất. 13

DOM 08006 lưu dấu từ trường từ buổi bình minh của Hệ Mặt Trời

Nghiên cứu thứ hai đưa chúng ta lùi xa hơn nhiều về quá khứ. Các nhà khoa học tại MIT đã phân tích những bao thể giàu canxi và nhôm, gọi tắt là CAI, nằm trong thiên thạch DOM 08006 được tìm thấy ở Nam Cực. CAI thuộc nhóm vật chất rắn cổ nhất từng biết trong Hệ Mặt Trời và hình thành trong khoảng 200.000 năm đầu, khi Hệ Mặt Trời mới bắt đầu định hình.

Các bao thể này chứa dấu hiệu từ hóa còn sót lại, cho thấy tinh vân Mặt Trời sơ khai từng có một từ trường đáng kể. Cường độ từ trường cổ được ước tính vào khoảng 150–600 microtesla.

Phát hiện này quan trọng vì Hệ Mặt Trời sơ khai không chỉ là một đám mây khí bụi sụp đổ dưới tác động của lực hấp dẫn. Khi khí và bụi chuyển động vào trong, vật chất cũng phải mất mômen động lượng. Từ trường tương tác với khí bị ion hóa có thể giúp vận chuyển mômen động lượng đó, qua đó thúc đẩy quá trình bồi tụ trong đĩa đang hình thành.

Bằng chứng từ thiên thạch vì thế ủng hộ mô hình trong đó từ trường góp phần tổ chức đĩa vật chất, đưa vật chất về phía Mặt Trời đang lớn lên và định hình môi trường từ đó các hành tinh về sau hình thành. Tuy nhiên, kết quả không cho thấy từ trường thay thế lực hấp dẫn hay một mình tạo ra Mặt Trời và các hành tinh; nó cho thấy từ trường nhiều khả năng là một quá trình đồng hành quan trọng.

Một thông điệp chung từ hai nghiên cứu

Các phát hiện về Sao Hỏa và Hệ Mặt Trời đề cập đến những thang thời gian rất khác nhau, nhưng cùng truyền tải một bài học rộng hơn: hồ sơ lịch sử hành tinh luôn không đầy đủ, và những mẫu vật nhỏ đôi khi có thể hé lộ các sự kiện mà quan sát từ xa không thể chỉ ra.

NWA 13441 bổ sung một mốc còn thiếu trong lịch sử núi lửa Sao Hỏa, đồng thời gợi ý về những kho vật chất có thành phần đặc biệt được bảo tồn sâu bên trong hành tinh. DOM 08006 thậm chí đưa chúng ta về gần thời điểm khởi đầu hơn, cho thấy đĩa vật chất sơ khai đã có từ trường đủ mạnh để ảnh hưởng đến cách vật chất di chuyển.

Cùng nhau, hai nghiên cứu đưa ra hai kết luận thận trọng nhưng đáng chú ý. Sao Hỏa dường như đã giữ lại ít nhất một phần vật chất cổ có thành phần hóa học khác biệt, còn Hệ Mặt Trời non trẻ được chi phối bởi nhiều hơn lực hấp dẫn đơn thuần. Những kết luận này vẫn có thể được điều chỉnh khi các thiên thạch mới và những phép đo trong phòng thí nghiệm tiếp tục xuất hiện.