Sao Thủy có thể chỉ chứa khoảng 37% silicon dioxide trên bề mặt

Một nghiên cứu mới cho thấy bề mặt sao Thủy có thể nghèo silicon dioxide (SiO₂) hơn đáng kể so với các ước tính trước đây. Theo kết quả này, phần vật chất silicat trên bề mặt hành tinh có khoảng 37% SiO₂ theo khối lượng, trong khi các ước tính cũ nằm vào khoảng 49–60%.140

Nếu được xác nhận, phát hiện này sẽ củng cố hình ảnh về một sao Thủy từng trải qua quá trình nóng chảy sâu và dữ dội bên trong, tạo ra những dòng dung nham nghèo silica bất thường. Tuy nhiên, con số 37% đi kèm một điểm cần thận trọng: sao Thủy hình thành trong môi trường cực kỳ thiếu oxy, nên một phần silicon có thể tồn tại dưới dạng kim loại hoặc carbide thay vì kết hợp với oxy để tạo thành silicon dioxide.3342

Các nhà nghiên cứu ước tính lượng silica bằng cách nào?

Chưa có tàu vũ trụ nào hạ cánh trên sao Thủy để phân tích đá trực tiếp, cũng chưa có mẫu vật nào từ hành tinh này được đưa về Trái Đất. Vì vậy, nhóm nghiên cứu sử dụng một phương pháp hồng ngoại gián tiếp dựa trên đặc trưng Christiansen — một cực đại phát xạ đặc trưng có vị trí thay đổi tùy theo hàm lượng silicon dioxide trong vật liệu silicat.130

Đầu tiên, nhóm chế tạo và đo các hạt thủy tinh trong phòng thí nghiệm với thành phần phù hợp với vật liệu trên các hành tinh đá. Những phép đo này giúp thiết lập mối liên hệ thực nghiệm giữa bước sóng của đặc trưng Christiansen và lượng SiO₂ trong thủy tinh.

Sau đó, các nhà nghiên cứu áp dụng phép hiệu chuẩn này vào những quan sát hồng ngoại độ phân giải cao của Mặt Trăng. Việc đối chiếu bản đồ SiO₂ trên Mặt Trăng với các mẫu đá từ các sứ mệnh Apollo, Luna và Chang’e giúp kiểm tra phương pháp trước khi dùng nó để phân tích các quan sát từ xa về sao Thủy.1

Do đó, kết quả 37% không phải là một phép phân tích hóa học trực tiếp. Chính xác hơn, đây là hàm lượng SiO₂ tương đương trong vật liệu silicat được suy ra từ tín hiệu hồng ngoại của bề mặt sao Thủy.

Hàm lượng silica thấp nói gì về lịch sử núi lửa của sao Thủy?

Nếu bề mặt sao Thủy thực sự nghèo silica đến mức này, lịch sử núi lửa của hành tinh có thể khắc nghiệt hơn các mô hình thông thường dự đoán. Những đồng bằng phẳng rộng lớn trên sao Thủy được cho là hình thành chủ yếu từ hoạt động núi lửa.3637

Để tạo ra các dòng dung nham nghèo silica như vậy, lớp phủ của sao Thủy có thể đã trải qua mức độ nóng chảy từng phần rất cao, ở độ sâu lớn hơn và nhiệt độ cao hơn so với suy luận phổ biến trước đây.140 Nói cách khác, bề mặt hiện tại có thể đang lưu giữ dấu vết của một giai đoạn phân dị hành tinh và phun trào núi lửa đặc biệt dữ dội trong thời kỳ đầu.

Tuy vậy, phát hiện này chưa xác định được một nhiệt độ duy nhất của lớp phủ, độ sâu nóng chảy cụ thể hay một kịch bản địa chất duy nhất. Những kết luận đó còn phụ thuộc vào mức độ tương đồng giữa các loại thủy tinh silicat trong phòng thí nghiệm và thành phần hóa học khác thường của sao Thủy.

Một khả năng khác: silicon không tồn tại hoàn toàn dưới dạng SiO₂

Sao Thủy là một trong những hành tinh đất đá có môi trường hóa học bị khử mạnh nhất được biết đến. Các phép đo trước đây cho thấy bề mặt có nhiều lưu huỳnh, trong khi hàm lượng sắt và oxy tương đối thấp — những dấu hiệu phù hợp với quá trình hình thành trong điều kiện khan hiếm oxy.334244

Trong môi trường như vậy, không phải toàn bộ silicon đều nhất thiết liên kết với oxy. Một phần silicon có thể tồn tại dưới dạng silicon kim loại hoặc silicon carbide. Các pha vật chất này có thể làm thay đổi tín hiệu hồng ngoại theo cách trông giống như một bề mặt silicat có hàm lượng SiO₂ đặc biệt thấp.40

Vì thế, không nên hiểu con số 37% là bằng chứng cho thấy chỉ 37% toàn bộ vật chất chứa silicon trên sao Thủy là silicon dioxide. Đây là ước tính thấp đối với lượng silica trong phần silicat của bề mặt, dựa trên những giả định được dùng để hiệu chuẩn tín hiệu hồng ngoại.

BepiColombo sẽ giúp kiểm chứng kết quả

Sứ mệnh BepiColombo do Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) và Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) phối hợp thực hiện đang tiến vào giai đoạn quan trọng có thể giải quyết những bất định này. Mô-đun Chuyển tiếp Sao Thủy (MTM) dự kiến tách khỏi tàu vào ngày 3 tháng 9 năm 2026, còn chuỗi thao tác đưa tàu vào quỹ đạo sao Thủy dự kiến bắt đầu vào ngày 21 tháng 11 năm 2026.1724 Hoạt động khoa học đầy đủ được lên kế hoạch từ tháng 4 năm 2027.26

Thiết bị MERTIS trên BepiColombo được thiết kế để quan sát sao Thủy ở các bước sóng hồng ngoại nhiệt, trong đó có vùng phổ chứa đặc trưng Christiansen.30 Khác với các quan sát tổng hợp toàn bộ đĩa hành tinh trước đây, MERTIS có thể liên kết tín hiệu hồng ngoại với từng khu vực và đơn vị địa chất trên bề mặt.

Các quan sát này sẽ giúp trả lời những câu hỏi then chốt:

• Hàm lượng SiO₂ thấp được suy ra có phổ biến trên toàn bộ bề mặt sao Thủy không?
• Hàm lượng này có thay đổi giữa các đồng bằng núi lửa, địa hình nhiều hố va chạm và những đơn vị địa chất khác không?
• Các mô hình phân bố theo khu vực có ủng hộ giả thuyết lớp phủ từng nóng chảy ở độ sâu lớn bất thường không?
• Khi kết hợp với dữ liệu nguyên tố và khoáng vật từ các thiết bị khác, liệu có bằng chứng cho thấy một phần silicon nằm trong các pha kim loại hoặc carbide bị khử không?

Cho đến khi BepiColombo cung cấp các phép đo mới, kết luận chắc chắn nhất vẫn cần được diễn đạt một cách thận trọng: bề mặt núi lửa của sao Thủy có thể nghèo silica hơn rất nhiều so với giả định trước đây. Điều đó có thể phản ánh một lớp phủ nóng và nóng chảy sâu bất thường, một hóa học khử mạnh khác thường, hoặc sự kết hợp của cả hai.