Vì sao quỹ đạo Mặt Trăng nghiêng so với hệ Mặt Trời?

Mặt Trăng có thể hình thành từ Trái Đất sau một cú va chạm mạnh. Ảnh: Dan Kitwood.

Các nhà khoa học kết luận một cú va chạm lớn có thể làm bay hơi phần lớn Trái Đất ở thời nguyên sơ, dẫn tới sự hình thành của Mặt Trăng và khiến nó có quỹ đạo nghiêng 5 độ như hiện nay. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature hôm 31.10.

Phần lớn các hành tinh trong hệ Mặt Trời có quỹ đạo nằm trong một mặt phẳng mỏng theo xích đạo của Mặt Trời. Tuy nhiên, quỹ đạo của Mặt Trăng nghiêng khoảng 5 độ so với các thiên thể này. Vì thế, các nhà khoa học đã nhiều năm nghiên cứu nguồn gốc của Mặt Trăng để tìm hiểu nguyên nhân gây ra quỹ đạo nghiêng của nó.

Trước đây, họ cho rằng thiên thể song hành với Trái Đất ở thời kỳ đầu không phải Mặt Trăng mà là một khối đá có kích cỡ như sao Hỏa mang tên Theia. Trái Đất thời nguyên sơ va chạm với Theia, tạo ra Mặt Trăng. Tuy nhiên, nghiên cứu mới của Sarah Stewart, nhà khoa học hành tinh tại Đại học California, Mỹ và các đồng nghiệp cho thấy Mặt Trăng hiện nay được hình thành từ Trái Đất, không phải từ Theia.

Nhóm nghiên cứu chỉ ra Trái Đất và Mặt Trăng có cùng thành phần đồng vị, chứng tỏ cú va chạm rất mạnh đã làm bốc hơi Theia và phần lớn Trái Đất. Hơi nước dày đặc từ cú va chạm hình thành một đám mây lớn hơn Trái Đất ngày nay 500 lần. Đám mây bao gồm các vật liệu từ Trái Đất và Theia, nó sau đó nguội đi và hình thành Mặt Trăng. 

Giả thuyết về cú va chạm mạnh này cũng giúp giải thích về quỹ đạo nghiêng của Mặt Trăng. Nghiên cứu trước đây của Stewart và đồng nghiệp kết luận động lượng sinh ra do lực hút giữa Trái Đất thời nguyên sơ và Mặt Trăng ảnh hưởng đến sự di chuyển giữa Trái Đất và Mặt Trời.

Trên cơ sở đó, giả thuyết mới cho rằng sức hút thủy triều làm giảm động lượng này cho đến khi Trái Đất và Mặt Trăng đạt tới điểm chuyển tiếp mang tên Laplace, tại đây lực hút của Mặt Trời trở nên quan trọng hơn Mặt Trăng.

Mô hình mới của nhóm nghiên cứu cho thấy Mặt Trăng quay quanh Trái Đất với độ nghiêng lớn ở điểm này. Trái Đất khi đó cũng quay tròn với tốc độ rất nhanh, dẫn tới việc một ngày chỉ kéo dài 2-3 tiếng.

Sau hàng chục triệu năm, lực hấp dẫn khiến tốc độ quay của Trái Đất chậm lại và cuối cùng xảy ra điểm chuyển tiếp thứ hai, mang tên chuyển tiếp trạng thái Cassini. Tại đây, Mặt Trăng chuyển sang nghiêng 5 độ như hiện nay.

Các nhà khoa học khái quát đơn giản đó là, Mặt Trời gây ra độ nghiêng 23 độ hiện nay của Trái Đất, kéo theo Mặt Trăng bị thay đổi sang độ nghiêng 5 độ.

Nhóm nghiên cứu cho rằng độ nghiêng này phù hợp với giả thuyết mới về cú va chạm mạnh dẫn tới sự hình thành của Mặt Trăng từ Trái Đất. Họ dự kiến kiểm tra nhiều phần khác của giả thuyết trong những tháng tới, đặc biệt là về thành phần hóa học của Trái Đất và Mặt Trăng.

"Điều thú vị của cú va chạm này đó là nó hình thành quỹ đạo ngày nay của Mặt Trăng chỉ trong một bước, không xảy ra sự việc nào khác. Chúng ta không cần một chuỗi các sự việc để giải thích cho trạng thái hiện nay của Mặt Trăng", Stewart cho biết.