Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã suy nghĩ làm thế nào Trái đất có được vệ tinh duy nhất của nó, Mặt trăng. Trong khi một số người lập luận rằng nó hình thành từ vật chất bị mất bởi Trái đất do lực ly tâm hoặc bị lực hấp dẫn của Trái đất chiếm giữ, thì lý thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất là Mặt trăng hình thành cách đây khoảng 4,5 tỷ năm khi một vật thể có kích cỡ sao Hỏa (tên là Theia) va chạm với một proto-Earth (hay còn gọi là Giả thuyết tác động khổng lồ).
Tuy nhiên, do Trái đất nguyên sinh trải qua nhiều tác động khổng lồ, một số mặt trăng dự kiến sẽ hình thành trên quỹ đạo xung quanh nó theo thời gian. Do đó, câu hỏi đặt ra, điều gì đã xảy ra với những mặt trăng này? Đặt ra câu hỏi này, một nhóm nghiên cứu của một nhà khoa học quốc tế đã thực hiện một nghiên cứu trong đó họ cho rằng những con trăng khuyết này có thể cuối cùng đã rơi trở lại Trái đất, chỉ còn lại cái chúng ta thấy ngày nay.
Nghiên cứu có tựa đề Moon Moonfall: Va chạm giữa Trái đất và các mặt trăng trong quá khứ của nó, gần đây đã xuất hiện trực tuyến và đã được chấp nhận để xuất bản trong Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Uri Malamud, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của Viện Công nghệ Technion Israel, và bao gồm các thành viên từ Đại học Tübingen, Đức và Đại học Vienna.
Vì lợi ích của nghiên cứu, Tiến sĩ Malamud và các đồng nghiệp của ông - Giáo sư Hagai B. Perets, Tiến sĩ Christoph Schafer và Ông Christoph Burger (một nghiên cứu sinh) - đã xem xét những gì sẽ xảy ra nếu Trái đất, ở dạng sớm nhất, đã trải qua nhiều tác động khổng lồ xảy ra trước vụ va chạm với Theia. Mỗi tác động này sẽ có khả năng hình thành nên một khối trăng trăng nhỏ dưới mặt trăng, có thể tương tác hấp dẫn với Trái đất nguyên sinh, cũng như bất kỳ mặt trăng nào có thể hình thành trước đó.
Cuối cùng, điều này sẽ dẫn đến sự hợp nhất giữa mặt trăng và mặt trăng, các mặt trăng bị đẩy ra khỏi quỹ đạo Trái đất, hoặc các mặt trăng rơi xuống Trái đất. Cuối cùng, Tiến sĩ Malamud và các đồng nghiệp đã chọn nghiên cứu khả năng thứ hai này, vì nó chưa được các nhà khoa học khám phá trước đây. Hơn nữa, khả năng này có thể có tác động mạnh mẽ đến lịch sử và tiến hóa địa chất của Trái đất. Như Malamud đã chỉ ra cho Tạp chí Vũ trụ qua email:
Theo cách hiểu hiện tại về sự hình thành hành tinh, giai đoạn cuối của sự phát triển hành tinh trên mặt đất là thông qua nhiều vụ va chạm lớn giữa các phôi hành tinh. Những va chạm như vậy tạo thành các mảnh vụn đáng kể, từ đó có thể trở thành mặt trăng. Như chúng tôi đã đề xuất và nhấn mạnh trong bài báo này và các bài báo trước đây của chúng tôi, với tốc độ của những va chạm như vậy và sự tiến hóa của các mặt trăng - sự tồn tại của nhiều mặt trăng và sự tương tác lẫn nhau của chúng sẽ dẫn đến mặt trăng. Nó là một phần vốn có, không thể thiếu của lý thuyết hình thành hành tinh hiện tại.
Tuy nhiên, vì Trái đất là một hành tinh hoạt động địa chất và do bầu khí quyển dày của nó dẫn đến phong hóa và xói mòn tự nhiên, bề mặt thay đổi mạnh mẽ theo thời gian. Do đó, rất khó để xác định ảnh hưởng của các sự kiện xảy ra trong thời kỳ sớm nhất của Trái đất - tức là Hadean Eon, bắt đầu 4,6 tỷ năm trước với sự hình thành của Trái đất và kết thúc 4 tỷ năm trước.
Để kiểm tra xem có nhiều tác động có thể xảy ra trong Eon này hay không, dẫn đến các mặt trăng cuối cùng rơi xuống Trái đất, nhóm nghiên cứu đã tiến hành một loạt mô phỏng thủy động lực học hạt mịn (SPH). Họ cũng đã xem xét một loạt các khối mặt trăng, góc va chạm va chạm và tốc độ quay proto-Earth ban đầu. Về cơ bản, nếu các mặt trăng đã rơi xuống Trái đất trong quá khứ, nó sẽ thay đổi tốc độ quay của Trái đất nguyên sinh, dẫn đến thời gian quay vòng thiên văn hiện tại là 23 giờ, 56 phút và 4,1 giây.
Cuối cùng, họ đã tìm thấy bằng chứng rằng trong khi các tác động trực tiếp từ các vật thể lớn không có khả năng xảy ra một số vụ va chạm thủy triều chăn thả. Những thứ này sẽ khiến vật chất và mảnh vụn bị ném lên bầu khí quyển hình thành nên những mặt trăng nhỏ sau đó sẽ tương tác với nhau. Như Malamud đã giải thích:
Tuy nhiên, kết quả của chúng tôi cho thấy rằng trong trường hợp mặt trăng mọc, sự phân bố vật liệu từ mặt trăng thậm chí không có trên Trái đất, và do đó những va chạm như vậy có thể làm phát sinh sự không đối xứng và không đồng nhất về thành phần. Như chúng ta đã thảo luận trong bài báo, thực sự có bằng chứng cho trường hợp sau - mặt trăng có khả năng giải thích sự không đồng nhất đồng vị trong các yếu tố siderophile cao trong đá trên mặt đất. Về nguyên tắc, một vụ va chạm trên mặt trăng cũng có thể tạo ra một cấu trúc quy mô lớn trên Trái đất và chúng tôi đã suy đoán rằng một hiệu ứng như vậy có thể góp phần vào sự hình thành siêu lục địa sớm nhất của Trái đất. Tuy nhiên, khía cạnh này mang tính đầu cơ nhiều hơn và rất khó để xác nhận trực tiếp, dựa trên sự tiến hóa địa chất của Trái đất kể từ thời kỳ đầu.
Nghiên cứu này có hiệu quả mở rộng Giả thuyết tác động khổng lồ hiện nay và phổ biến rộng rãi. Theo lý thuyết này, Mặt trăng hình thành trong 10 đến 100 triệu năm đầu tiên của Hệ Mặt trời, khi các hành tinh trên mặt đất vẫn đang hình thành. Trong giai đoạn cuối của giai đoạn này, các hành tinh này (Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất và Sao Hỏa) được cho là đã phát triển chủ yếu thông qua các tác động với phôi hành tinh lớn.
Kể từ thời điểm đó, Mặt trăng được cho là đã phát triển do thủy triều Trái đất và Mặt trăng, di cư ra bên ngoài đến vị trí hiện tại của nó, nơi nó đã từng tồn tại. Tuy nhiên, mô hình này không xem xét các tác động xảy ra trước khi Theia xuất hiện và sự hình thành của vệ tinh duy nhất Earth Earth. Do đó, Tiến sĩ Malamud và các đồng nghiệp của ông khẳng định rằng nó bị ngắt kết nối với bức tranh rộng lớn hơn về sự hình thành hành tinh trên mặt đất.
Bằng cách tính đến các va chạm tiềm năng có trước sự hình thành của Mặt trăng, họ tuyên bố, nhà khoa học có thể có một bức tranh đầy đủ hơn về cách cả Trái đất và Mặt trăng phát triển theo thời gian. Những phát hiện này cũng có thể có ý nghĩa khi nghiên cứu về các hành tinh và mặt trăng khác của Mặt trời. Như Tiến sĩ Malamud đã chỉ ra, đã có bằng chứng thuyết phục rằng các vụ va chạm quy mô lớn đã ảnh hưởng đến sự phát triển của các hành tinh và mặt trăng.
Trên các hành tinh khác, chúng ta thấy bằng chứng cho những tác động rất lớn tạo ra các đặc điểm địa hình quy mô hành tinh, như cái gọi là sự phân đôi sao Hỏa và có thể là sự phân đôi của bề mặt Charon, ông nói. Những điều này đã phải phát sinh từ các tác động quy mô lớn, nhưng đủ nhỏ để tạo ra các tính năng hành tinh phụ toàn cầu. Mặt trăng là tổ tiên tự nhiên của các tác động như vậy, nhưng người ta không thể loại trừ một số tác động lớn khác của các tiểu hành tinh có thể tạo ra hiệu ứng tương tự.
Ngoài ra còn có khả năng xảy ra va chạm như vậy trong tương lai xa. Theo ước tính hiện tại về sự di cư của nó, Mars Moon moon Phobos cuối cùng sẽ đâm vào bề mặt hành tinh. Mặc dù nhỏ so với các tác động sẽ tạo ra mặt trăng và Mặt trăng quanh Trái đất, sự va chạm cuối cùng này là bằng chứng trực tiếp cho thấy các mặt trăng diễn ra trong quá khứ và sẽ lại xảy ra trong tương lai.
Nói tóm lại, lịch sử của Hệ mặt trời ban đầu rất dữ dội và thảm khốc, với rất nhiều sáng tạo do những va chạm mạnh mẽ. Bằng cách có một bức tranh đầy đủ hơn về cách các sự kiện tác động này ảnh hưởng đến sự tiến hóa của các hành tinh trên mặt đất, chúng ta có thể có được cái nhìn sâu sắc mới về cách các hành tinh mang sự sống hình thành. Điều này, đến lượt nó, có thể giúp chúng ta theo dõi các hành tinh như vậy trong các hệ thống ngoài mặt trời.
