Các mẫu đá do Chang’e-6 mang về cho thấy lịch sử va chạm trên Mặt Trăng có thể suy giảm dần theo thời gian, thay vì bùng phát dữ dội cách đây khoảng 3,9 tỷ năm như giả thuyết lâu nay.
Những mẫu đá đầu tiên được đưa về Trái Đất từ phía xa của Mặt Trăng đang cung cấp một góc nhìn khác về lịch sử va chạm của Hệ Mặt Trời. Kết quả phân tích cho thấy dấu vết địa chất tại khu vực này không ủng hộ kịch bản từng được sử dụng để giải thích một giai đoạn oanh tạc dữ dội cách đây khoảng 3,9 tỷ năm.
Thay vì xuất hiện một đỉnh va chạm tập trung trong thời gian ngắn, dữ liệu từ các mẫu do tàu thăm dò Chang’e-6 của Trung Quốc mang về cho thấy tần suất va chạm có thể đã suy giảm dần theo thời gian. Mô hình này phù hợp với lập luận mà một bộ phận các nhà khoa học đã theo đuổi trong nhiều thập kỷ: cụm tuổi khoảng 3,9 tỷ năm trong các mẫu Apollo có thể phản ánh ảnh hưởng của một sự kiện va chạm khổng lồ tại một khu vực cụ thể, thay vì đại diện cho một đợt oanh tạc trên quy mô toàn Hệ Mặt Trời.
Nghiên cứu do nhà khoa học Wan-Feng Zhang thuộc Viện Địa hóa Quảng Châu, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu được công bố trên Science Advances ngày 23/7/2026. Một công trình độc lập khác của nhóm nghiên cứu thuộc Viện Địa chất và Địa vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cũng được công bố cùng ngày, đã sử dụng phương pháp đếm mật độ hố va chạm và đưa ra kết luận tương tự.
Việc hai phương pháp khác nhau cùng hướng đến một mô hình suy giảm dần đang làm gia tăng sức nặng cho quan điểm cho rằng lịch sử va chạm của Mặt Trăng có thể không diễn ra theo kịch bản thảm khốc từng được chấp nhận rộng rãi.
Giả thuyết “oanh tạc dữ dội muộn” (Late Heavy Bombardment) chưa từng hoàn toàn thống nhất
Giả thuyết Late Heavy Bombardment, hay “giai đoạn oanh tạc dữ dội muộn”, được đề xuất vào năm 1974 sau khi các nhà nghiên cứu phân tích tuổi của nhiều mẫu đá do các sứ mệnh Apollo 15, 16 và 17 đưa về.
Thông qua kỹ thuật định tuổi đồng vị ⁴⁰Ar/³⁹Ar, các nhà khoa học phát hiện một số lượng đáng chú ý các mẫu có tuổi tập trung quanh mốc 3,9 tỷ năm. Từ đó, một giả thuyết được hình thành: Mặt Trăng và có thể cả các hành tinh đá trong Hệ Mặt Trời từng trải qua một đợt gia tăng mạnh các vụ va chạm trong giai đoạn này.
Tuy nhiên, cách giải thích trên chưa bao giờ nhận được sự đồng thuận tuyệt đối.
Ngay từ những năm đầu, một số nhà nghiên cứu đã đặt câu hỏi liệu cụm tuổi 3,9 tỷ năm có thực sự đại diện cho một đợt oanh tạc trên quy mô toàn cầu hay chỉ là hệ quả của việc các mẫu Apollo được thu thập trong những khu vực chịu ảnh hưởng từ cùng một sự kiện va chạm lớn.
Tâm điểm của tranh luận là bồn địa Imbrium, một trong những cấu trúc va chạm nổi bật nhất trên nửa gần của Mặt Trăng. Khoảng 3,92 tỷ năm trước, một thiên thể lớn được cho là đã va vào bề mặt Mặt Trăng và tạo ra vùng Mare Imbrium rộng lớn.
Vụ va chạm này đã phóng một lượng vật chất khổng lồ ra nhiều khu vực trên bán cầu gần. Toàn bộ sáu địa điểm đổ bộ của chương trình Apollo đều nằm trong phạm vi có thể chịu ảnh hưởng từ lớp vật chất văng ra sau sự kiện Imbrium.
Vì vậy, một số công trình trước đây cho rằng cụm tuổi khoảng 3,9 tỷ năm trong các mẫu Apollo có thể xuất hiện do các nhà khoa học đang nhiều lần phân tích vật liệu chịu ảnh hưởng từ cùng một vụ va chạm, thay vì phát hiện dấu vết của một đợt oanh tạc quy mô lớn.
Năm 2016, các nhà nghiên cứu Boehnke và Mark Harrison đã công bố một nghiên cứu trên Proceedings of the National Academy of Sciences cho rằng dữ liệu tuổi ⁴⁰Ar/³⁹Ar từ các mẫu Apollo không đủ để chứng minh một cách duy nhất sự tồn tại của Late Heavy Bombardment.
Một thập kỷ sau, khi đánh giá dữ liệu từ các mẫu phía xa Mặt Trăng, Harrison nhận định các kết quả định tuổi trong nghiên cứu mới có độ tin cậy đáng chú ý. Ông cho rằng cách nhìn của cộng đồng khoa học về vấn đề này đang thay đổi.
Các mẫu từ phía xa Mặt Trăng mang đến hồ sơ độc lập
Phía xa của Mặt Trăng luôn quay lưng về phía Trái Đất. Đây cũng là khu vực có điều kiện tiếp cận phức tạp hơn nhiều so với nửa gần, khiến việc hạ cánh và đưa mẫu vật trở về trở thành một thách thức lớn.
Trước sứ mệnh Chang’e-6, chưa có nhiệm vụ nào từng mang mẫu vật từ phía xa Mặt Trăng về Trái Đất.
Yếu tố này có ý nghĩa đặc biệt đối với nghiên cứu lịch sử va chạm. Khu vực mà Chang’e-6 hạ cánh nằm trong hố Apollo, một cấu trúc có đường kính khoảng 480 km, thuộc bồn địa South Pole–Aitken. Khu vực này nằm ngoài phạm vi ảnh hưởng trực tiếp của vật chất văng ra từ vụ va chạm Imbrium.
Do đó, các mẫu thu thập tại đây có thể lưu giữ một hồ sơ địa chất ít chịu tác động bởi sự kiện đã làm phức tạp việc diễn giải dữ liệu từ các mẫu Apollo.
Bồn địa South Pole–Aitken có chiều rộng khoảng 2.500 km và độ sâu có thể đạt tới 8,2 km. Đây được xem là bồn địa va chạm lớn và cổ nhất đã được xác nhận trên Mặt Trăng, đồng thời là một trong những cấu trúc va chạm lớn nhất trong Hệ Mặt Trời.
Các ước tính hiện nay cho rằng South Pole–Aitken hình thành khoảng 4,33 tỷ năm trước, sớm hơn khoảng 400 triệu năm so với giai đoạn thường được gắn với Late Heavy Bombardment.
Tàu đổ bộ Chang’e-6 hạ cánh tại khu vực hố Apollo vào ngày 1/6/2024. Đến ngày 25/6/2024, khoang trở về đã hạ cánh tại Nội Mông, Trung Quốc, mang theo khoảng 1.935,3 gram vật liệu từ phía xa Mặt Trăng.
Đây là lần đầu tiên trong lịch sử nhân loại các mẫu vật từ khu vực này được đưa về phòng thí nghiệm trên Trái Đất.
Đồng vị argon giúp tái dựng lịch sử va chạm kéo dài hàng tỷ năm
Nghiên cứu mới sử dụng phương pháp định tuổi địa chất ⁴⁰Ar/³⁹Ar, cũng chính là kỹ thuật từng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành giả thuyết Late Heavy Bombardment.
Phương pháp này dựa trên quá trình phân rã phóng xạ của kali-40, hay ⁴⁰K, thành argon-40, ký hiệu ⁴⁰Ar.
Kali là nguyên tố phổ biến trong nhiều loại đá. Trong khi đó, argon là khí hiếm và không dễ tạo liên kết hóa học. Khi một loại đá nguội và kết tinh, argon được giữ lại trong cấu trúc tinh thể. Tỷ lệ giữa lượng argon hình thành từ quá trình phân rã và lượng kali trong mẫu có thể giúp các nhà khoa học ước tính thời điểm vật liệu lần cuối trải qua quá trình nóng chảy hoặc làm nguội.
Một đặc tính quan trọng của kỹ thuật này là argon có thể thoát ra khỏi mạng tinh thể khi vật liệu bị nung nóng vượt qua ngưỡng nhiệt độ nhất định.
Đối với nhiều khoáng vật phổ biến trong vật liệu nóng chảy do va chạm, ngưỡng này vào khoảng 400°C. Nếu một vụ va chạm sau đó làm nóng mẫu vượt quá mức nhiệt này, “đồng hồ” argon có thể bị thiết lập lại.
Điều đó đồng nghĩa với việc một mẫu có tuổi rất lớn phải trải qua thời gian dài mà không bị nung nóng đủ mạnh để làm thay đổi hệ đồng vị.
Để thực hiện phép đo, nhóm nghiên cứu đã sử dụng lò phản ứng hạt nhân nhằm chuyển một phần kali-39 ổn định thành argon-39. Sau đó, các đồng vị argon được đo bằng máy quang phổ khối khí hiếm.
So với phương pháp kali-argon truyền thống, kỹ thuật ⁴⁰Ar/³⁹Ar cho phép phân tích các đồng vị liên quan trên cùng một phần mẫu, từ đó nâng cao độ chính xác khi nghiên cứu những vật liệu có kích thước nhỏ.
Nhóm nghiên cứu cũng đo hàm lượng iridium nhằm kiểm tra nguồn gốc của các mảnh vật liệu.
Iridium thường có nồng độ thấp trong lớp vỏ Mặt Trăng do phần lớn nguyên tố này đã bị kéo xuống phần lõi trong quá trình hình thành thiên thể. Ngược lại, iridium có thể xuất hiện với hàm lượng cao trong vật chất đến từ tiểu hành tinh hoặc sao chổi.
Một trong các mẫu được phát hiện có hàm lượng iridium gần 440 phần tỷ, cao hơn đáng kể so với mức nền thông thường của lớp vỏ Mặt Trăng. Kết quả này hỗ trợ nhận định rằng mẫu vật có liên quan đến một thiên thể ngoài Trái Đất.
Dữ liệu không cho thấy đỉnh va chạm cách đây 3,9 tỷ năm
Nhóm của Zhang đã phân tích 28 mảnh vật liệu nóng chảy do va chạm tạo ra. Trong số này, 21 mẫu cung cấp kết quả định tuổi đủ độ tin cậy.
Các tuổi đo được trải dài từ khoảng 4,33 tỷ năm đến 1,13 tỷ năm trước.
Điểm đáng chú ý nhất không nằm ở một cụm tuổi mới mà ở sự thiếu vắng của cụm tuổi từng được xem là bằng chứng quan trọng cho Late Heavy Bombardment.
Chỉ hai trong số 21 mẫu, tương đương gần 10%, có tuổi thuộc khoảng từ 4 đến 3,7 tỷ năm – giai đoạn được kỳ vọng sẽ tập trung nhiều dấu vết va chạm nếu giả thuyết oanh tạc dữ dội muộn là chính xác.
Ba mẫu có tuổi gần 4,16 tỷ năm, phù hợp với một số nghiên cứu trước đó về thời điểm hình thành hố Apollo. Một mẫu khác được xác định có tuổi khoảng 4,33 tỷ năm, tương đồng với ước tính về thời điểm hình thành bồn địa South Pole–Aitken.
Sau nhóm mẫu cổ này, các kết quả được phân bố trên khoảng thời gian kéo dài hàng tỷ năm. Dữ liệu cũng cho thấy một khoảng trống đáng chú ý từ khoảng 3,7 đến 3 tỷ năm trước, trước khi các dấu vết va chạm xuất hiện trở lại ở những thời điểm muộn hơn.
Mô hình này phù hợp hơn với kịch bản số vụ va chạm giảm dần theo thời gian, thay vì tăng vọt trong một giai đoạn ngắn.
Nghiên cứu độc lập của nhóm Yue và các cộng sự tiếp cận vấn đề theo một hướng khác. Thay vì trực tiếp định tuổi từng mảnh đá, nhóm nghiên cứu phân tích mật độ hố va chạm tại khu vực liên quan đến Chang’e-6 và sử dụng dữ liệu tuổi mới để hiệu chỉnh mô hình.
Kết quả thu được cũng nghiêng về kịch bản tần suất va chạm suy giảm liên tục.
Việc phương pháp định tuổi phóng xạ và phương pháp đếm hố va chạm cùng đưa ra kết luận tương đồng giúp tăng mức độ tin cậy cho cách diễn giải mới về lịch sử oanh tạc của Mặt Trăng.
Những câu hỏi khoa học vẫn chưa được giải quyết
Dù nghiên cứu mới tạo ra thách thức đáng kể đối với giả thuyết Late Heavy Bombardment, một số chuyên gia cho rằng vẫn cần thêm dữ liệu trước khi có thể đưa ra kết luận về toàn bộ lịch sử va chạm của Mặt Trăng.
Nhà khoa học hành tinh Simone Marchi thuộc Viện Nghiên cứu Tây Nam tại Boulder, Colorado, thừa nhận rằng các dữ liệu trước đây có thể đã chịu ảnh hưởng đáng kể từ sự kiện Imbrium.
Tuy nhiên, ông lưu ý rằng các mẫu của Chang’e-6 vẫn chỉ đến từ một khu vực cụ thể. Ngay cả khi khu vực này không chịu tác động từ vật chất văng ra của Imbrium, dữ liệu từ một địa điểm duy nhất vẫn có thể chưa phản ánh đầy đủ lịch sử va chạm trên quy mô toàn cầu.
Mark Harrison cũng nêu một vấn đề khác liên quan đến bản chất của một số mẫu vật. Theo ông, một số mảnh đá trong nghiên cứu không thể hiện đầy đủ các đặc điểm hình thái thường thấy ở vật liệu nóng chảy do va chạm.
Nếu một phần trong số đó thực chất là đá núi lửa, tuổi argon đo được sẽ phản ánh thời điểm dung nham nguội và đông đặc, thay vì thời điểm xảy ra một vụ va chạm.
Điều này không nhất thiết làm thay đổi kết luận rằng dữ liệu không xuất hiện cụm tuổi 3,9 tỷ năm. Tuy nhiên, nó có thể ảnh hưởng đến cách các nhà khoa học diễn giải ý nghĩa của từng mốc tuổi.
Các câu hỏi này nhiều khả năng sẽ được giải quyết khi có thêm mẫu vật từ nhiều vị trí khác nhau ở phía xa Mặt Trăng, kết hợp với các phương pháp định tuổi và phân tích khoáng vật độc lập.
Tranh luận kéo dài nhiều thập kỷ
Late Heavy Bombardment từng trở thành một mô hình phổ biến trong khoa học hành tinh, nhưng không phải là giả thuyết chưa từng bị phản biện.
Năm 2003, nhà khoa học William Hartmann đã công bố nghiên cứu đặt câu hỏi về mô hình “đại hồng thủy hố va chạm” trên Mặt Trăng.
Đến năm 2016, nghiên cứu của Boehnke và Harrison tiếp tục lập luận rằng dữ liệu ⁴⁰Ar/³⁹Ar từ các mẫu Apollo không thể được sử dụng để chứng minh một cách duy nhất sự tồn tại của một đợt oanh tạc dữ dội trên toàn Hệ Mặt Trời.
Năm 2017, nhà nghiên cứu Nicolle Zellner cũng công bố một bài tổng quan về những bằng chứng và quan điểm phản biện ngày càng gia tăng đối với mô hình này.
Điểm mới của dữ liệu Chang’e-6 không nằm ở việc đưa ra một lập luận hoàn toàn chưa từng xuất hiện. Giá trị lớn nhất của nghiên cứu là cung cấp loại bằng chứng mà các nhà phê bình đã thiếu trong nhiều thập kỷ: mẫu đá thực tế từ phía xa Mặt Trăng, nằm ngoài vùng ảnh hưởng của Imbrium và được phân tích bằng chính phương pháp từng tạo nên cụm tuổi 3,9 tỷ năm.
Kết quả không tái tạo cụm tuổi này.
Điều đó khiến giả thuyết cho rằng dữ liệu Apollo bị ảnh hưởng bởi thiên lệch lấy mẫu trở nên thuyết phục hơn.
Tác động có thể vượt ra ngoài phạm vi Mặt Trăng
Lịch sử hố va chạm trên Mặt Trăng không chỉ được sử dụng để nghiên cứu thiên thể này.
Các nhà khoa học hành tinh thường sử dụng dữ liệu về mật độ hố va chạm và tuổi của các bề mặt trên Mặt Trăng làm cơ sở hiệu chỉnh thời gian địa chất cho Sao Hỏa, Sao Thủy, tiểu hành tinh và nhiều thiên thể khác.
Nếu hệ thống niên đại của Mặt Trăng chịu ảnh hưởng mạnh từ một sự kiện riêng lẻ như Imbrium, các ước tính tuổi dựa trên mô hình đó có thể cần được xem xét lại.
Điều này có khả năng ảnh hưởng đến cách các nhà khoa học xác định thời điểm hình thành của một số bề mặt địa chất trên Sao Hỏa hoặc Sao Thủy, trong một số trường hợp có thể tạo ra chênh lệch lên tới hàng trăm triệu năm.
Nghiên cứu cũng có ý nghĩa đối với việc tìm hiểu nguồn gốc sự sống trên Trái Đất.
Giả thuyết Late Heavy Bombardment từng được sử dụng để giải thích vì sao sự sống khó có thể hình thành ổn định trước khoảng 3,8 tỷ năm trước. Theo kịch bản này, các vụ va chạm quy mô lớn có thể đã liên tục làm bốc hơi đại dương và phá hủy môi trường bề mặt, khiến các quá trình hóa học sơ khai bị gián đoạn.
Nếu không tồn tại một đợt gia tăng va chạm mang tính thảm khốc mà thay vào đó là quá trình suy giảm dần, Trái Đất có thể đã có một khoảng thời gian ổn định và kéo dài hơn để các phản ứng hóa học liên quan đến sự sống phát triển.
Tuy nhiên, dữ liệu mới không chứng minh rằng sự sống xuất hiện sớm hơn.
Điều mà nghiên cứu có thể làm là loại bỏ hoặc làm suy yếu một giới hạn từng được sử dụng để cho rằng sự sống không thể hình thành trong những giai đoạn rất sớm của Trái Đất.
Những mẫu đá tiếp theo có thể làm rõ lịch sử Mặt Trăng
Nghiên cứu hiện tại mới chỉ phân tích một phần nhỏ trong tổng số gần 2 kg vật liệu mà Chang’e-6 đưa về Trái Đất.
Trong thời gian tới, các nhà khoa học dự kiến tiếp tục nghiên cứu thêm nhiều mẫu bằng các hệ thống định tuổi khác, bao gồm uranium–chì và samarium–neodymium, kết hợp với các phương pháp phân tích khoáng vật và địa hóa.
Những dữ liệu này có thể giúp xây dựng một dòng thời gian chi tiết hơn về các vụ va chạm ở phía xa Mặt Trăng.
Trung Quốc cũng đang chuẩn bị cho các bước tiếp theo trong chương trình thám hiểm Mặt Trăng. Chang’e-7 dự kiến được phóng trong nửa cuối năm 2026, hướng đến khu vực cực Nam và vành hố Shackleton. Sứ mệnh sẽ sử dụng một thiết bị có khả năng di chuyển bằng các bước nhảy để khảo sát những vùng luôn chìm trong bóng tối và tìm kiếm dấu vết nước đá.
Chang’e-8, dự kiến thực hiện vào năm 2029, được định hướng như một bước chuẩn bị cho việc xây dựng cơ sở nghiên cứu lâu dài trên Mặt Trăng.
Trong khi đó, sứ mệnh có người lái Artemis IV của NASA hiện hướng đến khu vực cực Nam Mặt Trăng vào đầu năm 2028. Đây cũng là vùng địa chất đang nhận được sự quan tâm lớn sau những kết quả ban đầu từ Chang’e-6.
Ở thời điểm hiện tại, một giả thuyết được xây dựng chủ yếu dựa trên các mẫu thu thập từ sáu địa điểm Apollo ở nửa gần Mặt Trăng đang phải đối mặt với thử thách trực tiếp nhất từ trước đến nay.
Chỉ với 21 mẫu được định tuổi bằng argon từ một khu vực chưa từng được con người tiếp cận, dữ liệu mới chưa thể khép lại tranh luận kéo dài hơn 50 năm. Tuy nhiên, chúng đã cung cấp bằng chứng thực nghiệm mạnh mẽ cho quan điểm rằng lịch sử va chạm của Mặt Trăng có thể diễn ra dần dần và liên tục, thay vì trải qua một đợt bùng phát mang tính thảm khốc vào khoảng 3,9 tỷ năm trước.