Bề mặt sao Thủy hình thành do hoạt động núi lửa và thiếu sắt
Vai trò của hoạt động núi lửa đối với sự hình thành bề mặt sao Thủy lớn hơn nhiều so với những gì các nhà khoa học vẫn nghĩ. Kết quả này có được nhờ dữ liệu ảnh chụp đa quang phổ do tàu MESSENGER thu thập vào tháng 1 năm 2008 trong quá trình khảo sát hành tinh gần Mặt trời nhất Thái dương hệ.
Dữ liệu của MESSENGER đã xác định và sơ đồ hóa các nhóm đá bề mặt tương ứng với dòng chảy nham thạch, núi lửa và các đặc tính địa chất khác. Cùng lúc đó, bộ công cụ của tàu cũng khẳng định sự thiếu sắt trên toàn hành tinh rõ rệt trong đá bề mặt của sao Thủy.
MESSENGER (viết tắt của MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging – bề mặt sao Thủy, môi trường vũ trụ, địa hóa học và phân loại) là phi thuyền đầu tiên đến sao Thủy kể từ sau khi Mariner 10 của NASA thực hiện 3 chuyến bay qua hành tinh này vào năm 1974 và 1975. MESSENGER, do Phòng thí nghiệm Vật lý ứng dụng của ĐH John Hopkins ở Baltimore điều khiển cho NASA, sẽ thực hiện 2 chuyến bay qua sao Thủy (ngày 6 tháng 10 năm 2008 và ngày 29 tháng 9 năm 2009) trước khi đi vào quỹ đạo quanh hành tinh này vào ngày 18 tháng 3 năm 2011.
Dữ liệu của MESSENGER đã xác định và sơ đồ hóa các nhóm đá bề mặt tương ứng với dòng chảy nham thạch, núi lửa và các đặc tính địa chất khác. Cùng lúc đó, bộ công cụ của tàu cũng khẳng định sự thiếu sắt trên toàn hành tinh rõ rệt trong đá bề mặt của sao Thủy.
MESSENGER (viết tắt của MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging – bề mặt sao Thủy, môi trường vũ trụ, địa hóa học và phân loại) là phi thuyền đầu tiên đến sao Thủy kể từ sau khi Mariner 10 của NASA thực hiện 3 chuyến bay qua hành tinh này vào năm 1974 và 1975. MESSENGER, do Phòng thí nghiệm Vật lý ứng dụng của ĐH John Hopkins ở Baltimore điều khiển cho NASA, sẽ thực hiện 2 chuyến bay qua sao Thủy (ngày 6 tháng 10 năm 2008 và ngày 29 tháng 9 năm 2009) trước khi đi vào quỹ đạo quanh hành tinh này vào ngày 18 tháng 3 năm 2011.
Sao Thủy và MESSENGER là chủ đề của 11 bài nghiên cứu trong một chuyên mục đặc biệt dành cho chuyến bay tháng 1 trên tờ Science ngày 4 tháng 7 năm 2008.
Mark S. Robinson thuộc ĐH bang Arizona (ASU), tác giả chính trong bài nghiên cứu trên ấn bản nhấn mạnh vào dữ liệu các biến thể hợp chất trong đá bề mặt sao Thủy sử dụng màu đa quang phổ. Robinson, một giảng viên địa chất ở Trường Thám hiểm vũ trụ và trái đất của ASU, thuộc ĐH Khoa học xã hội và nhân văn, cũng là thành viên của nhóm khoa học địa chất của tàu MESSENGER. Bên cạnh Robinson, bài nghiên cứu về đa quang phổ có 12 đồng tác giả đến từ các học viện khác.
“Chúng tôi đã chụp được ảnh nửa sao Thủy chưa được Mariner 10 khám phá. Ảnh toàn cảnh vẫn chưa hoàn tất nhưng chúng tôi sẽ nhận được nửa kia vào ngày 6 tháng 10.”
Mark S. Robinson thuộc ĐH bang Arizona (ASU), tác giả chính trong bài nghiên cứu trên ấn bản nhấn mạnh vào dữ liệu các biến thể hợp chất trong đá bề mặt sao Thủy sử dụng màu đa quang phổ. Robinson, một giảng viên địa chất ở Trường Thám hiểm vũ trụ và trái đất của ASU, thuộc ĐH Khoa học xã hội và nhân văn, cũng là thành viên của nhóm khoa học địa chất của tàu MESSENGER. Bên cạnh Robinson, bài nghiên cứu về đa quang phổ có 12 đồng tác giả đến từ các học viện khác.
“Chúng tôi đã chụp được ảnh nửa sao Thủy chưa được Mariner 10 khám phá. Ảnh toàn cảnh vẫn chưa hoàn tất nhưng chúng tôi sẽ nhận được nửa kia vào ngày 6 tháng 10.”
Hồi năm 1974-75, quỹ đạo mà Mariner di chuyển để thực hiện ba lần đi ngang qua sao Thủy gây hạn chế, khiến nó chỉ chụp được gần nửa bề mặt hành tinh này. Điều này khiến cho thông tin về phần còn lại của sao Thủy vẫn để trống, cho đến khi tàu MESSENGER giúp các nhà khoa học lấp đầy dữ liệu vào tháng 1 này.
Robinson cho biết những bức ảnh của MESSENGER cho thấy vai trò rộng khắp của hoạt động núi lửa. Các hố va chạm khá phổ biến nên khi nhìn lướt qua thì sao Thủy khá giống mặt trăng. Phần lớn bề mặt hành tinh này được hình thành thông qua hoạt động núi lửa.
“Ví dụ như, theo dữ liệu màu của chúng tôi thì lòng chảo va chạm Caloris bị phủ đầy chất liệu bằng phẳng mịn màng có vẻ như có nguồn gốc từ núi lửa. So về hình dạng và hình thái thì những mỏ này rất giống với các vùng tối phẳng có dòng bazan trên mặt trăng. Nhưng không như mặt trăng, đất bằng phẳng của sao Thủy có lượng chất sắt thấp, vì vậy chứng tỏ đây là một loại đá khá bất thường.”
Vùng đất bằng Caloris có diện tích ít nhất 1 triệu km vuông, tức khoảng bằng diện tích các bang Arizona, Nevada và California cộng lại. Kích cỡ của vùng đất bằng cho thấy sự tồn tại nguồn lớn chất macma trong lớp vỏ ngoài của sao Thủy.
Ảnh chụp đa quang phổ cũng cho thấy bên cạnh dòng chảy dung nham, Caloris có “điểm đỏ”, cũng có vẻ liên quan đến núi lửa. “Điểm đỏ có phạm vi lan rộng và đôi khi nằm ở trung tâm của phần đất lún không rìa. Hiện tại chúng giống như do sự phun trào nham tầng phát nổ tạo thành.”
Thêm vào đó, có ba đơn vị đá chính nổi bật trên những bức ảnh của MESSENGER.
“Chúng tôi đã lập sơ đồ lại bán cầu mới dùng chế độ phân giải ảnh khoảng 5km/pixel. Cũng trên phần bán cầu do Mariner thám hiểm, chúng tôi thấy được 3 đơn vị chính phân biệt theo màu sắc. Những đơn vị này gồm các vùng đất bằng phẳng mịn có năng suất phản xạ cao, địa hình lồi lõm trung bình và các chất liệu năng suất phản xạ thấp.”
Chất liệu có năng suất phản xạ thấp đặc biệt khó hiểu. “Nó là một loại đá quan trọng và phổ biến xuất hiện sâu trong lớp vỏ cũng như ở bề mặt, vậy mà nó có rất ít sắt trong các khoáng chất silicat.”
Điều đó theo ông là điều bất thường. “Bình thường bạn sẽ gặp các loại đá núi lửa năng suất phản xạ thấp có lượng chất khoáng silicat chứa lượng sắt cao. Nhưng ở đây thì không thế.” Một khả năng là sắt thực sự tồn tại nhưng không hiển thị lên máy đo quang phổ của MESSENGER vì nó bị lấp bên trong cấu trúc hóa học của các khoáng chất như ilmenite.
Giải được câu đố này sẽ giúp các nhà khoa học khám phá lịch sử của sao Thủy. “Nếu bạn muốn hiểu được một hành tinh tiến hóa như thế nào, bạn cần phải biết về các khoáng chất trong lớp vỏ và các tầng của nó. Không may là chúng ta không thể khoan vào sao Thủy trong một thời gian dài. Tất cả những gì chúng ta có thể làm là nghiên cứu các loại đá núi lửa thật chi tiết. Chúng sẽ cung cấp hiểu biết về tầng của hành tinh này.”
Robinson cho biết những bức ảnh của MESSENGER cho thấy vai trò rộng khắp của hoạt động núi lửa. Các hố va chạm khá phổ biến nên khi nhìn lướt qua thì sao Thủy khá giống mặt trăng. Phần lớn bề mặt hành tinh này được hình thành thông qua hoạt động núi lửa.
“Ví dụ như, theo dữ liệu màu của chúng tôi thì lòng chảo va chạm Caloris bị phủ đầy chất liệu bằng phẳng mịn màng có vẻ như có nguồn gốc từ núi lửa. So về hình dạng và hình thái thì những mỏ này rất giống với các vùng tối phẳng có dòng bazan trên mặt trăng. Nhưng không như mặt trăng, đất bằng phẳng của sao Thủy có lượng chất sắt thấp, vì vậy chứng tỏ đây là một loại đá khá bất thường.”
Vùng đất bằng Caloris có diện tích ít nhất 1 triệu km vuông, tức khoảng bằng diện tích các bang Arizona, Nevada và California cộng lại. Kích cỡ của vùng đất bằng cho thấy sự tồn tại nguồn lớn chất macma trong lớp vỏ ngoài của sao Thủy.
Ảnh chụp đa quang phổ cũng cho thấy bên cạnh dòng chảy dung nham, Caloris có “điểm đỏ”, cũng có vẻ liên quan đến núi lửa. “Điểm đỏ có phạm vi lan rộng và đôi khi nằm ở trung tâm của phần đất lún không rìa. Hiện tại chúng giống như do sự phun trào nham tầng phát nổ tạo thành.”
Thêm vào đó, có ba đơn vị đá chính nổi bật trên những bức ảnh của MESSENGER.
“Chúng tôi đã lập sơ đồ lại bán cầu mới dùng chế độ phân giải ảnh khoảng 5km/pixel. Cũng trên phần bán cầu do Mariner thám hiểm, chúng tôi thấy được 3 đơn vị chính phân biệt theo màu sắc. Những đơn vị này gồm các vùng đất bằng phẳng mịn có năng suất phản xạ cao, địa hình lồi lõm trung bình và các chất liệu năng suất phản xạ thấp.”
Chất liệu có năng suất phản xạ thấp đặc biệt khó hiểu. “Nó là một loại đá quan trọng và phổ biến xuất hiện sâu trong lớp vỏ cũng như ở bề mặt, vậy mà nó có rất ít sắt trong các khoáng chất silicat.”
Điều đó theo ông là điều bất thường. “Bình thường bạn sẽ gặp các loại đá núi lửa năng suất phản xạ thấp có lượng chất khoáng silicat chứa lượng sắt cao. Nhưng ở đây thì không thế.” Một khả năng là sắt thực sự tồn tại nhưng không hiển thị lên máy đo quang phổ của MESSENGER vì nó bị lấp bên trong cấu trúc hóa học của các khoáng chất như ilmenite.
Giải được câu đố này sẽ giúp các nhà khoa học khám phá lịch sử của sao Thủy. “Nếu bạn muốn hiểu được một hành tinh tiến hóa như thế nào, bạn cần phải biết về các khoáng chất trong lớp vỏ và các tầng của nó. Không may là chúng ta không thể khoan vào sao Thủy trong một thời gian dài. Tất cả những gì chúng ta có thể làm là nghiên cứu các loại đá núi lửa thật chi tiết. Chúng sẽ cung cấp hiểu biết về tầng của hành tinh này.”
“Còn bây giờ, có vẻ như sao Thủy được hình thành mà thiếu chất sắt. Nhưng chúng ta sẽ biết nhiều hơn về các hợp chất lượng lớn giúp tìm hiểu lịch sử của nó, khi MESSENGER đi vào quỹ đạo năm 2011. Đó là khi các loại đá bề mặt có thể được nghiên cứu chi tiết hơn, với toàn bộ các công cụ.”