Mặt Trăng đã hình thành thế nào? Có phải nó tách ra từ Trái Đất không, hay nó từng là một thiên thể độc lập? Nghành thiên văn chưa thể chắc chắn câu trả lời chính xác, nhưng ít nhất chúng ta đang đi đúng đường.
Câu hỏi về nguồn gốc Mặt Trăng gắn liền với nguồn gốc của toàn bộ Hệ Mặt Trời. Chúng ta có thể bắt đầu với thông tin đã biết, đó là tuổi của Trái Đất, rơi vào khoảng 4,6 tỉ tuổi. Có nhiều cách tính tuổi Trái Đất, tất cả đều dẫn đến cùng một kết quả. Một trong những cách khả tín nhất là tính độ phân hủy của một số nguyên tố, như uranium. Uranium là chất phóng xạ, phân hủy dần dần thành chì, nhưng rất chậm. Phải mất khoảng 4 tỉ năm để một mảnh uranium phân hủy một nửa thành chì. Chì sinh ra từ uranium không giống chì bình thường, và lượng uranium còn trong chì phân hủy cho ta biết nó đã phân hủy trong bao lâu. Tuổi của viên đá cổ xưa nhất trên Trái Đất là 4 tỉ tuổi, vậy thì trái đất còn phải già hơn thế.
Hệ Mặt Trời hình thành thế nào?
Năm 1796, Pierre Simon de Laplace, nhà thiên văn người Pháp, đưa ra Thuyết Tinh Vân (Nebular Hypothesis), nói rằng Hệ Mặt Trời ban đầu là một đám bụi khí khổng lồ xoay tròn. Dưới tác động của trọng lực, đám bụi khí co lại, và một số mảnh vụn văng ra, tụ lại tạo thành các hành tinh. Những hành tinh ở xa như Hải Vương, Diêm Vương hình thành trước, rồi đến các hành tinh bên trong như Hỏa Tinh, Kim Tinh, Trái Đất, Thủy Tinh. Phần trung tâm của đám bụi hình thành Mặt Trời. Mặt Trăng là mảnh vụn văng ra khi Trái Đất xoay tròn trong quá trình đông đặc.
Thuyết Tinh Vân thuyết phục được khá nhiều người, trừ các nhà toán học. Họ chứng minh rằng thuyết của Laplace không thể xảy ra được.
Tiếp theo xuất hiện thuyết thủy triều. Thuyết này cho rằng các hành tinh bị tách khỏi Mặt Trời do sự va chạm của một ngôi sao chổi. Vụ va chạm làm téc một mảnh vật chất có hình điếu xì gà. Các hành hình thành khi điếu xì gà này ngưng tụ và đông đặc lại. Phần lớn nhất biến thành Sao Thổ, Sao Mộc. Nhưng một lần nữa các nhà toán học lại phản đối gay gắt.
Đầu thế kỷ 20 còn xuất hiện nhiều thuyết khác về sự tạo thành Hệ Mặt Trời, nhưng tất cả đều không mấy khả quan.
Các ý tưởng hiện đại hơn có vẻ thiên về thuyết của Laplace hơn là các thuyết thủy triều. Người ta cho rằng Hệ Mặt Trời ban đầu là một đám bụi khí. Một phần đám bụi khí đó sụp đổ và xoay tròn, rất giống với cách mô tả của Laplace. Một “tinh vân mặt trời” hình thành, tồn tại trong khoảng thời gian khá ngắn, khoảng 100,000 năm, dần dần biến thành một ngôi sao. Nhiệt độ tăng cao, tinh vân mặt trời bị ép thành một cái đĩa phẳng xoay tròn. Nhiệt độ trung tâm tiếp tục gia tăng, và Mặt Trời sơ sinh phát triển thành một ngôi sao thực thụ. Nó tỏa ra một luồng nhiệt có chứa các khí nhẹ hơn, như hydro và helium. Các hành tinh hình thành từ tinh vân mặt trời trong quá trình bồi đắp. Những hành tinh đá nằm bên trong bị mất khí hydro và helium, nhưng các hành tinh nằm ở xa như Sao Thổ hoặc Sao Mộc, nơi nhiệt độ thấp hơn nhiều, thì tiếp tục bành trướng và kéo các vật chất từ những đám bụi sao lân cận. Hải Vương Tinh và Diêm Vương Tinh hình thành chậm hơn, không thể làm điều tương tự, vì theo thời gian kích thước của chúng sẽ đủ lớn khiến tinh vân mặt trời khó giữ chặt chúng. Vậy nên hai hành tinh này chứa ít hydro và helium hơn Thổ Tinh và Mộc Tinh, nhưng lại nhiều “băng” hơn.
Ở những bước đầu tạo thành ấy có một lượng vật chất khổng lồ “còn sót lại”, đánh phá các hành tinh văng ra những mảnh vụn trở thành vệ tinh của chúng, Mặt Trăng là một trường hợp như thế. Chu kỳ “đánh phá” này kết thúc khoảng 4 tỉ năm trước, và Hệ Mặt Trời cuối cùng cũng định hình như ngày nay.
Bốn giả thuyết về sự hình thành Mặt Trăng
Với những giả thuyết như thế thì ta có thể suy xét về sự hình thành của Mặt Trăng. Về cơ bản thì ta có 4 giả thuyết, Mặt Trăng hình thành có thể là do sự phân tách, do sự ngưng tụ, có thể là một vật thể độc lập bị cuốn vào trọng trường của Trái Đất, hoặc do va chạm mạnh.
Thuyết phân tách do George Darwin, con trai của nhà tự nhiên học lỗi lạc Charles Darwin, đề xuất.
to be continued
