Hố Stickney có thể hé lộ Phobos ra đời thế nào

Hố Stickney rộng khoảng 9 km, trong khi đường kính trung bình của Phobos chỉ khoảng 22,2 km. Vết lõm khổng lồ trên mặt trăng nhỏ bé của sao Hỏa không chỉ là một dấu tích va chạm: cấu trúc nằm dưới nó có thể giúp trả lời Phobos vốn là một tiểu hành tinh bị sao Hỏa bắt giữ hay được kết tụ từ vật chất bắn ra sau một vụ va chạm lớn. Điểm mấu chốt là tìm xem cú đâm tạo hố có để lại một khối vật chất đặc hơn bên trong Phobos hay không, rồi đối chiếu dấu hiệu hấp dẫn ấy với chuyển động và thành phần của thiên thể. [1]

Vì sao một hố va chạm lại liên quan đến nguồn gốc Phobos?

Stickney chiếm một phần rất lớn bề mặt Phobos nếu so kích thước hố với toàn bộ thiên thể. Vì vậy, sự kiện tạo ra nó có thể đã làm thay đổi không chỉ địa hình mà cả cách vật chất phân bố bên trong. Nếu đá dưới điểm va chạm từng bị nung nóng, nén chặt hoặc tái sắp xếp, vùng này có thể có mật độ khác với phần còn lại. Đó là một dấu vết gián tiếp về cấu trúc ban đầu mà cú va chạm đã tác động lên. [1]

Tuổi của Stickney hiện chưa được xác định thống nhất. Một mô hình gắn sự kiện tạo hố với kịch bản Phobos hình thành từ mảnh vỡ và đặt nó vào khoảng 4,2 tỷ năm trước; kịch bản Phobos là tiểu hành tinh bị bắt giữ lại cho phép vụ va chạm xảy ra muộn hơn, khoảng 2,6 tỷ năm trước. Đây là các mốc phụ thuộc vào giả thuyết hình thành, không phải hai phép đo trực tiếp về tuổi của cùng một hố. [1]

Hai giả thuyết hình thành khác nhau ở đâu?

Theo giả thuyết bắt giữ, Phobos khởi đầu như một tiểu hành tinh độc lập rồi bị trường hấp dẫn sao Hỏa giữ lại. Hình dạng không đều và một số đặc điểm quang phổ của nó phù hợp với cách giải thích này. Phobos cũng có thể thuộc kiểu “đống vụn”, tức nhiều mảnh đá liên kết tương đối lỏng lẻo thay vì một khối đặc đồng nhất. Tuy nhiên, một mô hình hoàn chỉnh còn phải giải thích được quỹ đạo hiện tại, mật độ, cấu trúc và chuyển động của nó. [1]

Giả thuyết còn lại bắt đầu bằng một vật thể lớn lao vào sao Hỏa, bắn vật chất lên quỹ đạo. Các mảnh vỡ tạo thành một đĩa quanh hành tinh rồi dần kết tụ thành Phobos và Deimos. Hai kịch bản vì thế không chỉ kể hai câu chuyện khác nhau về vị trí xuất phát; chúng còn dẫn tới những dự đoán khác nhau về cách vật liệu được trộn, nén và sắp xếp trong lòng Phobos. [1]

Khối vật chất đặc dưới Stickney sẽ để lại dấu hiệu gì?

Khối vật chất đậm đặc dưới Stickney mới là một khả năng do mô hình đề xuất, chưa phải cấu trúc đã được quan sát trực tiếp. Nếu tồn tại, nó sẽ kéo tàu thăm dò mạnh hơn một chút khi tàu đi qua vùng lân cận. Chênh lệch rất nhỏ ấy có thể được dùng để lập bản đồ trường hấp dẫn, từ đó suy ra khối lượng nằm tập trung ở đâu thay vì chỉ nhìn hình dạng bên ngoài. [1]

Sự phân bố khối lượng còn ảnh hưởng đến mômen quán tính và dao động quay của Phobos. Có thể hình dung hai vật có cùng hình dáng bên ngoài nhưng một vật dồn khối lượng về một phía: khi chúng quay hoặc bị kéo, phản ứng sẽ không hoàn toàn giống nhau. Với Phobos, việc kết hợp trường hấp dẫn và biên độ dao động có thể giúp kiểm tra xem vùng dưới Stickney đặc hơn đến mức nào, nếu có. [1]

Tại sao cú va chạm không phá tan mặt trăng nhỏ này?

Kích thước của Stickney đặt ra một câu hỏi khó: một vụ va chạm tạo hố lớn như vậy lẽ ra có thể làm Phobos vỡ vụn. Một lời giải thích được đề xuất là thiên thể có mật độ thấp và khá đồng đều, nhờ đó năng lượng va chạm được hấp thụ và phân tán trong cấu trúc xốp. Các ước tính hiện nay cũng hướng tới một phần bên trong nhiều lỗ rỗng, có khả năng chứa băng nước. [1]

Tuy nhiên, “xốp” không có nghĩa toàn bộ Phobos mềm hoặc rỗng như nhau. Nhiệt và áp suất tại nơi va chạm có thể làm vật chất ngay dưới Stickney nóng chảy hoặc bị ép chặt, tạo một vùng đặc nằm trong phần nền nhẹ hơn. Sự tương phản này vừa giải thích khả năng sống sót của thiên thể, vừa tạo ra tín hiệu hấp dẫn mà các phép đo mới có thể tìm kiếm. [1]

MMX có thể đo được những gì?

Sứ mệnh Martian Moons Exploration (MMX) của Nhật Bản được thiết kế để khảo sát Phobos và đưa mẫu bề mặt về Trái Đất. Theo kế hoạch hiện tại, tàu dự kiến phóng vào cuối năm 2026 và khoang mẫu có thể trở về vào giữa năm 2031. Hoạt động quanh Phobos đặc biệt khó vì lực hút yếu của mặt trăng bị trường hấp dẫn mạnh hơn nhiều của sao Hỏa chi phối. [1]

MMX dự kiến dùng một thiết bị lấy vật liệu ở độ sâu tối đa khoảng 2 cm và một hệ thống khí nén để đẩy các hạt bề mặt vào khoang chứa. Mẫu vật không tự giải thích toàn bộ phần sâu dưới Stickney, nhưng nó cung cấp bằng chứng vật chất để đối chiếu với dữ liệu quang phổ, mật độ, trường hấp dẫn và chuyển động. Giá trị lớn nhất nằm ở việc ghép nhiều phép đo độc lập thành một mô hình nội thất nhất quán. [1]

Kết quả nào sẽ nghiêng cán cân giữa hai giả thuyết?

Một dị thường hấp dẫn gần Stickney sẽ cho thấy cú va chạm đã để lại thay đổi đáng kể bên trong, nhưng riêng nó chưa đủ xác định Phobos sinh ra ở đâu. Các nhà nghiên cứu phải kiểm tra liệu cùng một mô hình có đồng thời phù hợp với hình dạng, mật độ, dao động quay, quỹ đạo và đặc điểm vật liệu hay không. Nếu một giả thuyết chỉ giải thích được chiếc hố nhưng mâu thuẫn với các đặc điểm còn lại, sức thuyết phục của nó sẽ giảm. [1]

Khả năng thú vị nhất của Stickney vì thế không nằm ở kích thước gây ấn tượng, mà ở vai trò như một phép thăm dò tự nhiên: cú va chạm đã tác động vào Phobos và có thể để lại bên dưới một vùng vật chất khác biệt. Đo lực hút, chuyển động quay và dao động của mặt trăng nhỏ này quanh sao Hỏa sẽ giúp biến vết sẹo trên bề mặt thành manh mối về cấu trúc sâu hơn, nơi lịch sử hình thành của Phobos có thể còn được lưu giữ. [1]