Làm sao phát hiện miệng hố McGetchin rộng 222 mét vừa hình thành trên Mặt Trăng?

Một đốm sáng nằm giữa quầng tối rộng bất thường đã khiến Robert Wagner dừng việc kiểm tra bản đồ Mặt Trăng. Khi đặt ảnh cũ và ảnh mới của cùng khu vực cạnh nhau, ông nhận ra dấu vết ấy chỉ xuất hiện sau một thời điểm nhất định. Ảnh chụp cận cảnh sau đó xác nhận đây là miệng hố McGetchin, rộng 222 mét, hình thành trong năm 2024. [1]

Phát hiện không dựa vào việc nhìn thấy cú va chạm xảy ra. Các nhà khoa học tìm ra nó bằng cách theo dõi sự thay đổi của bề mặt qua thời gian: trước tiên nhận diện vùng có độ sáng khác thường, sau đó loại trừ sai lệch do ánh sáng và cuối cùng kiểm tra bằng ảnh chi tiết hơn. Chính chuỗi đối chiếu ấy trả lời câu hỏi làm sao biết một miệng hố thực sự vừa xuất hiện. [1]

Đốm sáng và quầng tối nói lên điều gì?

Trong các ảnh toàn cảnh, một miệng hố mới không nhất thiết hiện ra ngay như một vòng tròn sắc nét. Dấu hiệu dễ nhận biết hơn có thể là vật liệu vừa bị xáo trộn. Đất đá bị hất khỏi điểm va chạm tạo nên vùng có đặc tính phản xạ khác phần bề mặt lâu ngày xung quanh. Vì thế, phần sáng và quầng tối mà Wagner nhìn thấy là manh mối về một biến đổi mới, chưa phải kết luận cuối cùng. [1]

Phần mềm so sánh hàng trăm ảnh “trước” và “sau” giúp làm nổi bật khác biệt: địa hình không đổi hiện gần như màu xám, còn nơi thay đổi trở thành mảng sáng hoặc tối. Tuy nhiên, bóng đổ và góc chiếu sáng khác nhau cũng có thể tạo tín hiệu tương tự. Kết quả tự động vì thế phải được kiểm tra bằng mắt, thay vì xem mọi điểm lệch màu là một vụ va chạm. [1]

Ảnh trước và sau thu hẹp thời điểm ra sao?

Lunar Reconnaissance Orbiter, hay LRO, bay quanh Mặt Trăng theo quỹ đạo đi qua hai vùng cực và chụp lại bề mặt trong nhiều lần bay. Khi một cấu trúc vắng mặt trong ảnh ngày 11 tháng 4 nhưng đã hiện diện trong ảnh ngày 22 tháng 5 năm 2024, thời điểm hình thành có thể được giới hạn trong khoảng giữa hai lần quan sát. Cách xác định này không cho biết chính xác ngày va chạm, nhưng đủ chứng minh miệng hố là một biến đổi mới. [1]

Có thể hình dung phương pháp ấy như đối chiếu hai bức ảnh của cùng một căn phòng được chụp cách nhau vài tuần. Nếu một vết lõm chỉ có trong ảnh thứ hai, sự kiện tạo ra nó phải xảy ra sau ảnh đầu và không muộn hơn ảnh sau. Trên Mặt Trăng, công việc khó hơn vì độ sáng, bóng đổ và độ phân giải có thể thay đổi giữa các lượt chụp; bởi vậy cần tìm một cụm dấu hiệu nhất quán thay vì dựa vào một điểm ảnh đơn lẻ.

Vì sao phải dùng hai loại camera?

Camera góc rộng của LROC, hệ thống camera trên LRO, bao quát vùng lớn và phù hợp để tìm các biến đổi đáng kể trên bản đồ toàn cầu. Đổi lại, mỗi điểm ảnh đại diện cho một khu vực khá rộng. Với McGetchin, vệt vật liệu bắn ra trải trên hàng trăm điểm ảnh nên nổi bật hơn nhiều dấu va chạm nhỏ mà nhóm nghiên cứu thường gặp. [1]

Sau khi khoanh vùng mục tiêu, camera góc hẹp được dùng để quan sát với độ chi tiết khoảng 0,9 mét mỗi điểm ảnh. Ảnh từ những lượt bay tiếp theo cho phép đo đường kính, xem hình dạng miệng hố và khảo sát vùng đất đá chung quanh. Hai camera vì thế đảm nhiệm hai bước khác nhau: một thiết bị tìm dấu hiệu trên diện rộng, thiết bị còn lại kiểm tra cấu trúc tại chỗ đã chọn. [1]

Trình tự này cũng giúp giảm nguy cơ nhầm lẫn. Một mảng khác màu trong ảnh toàn cảnh có thể chỉ là hệ quả của điều kiện chiếu sáng, nhưng một miệng hố cùng các vệt vật liệu hướng ra ngoài trong ảnh độ phân giải cao tạo thành tập hợp dấu vết chặt chẽ hơn. Kết luận đến từ sự phù hợp giữa thời điểm xuất hiện, hình thái và vùng bề mặt bị đảo trộn. [1]

Vật thể nào có thể tạo ra hố rộng 222 mét?

Các nhà nghiên cứu ước tính thủ phạm là một tiểu hành tinh hoặc sao chổi có kích thước tương đương tòa nhà từ ba đến sáu tầng. Đây là ước tính suy ra từ kích thước, hình dạng hố và năng lượng cần để đào bật lượng vật liệu quan sát được, không phải phép đo trực tiếp vật thể trước khi nó lao xuống. Kết quả chi tiết hơn về vụ va chạm vẫn được dự kiến công bố trong một nghiên cứu sau. [1]

Mặt Trăng không có khí quyển đủ để hãm hoặc đốt cháy các vật thể đang lao tới như trên Trái Đất. Vì vậy, đá không gian có thể chạm thẳng vào bề mặt mà không bị không khí làm chậm đáng kể. Tại điểm va chạm, năng lượng được truyền vào lớp đất đá, vừa đào hố vừa phóng vật liệu ra xa; dấu vết quan sát được do đó rộng hơn bản thân lòng hố. [1]

Kích thước của vật thể va chạm và đường kính hố không thể được xem như hai đại lượng bằng nhau. Hố cuối cùng còn phụ thuộc vào năng lượng, cách vật thể lao xuống và tính chất bề mặt. Bởi vậy, việc suy ra vật thể cỡ một tòa nhà từ hố rộng 222 mét phải dựa trên phân tích va chạm, chứ không đơn giản là lấy đường kính hố để suy ngược theo một tỷ lệ cố định. [1]

Vùng lạnh quanh hố tiết lộ điều gì?

Thiết bị đo nhiệt Diviner phát hiện một vùng rộng khoảng 6,4 kilômét quanh McGetchin lạnh hơn địa hình lân cận khoảng 8,9 °C vào ban đêm. Cách giải thích được nhóm nghiên cứu đưa ra là cú va chạm đã xới tung và làm lớp regolith, tức đất đá vụn trên Mặt Trăng, trở nên tơi và kém đặc hơn. Vật liệu như vậy giữ nhiệt sau khi Mặt Trời lặn kém hơn bề mặt chưa bị xáo trộn. [1]

Điểm đáng chú ý là thay đổi nhiệt lan xa hơn nhiều so với miệng hố. Hình ảnh cho biết bề mặt đã đổi hình dạng và độ phản xạ, còn phép đo nhiệt bổ sung thông tin về trạng thái vật liệu. Hai kiểu quan sát cùng cho thấy phạm vi ảnh hưởng của một cú va chạm không nên chỉ được đánh giá bằng đường viền tròn nhìn thấy quanh hố. [1]

Một miệng hố mới giúp đọc lịch sử Mặt Trăng thế nào?

Trong hơn 17 năm quan sát, LRO đã giúp nhận diện ít nhất 1.000 miệng hố mới cùng khoảng 100.000 biến đổi khác do vật thể va chạm hoặc do mảnh văng từ các vụ va chạm gây ra. McGetchin nổi bật vì lớn hơn hẳn các trường hợp mới thường thấy; một sự kiện ở quy mô này được ước tính chỉ xảy ra khoảng một lần mỗi thế kỷ hoặc thưa hơn trên Mặt Trăng. [1]

Theo dõi dài hạn đã biến Mặt Trăng từ một cảnh quan tưởng như bất động thành một bề mặt có những thay đổi quan sát được. Mỗi cặp ảnh trước và sau cung cấp một khoảng thời gian hình thành; ảnh cận cảnh cho biết hình thái; phép đo nhiệt cho thấy vật liệu đã biến đổi ra sao. Khi những trường hợp như vậy được tích lũy, các miệng hố cũ không còn chỉ là dấu tròn trên bản đồ mà trở thành hồ sơ của những lần bề mặt bị tái định hình. [1]