Mặt trăng là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa Mặt trăng

Mặt trăng là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất, có khối lượng lớn thứ năm trong số các vệ tinh trong Hệ Mặt trời. Nó quay quanh Trái Đất theo một quỹ đạo hình elip và là thiên thể gần Trái Đất nhất, cách trung bình khoảng 384.400 km. Mặt trăng không phát sáng mà phản chiếu ánh sáng từ Mặt trời, đóng vai trò quan trọng trong thủy triều, chu kỳ sinh học và quan sát thiên văn học.

Đặc điểm vật lý và cấu trúc bên trong

Khối lượng của Mặt trăng bằng khoảng 1/81 lần khối lượng Trái Đất, với đường kính trung bình khoảng 3.474 km. Mật độ trung bình là 3.346 g/cm³, nhỏ hơn Trái Đất do thiếu lõi sắt lớn. Mặt trăng có trọng lực bằng khoảng 1/6 trọng lực Trái Đất.

Cấu trúc bên trong của Mặt trăng gồm ba lớp chính:

• Lõi sắt nhỏ, bán lỏng
• Lớp phủ silicat rắn
• Vỏ ngoài gồm bazan và anorthosit

Nghiên cứu địa chấn từ các tàu Apollo cho thấy Mặt trăng có hoạt động địa chất rất yếu và không có kiến tạo mảng giống Trái Đất.

Chu kỳ quỹ đạo và chuyển động quay

Mặt trăng hoàn thành một vòng quay quanh Trái Đất trong khoảng 27,3 ngày (chu kỳ thiên văn), tuy nhiên chu kỳ trăng tròn - trăng non (chu kỳ giao hội) kéo dài khoảng 29,5 ngày do chuyển động đồng bộ của Trái Đất quanh Mặt trời.

Mặt trăng có chuyển động quay đồng bộ, tức là thời gian quay quanh trục bằng thời gian quay quanh Trái Đất, vì vậy ta luôn nhìn thấy cùng một mặt của Mặt trăng. Hiện tượng này là kết quả của lực thủy triều từ Trái Đất làm chậm dần chuyển động quay ban đầu của Mặt trăng.

Quỹ đạo Mặt trăng nghiêng khoảng 5,1 độ so với mặt phẳng hoàng đạo, do đó không xảy ra nhật thực và nguyệt thực hàng tháng.

Địa chất bề mặt và đặc điểm địa hình

Bề mặt Mặt trăng có hai vùng địa chất chính: vùng tối (maria) là các đồng bằng bazan hình thành từ dung nham cổ, và vùng sáng (terrae) là các cao nguyên giàu anorthosit. Các maria chiếm khoảng 16% diện tích bề mặt, chủ yếu tập trung ở bán cầu gần.

Bề mặt Mặt trăng có rất nhiều hố va chạm do thiên thạch và tiểu hành tinh. Do không có khí quyển bảo vệ và hoạt động xói mòn, các vết tích này tồn tại hàng tỷ năm. Các đặc điểm đáng chú ý khác gồm:

• Hố va chạm Tycho, Copernicus
• Biển Mưa (Mare Imbrium)
• Dãy núi Apennine

Nguồn gốc hình thành

Lý thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất về nguồn gốc Mặt trăng là giả thuyết va chạm lớn (giả thuyết Theia). Theo đó, Mặt trăng hình thành từ vật chất văng ra sau va chạm giữa Trái Đất và một thiên thể có kích thước cỡ sao Hỏa.

Sau va chạm, một đĩa mảnh vỡ được hình thành quanh Trái Đất và kết tụ thành Mặt trăng. Giả thuyết này được hỗ trợ bởi sự tương đồng về thành phần đồng vị giữa đá Mặt trăng và Trái Đất. Tham khảo mô hình tại NASA Solar System Exploration.

Tác động của Mặt trăng đến Trái Đất

Mặt trăng ảnh hưởng đến Trái Đất theo nhiều cách, nổi bật là tác động thủy triều. Lực hấp dẫn từ Mặt trăng tạo ra dao động mức nước đại dương, gọi là thủy triều nhật nguyệt. Mặt trăng còn ổn định trục quay Trái Đất, giúp duy trì khí hậu ổn định.

Mặt trăng cũng ảnh hưởng đến sự sống theo chu kỳ trăng trong sinh học (chu kỳ sinh sản, hành vi), văn hóa và lịch pháp (âm lịch). Nghiên cứu gần đây cho thấy sự hiện diện của Mặt trăng có thể là điều kiện cần để sự sống ổn định phát triển trên hành tinh như Trái Đất.

Quan sát và khám phá Mặt trăng

Mặt trăng là thiên thể đầu tiên được quan sát bằng kính thiên văn và là đích đến đầu tiên của các tàu vũ trụ. Chương trình Apollo (1969–1972) của NASA đã đưa 12 người đặt chân lên bề mặt Mặt trăng, mang về hơn 380 kg mẫu đất đá để nghiên cứu.

Các tàu thăm dò không người lái gần đây như Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA), Chang’e (Trung Quốc), và Chandrayaan (Ấn Độ) đang tiếp tục nghiên cứu địa hình, khoáng chất và môi trường Mặt trăng. Mục tiêu lâu dài là xây dựng căn cứ Mặt trăng phục vụ nghiên cứu sâu hơn trong Hệ Mặt trời.

Tiềm năng khai thác và định cư trong tương lai

Mặt trăng được xem là trạm trung gian lý tưởng cho các sứ mệnh vũ trụ dài ngày. Việc khai thác tài nguyên như nước đá tại các cực, khoáng chất quý hiếm (helium-3) đang được nghiên cứu để hỗ trợ định cư lâu dài và sản xuất năng lượng.

Chương trình Artemis của NASA và các dự án thương mại như SpaceX Starship hướng đến xây dựng trạm nghiên cứu thường trú trên Mặt trăng trước năm 2030. Tham khảo thông tin tại NASA Artemis Program.

Tài liệu tham khảo

1. NASA Solar System Exploration – Earth's Moon. https://solarsystem.nasa.gov/moons/earths-moon/overview/
2. NASA Artemis Program. https://www.nasa.gov/specials/artemis/
3. European Space Agency (ESA) – Moon Science. https://www.esa.int/.../Moon
4. Journal of Geophysical Research – Moon Composition. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/journal/21699356
5. Lunar and Planetary Institute. https://www.lpi.usra.edu/lunar/

Định nghĩa Mặt trăng

Mặt trăng là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất, đồng thời là thiên thể gần Trái Đất nhất trong Hệ Mặt trời. Nó quay quanh Trái Đất theo một quỹ đạo hình elip với khoảng cách trung bình khoảng 384.400 km. Với đường kính xấp xỉ 3.474 km, Mặt trăng lớn thứ năm trong số hơn 200 vệ tinh đã biết trong Hệ Mặt trời.

Mặt trăng không tự phát sáng mà phản chiếu ánh sáng từ Mặt trời, tạo ra các pha trăng quan sát được từ Trái Đất như trăng non, trăng lưỡi liềm, trăng tròn... Vệ tinh này đóng vai trò quan trọng trong nhiều hiện tượng tự nhiên như thủy triều, ổn định trục quay Trái Đất, và thậm chí cả hành vi sinh học của một số loài động vật.

Từ thời cổ đại, Mặt trăng đã có ảnh hưởng sâu rộng đến văn hóa, lịch pháp và tôn giáo của nhiều nền văn minh. Trong khoa học hiện đại, nó tiếp tục là chủ đề nghiên cứu về địa chất hành tinh, thiên văn học, và tiềm năng khai thác không gian.

Đặc điểm vật lý và cấu trúc bên trong

Về khối lượng, Mặt trăng nặng khoảng $7.35 \times 10^{22}$ kg, tức bằng khoảng 1/81 khối lượng Trái Đất. Mật độ trung bình đạt 3.346 g/cm³, thấp hơn Trái Đất do thành phần sắt ít hơn. Trọng lực bề mặt của Mặt trăng vào khoảng 1.62 m/s², bằng khoảng 16.5% so với Trái Đất, khiến các hoạt động trên đó dễ dàng hơn nhưng đòi hỏi thiết bị thích nghi với môi trường trọng lực thấp.

Cấu trúc bên trong của Mặt trăng được chia thành ba lớp chính: lõi, lớp phủ và vỏ. Lõi có bán kính 300–400 km, chứa chủ yếu sắt và lưu huỳnh, ở trạng thái rắn hoặc bán lỏng. Lớp phủ chiếm phần lớn thể tích với thành phần giàu olivin và pyroxene. Vỏ Mặt trăng dày trung bình 50 km, gồm chủ yếu là anorthosit – một loại đá lửa sáng màu có nguồn gốc từ kết tinh sớm.

So sánh cấu trúc với Trái Đất như sau:

Thành phần	Trái Đất	Mặt trăng
Lõi	Sắt lớn, chiếm ~30% khối lượng	Nhỏ, chiếm ~2% khối lượng
Lớp phủ	Silicat giàu magie và sắt	Silicat giàu olivin, ít biến đổi
Vỏ	Silicat nhẹ như granit	Chủ yếu anorthosit, giàu canxi

Chu kỳ quỹ đạo và chuyển động quay

Mặt trăng quay quanh Trái Đất với chu kỳ thiên văn là 27,3 ngày (gọi là tháng sao), nhưng chu kỳ pha trăng – từ trăng non đến trăng non kế tiếp – kéo dài 29,5 ngày, gọi là tháng giao hội. Sự khác biệt này xuất phát từ chuyển động đồng thời của Trái Đất quanh Mặt trời, làm thay đổi vị trí quan sát trăng theo thời gian.

Mặt trăng có chuyển động quay đồng bộ: thời gian tự quay quanh trục của nó trùng với thời gian quay quanh Trái Đất. Vì vậy, chúng ta chỉ quan sát được một phía (bán cầu gần) của Mặt trăng từ Trái Đất. Phía còn lại (bán cầu xa) chỉ được khám phá sau khi tàu vũ trụ bay qua vào năm 1959.

Quỹ đạo của Mặt trăng nghiêng khoảng 5,1 độ so với mặt phẳng hoàng đạo, tạo ra điều kiện hiếm hoi để xảy ra nhật thực hoặc nguyệt thực. Độ lệch này cũng dẫn đến sự biến đổi nhẹ của vị trí trăng gọi là hiện tượng libration – cho phép quan sát được khoảng 59% diện tích bề mặt Mặt trăng từ Trái Đất theo thời gian.

Địa chất bề mặt và đặc điểm địa hình

Bề mặt Mặt trăng có thể chia thành hai vùng địa chất chính: maria (biển trăng) và terrae (cao nguyên). Maria là các vùng tối, phẳng, hình thành do dung nham bazan chảy lan sau các vụ va chạm lớn, chiếm khoảng 16% diện tích bề mặt, chủ yếu ở bán cầu gần. Terrae sáng hơn, có địa hình cao và giàu anorthosit – đại diện cho lớp vỏ nguyên thủy.

Hàng triệu hố va chạm tồn tại trên bề mặt Mặt trăng, với đường kính từ vài mét đến hàng trăm km. Do không có khí quyển dày và không có mưa gió, các vết tích này không bị xói mòn, giúp nhà khoa học nghiên cứu lịch sử va chạm trong Hệ Mặt trời. Một số hố nổi bật gồm Tycho (86 km), Copernicus (93 km), và Clavius (231 km).

Các đặc điểm địa hình đáng chú ý khác trên Mặt trăng:

• Dãy núi Apennine: hình thành từ vụ va chạm tạo ra Mare Imbrium
• Rilles: rãnh dài hình thành do sụt lún hoặc dòng dung nham cũ
• Domes: các mái vòm bazan do hoạt động núi lửa nhỏ

Nghiên cứu từ các tàu Apollo cho thấy lớp đất bề mặt (regolith) của Mặt trăng dày từ vài mét đến hơn 10 mét, chứa nhiều bụi mịn, các mảnh đá nghiền và thủy tinh do va chạm thiên thể.