Một nhóm nghiên cứu khoa học do Đại học Brown ở Hoa Kỳ dẫn đầu mới đây đã công bố kết quả nghiên cứu mới nhất: họ đã mở các mẫu lõi mặt trăng đã được niêm phong đúng cách kể từ khi được Apollo 17 đưa về Trái đất vào năm 1972 và tìm thấy tín hiệu đồng vị lưu huỳnh chưa từng có trong đó. Kết quả này thách thức sự hiểu biết truyền thống về sự hình thành và quá trình tiến hóa bên trong của mặt trăng. Bài nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Nghiên cứu Địa vật lý: Các hành tinh.

Vào năm 1972, khi lứa phi hành gia cuối cùng của chương trình Apollo trở về từ mặt trăng, một số mẫu thu thập được đã được niêm phong và bảo quản với hy vọng để lại cho các nhà khoa học có công nghệ tiên tiến hơn trong tương lai phân tích chuyên sâu. Hơn năm mươi năm sau, viễn cảnh này cuối cùng đã thành hiện thực. Một nhóm do James Dottin, trợ lý giáo sư tại Khoa Khoa học Trái đất, Môi trường và Hành tinh tại Đại học Brown, dẫn đầu, đã phân tích lại một phần lõi đất mặt trăng được Apollo 17 thu thập ở vùng Taurus-Littrow và xác định thành phần đồng vị lưu huỳnh bất thường.

Thành phần lưu huỳnh trong các vật liệu núi lửa này cho thấy sự suy giảm đáng kể lưu huỳnh-33 (33S), một trong bốn đồng vị ổn định của lưu huỳnh. Nhóm nghiên cứu lưu ý rằng những giá trị này khác biệt đáng kể so với tỷ lệ đồng vị lưu huỳnh thường được đo trong đá trên Trái đất. Trong các nghiên cứu về Trái đất và các hành tinh khác, tỷ lệ đồng vị của một nguyên tố được coi là "dấu vân tay" phản ánh nguồn gốc và cách nó được hình thành: nếu hai mẫu có cùng mẫu đồng vị, điều đó thường có nghĩa là chúng có nguồn gốc từ cùng một "mẹ mẹ".

Trong một thời gian dài, cộng đồng khoa học đã xác nhận rằng Trái đất và Mặt trăng có những đặc điểm rất giống nhau về đồng vị oxy. Do đó, người ta thường suy đoán rằng thành phần đồng vị lưu huỳnh trong lớp phủ của Mặt trăng cũng gần giống với Trái đất. Tuy nhiên, kết quả của nghiên cứu này khá khác nhau. Doting cho biết ban đầu ông mong đợi sẽ thấy các giá trị tương tự như trên Trái đất, nhưng cuối cùng lại nhận được kết quả "rất khác so với bất kỳ mẫu nào đã biết trên Trái đất". Đến mức khi lần đầu tiên nhìn thấy dữ liệu, phản ứng của anh ấy là: "Điều này là không thể, chúng ta chắc chắn đã làm sai điều gì đó ở đâu đó". Sau nhiều lần kiểm tra, nhóm nghiên cứu khẳng định quy trình thử nghiệm là đúng và chỉ có thể chấp nhận rằng đây là tín hiệu có thật "rất đáng ngạc nhiên".

Mẫu được phân tích đến từ cái gọi là "ống dẫn động kép": Các phi hành gia Gene Cernan và Harrison Schmidt Schmitt của Apollo 17 đã từng chèn ống kim loại rỗng này khoảng 60 cm vào bề mặt mặt trăng để thu được mặt cắt đất mặt trăng tương đối tại chỗ, không bị xáo trộn. Sau khi các mẫu được đưa trở lại Trái đất, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia (NASA) đã niêm phong chúng trong môi trường helium như một phần của "Chương trình phân tích mẫu thế hệ tiếp theo của Apollo" (ANGSA) để dự trữ các vật liệu mặt trăng "sạch nhất" cho nghiên cứu trong tương lai.

Trong những năm gần đây, NASA đã mở các mẫu quý giá này cho các nhóm nghiên cứu khoa học thông qua tuyển chọn cạnh tranh. Với sự hỗ trợ từ Hiệp hội nghiên cứu mặt trăng LunaSCOPE của Đại học Brown, Doting đã sử dụng công nghệ quang phổ khối ion thứ cấp (phép đo khối phổ ion thứ cấp) để tiến hành các phép đo có độ chính xác cao về đồng vị lưu huỳnh trong các mẫu - một phương pháp không có khi mẫu Apollo lần đầu tiên được mang về. Ông đặc biệt lựa chọn những phần lõi được xác định là có nguồn gốc từ vật chất núi lửa nằm sâu trong mặt trăng, tập trung vào việc tìm kiếm các pha lưu huỳnh được hình thành khi đá phun trào, thay vì được đưa vào bởi các quá trình khác sau đó.

Đối với những tín hiệu 33S bất ngờ này, nhóm nghiên cứu hiện đã đề xuất hai cách giải thích chính. Một là liên quan đến môi trường bề mặt ban đầu của mặt trăng: trong bầu khí quyển mỏng, nếu lưu huỳnh tham gia vào các phản ứng quang hóa cụ thể dưới tác dụng của bức xạ cực tím, nó có thể hình thành các đặc tính của 33S cạn kiệt. Cộng đồng khoa học thường tin rằng mặt trăng sơ khai có bầu khí quyển mỏng trong thời gian ngắn và dấu hiệu đồng vị lưu huỳnh lần này có thể là tàn tích của các quá trình hóa học bề mặt trong thời kỳ đó. Nếu lời giải thích này là đúng thì có nghĩa là những vật liệu lưu huỳnh ban đầu nằm trên bề mặt đã được vận chuyển sâu vào lớp phủ mặt trăng theo một cơ chế nào đó.

Chấm chỉ ra rằng điều này sẽ tạo thành bằng chứng về "trao đổi vật chất bề mặt-bên trong" trong giai đoạn đầu của mặt trăng. Trên Trái đất, kiến ​​tạo mảng có thể hút chìm và tái chế vật chất bề mặt vào lớp phủ, nhưng không có hệ thống kiến ​​tạo mảng tương tự trên mặt trăng. Do đó, nếu thực sự có một cơ chế nào đó có thể đưa vật chất bề mặt vào mặt trăng sơ khai, thì nó sẽ rất quan trọng và hấp dẫn để tìm hiểu quá trình động lực bên trong của nó.

Một lời giải thích khác đưa quan điểm quay trở lại nguồn gốc của mặt trăng. Giả thuyết chính thống cho rằng Trái đất sơ khai đã có một vụ va chạm lớn với Theia, một thiên thể có kích thước bằng Sao Hỏa và các mảnh vụn ném ra ngoài tập trung lại trên quỹ đạo và cuối cùng hình thành nên mặt trăng. Nếu bản thân Theia có thành phần đồng vị lưu huỳnh rất khác với Trái đất, thì vật chất của nó nằm sâu trong lớp phủ mặt trăng cũng có thể được phát hiện trong các mẫu mặt trăng ngày nay.

Hiện tại, dữ liệu hiện có không đủ để đưa ra nhận định rõ ràng giữa hai cách hiểu. Doting hy vọng rằng trong tương lai, thông qua so sánh có hệ thống với dữ liệu đồng vị từ các mẫu mặt trăng khác và nhiều hành tinh hơn trong hệ mặt trời, nguồn gốc thực sự của "tín hiệu lưu huỳnh không đồng nhất" này có thể được làm rõ hơn. Các nhà nghiên cứu tin rằng việc phân tích chuyên sâu về các dấu vân tay đồng vị này sẽ không chỉ giúp tái tạo lại lịch sử hình thành và tiến hóa của chính mặt trăng mà còn cung cấp manh mối mới về quá trình phân bố vật chất và hình thành hành tinh ban đầu của toàn bộ hệ mặt trời.