Mặt Trăng

Mặt Trăng là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất và là thế giới duy nhất ngoài hành tinh của chúng ta mà con người từng đặt chân lên. Với bán kính 1.737 km, nó rộng hơn một chút so với một phần tư bề rộng Trái Đất và, trong số các mặt trăng của các hành tinh quanh Mặt Trời, đây là mặt trăng lớn nhất so với hành tinh chủ của nó — đủ lớn để một số nhà khoa học mô tả cặp Trái Đất-Mặt Trăng như một hệ đôi thay vì một hành tinh và vệ tinh của nó. (Chỉ có hành tinh lùn Sao Diêm Vương, với mặt trăng cỡ lớn Charon của nó, vượt qua tỷ lệ đó.)

Nó treo lơ lửng ở khoảng cách trung bình 384.400 km, đủ gần để chi phối bầu trời của chúng ta, thúc đẩy thủy triều đại dương, và ổn định độ nghiêng trục của Trái Đất qua các thời kỳ địa chất. Nó cũng đủ gần để nghiên cứu với độ chi tiết phi thường: Mặt Trăng là thiên thể duy nhất ngoài Trái Đất mà con người đã mang mẫu đá về, và sau nửa thế kỷ, nó một lần nữa trở thành tâm điểm của một làn sóng thám hiểm toàn cầu.

Sinh ra từ một vụ va chạm

Lời giải thích hàng đầu về nguồn gốc của Mặt Trăng là giả thuyết va chạm khổng lồ. Khoảng 4,5 tỷ năm trước, một tiền hành tinh cỡ Sao Hỏa — thường được gọi là Theia — được cho là đã va chạm sượt qua Trái Đất non trẻ, hất tung một đĩa đá bốc hơi vào quỹ đạo, sau đó kết tụ lại thành Mặt Trăng. Ý tưởng này giải thích gọn gàng vì sao Mặt Trăng chỉ có một lõi sắt nhỏ, vì sao nó cạn kiệt các nguyên tố dễ bay hơi, và vì sao đá Mặt Trăng và Trái Đất có chữ ký đồng vị oxy gần như giống hệt nhau, như thể được đúc từ cùng một vật liệu.

Sự ra đời bạo lực đó để lại một thiên thể có khối lượng 7,342 × 10²² kg — chỉ khoảng 1,2% khối lượng Trái Đất — với lực hấp dẫn bề mặt bằng khoảng một phần sáu của chúng ta. Chính lực hấp dẫn nhẹ nhàng đó, quen thuộc qua những bước sải chân bật nhảy của các phi hành gia Apollo, định hình gần như mọi thứ về cách Mặt Trăng vận hành.

Hai gương mặt: biển và cao nguyên

Ngay cả bằng mắt thường, Mặt Trăng cũng chia thành hai loại địa hình. Các cao nguyên sáng, gồ ghề là lớp vỏ cổ nhất, đầy ắp các hố va chạm ghi lại hơn bốn tỷ năm bị bắn phá. Các đồng bằng tối, mượt mà hơn là các 'biển' (maria, tiếng Latinh nghĩa là 'biển') — những lòng chảo rộng lớn bị ngập bởi dung nham bazan giàu sắt chủ yếu trong khoảng từ 3,9 đến 1,2 tỷ năm trước, khi đá nóng chảy trào lên qua các vết nứt do các va chạm khổng lồ để lại.

Bản thân các hố va chạm là một hồ sơ lâu dài vì Mặt Trăng gần như không có khí quyển và không có kiến tạo mảng để xóa bỏ chúng. Tycho, một hố va chạm trẻ có tia sáng rộng khoảng 85 km ở cao nguyên phía nam, ném các vệt vật chất phóng ra sáng rực đi nửa vòng mặt gần. Ở mặt xa nằm lòng chảo Nam Cực–Aitken, một trong những vết sẹo va chạm lớn nhất và sâu nhất được biết đến trong toàn bộ hệ Mặt Trời.

Khóa nhịp với Trái Đất

Mặt Trăng tự quay quanh trục trong 27,32 ngày — chính xác bằng thời gian nó quay quanh Trái Đất một vòng. Sự khóa thủy triều này là lý do vì sao chúng ta luôn thấy cùng một mặt gần và không bao giờ, từ mặt đất, thấy được mặt xa. Sự đồng bộ này không phải là ngẫu nhiên mà là trạng thái cuối cùng của hàng tỷ năm hãm phanh thủy triều, làm chậm vòng quay của Mặt Trăng cho đến khi sự tự quay và quỹ đạo trùng khớp nhau.

Vì quỹ đạo của Mặt Trăng nghiêng khoảng 5,1° so với đường đi của Trái Đất quanh Mặt Trời, hai thiên thể thường bỏ lỡ bóng của nhau — nhật thực và nguyệt thực chỉ xảy ra khi trăng non hoặc trăng tròn rơi gần các điểm mà hai quỹ đạo giao nhau. Quỹ đạo 27,32 ngày là tháng sao (sidereal month); chu kỳ pha quen thuộc mất lâu hơn, khoảng 29,5 ngày, vì trong lúc đó Trái Đất cũng đang di chuyển trên quỹ đạo của chính nó và Mặt Trăng phải đuổi kịp Mặt Trời.

Một thế giới cực đoan và băng ẩn giấu

Với hầu như không có không khí để giữ hoặc lan tỏa nhiệt, bề mặt Mặt Trăng dao động từ khoảng 127 °C dưới ánh nắng trực tiếp ở xích đạo đến gần −173 °C trong bóng tối. Sự thiếu vắng khí quyển đó cũng có nghĩa là đáy của một số hố va chạm ở cực, nghiêng khuất khỏi Mặt Trời, đã không thấy ánh sáng ban ngày trong hàng tỷ năm. Những vùng vĩnh viễn khuất bóng này nằm trong số những nơi lạnh nhất trong hệ Mặt Trời — và chúng đủ lạnh để giữ băng nước.

Việc xác nhận có băng đã làm thay đổi giá trị chiến lược của Mặt Trăng. Nước đóng băng có thể cung cấp nước uống, oxy để thở, và nhiên liệu tên lửa hydro-oxy cho các phi hành đoàn trên bề mặt, biến các cực từ những điều tò mò khoa học thành các trạm tiếp nhiên liệu tiềm năng cho các sứ mệnh sâu hơn vào không gian.

Không yên tĩnh và đang dần rời xa

Mặt Trăng không phải là một ngọn đèn cố định trên bầu trời. Đo khoảng cách bằng laser từ các gương phản xạ do các phi hành đoàn Apollo để lại cho thấy nó đang trôi ra xa với tốc độ khoảng 3,8 cm mỗi năm, khi tương tác thủy triều chuyển năng lượng quay của Trái Đất sang quỹ đạo của Mặt Trăng — cùng một sự trao đổi đang dần dần kéo dài ngày của chúng ta. Qua hàng trăm triệu năm, Mặt Trăng sẽ trông nhỏ hơn một chút trên bầu trời của chúng ta.

Lực hấp dẫn của nó cũng là chiếc máy đếm nhịp của các đại dương, tạo ra hai gò nước triều cường quét quanh hành tinh khi Trái Đất tự quay bên dưới chúng. Trên một quy mô thời gian dài hơn, lực kéo ổn định của Mặt Trăng giữ cho độ nghiêng trục của Trái Đất — và do đó khí hậu của nó — ổn định hơn nhiều so với khi không có nó.

Từ Apollo đến Artemis

Mặt Trăng là thế giới được ghé thăm nhiều nhất ngoài Trái Đất. Từ năm 1969 đến 1972, sáu sứ mệnh Apollo đã đưa mười hai phi hành gia hạ cánh gần xích đạo ở mặt gần, mang về 382 kg đá và đất vẫn còn là nền tảng cho hiểu biết của chúng ta về hệ Mặt Trời sơ khai. Sau nhiều thập kỷ im ắng của robot, nhịp độ đã tăng vọt trở lại: tàu đổ bộ Vikram của sứ mệnh Chandrayaan-3 của Ấn Độ đã hạ cánh gần cực nam vào tháng 8 năm 2023, và tàu Chang'e 6 của Trung Quốc trở thành sứ mệnh đầu tiên mang mẫu vật về từ mặt xa vào tháng 6 năm 2024, mang về gần 2 kg vật liệu từ lòng chảo Nam Cực–Aitken cổ đại.

Chương trình Artemis của NASA giờ đây đang đưa các phi hành đoàn quay trở lại Mặt Trăng. Artemis II đã thực hiện chuyến bay ngang qua Mặt Trăng có người lái vào tháng 4 năm 2026 — những phi hành gia đầu tiên bay vòng quanh Mặt Trăng sau hơn nửa thế kỷ — và NASA đang chuẩn bị các sứ mệnh tiếp theo nhằm đưa con người hạ cánh xuống vùng cực nam giàu tài nguyên. Quả cầu của Temposia cho phép bạn xoay Mặt Trăng để lần theo các biển, các tia hố va chạm lớn, và địa hình cực mà các sứ mệnh này đang nhắm tới.

Cách quan sát Mặt Trăng

Không có thiên thể nào khác đền đáp lần đầu quan sát qua kính viễn vọng một cách dễ dàng như vậy. Mặt Trăng là vật thể sáng nhất trên bầu trời đêm sau Mặt Trời, và thời điểm tốt nhất để nghiên cứu nó không phải là lúc trăng tròn — khi ánh sáng phẳng, chói lóa che khuất địa hình — mà là những ngày quanh thượng huyền và hạ huyền. Dọc theo đường ranh giới sáng-tối (terminator), đường phân chia ngày và đêm trên Mặt Trăng, ánh sáng Mặt Trời thấp hắt các viền hố va chạm và dãy núi vào bóng tối rõ nét, và ngay cả ống nhòm thông thường cũng sẽ cho thấy các biển như những đồng bằng xám riêng biệt. Một kính viễn vọng nhỏ tiết lộ các hố va chạm riêng lẻ, các tia sáng của Tycho, và bức tường gồ ghề của cao nguyên với chi tiết sắc nét.