SINH HOẠT
Một chị cán bộ hội phụ nữ rất sính dùng từ " sinh hoạt ". Có lần,đoàn công tác trên thành phố xuống làm việc với huyện.Khi xong việc,chi này được phân công mời đoàn ở lại ăn cơm chưa.
Xoa hai tay vào nhau, chị bảo :
-Mời các anh , các chị bớt chút thời gian vàng ngọc ở lại "sinh hoạt" trưa với chúng em ..... Gọi là cây nhà lá vườn ấy mà !
Khi cơm nước được dọn ra ,chị nói:
-mời các anh lãnh đạo thành phố và chị nhà báo "sinh hoạt ” ở trên giường, còn các anh lãnh đạo huyện và chúng em sinh hoạt dưới đất.
-!!!
Biển cấm.
Sau khi lên thành phố tham quan một tuần, anh cán bộ văn hoá thông tin xã về báo cáo:
-Tôi thấy ở thành phố: cấm hút thuốc thì người ta vẽ điếu thuốc bị gạch, không làm ồn người ta vẽ cái còi bị gạch. Kì này ,khi vận động sinh đẻ có kế hoạch các anh biết phải vẽ cái gì rồi chứ ?!
-!!!
Chuyện đánh số
70/ Sếp đã lớn tuổi mà chưa có vợ. Tay thư kí hứa giới thiệu cho một cô rất khá và dẫn sếp đến nhà cô ta. Sau khi chủ khách làm quen nhau, sếp rỉ tai chú thư kí:
- Đồ khỉ, chân thì cà nhắc, mắt thì lác mà mày kêu miễn chê?
- Anh cứ nói to lên, nó điếc có nghe được gì đâu!
72/ Nhà nọ có ba chú rể. Mẹ vợ muốn thử lòng các con rể. Trên đường về nhà có một cây cầu bắc qua con sông, khi đứa con rể thứ nhất đi làm về, bà mẹ vợ chờ sẵn bên cầu và nhảy đại xuống sông. Chú rể nhanh nhẹn lao xuống dòng nước vớt mẹ vợ lên. Bố vợ thưởng cho chú một chiếc tivi. Đến lượt chú rể thứ hai mẹ vợ cũng làm như vậy và bố vợ thưởng cho chú mọt chiếc xe máy. Đén lượt thằng rể thứ ba, khi thấy mẹ vợ nhảy xuông sông, chú ta dừng lại xem cho đến khi bà ta chìm hẳn rồi mới về nhà nói với bố vợ là mẹ đã chết đuối. Bố vợ thưởng cho chú một chiếc Mercedes đời mới nhất.
73/ Yêu nhau cởi áo cho nhau
Về nhà dối mẹ qua cầu gió bay.
-Đố là con gì?
- Con lừa mẹ!
74/ - Tại sao khi cưới cô dâu mặc đồ trắng?
- Vì màu trắng biểu hiện sự hạnh phúc.
- Thảo nào phần lớn các chú rể mặc đồ đen!
75/ Thi vấn đáp môn thần giao cách cảm. Giáo sư hỏi:
- Hôm qua cậu làm gì mà trông như thiếu ngủ?
- Em có ngủ, nhưng suốt đêm nằm mơ thấy đang trả bài cho thầy.
- Thảo nào tôi bị đau đầu cả đêm hôm qua.
Hôn nhau dưới bóng cây tầm gửi
Tại sao người phương Tây có tục hôn nhau dưới bóng cây tầm gửi vào ngày tết Tây. Đây là tập tục cổ xưa, bắt nguồn từ niềm tin của người Celt.
Cây tầm gửi được xem là loại cây đặc biệt. Trước hết, vì nó vẫn xanh và có quả vào mùa đông, trong khi các cây khác đều "chết". Thứ đến, vì nó không mọc lên từ đất : là cây sống bám, nó xuất hiện bất ngờ và mọc trên thân cây khác. Do đó, người Celt cho rằng cây này từ trời xuống, và không ai dám vất cây này xuống đất, sợ làm mất quyền lực thiên giới của nó. Tập tục này vẫn còn, vì khi cây rớt xuống đất, người ta vội nhặt lên và cắm lên nơi cao. Hạt cây tầm gửi được chim chóc phát tán đi nhiều nơi, và người xưa tin rằng nếu ăn hạt tầm gửi, họ có thể liên lạc được với người đã chết. Lý do sau hết : nhựa cây tầm gửi có màu trắng sữa, giống như tinh dịch, được người ta tin là có thể chữa chứng vô sinh và giúp mắn đẻ.
Như thế, một nụ hôn say đắm dưới bóng cây tầm gửi vào ngày đầu năm là để mừng năm mới với bao hi vọng và tưởng nhớ tổ tiên, và cũng để hi vọng có con trong năm mới.
N.T.ĐA (Theo Sélection)
Chuyện cười tuổi lên 5
Cô giáo dạy học trò vỡ lòng ra đầu bài tập làm văn miệng: " Hãy tả cảnh buổi sáng sớm "
Cả lớp yên lặng nghĩ bài.
Sau 30 phút một cậu học trò nhỏ đứng lên:
- Thưa cô ! Em xin phát biểu.
+ Nào ! Mời em Tý "chũn".
- Thưa cô ! Buổi sáng bố bắt em ra ngoài sân tập thể dục. Em nhìn thấy ông mặt trời hiện ra. Em thấy một con gà trống đuổi theo một con gà mái.
+ Thế rồi thì sao ? - cô giáo hỏi
- Thế rồi thì con gà trống bắt con gà mái cõng nó đi chơi !
+ Thôi ngay !
- Em cũng bảo thôi nhưng nó vẫn không thôi.
+ Im ngay !
- Nó không im ngay lại còn gáy: ò ó o o o ..
Tuyển tập cười
Nàng: - Anh yêu,thật buồn khi anh đi xa!
Chàng: - Đừng nghĩ ngợi, anh sẽ trở về sớm hơn em tưởng!
Nàng: - Vâng , chính vì thế...
--------------------
A: - Tại sao khách dự đám cưới luôn miệng chúc cô dâu, chú rể: "Vợ chồng hành phúc!"?
B: - Giản đơn là vì mọi người đều nghĩ rằng trong hôn nhân cái thiếu nhất là "hạnh phúc"!
------------------
Một đôi nam nữ thanh niên đi chi trên đường phố. Bất chợt, họ gặp một người đạo mạo, chững chạc. Thấy chàng ngả mũ chào, nàng hỏi:
- Ai đấy anh?
- "Người giúp việc" của anh đó!
- Thế ông ta làm gì ở cơ quan anh?
- A, à... Ông ta ngồi viết công văn cho anh... mang ra bỏ bưu điện.
-------------------
- Anh yêu em nhiều không cưng?
- Hết mình!
- Anh có thể hy sinh vì em chứ?
- Trời! Thế thì còn ai sẽ yêu em?
-------------------
Có một anh sinh viên đến nhà người yêu, không may hôm đó, cha cô gái ra mở cửa. Anh chàng nhanh nhảu:
- Cháu chào bác ạ! Thưa bác, cháu đến hỏi thăm sức khoẻ của hai bác!
- Không dám! Cái sức khoẻ của tôi đang nấu cơm dưới bếp ấy!
-------------------
- Cậu đã mắc sai lầm khi từ chối lời cầu hôn của anh ấy. Bây giờ, anh ấy sắp cưới mình!
- Điều đó thì mình biết! Lúc mình từ chối, anh ấy bảo: "Vì thất tình, anh ấy sẽ lấy bất kỳ con ngốc nào!"
-------------------
- Em thân yêu, đồng ý làm vợ nhé, em sẽ không phải lo gì cả! Anh kiếm được đủ tiền để nuôi hai người phụ nữ như em!
- Tuyệt qúa! Vậy thì mẹ em có thể cũng đến ở cùng với chúng ta!?
---------------
Con gái hỏi mẹ:
- Mẹ ơi, cần bao nhiêu thời gian để có thể gặp được người thích hợp?
- Ôi, nhiều thời gian lắm, con ơi! Để giết thời gian, trước hết con phải lấy chồng đã!
-----------------
Một cô gái chừng 25 tuổi đến đài phát thanh nhờ mục quảng cáo và nhắn tin tìm người nhà, nội dung như sau:
" Tôi là Lê thị Nhỡ Nhàng, 25 tuổi, dễ coi, có duyên, muốn tìm người nhà là nam, tuổi khoảng từ 30 đến 35, cao khoảng 1m65, nặng khoảng 60kg, hiền lành vui tính, có nghề nghiệp ổn định. Bà con cô bác nào biết mách giùm, tôi xin cảm ơn và hậu tạ!"
Phụ trách biên tập hỏi:
- Rõ ràng là chị đăng tin tìm chồng chứ gì?!
Cô gái thản nhiên đáp:
- Dạ thưa anh, chồng không phải là người nhà thì là người dưng sao được!
--------------------
- Thưa cô, tôi rất mong được gặp lại cô ...
- Ông có thể gọi điện thoại. Số điện thoại của tôi ở trong quyển niên giám...
- Thế tên cô ?...
- ... Ơ' ngay bên cạnh!
-----------------
- Có hấp tấp quá không? Chúng ta vừa biết nhau không được bao lâu mà anh đã ngỏ ý cầu hôn với tôi?
-Vì tôi làm việc ở ngân hàng nên biết cô quá rõ qua số tiền cô gửi trong ngân hàng!
-------------------
Nàng nói với người yêu:
- Thôi! Mua bấy nhiêu đủ rồi. Đi đến đâu cũng nghe "Tết mà, Tết mà..." Cứ nói như vậy để tăng giá vô tội vạ!
- Có gì đâu em, Tết mà... Tết cái gì cũng tăng hơn ngày thường chứ!
Sau đó chàng chở nàng về nhà, hôn nàng từ biệt:
- Chúc em ngủ ngon, anh về. Mai gặp sớm nhé!
- Anh chưa về được đâu!
- Có chuyện gì thế em?
Nàng ấp a, ấp úng:
- Tết mà...
--------------------
- Anh có đồng ý rằng thời gian sẽ chữa lành các vết thương tình ái không?
- Có thể đấy, nhưng thời gian không phải là chuyên gia thẩm mỹ, nên chắc chắn vết thương còn sẹo!
----------------
- Có gì khác nhau giữa sức khỏe và tình yêu?
- Sức khoẻ là thứ không thể mua được!
--------------------
- Lẽ nào cô Helena chưa bao giờ lấy chồng?
- Có lần cô ấy lấy được hai phần ba. Khi đến nhà thờ làm lễ chỉ có cô ấy và cha cố, nhưng không hiểu sao lại thiếu chú rể.
------------------
A và B đi ăn tiệc về .A hỏi B :
tại sao cậu cứ hôn tay cô gái bên cạnh thế ?
-Đơn giản ,tớ quên khăn mùi xoa .
= = = ==========
Đang vừa say sưa lải nhải vừa mải mê cuốc đất ,bí thư chi đoàn ngẩng đầu lên, khi thấy quanh mình chỉ còn nỗi 1 đoàn viên, anh giật mình hỏi:
-Còn bao nhiêu người thuộc chi đoàn ta ở đây ?
-Dạ ..cßn mçi m×nh bÝ th th«i ¹!
-Thế còn cậu ?
-Dạ không ! Tôi thuộc chi đoàn khác!
===============
Con: Thằng Tí bạn của con bây giờ hư lắm bố ạ!
Cha: Nó ngịch trong lớp à?
Con: Không,nó chuyên trốn học đi chơi điện tử...
Cha: Sao con biết ?
Con: con đi với nó mà!
================
Phụ huynh A: thưa cô ,con tôi sợ đòn lắm ,nên muốn dăn dạy cháu cũng dễ.
Mỗi lần cháu phạm lỗi ,cô cứ bợp tai thằng bạn ngồi bên cạnh là nó sợ liền !
-----------------
Cha khuyên con:
- Hãy lấy vợ đi! Cô ấy sẽ san sẻ mọi nỗi phiền muộn và khó khăn của con!
- Nhưng con không có nỗi phiền muộn hay khó khăn nào c!
- Rồi con sẽ có, con ạ. Ngay sau lễ cưới thôi!
------------------
Khi có một người đàn ông hào hoa đến thăm một người bạn gái của mình với bó hoa trên tay, đó là vì anh ta không đủ tiền để mua rượu!
Khi người đàn ông lịch thiệp ôm hôn người phụ nữ rất lâu, đó là vì cô ấy lắm lời!
------------------
Nàng: - Hôm qua anh xem trộm nhật ký của em phi không?
Chàng: - Sao em biết?
Nàng: - Em đọc thấy ở trong nhật ký của anh!
-----------------
Hai người bạn gái tâm sự với nhau:
- Mình sắp lấy chồng!
- Anh ấy bao nhiêu tuổi?
- Tuổi của hai đứa mình cộng lại vừa tròn 50!
- Trời ơi! Con nít thời nay cũng dám lấy vợ ư?
----------------------
Hai cô bạn gái tâm sự về người yêu của mình:
- Chàng của tao trước khi muốn hôn, ảnh im lặng rồi nhìn tao bằng đôi mắt say đắm, tình tứ...
- Chàng của tao kể cũng lạ, ảnh thường hỏi: "Chiều nay em ăn cơm với món gì?"
--------------------
Chàng và nàng ngồi tâm sự dưới bóng cây:
- Anh nhìn kìa! Trên cành có đôi chim đang âu yếm đó, sao anh cứ ngồi thẫn thờ mãi vậy?
- Biết làm sao được! Anh không đem súng hơi theo!
Thứ Ba, 25 tháng 5, 2010
THẾ GIỚI XUNG QUANH TA
Mặt Trăng (tiếng Latin: Luna, ký hiệu: ☾) là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất và là vệ tinh tự nhiên lớn thứ năm trong Hệ Mặt Trời.
Khoảng cách trung bình tính từ tâm Trái Đất đến Mặt Trăng là 384.403 km, lớn khoảng 30 lần đường kính Trái Đất. Đường kính Mặt Trăng là 3.474 km[1], tức hơn một phần tư đường kính Trái Đất. Khối lượng Mặt Trăng khoảng bằng 2% khối lượng Trái Đất và lực hấp dẫn tại bề mặt Mặt Trăng bằng 17% lực hấp dẫn trên bề mặt Trái Đất. Mặt Trăng quay một vòng quanh Trái Đất với chu kỳ quỹ đạo 27,32 ngày, và các biến đổi định kỳ trong hình học của hệ Trái Đất-Mặt Trăng–Mặt Trời là nguyên nhân gây ra các pha mặt trăng, lặp lại sau mỗi chu kỳ giao hội 29,53 ngày.
Mặt Trăng là thiên thể duy nhất ngoài Trái Đất mà con người đã đặt chân tới. Năm 1959 là năm mang tính lịch sử đối với công cuộc khám phá Mặt Trăng, mở đầu bằng chuyến bay của vệ tinh nhân tạo Luna 1 của Liên bang Xô viết đến phạm vi của Mặt Trăng, tiếp đó Luna 2 rơi xuống bề mặt của Mặt Trăng và Luna 3 lần đầu tiên cung cấp ảnh mặt sau của Mặt Trăng. Năm 1966[1], Luna 9 trở thành tàu vũ trụ đầu tiên hạ cánh thành công và Luna 10 là tàu vũ trụ không người lái đầu tiên bay quanh Mặt Trăng.
Cho đến nay, Chương trình Apollo của Hoa Kỳ đã thực hiện được những cuộc đổ bộ duy nhất của con người xuống Mặt Trăng, tổng cộng gồm sáu lần hạ cánh trong giai đoạn từ 1969 tới 1972. Năm 1969, Neil Armstrong và Buzz Aldrin là những người đầu tiên đặt chân lên Mặt Trăng trong chuyến bay Apollo 11. Việc thám hiểm Mặt Trăng của loài người đã ngừng lại với sự chấm dứt của chương trình Apollo, dù nhiều quốc gia đã thông báo các kế hoạch đưa người hay tàu vũ trụ robot tới Mặt Trăng.
Tên gọi và từ nguyên
Trong tiếng Việt, Mặt Trăng còn được gọi bằng những tên khác như ông trăng, ông giăng, giăng, nguyệt, Hằng Nga, Thường Nga v.v. Không giống như vệ tinh của những hành tinh khác, Mặt Trăng - vệ tinh của Trái Đất - không có tên riêng nào khác. Trong một số ngôn ngữ, Mặt Trăng của Trái Đất được viết hoa để phân biệt với danh từ chung "mặt trăng", nói đến các vệ tinh tự nhiên của các hành tinh khác như "the Moon" trong tiếng Anh[2] và "the moon".
Từ moon ("mặt trăng" trong tiếng Anh) là một từ thuộc nhóm ngôn ngữ German, liên quan tới từ mensis trong tiếng Latin; từ này lại xuất phát từ gốc me- trong ngôn ngữ Ấn-Âu nguyên thủy (Proto-Indo-European), cũng xuất hiện trong measure (đo lường)[3] (thời gian), với sự gợi nhớ tới tầm quan trọng của nó trong việc đo đạc thời gian trong những từ có nguồn gốc từ nó như Monday ("thứ Hai" trong tiếng Anh), month ("tháng" trong tiếng Anh) và menstrual (hàng tháng/kinh nguyệt). Trong tiếng Anh, từ moon chỉ có nghĩa "mặt trăng" cho tới tận năm 1665, khi nó được mở rộng nghĩa để chỉ những vệ tinh tự nhiên mới được khám phá của các hành tinh khác[3]. Mặt Trăng thỉnh thoảng cũng được gọi theo tên tiếng Latin của nó, Luna, để phân biệt với các vệ tinh tự nhiên khác; tính từ có liên quan là lunar và một tiền tố tính từ seleno- hay hậu tố -selene (theo vị thần Hy Lạp Selene.
Bề mặt Mặt Trăng
Hai phía Mặt Trăng
SỰ ĐU ĐƯA CỦA MẶT TRĂNG
Mặt Trăng nằm trên quỹ đạo quay đồng bộ, có nghĩa là nó hầu như giữ nguyên một mặt hướng về Trái Đất ở tất cả mọi thời điểm. Buổi đầu mới hình thành, Mặt Trăng quay chậm dần và bị khoá ở vị trí hiện tại vì những hiệu ứng ma sát xuất hiện cùng hiện tượng biến dạng thuỷ triều do Trái Đất gây ra[4].
Từ đã rất lâu khi Mặt Trăng còn quay nhanh hơn hiện tại rất nhiều, bướu thuỷ triều (tidal bulge) của nó chạy trước đường nối Trái Đất-Mặt Trăng bởi nó không thể làm xẹp bướu đủ nhanh để giữ bướu này luôn ở trên đường thẳng đó[5]. Lực quay khiến bướu luôn vượt quá đường nối này. Hiện tượng này gây ra mô men xoắn, làm giảm tốc độ quay của Mặt Trăng, như một lực vặn siết chặt đai ốc. Khi tốc độ quay của Mặt Trăng giảm xuống đủ để cân bằng với tốc độ quỹ đạo của nó, khi ấy bướu luôn hướng về phía Trái Đất, bướu nằm trên đường thẳng nối Trái Đất-Mặt Trăng, và lực xoắn biến mất. Điều này giải thích tại sao Mặt Trăng quay với tốc độ bằng tốc độ quỹ đạo và chúng ta luôn chỉ nhìn thấy một phía của Mặt Trăng.
Các biến đổi nhỏ (đu đưa - libration) trong góc quan sát cho phép chúng ta có thể nhìn thấy được khoảng 59% bề mặt Mặt Trăng (nhưng luôn luôn chỉ là một nửa ở mọi thời điểm)[1].
Phần nhìn thấy được từ Trái Đất Phần không nhìn thấy được từ Trái Đất
Mặt quay về phía Trái Đất được gọi là phần nhìn thấy, và phía đối diện được gọi là phần không nhìn thấy. Phần không nhìn thấy thỉnh thoảng còn được gọi là "phần tối," nhưng trên thực tế nó cũng được chiếu sáng thường xuyên như phần nhìn thấy: một lần trong mỗi ngày Mặt Trăng, trong tuần trăng mới mà chúng ta quan sát thấy từ Trái Đất khi phần nhìn thấy đang bị che tối. Phần không nhìn thấy của Mặt Trăng lần đầu tiên được tàu thăm dò Xô Viết Luna 3 chụp ảnh năm 1959. Một đặc điểm phân biệt của phần không nhìn thấy được là nó hầu như không có "các vùng tối Mặt Trăng" (các “biển”).
Các vùng tối trên Mặt Trăng/Biển Mặt Trăng
Các đồng bằng tối và hầu như không có đặc điểm riêng trên Mặt Trăng có thể được nhìn thấy rõ bằng mắt thường được gọi là "các vùng tối" hay các biển Mặt Trăng, từ tiếng Latin (mare) có nghĩa là "biển", bởi chúng được các nhà thiên văn học cổ đại cho là những nơi chứa đầy nước. Hiện chúng đã được biết chỉ là những bề mặt lớn chứa dung nham bazan cổ đã đông đặc. Đa số các dung nham này đã được phun ra hay chảy vào những chỗ lõm hình thành nên sau các vụ va chạm thiên thạch hay sao chổi vào bề mặt Mặt Trăng. (Oceanus Procellarum là trường hợp khác bởi nó không được hình thành do va chạm). Các biển xuất hiện dày đặc phía bề mặt nhìn thấy được của Mặt Trăng, phía không nhìn thấy có rất ít biển và chúng chỉ chiếm khoảng 2% bề mặt[6], so với khoảng 31% ở phía đối diện[1]. Cách giải thích có vẻ đúng đắn nhất cho sự khác biệt này liên quan tới sự tập trung cao của các yếu tố sinh nhiệt phía bề mặt nhìn thấy được, như đã được thể hiện bởi các bản đồ địa hóa học có được từ những máy quang phổ tia gama[7][8]. Nhiều vùng có chứa những núi lửa hình khiên và các vòm núi lửa được tìm thấy trong các biển ở phía có thể nhìn thấy[9].
Terrae/Đất liền
Các vùng có màu sáng trên Mặt Trăng được gọi là terrae, hay theo cách thông thường hơn là các "cao nguyên", bởi chúng cao hơn hầu hết các biển. Nhiều rặng núi cao ở phía bề mặt nhìn thấy được chạy dọc theo bờ ngoài các vùng trũng do va chạm lớn, nhiều vùng trũng này đã được bazan lấp kín. Chúng được cho là các tàn tích còn lại của các gờ bên ngoài của vùng trũng va chạm[10]. Không giống Trái Đất, không một ngọn núi lớn nào trên Mặt Trăng được cho là được hình thành từ các sự kiện kiến tạo[11].
Các bức ảnh được chụp bởi phi vụ Clementine năm 1994 cho thấy bốn vùng núi trên vùng gờ hố va chạm Peary rộng 73 km tại cực bắc Mặt Trăng luôn được chiếu sáng trong cả ngày Mặt Trăng. Những đỉnh sáng vĩnh cửu này là có thể do độ nghiêng trục tự quay rất nhỏ trên mặt phẳng hoàng đạo của Mặt Trăng. Không vùng sáng vĩnh cửu nào được phát hiện ở phía cực nam, dù vùng gờ của hố va chạm Shackleton được chiếu sáng trong khoảng 80% ngày Mặt Trăng. Một hậu quả khác từ việc Mặt Trăng có độ nghiêng trục nhỏ là một số vùng đáy của các hố va chạm vùng cực luôn ở trong bóng tối[12].
Hố va chạm
Hố va chạm Daedalus ở mặt không nhìn thấy được
Bề mặt Mặt Trăng cho thấy bằng chứng rõ ràng rằng nó đã bị ảnh hưởng nhiều bởi các sự kiện va chạm thiên thạch[13]. Các hố va chạm hình thành khi các thiên thạch và sao chổi va chạm vào bề mặt Mặt Trăng, và nói chung có khoảng nửa triệu hố va chạm với đường kính hơn 1 km. Do các hố va chạm hình thành với tỷ lệ gần như cố định, nên số lượng hố va chạm trên một đơn vị diện tích chồng lên trên một đơn vị địa chất có thể được sử dụng để ước tính tuổi của bề mặt (xem Đếm hố va chạm). Vì không có khí quyển, thời tiết và các hoạt động địa chất gần đây nên nhiều hố va chạm được bảo tồn trong trạng thái khá tốt so với những hố va chạm trên bề mặt Trái Đất.
Hố va chạm lớn nhất trên Mặt Trăng, cũng là một trong các hố va chạm lớn nhất đã được biết đến trong Hệ Mặt Trời, là Vùng trũng Nam cực-Aitken. Vùng này nằm ở phía mặt không nhìn thấy, giữa Nam cực và xích đạo, và có đường kính khoảng 2.240 km và sâu khoảng 13 km[14]. Các vùng trũng va chạm lớn ở phía bề mặt nhìn thấy được gồm Imbrium, Serenitatis, Crisium và Nectaris.
Regolith
Bao trùm phía ngoài bề mặt Mặt Trăng là một lớp bụi rất mịn (vật chất vỡ thành các phần tử rất nhỏ) và lớp bề mặt vỡ vụn do va chạm này được gọi là regolith. Bởi được hình thành từ các quá trình va chạm, regolith của các bề mặt già thường dày hơn tại các nơi bề mặt trẻ khác. Đặc biệt, người ta đã ước tính rằng regolith có độ dày thay đổi từ khoảng 3–5 m tại các biển, và khoảng 10–20 m trên các cao nguyên[15]. Bên dưới lớp regolith mịn là cái thường được gọi là megaregolith. Lớp này dày hơn rất nhiều (khoảng hàng chục km) và bao gồm lớp nền đá đứt gãy[16].
Nước trên Mặt Trăng
Những vụ bắn phá liên tiếp của các sao chổi và các thiên thạch có lẽ đã mang tới một lượng nước nhỏ vào bề mặt Mặt Trăng. Nếu như vậy, ánh sáng Mặt Trời sẽ phân chia đa phần lượng nước này thành các nguyên tố cấu tạo là hiđrô và ôxy, cả hai chất này theo thời gian nói chung lại bay vào vũ trụ, vì lực hấp dẫn của Mặt Trăng yếu. Tuy nhiên, vì độ nghiêng của trục tự quay của Mặt Trăng so với mặt phẳng hoàng đạo nhỏ, chỉ chênh 1,5°, nên có một số hố va chạm sâu gần các cực không bao giờ bị ánh sáng Mặt Trời trực tiếp chiếu tới (xem Hố va chạm Shackleton). Các phân tử nước ở trong các hố va chạm này có thể ổn định trong một thời gian dài.
Clementine đã vẽ bản đồ các hố va chạm tại cực nam Mặt Trăng[17] nơi luôn ở trong bóng tối, và các cuộc thử nghiệm mô phỏng máy tính cho thấy có thể có tới 14.000 km² luôn ở trong bóng tối[12]. Các kết quả thám sát radar từ phi vụ Clementine cho rằng có một số túi nước nhỏ, đóng băng nằm gần bề mặt, và dữ liệu từ máy quang phổ nơtron của Lunar Prospector cho thấy sự tập trung lớn dị thường của hiđrô ở vài mét phía trên của regolith gần các vùng cực[18]. Các ước tính tổng số lượng băng gần một kilômét khối.
Băng có thể được khai thác và phân chia thành nguyên tử cấu tạo ra nó là hiđrô và ôxy bằng các lò phản ứng hạt nhân hay các trạm điện mặt trời. Sự hiện diện của lượng nước sử dụng được trên Mặt Trăng là yếu tố quan trọng để việc thực hiện tham vọng đưa con người lên sinh sống trên Mặt Trăng có thể trở thành hiện thực, bởi việc chuyên chở nước từ Trái Đất lên quá tốn kém. Tuy nhiên, những quan sát gần đây bằng radar hành tinh Arecibo cho thấy một số dữ liệu thám sát radar của chương trình Clementine gần vùng cực trước kia được cho là dấu hiệu của sự hiện diện của băng thì trên thực tế có thể chỉ là hậu quả từ những tảng đá bị bắn ra từ các hố va chạm gần đây[19]. Câu hỏi về lượng nước thực sự có trên Mặt Trăng vẫn chưa có lời giải đáp.
Các đặc điểm vật lý
Cấu trúc bên trong
Hình giản đồ cấu trúc bên trong Mặt Trăng
Mặt Trăng là một vật thể phân dị, về mặt địa hoá học gồm một lớp vỏ, một lớp phủ, và lõi. Cấu trúc này được cho là kết quả của sự kết tinh phân đoạn của một biển macma chỉ một thời gian ngắn sau khi nó hình thành khoảng 4,5 tỷ năm trước. Năng lượng cần thiết để làm tan chảy phần phía ngoài của Mặt Trăng thường được cho là xuất phát từ một sự kiện va chạm lớn được cho là đã hình thành nên hệ thống Trái Đất-Mặt Trăng, và sự bồi đắp sau đó của vật chất trong quỹ đạo Trái Đất. Sự kết tinh của biển macma khiến xuất hiện lớp phủ mafic và một lớp vỏ giàu plagiocla (xem Nguồn gốc và tiến hoá địa chất bên dưới).
Việc vẽ bản đồ địa hoá học từ quỹ đạo cho thấy lớp vỏ Mặt Trăng gồm phần lớn thành phần là anorthosit,[20] phù hợp với giả thuyết biển macma. Về các nguyên tố, lớp vỏ gồm chủ yếu là ôxy, silic, magiê, sắt, canxi và nhôm. Dựa trên các kỹ thuật địa vật lý, chiều dày của nó được ước tính trung bình khoảng 50 km[21].
Sự tan chảy một phần bên trong lớp phủ Mặt Trăng khiến phún xạ của biển bazan nổi lên trên bề mặt Mặt Trăng. Các phân tích bazan này cho thấy lớp phủ bao gồm chủ yếu là các khoáng chất olivin, orthopyroxen và clinopyroxen, và rằng lớp phủ Mặt Trăng có nhiều sắt hơn Trái Đất. Một số bazan Mặt Trăng chứa rất nhiều titan (hiện diện trong khoáng chất ilmenit), cho thấy lớp phủ có sự không đồng nhất lớn trong thành phần. Các trận động đất trên Mặt Trăng được phát hiện xảy ra sâu bên trong lớp phủ, khoảng 1.000 km dưới bề mặt. Chúng diễn ra theo chu kỳ hàng tháng và liên quan tới các ứng suất thuỷ triều gây ra bởi quỹ đạo lệch tâm của Mặt Trăng quanh Trái Đất[21].
Mặt Trăng có mật độ trung bình 3.346,4 kg/m³, khiến nó trở thành vệ tinh có mật độ lớn thứ hai trong Hệ Mặt Trời sau Io. Tuy nhiên, nhiều bằng chứng cho thấy có thể lõi Mặt Trăng nhỏ, với bán kính khoảng 350 km hay nhỏ hơn[21]. Nó chỉ bằng khoảng 20% kích thước Mặt Trăng, trái ngược so với 50% của đa số các thiên thể khác. Thành phần lõi Mặt Trăng không đặc chắc, nhưng phần lớn tin rằng nó gồm một lõi sắt kim loại với một lượng nhỏ lưu huỳnh và niken. Các phân tích về sự khác biệt trong thời gian tự quay của Mặt Trăng cho thấy ít nhất lõi Mặt Trăng cũng nóng chảy một phần[22].
Địa hình
Địa hình Mặt Trăng, theo thể địa cầu Mặt Trăng
Địa hình Mặt Trăng đã được đo đạc bằng các biện pháp đo độ cao laser và phân tích hình lập thể, đa số được thực hiện gần đây từ các dữ liệu thu thập được trong phi vụ Clementine. Đặc điểm địa hình dễ nhận thấy nhất là Vùng trũng Nam cực-Aitken phía bề mặt không nhìn thấy, nơi có những điểm thấp nhất của Mặt Trăng. Các điểm cao nhất ở ngay phía đông bắc vùng trũng này, và nó cho thấy vùng này có thể có những trầm tích vật phóng núi lửa dày đã xuất hiện trong sự kiện va chạm xiên vào vùng trũng Nam cực-Aitken. Các vùng trũng do va chạm lớn khác, như Imbrium, Serenitatis, Crisium, Smythii và Orientale, cũng có địa hình vùng khá thấp và các gờ tròn nổi. Một đặc điểm phân biệt khác của hình dáng Mặt Trăng là cao độ trung bình ở phía không nhìn thấy khoảng 1,9 km cao hơn so với phía nhìn thấy[21].
Trường hấp dẫn
Trường hấp dẫn của Mặt Trăng đã được xác định qua việc thám sát các tín hiệu radio do các tàu vũ trụ bay trên quỹ đạo phát ra. Nguyên tắc sử dụng dựa trên Hiệu ứng Doppler, theo đó việc tàu vũ trụ tăng tốc theo hướng đường quan sát có thể được xác định bằng những thay đổi tăng nhỏ trong tần số tín hiệu radio, và khoảng cách từ tàu vũ trụ tới một trạm trên Trái Đất. Tuy nhiên, vì sự quay đồng bộ của Mặt Trăng vẫn không thể thám sát tàu vũ trụ vượt quá các rìa của Mặt Trăng, và trường hấp dẫn phía bề mặt không nhìn thấy được vì thế vẫn còn chưa được biết rõ[23].
Sự dị thường hấp dẫn xuyên tâm trên bề mặt Mặt Trăng
Đặc điểm chính của trường hấp dẫn Mặt Trăng là sự hiện diện của các mascon (tập trung khối lượng), là những dị thường hấp dẫn dương gắn liền với một số vùng trũng va chạm lớn[24]. Những dị thường này ảnh hưởng lớn tới quỹ đạo của các tàu vũ trụ quay xung quanh Mặt Trăng, và một mô hình hấp dẫn chính xác là cần thiết để lập kế hoạch cho các phi vụ tàu vũ trụ có và không có người lái. Các mascon một phần xuất hiện bởi sự hiện diện của các dòng chảy dung nham bazan vào một số vùng trũng va chạm. Tuy nhiên, các dòng chảy dung nham chính chúng lại không thể giải thích toàn bộ trường hấp dẫn, và phay nghịch của mặt phân giới lớp vỏ-lớp phủ cũng là điều cần thiết. Dựa trên các mô hình hấp dẫn Lunar Prospector, người ta thấy rằng một số mascon tồn tại nhưng không cho thấy bằng chứng cho thuyết núi lửa biển bazan[25]. Sự mở rộng to lớn của núi lửa biển bazan gắn liền với Oceanus Procellarum không chỉ ra sự bất thường hấp dẫn dương.
Từ trường
Tổng cường độ từ trường tại bề mặt Mặt Trăng, kết quả từ cuộc thí nghiệm đo phản xạ electron của Lunar Prospector
Mặt Trăng có một từ trường bên ngoài trong khoảng một tới một trăm nanotesla— chưa bằng 1 % từ trường Trái Đất (khoảng 30-60 microtesla). Các khác biệt chính khác là Mặt Trăng hiện tại không có một từ trường lưỡng cực (lẽ ra phải được tạo ra bởi địa động lực trong lõi của nó), và sự từ hóa hiện diện hầu như đều có nguồn gốc từ lớp vỏ[26]. Một giả thuyết cho rằng sự từ hóa ở lớp vỏ đã xuất hiện ngay từ buổi đầu lịch sử Mặt Trăng khi địa động lực đang hoạt động. Tuy nhiên, kích thước nhỏ của lõi Mặt Trăng là một yếu tố cản trở tiềm tàng cho giả thuyết này. Một giả thuyết khác, có thể trên một vật thể không có không khí như Mặt Trăng, các từ trường tạm thời có thể xuất hiện trong những sự kiện va chạm lớn. Ủng hộ giả thuyết này, cần lưu ý rằng sự từ hóa lớp vỏ lớn nhất là ở gần các vùng đối chân của những vùng trũng do va chạm lớn. Người ta đề xuất rằng một hiện tượng như vậy có thể xảy ra từ sự mở rộng tự do của một đám mây plasma sinh ra từ va chạm bao quanh Mặt Trăng với sự hiện diện của một từ trường bao quanh[27].
Khí quyển
Mặt Trăng có khí quyển mỏng đến nỗi hầu như không đáng kể, với tổng khối lượng khí quyển chưa tới 104 kg[28]. Một nguồn gốc hình thành khí quyển Mặt Trăng chính là hiện tượng tự phun khí—sự phun các loại khí như radon hình thành bởi quá trình phân rã phóng xạ bên trong lớp vỏ và lớp phủ[20]. Một nguồn quan trọng khác hình thành trong quá trình tiên xạ, liên quan tới sự bắn phá của vi thiên thạch, các ion, electron của gió Mặt Trời và ánh sáng Mặt Trời[20]. Các loại khí phát sinh từ quá trình tiên xạ hoặc chui vào trong regolith vì lực hấp dẫn của Mặt Trăng, hoặc có thể lại rơi vào vũ trụ vì áp suất bức xạ của Mặt Trời hay bị quét sạch bởi từ trường gió Mặt Trời nếu chúng đã bị ion hoá. Các nguyên tố natri và kali đã được phát hiện bằng cách phương pháp quang phổ trên Trái Đất, trong khi nguyên tố radon–222 (222Rn) và poloni-210 (210Po) đã được suy ra từ máy quang phổ hạt alpha của Lunar Prospector[29]. Agon–40 (40Ar), heli-4 (4He), ôxy (O2) và/hay metan (CH4), nitơ (N2) và/hay mônôxít cacbon (CO), và điôxít cacbon (CO2) đã được phát hiện tại chỗ bởi các máy do các nhà du hành vũ trụ chương trình Apollo để lại[30].
Nhiệt độ bề mặt
Ban ngày trên Mặt Trăng, nhiệt độ trung bình là 107 °C, còn ban đêm nhiệt độ là -153 °C[31].
Khoảng cách trung bình tính từ tâm Trái Đất đến Mặt Trăng là 384.403 km, lớn khoảng 30 lần đường kính Trái Đất. Đường kính Mặt Trăng là 3.474 km[1], tức hơn một phần tư đường kính Trái Đất. Khối lượng Mặt Trăng khoảng bằng 2% khối lượng Trái Đất và lực hấp dẫn tại bề mặt Mặt Trăng bằng 17% lực hấp dẫn trên bề mặt Trái Đất. Mặt Trăng quay một vòng quanh Trái Đất với chu kỳ quỹ đạo 27,32 ngày, và các biến đổi định kỳ trong hình học của hệ Trái Đất-Mặt Trăng–Mặt Trời là nguyên nhân gây ra các pha mặt trăng, lặp lại sau mỗi chu kỳ giao hội 29,53 ngày.
Mặt Trăng là thiên thể duy nhất ngoài Trái Đất mà con người đã đặt chân tới. Năm 1959 là năm mang tính lịch sử đối với công cuộc khám phá Mặt Trăng, mở đầu bằng chuyến bay của vệ tinh nhân tạo Luna 1 của Liên bang Xô viết đến phạm vi của Mặt Trăng, tiếp đó Luna 2 rơi xuống bề mặt của Mặt Trăng và Luna 3 lần đầu tiên cung cấp ảnh mặt sau của Mặt Trăng. Năm 1966[1], Luna 9 trở thành tàu vũ trụ đầu tiên hạ cánh thành công và Luna 10 là tàu vũ trụ không người lái đầu tiên bay quanh Mặt Trăng.
Cho đến nay, Chương trình Apollo của Hoa Kỳ đã thực hiện được những cuộc đổ bộ duy nhất của con người xuống Mặt Trăng, tổng cộng gồm sáu lần hạ cánh trong giai đoạn từ 1969 tới 1972. Năm 1969, Neil Armstrong và Buzz Aldrin là những người đầu tiên đặt chân lên Mặt Trăng trong chuyến bay Apollo 11. Việc thám hiểm Mặt Trăng của loài người đã ngừng lại với sự chấm dứt của chương trình Apollo, dù nhiều quốc gia đã thông báo các kế hoạch đưa người hay tàu vũ trụ robot tới Mặt Trăng.
Tên gọi và từ nguyên
Trong tiếng Việt, Mặt Trăng còn được gọi bằng những tên khác như ông trăng, ông giăng, giăng, nguyệt, Hằng Nga, Thường Nga v.v. Không giống như vệ tinh của những hành tinh khác, Mặt Trăng - vệ tinh của Trái Đất - không có tên riêng nào khác. Trong một số ngôn ngữ, Mặt Trăng của Trái Đất được viết hoa để phân biệt với danh từ chung "mặt trăng", nói đến các vệ tinh tự nhiên của các hành tinh khác như "the Moon" trong tiếng Anh[2] và "the moon".
Từ moon ("mặt trăng" trong tiếng Anh) là một từ thuộc nhóm ngôn ngữ German, liên quan tới từ mensis trong tiếng Latin; từ này lại xuất phát từ gốc me- trong ngôn ngữ Ấn-Âu nguyên thủy (Proto-Indo-European), cũng xuất hiện trong measure (đo lường)[3] (thời gian), với sự gợi nhớ tới tầm quan trọng của nó trong việc đo đạc thời gian trong những từ có nguồn gốc từ nó như Monday ("thứ Hai" trong tiếng Anh), month ("tháng" trong tiếng Anh) và menstrual (hàng tháng/kinh nguyệt). Trong tiếng Anh, từ moon chỉ có nghĩa "mặt trăng" cho tới tận năm 1665, khi nó được mở rộng nghĩa để chỉ những vệ tinh tự nhiên mới được khám phá của các hành tinh khác[3]. Mặt Trăng thỉnh thoảng cũng được gọi theo tên tiếng Latin của nó, Luna, để phân biệt với các vệ tinh tự nhiên khác; tính từ có liên quan là lunar và một tiền tố tính từ seleno- hay hậu tố -selene (theo vị thần Hy Lạp Selene.
Bề mặt Mặt Trăng
Hai phía Mặt Trăng
SỰ ĐU ĐƯA CỦA MẶT TRĂNG
Mặt Trăng nằm trên quỹ đạo quay đồng bộ, có nghĩa là nó hầu như giữ nguyên một mặt hướng về Trái Đất ở tất cả mọi thời điểm. Buổi đầu mới hình thành, Mặt Trăng quay chậm dần và bị khoá ở vị trí hiện tại vì những hiệu ứng ma sát xuất hiện cùng hiện tượng biến dạng thuỷ triều do Trái Đất gây ra[4].
Từ đã rất lâu khi Mặt Trăng còn quay nhanh hơn hiện tại rất nhiều, bướu thuỷ triều (tidal bulge) của nó chạy trước đường nối Trái Đất-Mặt Trăng bởi nó không thể làm xẹp bướu đủ nhanh để giữ bướu này luôn ở trên đường thẳng đó[5]. Lực quay khiến bướu luôn vượt quá đường nối này. Hiện tượng này gây ra mô men xoắn, làm giảm tốc độ quay của Mặt Trăng, như một lực vặn siết chặt đai ốc. Khi tốc độ quay của Mặt Trăng giảm xuống đủ để cân bằng với tốc độ quỹ đạo của nó, khi ấy bướu luôn hướng về phía Trái Đất, bướu nằm trên đường thẳng nối Trái Đất-Mặt Trăng, và lực xoắn biến mất. Điều này giải thích tại sao Mặt Trăng quay với tốc độ bằng tốc độ quỹ đạo và chúng ta luôn chỉ nhìn thấy một phía của Mặt Trăng.
Các biến đổi nhỏ (đu đưa - libration) trong góc quan sát cho phép chúng ta có thể nhìn thấy được khoảng 59% bề mặt Mặt Trăng (nhưng luôn luôn chỉ là một nửa ở mọi thời điểm)[1].
Phần nhìn thấy được từ Trái Đất Phần không nhìn thấy được từ Trái Đất
Mặt quay về phía Trái Đất được gọi là phần nhìn thấy, và phía đối diện được gọi là phần không nhìn thấy. Phần không nhìn thấy thỉnh thoảng còn được gọi là "phần tối," nhưng trên thực tế nó cũng được chiếu sáng thường xuyên như phần nhìn thấy: một lần trong mỗi ngày Mặt Trăng, trong tuần trăng mới mà chúng ta quan sát thấy từ Trái Đất khi phần nhìn thấy đang bị che tối. Phần không nhìn thấy của Mặt Trăng lần đầu tiên được tàu thăm dò Xô Viết Luna 3 chụp ảnh năm 1959. Một đặc điểm phân biệt của phần không nhìn thấy được là nó hầu như không có "các vùng tối Mặt Trăng" (các “biển”).
Các vùng tối trên Mặt Trăng/Biển Mặt Trăng
Các đồng bằng tối và hầu như không có đặc điểm riêng trên Mặt Trăng có thể được nhìn thấy rõ bằng mắt thường được gọi là "các vùng tối" hay các biển Mặt Trăng, từ tiếng Latin (mare) có nghĩa là "biển", bởi chúng được các nhà thiên văn học cổ đại cho là những nơi chứa đầy nước. Hiện chúng đã được biết chỉ là những bề mặt lớn chứa dung nham bazan cổ đã đông đặc. Đa số các dung nham này đã được phun ra hay chảy vào những chỗ lõm hình thành nên sau các vụ va chạm thiên thạch hay sao chổi vào bề mặt Mặt Trăng. (Oceanus Procellarum là trường hợp khác bởi nó không được hình thành do va chạm). Các biển xuất hiện dày đặc phía bề mặt nhìn thấy được của Mặt Trăng, phía không nhìn thấy có rất ít biển và chúng chỉ chiếm khoảng 2% bề mặt[6], so với khoảng 31% ở phía đối diện[1]. Cách giải thích có vẻ đúng đắn nhất cho sự khác biệt này liên quan tới sự tập trung cao của các yếu tố sinh nhiệt phía bề mặt nhìn thấy được, như đã được thể hiện bởi các bản đồ địa hóa học có được từ những máy quang phổ tia gama[7][8]. Nhiều vùng có chứa những núi lửa hình khiên và các vòm núi lửa được tìm thấy trong các biển ở phía có thể nhìn thấy[9].
Terrae/Đất liền
Các vùng có màu sáng trên Mặt Trăng được gọi là terrae, hay theo cách thông thường hơn là các "cao nguyên", bởi chúng cao hơn hầu hết các biển. Nhiều rặng núi cao ở phía bề mặt nhìn thấy được chạy dọc theo bờ ngoài các vùng trũng do va chạm lớn, nhiều vùng trũng này đã được bazan lấp kín. Chúng được cho là các tàn tích còn lại của các gờ bên ngoài của vùng trũng va chạm[10]. Không giống Trái Đất, không một ngọn núi lớn nào trên Mặt Trăng được cho là được hình thành từ các sự kiện kiến tạo[11].
Các bức ảnh được chụp bởi phi vụ Clementine năm 1994 cho thấy bốn vùng núi trên vùng gờ hố va chạm Peary rộng 73 km tại cực bắc Mặt Trăng luôn được chiếu sáng trong cả ngày Mặt Trăng. Những đỉnh sáng vĩnh cửu này là có thể do độ nghiêng trục tự quay rất nhỏ trên mặt phẳng hoàng đạo của Mặt Trăng. Không vùng sáng vĩnh cửu nào được phát hiện ở phía cực nam, dù vùng gờ của hố va chạm Shackleton được chiếu sáng trong khoảng 80% ngày Mặt Trăng. Một hậu quả khác từ việc Mặt Trăng có độ nghiêng trục nhỏ là một số vùng đáy của các hố va chạm vùng cực luôn ở trong bóng tối[12].
Hố va chạm
Hố va chạm Daedalus ở mặt không nhìn thấy được
Bề mặt Mặt Trăng cho thấy bằng chứng rõ ràng rằng nó đã bị ảnh hưởng nhiều bởi các sự kiện va chạm thiên thạch[13]. Các hố va chạm hình thành khi các thiên thạch và sao chổi va chạm vào bề mặt Mặt Trăng, và nói chung có khoảng nửa triệu hố va chạm với đường kính hơn 1 km. Do các hố va chạm hình thành với tỷ lệ gần như cố định, nên số lượng hố va chạm trên một đơn vị diện tích chồng lên trên một đơn vị địa chất có thể được sử dụng để ước tính tuổi của bề mặt (xem Đếm hố va chạm). Vì không có khí quyển, thời tiết và các hoạt động địa chất gần đây nên nhiều hố va chạm được bảo tồn trong trạng thái khá tốt so với những hố va chạm trên bề mặt Trái Đất.
Hố va chạm lớn nhất trên Mặt Trăng, cũng là một trong các hố va chạm lớn nhất đã được biết đến trong Hệ Mặt Trời, là Vùng trũng Nam cực-Aitken. Vùng này nằm ở phía mặt không nhìn thấy, giữa Nam cực và xích đạo, và có đường kính khoảng 2.240 km và sâu khoảng 13 km[14]. Các vùng trũng va chạm lớn ở phía bề mặt nhìn thấy được gồm Imbrium, Serenitatis, Crisium và Nectaris.
Regolith
Bao trùm phía ngoài bề mặt Mặt Trăng là một lớp bụi rất mịn (vật chất vỡ thành các phần tử rất nhỏ) và lớp bề mặt vỡ vụn do va chạm này được gọi là regolith. Bởi được hình thành từ các quá trình va chạm, regolith của các bề mặt già thường dày hơn tại các nơi bề mặt trẻ khác. Đặc biệt, người ta đã ước tính rằng regolith có độ dày thay đổi từ khoảng 3–5 m tại các biển, và khoảng 10–20 m trên các cao nguyên[15]. Bên dưới lớp regolith mịn là cái thường được gọi là megaregolith. Lớp này dày hơn rất nhiều (khoảng hàng chục km) và bao gồm lớp nền đá đứt gãy[16].
Nước trên Mặt Trăng
Những vụ bắn phá liên tiếp của các sao chổi và các thiên thạch có lẽ đã mang tới một lượng nước nhỏ vào bề mặt Mặt Trăng. Nếu như vậy, ánh sáng Mặt Trời sẽ phân chia đa phần lượng nước này thành các nguyên tố cấu tạo là hiđrô và ôxy, cả hai chất này theo thời gian nói chung lại bay vào vũ trụ, vì lực hấp dẫn của Mặt Trăng yếu. Tuy nhiên, vì độ nghiêng của trục tự quay của Mặt Trăng so với mặt phẳng hoàng đạo nhỏ, chỉ chênh 1,5°, nên có một số hố va chạm sâu gần các cực không bao giờ bị ánh sáng Mặt Trời trực tiếp chiếu tới (xem Hố va chạm Shackleton). Các phân tử nước ở trong các hố va chạm này có thể ổn định trong một thời gian dài.
Clementine đã vẽ bản đồ các hố va chạm tại cực nam Mặt Trăng[17] nơi luôn ở trong bóng tối, và các cuộc thử nghiệm mô phỏng máy tính cho thấy có thể có tới 14.000 km² luôn ở trong bóng tối[12]. Các kết quả thám sát radar từ phi vụ Clementine cho rằng có một số túi nước nhỏ, đóng băng nằm gần bề mặt, và dữ liệu từ máy quang phổ nơtron của Lunar Prospector cho thấy sự tập trung lớn dị thường của hiđrô ở vài mét phía trên của regolith gần các vùng cực[18]. Các ước tính tổng số lượng băng gần một kilômét khối.
Băng có thể được khai thác và phân chia thành nguyên tử cấu tạo ra nó là hiđrô và ôxy bằng các lò phản ứng hạt nhân hay các trạm điện mặt trời. Sự hiện diện của lượng nước sử dụng được trên Mặt Trăng là yếu tố quan trọng để việc thực hiện tham vọng đưa con người lên sinh sống trên Mặt Trăng có thể trở thành hiện thực, bởi việc chuyên chở nước từ Trái Đất lên quá tốn kém. Tuy nhiên, những quan sát gần đây bằng radar hành tinh Arecibo cho thấy một số dữ liệu thám sát radar của chương trình Clementine gần vùng cực trước kia được cho là dấu hiệu của sự hiện diện của băng thì trên thực tế có thể chỉ là hậu quả từ những tảng đá bị bắn ra từ các hố va chạm gần đây[19]. Câu hỏi về lượng nước thực sự có trên Mặt Trăng vẫn chưa có lời giải đáp.
Các đặc điểm vật lý
Cấu trúc bên trong
Hình giản đồ cấu trúc bên trong Mặt Trăng
Mặt Trăng là một vật thể phân dị, về mặt địa hoá học gồm một lớp vỏ, một lớp phủ, và lõi. Cấu trúc này được cho là kết quả của sự kết tinh phân đoạn của một biển macma chỉ một thời gian ngắn sau khi nó hình thành khoảng 4,5 tỷ năm trước. Năng lượng cần thiết để làm tan chảy phần phía ngoài của Mặt Trăng thường được cho là xuất phát từ một sự kiện va chạm lớn được cho là đã hình thành nên hệ thống Trái Đất-Mặt Trăng, và sự bồi đắp sau đó của vật chất trong quỹ đạo Trái Đất. Sự kết tinh của biển macma khiến xuất hiện lớp phủ mafic và một lớp vỏ giàu plagiocla (xem Nguồn gốc và tiến hoá địa chất bên dưới).
Việc vẽ bản đồ địa hoá học từ quỹ đạo cho thấy lớp vỏ Mặt Trăng gồm phần lớn thành phần là anorthosit,[20] phù hợp với giả thuyết biển macma. Về các nguyên tố, lớp vỏ gồm chủ yếu là ôxy, silic, magiê, sắt, canxi và nhôm. Dựa trên các kỹ thuật địa vật lý, chiều dày của nó được ước tính trung bình khoảng 50 km[21].
Sự tan chảy một phần bên trong lớp phủ Mặt Trăng khiến phún xạ của biển bazan nổi lên trên bề mặt Mặt Trăng. Các phân tích bazan này cho thấy lớp phủ bao gồm chủ yếu là các khoáng chất olivin, orthopyroxen và clinopyroxen, và rằng lớp phủ Mặt Trăng có nhiều sắt hơn Trái Đất. Một số bazan Mặt Trăng chứa rất nhiều titan (hiện diện trong khoáng chất ilmenit), cho thấy lớp phủ có sự không đồng nhất lớn trong thành phần. Các trận động đất trên Mặt Trăng được phát hiện xảy ra sâu bên trong lớp phủ, khoảng 1.000 km dưới bề mặt. Chúng diễn ra theo chu kỳ hàng tháng và liên quan tới các ứng suất thuỷ triều gây ra bởi quỹ đạo lệch tâm của Mặt Trăng quanh Trái Đất[21].
Mặt Trăng có mật độ trung bình 3.346,4 kg/m³, khiến nó trở thành vệ tinh có mật độ lớn thứ hai trong Hệ Mặt Trời sau Io. Tuy nhiên, nhiều bằng chứng cho thấy có thể lõi Mặt Trăng nhỏ, với bán kính khoảng 350 km hay nhỏ hơn[21]. Nó chỉ bằng khoảng 20% kích thước Mặt Trăng, trái ngược so với 50% của đa số các thiên thể khác. Thành phần lõi Mặt Trăng không đặc chắc, nhưng phần lớn tin rằng nó gồm một lõi sắt kim loại với một lượng nhỏ lưu huỳnh và niken. Các phân tích về sự khác biệt trong thời gian tự quay của Mặt Trăng cho thấy ít nhất lõi Mặt Trăng cũng nóng chảy một phần[22].
Địa hình
Địa hình Mặt Trăng, theo thể địa cầu Mặt Trăng
Địa hình Mặt Trăng đã được đo đạc bằng các biện pháp đo độ cao laser và phân tích hình lập thể, đa số được thực hiện gần đây từ các dữ liệu thu thập được trong phi vụ Clementine. Đặc điểm địa hình dễ nhận thấy nhất là Vùng trũng Nam cực-Aitken phía bề mặt không nhìn thấy, nơi có những điểm thấp nhất của Mặt Trăng. Các điểm cao nhất ở ngay phía đông bắc vùng trũng này, và nó cho thấy vùng này có thể có những trầm tích vật phóng núi lửa dày đã xuất hiện trong sự kiện va chạm xiên vào vùng trũng Nam cực-Aitken. Các vùng trũng do va chạm lớn khác, như Imbrium, Serenitatis, Crisium, Smythii và Orientale, cũng có địa hình vùng khá thấp và các gờ tròn nổi. Một đặc điểm phân biệt khác của hình dáng Mặt Trăng là cao độ trung bình ở phía không nhìn thấy khoảng 1,9 km cao hơn so với phía nhìn thấy[21].
Trường hấp dẫn
Trường hấp dẫn của Mặt Trăng đã được xác định qua việc thám sát các tín hiệu radio do các tàu vũ trụ bay trên quỹ đạo phát ra. Nguyên tắc sử dụng dựa trên Hiệu ứng Doppler, theo đó việc tàu vũ trụ tăng tốc theo hướng đường quan sát có thể được xác định bằng những thay đổi tăng nhỏ trong tần số tín hiệu radio, và khoảng cách từ tàu vũ trụ tới một trạm trên Trái Đất. Tuy nhiên, vì sự quay đồng bộ của Mặt Trăng vẫn không thể thám sát tàu vũ trụ vượt quá các rìa của Mặt Trăng, và trường hấp dẫn phía bề mặt không nhìn thấy được vì thế vẫn còn chưa được biết rõ[23].
Sự dị thường hấp dẫn xuyên tâm trên bề mặt Mặt Trăng
Đặc điểm chính của trường hấp dẫn Mặt Trăng là sự hiện diện của các mascon (tập trung khối lượng), là những dị thường hấp dẫn dương gắn liền với một số vùng trũng va chạm lớn[24]. Những dị thường này ảnh hưởng lớn tới quỹ đạo của các tàu vũ trụ quay xung quanh Mặt Trăng, và một mô hình hấp dẫn chính xác là cần thiết để lập kế hoạch cho các phi vụ tàu vũ trụ có và không có người lái. Các mascon một phần xuất hiện bởi sự hiện diện của các dòng chảy dung nham bazan vào một số vùng trũng va chạm. Tuy nhiên, các dòng chảy dung nham chính chúng lại không thể giải thích toàn bộ trường hấp dẫn, và phay nghịch của mặt phân giới lớp vỏ-lớp phủ cũng là điều cần thiết. Dựa trên các mô hình hấp dẫn Lunar Prospector, người ta thấy rằng một số mascon tồn tại nhưng không cho thấy bằng chứng cho thuyết núi lửa biển bazan[25]. Sự mở rộng to lớn của núi lửa biển bazan gắn liền với Oceanus Procellarum không chỉ ra sự bất thường hấp dẫn dương.
Từ trường
Tổng cường độ từ trường tại bề mặt Mặt Trăng, kết quả từ cuộc thí nghiệm đo phản xạ electron của Lunar Prospector
Mặt Trăng có một từ trường bên ngoài trong khoảng một tới một trăm nanotesla— chưa bằng 1 % từ trường Trái Đất (khoảng 30-60 microtesla). Các khác biệt chính khác là Mặt Trăng hiện tại không có một từ trường lưỡng cực (lẽ ra phải được tạo ra bởi địa động lực trong lõi của nó), và sự từ hóa hiện diện hầu như đều có nguồn gốc từ lớp vỏ[26]. Một giả thuyết cho rằng sự từ hóa ở lớp vỏ đã xuất hiện ngay từ buổi đầu lịch sử Mặt Trăng khi địa động lực đang hoạt động. Tuy nhiên, kích thước nhỏ của lõi Mặt Trăng là một yếu tố cản trở tiềm tàng cho giả thuyết này. Một giả thuyết khác, có thể trên một vật thể không có không khí như Mặt Trăng, các từ trường tạm thời có thể xuất hiện trong những sự kiện va chạm lớn. Ủng hộ giả thuyết này, cần lưu ý rằng sự từ hóa lớp vỏ lớn nhất là ở gần các vùng đối chân của những vùng trũng do va chạm lớn. Người ta đề xuất rằng một hiện tượng như vậy có thể xảy ra từ sự mở rộng tự do của một đám mây plasma sinh ra từ va chạm bao quanh Mặt Trăng với sự hiện diện của một từ trường bao quanh[27].
Khí quyển
Mặt Trăng có khí quyển mỏng đến nỗi hầu như không đáng kể, với tổng khối lượng khí quyển chưa tới 104 kg[28]. Một nguồn gốc hình thành khí quyển Mặt Trăng chính là hiện tượng tự phun khí—sự phun các loại khí như radon hình thành bởi quá trình phân rã phóng xạ bên trong lớp vỏ và lớp phủ[20]. Một nguồn quan trọng khác hình thành trong quá trình tiên xạ, liên quan tới sự bắn phá của vi thiên thạch, các ion, electron của gió Mặt Trời và ánh sáng Mặt Trời[20]. Các loại khí phát sinh từ quá trình tiên xạ hoặc chui vào trong regolith vì lực hấp dẫn của Mặt Trăng, hoặc có thể lại rơi vào vũ trụ vì áp suất bức xạ của Mặt Trời hay bị quét sạch bởi từ trường gió Mặt Trời nếu chúng đã bị ion hoá. Các nguyên tố natri và kali đã được phát hiện bằng cách phương pháp quang phổ trên Trái Đất, trong khi nguyên tố radon–222 (222Rn) và poloni-210 (210Po) đã được suy ra từ máy quang phổ hạt alpha của Lunar Prospector[29]. Agon–40 (40Ar), heli-4 (4He), ôxy (O2) và/hay metan (CH4), nitơ (N2) và/hay mônôxít cacbon (CO), và điôxít cacbon (CO2) đã được phát hiện tại chỗ bởi các máy do các nhà du hành vũ trụ chương trình Apollo để lại[30].
Nhiệt độ bề mặt
Ban ngày trên Mặt Trăng, nhiệt độ trung bình là 107 °C, còn ban đêm nhiệt độ là -153 °C[31].
THẾ GIỚI XUNG QUANH TA
Mặt Trăng (tiếng Latin: Luna, ký hiệu: ☾) là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất và là vệ tinh tự nhiên lớn thứ năm trong Hệ Mặt Trời.
Khoảng cách trung bình tính từ tâm Trái Đất đến Mặt Trăng là 384.403 km, lớn khoảng 30 lần đường kính Trái Đất. Đường kính Mặt Trăng là 3.474 km[1], tức hơn một phần tư đường kính Trái Đất. Khối lượng Mặt Trăng khoảng bằng 2% khối lượng Trái Đất và lực hấp dẫn tại bề mặt Mặt Trăng bằng 17% lực hấp dẫn trên bề mặt Trái Đất. Mặt Trăng quay một vòng quanh Trái Đất với chu kỳ quỹ đạo 27,32 ngày, và các biến đổi định kỳ trong hình học của hệ Trái Đất-Mặt Trăng–Mặt Trời là nguyên nhân gây ra các pha mặt trăng, lặp lại sau mỗi chu kỳ giao hội 29,53 ngày.
Mặt Trăng là thiên thể duy nhất ngoài Trái Đất mà con người đã đặt chân tới. Năm 1959 là năm mang tính lịch sử đối với công cuộc khám phá Mặt Trăng, mở đầu bằng chuyến bay của vệ tinh nhân tạo Luna 1 của Liên bang Xô viết đến phạm vi của Mặt Trăng, tiếp đó Luna 2 rơi xuống bề mặt của Mặt Trăng và Luna 3 lần đầu tiên cung cấp ảnh mặt sau của Mặt Trăng. Năm 1966[1], Luna 9 trở thành tàu vũ trụ đầu tiên hạ cánh thành công và Luna 10 là tàu vũ trụ không người lái đầu tiên bay quanh Mặt Trăng.
Cho đến nay, Chương trình Apollo của Hoa Kỳ đã thực hiện được những cuộc đổ bộ duy nhất của con người xuống Mặt Trăng, tổng cộng gồm sáu lần hạ cánh trong giai đoạn từ 1969 tới 1972. Năm 1969, Neil Armstrong và Buzz Aldrin là những người đầu tiên đặt chân lên Mặt Trăng trong chuyến bay Apollo 11. Việc thám hiểm Mặt Trăng của loài người đã ngừng lại với sự chấm dứt của chương trình Apollo, dù nhiều quốc gia đã thông báo các kế hoạch đưa người hay tàu vũ trụ robot tới Mặt Trăng.
Tên gọi và từ nguyên
Trong tiếng Việt, Mặt Trăng còn được gọi bằng những tên khác như ông trăng, ông giăng, giăng, nguyệt, Hằng Nga, Thường Nga v.v. Không giống như vệ tinh của những hành tinh khác, Mặt Trăng - vệ tinh của Trái Đất - không có tên riêng nào khác. Trong một số ngôn ngữ, Mặt Trăng của Trái Đất được viết hoa để phân biệt với danh từ chung "mặt trăng", nói đến các vệ tinh tự nhiên của các hành tinh khác như "the Moon" trong tiếng Anh[2] và "the moon".
Từ moon ("mặt trăng" trong tiếng Anh) là một từ thuộc nhóm ngôn ngữ German, liên quan tới từ mensis trong tiếng Latin; từ này lại xuất phát từ gốc me- trong ngôn ngữ Ấn-Âu nguyên thủy (Proto-Indo-European), cũng xuất hiện trong measure (đo lường)[3] (thời gian), với sự gợi nhớ tới tầm quan trọng của nó trong việc đo đạc thời gian trong những từ có nguồn gốc từ nó như Monday ("thứ Hai" trong tiếng Anh), month ("tháng" trong tiếng Anh) và menstrual (hàng tháng/kinh nguyệt). Trong tiếng Anh, từ moon chỉ có nghĩa "mặt trăng" cho tới tận năm 1665, khi nó được mở rộng nghĩa để chỉ những vệ tinh tự nhiên mới được khám phá của các hành tinh khác[3]. Mặt Trăng thỉnh thoảng cũng được gọi theo tên tiếng Latin của nó, Luna, để phân biệt với các vệ tinh tự nhiên khác; tính từ có liên quan là lunar và một tiền tố tính từ seleno- hay hậu tố -selene (theo vị thần Hy Lạp Selene.
Bề mặt Mặt Trăng
Hai phía Mặt Trăng
SỰ ĐU ĐƯA CỦA MẶT TRĂNG
Mặt Trăng nằm trên quỹ đạo quay đồng bộ, có nghĩa là nó hầu như giữ nguyên một mặt hướng về Trái Đất ở tất cả mọi thời điểm. Buổi đầu mới hình thành, Mặt Trăng quay chậm dần và bị khoá ở vị trí hiện tại vì những hiệu ứng ma sát xuất hiện cùng hiện tượng biến dạng thuỷ triều do Trái Đất gây ra[4].
Từ đã rất lâu khi Mặt Trăng còn quay nhanh hơn hiện tại rất nhiều, bướu thuỷ triều (tidal bulge) của nó chạy trước đường nối Trái Đất-Mặt Trăng bởi nó không thể làm xẹp bướu đủ nhanh để giữ bướu này luôn ở trên đường thẳng đó[5]. Lực quay khiến bướu luôn vượt quá đường nối này. Hiện tượng này gây ra mô men xoắn, làm giảm tốc độ quay của Mặt Trăng, như một lực vặn siết chặt đai ốc. Khi tốc độ quay của Mặt Trăng giảm xuống đủ để cân bằng với tốc độ quỹ đạo của nó, khi ấy bướu luôn hướng về phía Trái Đất, bướu nằm trên đường thẳng nối Trái Đất-Mặt Trăng, và lực xoắn biến mất. Điều này giải thích tại sao Mặt Trăng quay với tốc độ bằng tốc độ quỹ đạo và chúng ta luôn chỉ nhìn thấy một phía của Mặt Trăng.
Các biến đổi nhỏ (đu đưa - libration) trong góc quan sát cho phép chúng ta có thể nhìn thấy được khoảng 59% bề mặt Mặt Trăng (nhưng luôn luôn chỉ là một nửa ở mọi thời điểm)[1].
Phần nhìn thấy được từ Trái Đất Phần không nhìn thấy được từ Trái Đất
Mặt quay về phía Trái Đất được gọi là phần nhìn thấy, và phía đối diện được gọi là phần không nhìn thấy. Phần không nhìn thấy thỉnh thoảng còn được gọi là "phần tối," nhưng trên thực tế nó cũng được chiếu sáng thường xuyên như phần nhìn thấy: một lần trong mỗi ngày Mặt Trăng, trong tuần trăng mới mà chúng ta quan sát thấy từ Trái Đất khi phần nhìn thấy đang bị che tối. Phần không nhìn thấy của Mặt Trăng lần đầu tiên được tàu thăm dò Xô Viết Luna 3 chụp ảnh năm 1959. Một đặc điểm phân biệt của phần không nhìn thấy được là nó hầu như không có "các vùng tối Mặt Trăng" (các “biển”).
Các vùng tối trên Mặt Trăng/Biển Mặt Trăng
Các đồng bằng tối và hầu như không có đặc điểm riêng trên Mặt Trăng có thể được nhìn thấy rõ bằng mắt thường được gọi là "các vùng tối" hay các biển Mặt Trăng, từ tiếng Latin (mare) có nghĩa là "biển", bởi chúng được các nhà thiên văn học cổ đại cho là những nơi chứa đầy nước. Hiện chúng đã được biết chỉ là những bề mặt lớn chứa dung nham bazan cổ đã đông đặc. Đa số các dung nham này đã được phun ra hay chảy vào những chỗ lõm hình thành nên sau các vụ va chạm thiên thạch hay sao chổi vào bề mặt Mặt Trăng. (Oceanus Procellarum là trường hợp khác bởi nó không được hình thành do va chạm). Các biển xuất hiện dày đặc phía bề mặt nhìn thấy được của Mặt Trăng, phía không nhìn thấy có rất ít biển và chúng chỉ chiếm khoảng 2% bề mặt[6], so với khoảng 31% ở phía đối diện[1]. Cách giải thích có vẻ đúng đắn nhất cho sự khác biệt này liên quan tới sự tập trung cao của các yếu tố sinh nhiệt phía bề mặt nhìn thấy được, như đã được thể hiện bởi các bản đồ địa hóa học có được từ những máy quang phổ tia gama[7][8]. Nhiều vùng có chứa những núi lửa hình khiên và các vòm núi lửa được tìm thấy trong các biển ở phía có thể nhìn thấy[9].
Terrae/Đất liền
Các vùng có màu sáng trên Mặt Trăng được gọi là terrae, hay theo cách thông thường hơn là các "cao nguyên", bởi chúng cao hơn hầu hết các biển. Nhiều rặng núi cao ở phía bề mặt nhìn thấy được chạy dọc theo bờ ngoài các vùng trũng do va chạm lớn, nhiều vùng trũng này đã được bazan lấp kín. Chúng được cho là các tàn tích còn lại của các gờ bên ngoài của vùng trũng va chạm[10]. Không giống Trái Đất, không một ngọn núi lớn nào trên Mặt Trăng được cho là được hình thành từ các sự kiện kiến tạo[11].
Các bức ảnh được chụp bởi phi vụ Clementine năm 1994 cho thấy bốn vùng núi trên vùng gờ hố va chạm Peary rộng 73 km tại cực bắc Mặt Trăng luôn được chiếu sáng trong cả ngày Mặt Trăng. Những đỉnh sáng vĩnh cửu này là có thể do độ nghiêng trục tự quay rất nhỏ trên mặt phẳng hoàng đạo của Mặt Trăng. Không vùng sáng vĩnh cửu nào được phát hiện ở phía cực nam, dù vùng gờ của hố va chạm Shackleton được chiếu sáng trong khoảng 80% ngày Mặt Trăng. Một hậu quả khác từ việc Mặt Trăng có độ nghiêng trục nhỏ là một số vùng đáy của các hố va chạm vùng cực luôn ở trong bóng tối[12].
Hố va chạm
Hố va chạm Daedalus ở mặt không nhìn thấy được
Bề mặt Mặt Trăng cho thấy bằng chứng rõ ràng rằng nó đã bị ảnh hưởng nhiều bởi các sự kiện va chạm thiên thạch[13]. Các hố va chạm hình thành khi các thiên thạch và sao chổi va chạm vào bề mặt Mặt Trăng, và nói chung có khoảng nửa triệu hố va chạm với đường kính hơn 1 km. Do các hố va chạm hình thành với tỷ lệ gần như cố định, nên số lượng hố va chạm trên một đơn vị diện tích chồng lên trên một đơn vị địa chất có thể được sử dụng để ước tính tuổi của bề mặt (xem Đếm hố va chạm). Vì không có khí quyển, thời tiết và các hoạt động địa chất gần đây nên nhiều hố va chạm được bảo tồn trong trạng thái khá tốt so với những hố va chạm trên bề mặt Trái Đất.
Hố va chạm lớn nhất trên Mặt Trăng, cũng là một trong các hố va chạm lớn nhất đã được biết đến trong Hệ Mặt Trời, là Vùng trũng Nam cực-Aitken. Vùng này nằm ở phía mặt không nhìn thấy, giữa Nam cực và xích đạo, và có đường kính khoảng 2.240 km và sâu khoảng 13 km[14]. Các vùng trũng va chạm lớn ở phía bề mặt nhìn thấy được gồm Imbrium, Serenitatis, Crisium và Nectaris.
Regolith
Bao trùm phía ngoài bề mặt Mặt Trăng là một lớp bụi rất mịn (vật chất vỡ thành các phần tử rất nhỏ) và lớp bề mặt vỡ vụn do va chạm này được gọi là regolith. Bởi được hình thành từ các quá trình va chạm, regolith của các bề mặt già thường dày hơn tại các nơi bề mặt trẻ khác. Đặc biệt, người ta đã ước tính rằng regolith có độ dày thay đổi từ khoảng 3–5 m tại các biển, và khoảng 10–20 m trên các cao nguyên[15]. Bên dưới lớp regolith mịn là cái thường được gọi là megaregolith. Lớp này dày hơn rất nhiều (khoảng hàng chục km) và bao gồm lớp nền đá đứt gãy[16].
Nước trên Mặt Trăng
Những vụ bắn phá liên tiếp của các sao chổi và các thiên thạch có lẽ đã mang tới một lượng nước nhỏ vào bề mặt Mặt Trăng. Nếu như vậy, ánh sáng Mặt Trời sẽ phân chia đa phần lượng nước này thành các nguyên tố cấu tạo là hiđrô và ôxy, cả hai chất này theo thời gian nói chung lại bay vào vũ trụ, vì lực hấp dẫn của Mặt Trăng yếu. Tuy nhiên, vì độ nghiêng của trục tự quay của Mặt Trăng so với mặt phẳng hoàng đạo nhỏ, chỉ chênh 1,5°, nên có một số hố va chạm sâu gần các cực không bao giờ bị ánh sáng Mặt Trời trực tiếp chiếu tới (xem Hố va chạm Shackleton). Các phân tử nước ở trong các hố va chạm này có thể ổn định trong một thời gian dài.
Clementine đã vẽ bản đồ các hố va chạm tại cực nam Mặt Trăng[17] nơi luôn ở trong bóng tối, và các cuộc thử nghiệm mô phỏng máy tính cho thấy có thể có tới 14.000 km² luôn ở trong bóng tối[12]. Các kết quả thám sát radar từ phi vụ Clementine cho rằng có một số túi nước nhỏ, đóng băng nằm gần bề mặt, và dữ liệu từ máy quang phổ nơtron của Lunar Prospector cho thấy sự tập trung lớn dị thường của hiđrô ở vài mét phía trên của regolith gần các vùng cực[18]. Các ước tính tổng số lượng băng gần một kilômét khối.
Băng có thể được khai thác và phân chia thành nguyên tử cấu tạo ra nó là hiđrô và ôxy bằng các lò phản ứng hạt nhân hay các trạm điện mặt trời. Sự hiện diện của lượng nước sử dụng được trên Mặt Trăng là yếu tố quan trọng để việc thực hiện tham vọng đưa con người lên sinh sống trên Mặt Trăng có thể trở thành hiện thực, bởi việc chuyên chở nước từ Trái Đất lên quá tốn kém. Tuy nhiên, những quan sát gần đây bằng radar hành tinh Arecibo cho thấy một số dữ liệu thám sát radar của chương trình Clementine gần vùng cực trước kia được cho là dấu hiệu của sự hiện diện của băng thì trên thực tế có thể chỉ là hậu quả từ những tảng đá bị bắn ra từ các hố va chạm gần đây[19]. Câu hỏi về lượng nước thực sự có trên Mặt Trăng vẫn chưa có lời giải đáp.
Các đặc điểm vật lý
Cấu trúc bên trong
Hình giản đồ cấu trúc bên trong Mặt Trăng
Mặt Trăng là một vật thể phân dị, về mặt địa hoá học gồm một lớp vỏ, một lớp phủ, và lõi. Cấu trúc này được cho là kết quả của sự kết tinh phân đoạn của một biển macma chỉ một thời gian ngắn sau khi nó hình thành khoảng 4,5 tỷ năm trước. Năng lượng cần thiết để làm tan chảy phần phía ngoài của Mặt Trăng thường được cho là xuất phát từ một sự kiện va chạm lớn được cho là đã hình thành nên hệ thống Trái Đất-Mặt Trăng, và sự bồi đắp sau đó của vật chất trong quỹ đạo Trái Đất. Sự kết tinh của biển macma khiến xuất hiện lớp phủ mafic và một lớp vỏ giàu plagiocla (xem Nguồn gốc và tiến hoá địa chất bên dưới).
Việc vẽ bản đồ địa hoá học từ quỹ đạo cho thấy lớp vỏ Mặt Trăng gồm phần lớn thành phần là anorthosit,[20] phù hợp với giả thuyết biển macma. Về các nguyên tố, lớp vỏ gồm chủ yếu là ôxy, silic, magiê, sắt, canxi và nhôm. Dựa trên các kỹ thuật địa vật lý, chiều dày của nó được ước tính trung bình khoảng 50 km[21].
Sự tan chảy một phần bên trong lớp phủ Mặt Trăng khiến phún xạ của biển bazan nổi lên trên bề mặt Mặt Trăng. Các phân tích bazan này cho thấy lớp phủ bao gồm chủ yếu là các khoáng chất olivin, orthopyroxen và clinopyroxen, và rằng lớp phủ Mặt Trăng có nhiều sắt hơn Trái Đất. Một số bazan Mặt Trăng chứa rất nhiều titan (hiện diện trong khoáng chất ilmenit), cho thấy lớp phủ có sự không đồng nhất lớn trong thành phần. Các trận động đất trên Mặt Trăng được phát hiện xảy ra sâu bên trong lớp phủ, khoảng 1.000 km dưới bề mặt. Chúng diễn ra theo chu kỳ hàng tháng và liên quan tới các ứng suất thuỷ triều gây ra bởi quỹ đạo lệch tâm của Mặt Trăng quanh Trái Đất[21].
Mặt Trăng có mật độ trung bình 3.346,4 kg/m³, khiến nó trở thành vệ tinh có mật độ lớn thứ hai trong Hệ Mặt Trời sau Io. Tuy nhiên, nhiều bằng chứng cho thấy có thể lõi Mặt Trăng nhỏ, với bán kính khoảng 350 km hay nhỏ hơn[21]. Nó chỉ bằng khoảng 20% kích thước Mặt Trăng, trái ngược so với 50% của đa số các thiên thể khác. Thành phần lõi Mặt Trăng không đặc chắc, nhưng phần lớn tin rằng nó gồm một lõi sắt kim loại với một lượng nhỏ lưu huỳnh và niken. Các phân tích về sự khác biệt trong thời gian tự quay của Mặt Trăng cho thấy ít nhất lõi Mặt Trăng cũng nóng chảy một phần[22].
Địa hình
Địa hình Mặt Trăng, theo thể địa cầu Mặt Trăng
Địa hình Mặt Trăng đã được đo đạc bằng các biện pháp đo độ cao laser và phân tích hình lập thể, đa số được thực hiện gần đây từ các dữ liệu thu thập được trong phi vụ Clementine. Đặc điểm địa hình dễ nhận thấy nhất là Vùng trũng Nam cực-Aitken phía bề mặt không nhìn thấy, nơi có những điểm thấp nhất của Mặt Trăng. Các điểm cao nhất ở ngay phía đông bắc vùng trũng này, và nó cho thấy vùng này có thể có những trầm tích vật phóng núi lửa dày đã xuất hiện trong sự kiện va chạm xiên vào vùng trũng Nam cực-Aitken. Các vùng trũng do va chạm lớn khác, như Imbrium, Serenitatis, Crisium, Smythii và Orientale, cũng có địa hình vùng khá thấp và các gờ tròn nổi. Một đặc điểm phân biệt khác của hình dáng Mặt Trăng là cao độ trung bình ở phía không nhìn thấy khoảng 1,9 km cao hơn so với phía nhìn thấy[21].
Trường hấp dẫn
Trường hấp dẫn của Mặt Trăng đã được xác định qua việc thám sát các tín hiệu radio do các tàu vũ trụ bay trên quỹ đạo phát ra. Nguyên tắc sử dụng dựa trên Hiệu ứng Doppler, theo đó việc tàu vũ trụ tăng tốc theo hướng đường quan sát có thể được xác định bằng những thay đổi tăng nhỏ trong tần số tín hiệu radio, và khoảng cách từ tàu vũ trụ tới một trạm trên Trái Đất. Tuy nhiên, vì sự quay đồng bộ của Mặt Trăng vẫn không thể thám sát tàu vũ trụ vượt quá các rìa của Mặt Trăng, và trường hấp dẫn phía bề mặt không nhìn thấy được vì thế vẫn còn chưa được biết rõ[23].
Sự dị thường hấp dẫn xuyên tâm trên bề mặt Mặt Trăng
Đặc điểm chính của trường hấp dẫn Mặt Trăng là sự hiện diện của các mascon (tập trung khối lượng), là những dị thường hấp dẫn dương gắn liền với một số vùng trũng va chạm lớn[24]. Những dị thường này ảnh hưởng lớn tới quỹ đạo của các tàu vũ trụ quay xung quanh Mặt Trăng, và một mô hình hấp dẫn chính xác là cần thiết để lập kế hoạch cho các phi vụ tàu vũ trụ có và không có người lái. Các mascon một phần xuất hiện bởi sự hiện diện của các dòng chảy dung nham bazan vào một số vùng trũng va chạm. Tuy nhiên, các dòng chảy dung nham chính chúng lại không thể giải thích toàn bộ trường hấp dẫn, và phay nghịch của mặt phân giới lớp vỏ-lớp phủ cũng là điều cần thiết. Dựa trên các mô hình hấp dẫn Lunar Prospector, người ta thấy rằng một số mascon tồn tại nhưng không cho thấy bằng chứng cho thuyết núi lửa biển bazan[25]. Sự mở rộng to lớn của núi lửa biển bazan gắn liền với Oceanus Procellarum không chỉ ra sự bất thường hấp dẫn dương.
Từ trường
Tổng cường độ từ trường tại bề mặt Mặt Trăng, kết quả từ cuộc thí nghiệm đo phản xạ electron của Lunar Prospector
Mặt Trăng có một từ trường bên ngoài trong khoảng một tới một trăm nanotesla— chưa bằng 1 % từ trường Trái Đất (khoảng 30-60 microtesla). Các khác biệt chính khác là Mặt Trăng hiện tại không có một từ trường lưỡng cực (lẽ ra phải được tạo ra bởi địa động lực trong lõi của nó), và sự từ hóa hiện diện hầu như đều có nguồn gốc từ lớp vỏ[26]. Một giả thuyết cho rằng sự từ hóa ở lớp vỏ đã xuất hiện ngay từ buổi đầu lịch sử Mặt Trăng khi địa động lực đang hoạt động. Tuy nhiên, kích thước nhỏ của lõi Mặt Trăng là một yếu tố cản trở tiềm tàng cho giả thuyết này. Một giả thuyết khác, có thể trên một vật thể không có không khí như Mặt Trăng, các từ trường tạm thời có thể xuất hiện trong những sự kiện va chạm lớn. Ủng hộ giả thuyết này, cần lưu ý rằng sự từ hóa lớp vỏ lớn nhất là ở gần các vùng đối chân của những vùng trũng do va chạm lớn. Người ta đề xuất rằng một hiện tượng như vậy có thể xảy ra từ sự mở rộng tự do của một đám mây plasma sinh ra từ va chạm bao quanh Mặt Trăng với sự hiện diện của một từ trường bao quanh[27].
Khí quyển
Mặt Trăng có khí quyển mỏng đến nỗi hầu như không đáng kể, với tổng khối lượng khí quyển chưa tới 104 kg[28]. Một nguồn gốc hình thành khí quyển Mặt Trăng chính là hiện tượng tự phun khí—sự phun các loại khí như radon hình thành bởi quá trình phân rã phóng xạ bên trong lớp vỏ và lớp phủ[20]. Một nguồn quan trọng khác hình thành trong quá trình tiên xạ, liên quan tới sự bắn phá của vi thiên thạch, các ion, electron của gió Mặt Trời và ánh sáng Mặt Trời[20]. Các loại khí phát sinh từ quá trình tiên xạ hoặc chui vào trong regolith vì lực hấp dẫn của Mặt Trăng, hoặc có thể lại rơi vào vũ trụ vì áp suất bức xạ của Mặt Trời hay bị quét sạch bởi từ trường gió Mặt Trời nếu chúng đã bị ion hoá. Các nguyên tố natri và kali đã được phát hiện bằng cách phương pháp quang phổ trên Trái Đất, trong khi nguyên tố radon–222 (222Rn) và poloni-210 (210Po) đã được suy ra từ máy quang phổ hạt alpha của Lunar Prospector[29]. Agon–40 (40Ar), heli-4 (4He), ôxy (O2) và/hay metan (CH4), nitơ (N2) và/hay mônôxít cacbon (CO), và điôxít cacbon (CO2) đã được phát hiện tại chỗ bởi các máy do các nhà du hành vũ trụ chương trình Apollo để lại[30].
Nhiệt độ bề mặt
Ban ngày trên Mặt Trăng, nhiệt độ trung bình là 107 °C, còn ban đêm nhiệt độ là -153 °C[31].
Khoảng cách trung bình tính từ tâm Trái Đất đến Mặt Trăng là 384.403 km, lớn khoảng 30 lần đường kính Trái Đất. Đường kính Mặt Trăng là 3.474 km[1], tức hơn một phần tư đường kính Trái Đất. Khối lượng Mặt Trăng khoảng bằng 2% khối lượng Trái Đất và lực hấp dẫn tại bề mặt Mặt Trăng bằng 17% lực hấp dẫn trên bề mặt Trái Đất. Mặt Trăng quay một vòng quanh Trái Đất với chu kỳ quỹ đạo 27,32 ngày, và các biến đổi định kỳ trong hình học của hệ Trái Đất-Mặt Trăng–Mặt Trời là nguyên nhân gây ra các pha mặt trăng, lặp lại sau mỗi chu kỳ giao hội 29,53 ngày.
Mặt Trăng là thiên thể duy nhất ngoài Trái Đất mà con người đã đặt chân tới. Năm 1959 là năm mang tính lịch sử đối với công cuộc khám phá Mặt Trăng, mở đầu bằng chuyến bay của vệ tinh nhân tạo Luna 1 của Liên bang Xô viết đến phạm vi của Mặt Trăng, tiếp đó Luna 2 rơi xuống bề mặt của Mặt Trăng và Luna 3 lần đầu tiên cung cấp ảnh mặt sau của Mặt Trăng. Năm 1966[1], Luna 9 trở thành tàu vũ trụ đầu tiên hạ cánh thành công và Luna 10 là tàu vũ trụ không người lái đầu tiên bay quanh Mặt Trăng.
Cho đến nay, Chương trình Apollo của Hoa Kỳ đã thực hiện được những cuộc đổ bộ duy nhất của con người xuống Mặt Trăng, tổng cộng gồm sáu lần hạ cánh trong giai đoạn từ 1969 tới 1972. Năm 1969, Neil Armstrong và Buzz Aldrin là những người đầu tiên đặt chân lên Mặt Trăng trong chuyến bay Apollo 11. Việc thám hiểm Mặt Trăng của loài người đã ngừng lại với sự chấm dứt của chương trình Apollo, dù nhiều quốc gia đã thông báo các kế hoạch đưa người hay tàu vũ trụ robot tới Mặt Trăng.
Tên gọi và từ nguyên
Trong tiếng Việt, Mặt Trăng còn được gọi bằng những tên khác như ông trăng, ông giăng, giăng, nguyệt, Hằng Nga, Thường Nga v.v. Không giống như vệ tinh của những hành tinh khác, Mặt Trăng - vệ tinh của Trái Đất - không có tên riêng nào khác. Trong một số ngôn ngữ, Mặt Trăng của Trái Đất được viết hoa để phân biệt với danh từ chung "mặt trăng", nói đến các vệ tinh tự nhiên của các hành tinh khác như "the Moon" trong tiếng Anh[2] và "the moon".
Từ moon ("mặt trăng" trong tiếng Anh) là một từ thuộc nhóm ngôn ngữ German, liên quan tới từ mensis trong tiếng Latin; từ này lại xuất phát từ gốc me- trong ngôn ngữ Ấn-Âu nguyên thủy (Proto-Indo-European), cũng xuất hiện trong measure (đo lường)[3] (thời gian), với sự gợi nhớ tới tầm quan trọng của nó trong việc đo đạc thời gian trong những từ có nguồn gốc từ nó như Monday ("thứ Hai" trong tiếng Anh), month ("tháng" trong tiếng Anh) và menstrual (hàng tháng/kinh nguyệt). Trong tiếng Anh, từ moon chỉ có nghĩa "mặt trăng" cho tới tận năm 1665, khi nó được mở rộng nghĩa để chỉ những vệ tinh tự nhiên mới được khám phá của các hành tinh khác[3]. Mặt Trăng thỉnh thoảng cũng được gọi theo tên tiếng Latin của nó, Luna, để phân biệt với các vệ tinh tự nhiên khác; tính từ có liên quan là lunar và một tiền tố tính từ seleno- hay hậu tố -selene (theo vị thần Hy Lạp Selene.
Bề mặt Mặt Trăng
Hai phía Mặt Trăng
SỰ ĐU ĐƯA CỦA MẶT TRĂNG
Mặt Trăng nằm trên quỹ đạo quay đồng bộ, có nghĩa là nó hầu như giữ nguyên một mặt hướng về Trái Đất ở tất cả mọi thời điểm. Buổi đầu mới hình thành, Mặt Trăng quay chậm dần và bị khoá ở vị trí hiện tại vì những hiệu ứng ma sát xuất hiện cùng hiện tượng biến dạng thuỷ triều do Trái Đất gây ra[4].
Từ đã rất lâu khi Mặt Trăng còn quay nhanh hơn hiện tại rất nhiều, bướu thuỷ triều (tidal bulge) của nó chạy trước đường nối Trái Đất-Mặt Trăng bởi nó không thể làm xẹp bướu đủ nhanh để giữ bướu này luôn ở trên đường thẳng đó[5]. Lực quay khiến bướu luôn vượt quá đường nối này. Hiện tượng này gây ra mô men xoắn, làm giảm tốc độ quay của Mặt Trăng, như một lực vặn siết chặt đai ốc. Khi tốc độ quay của Mặt Trăng giảm xuống đủ để cân bằng với tốc độ quỹ đạo của nó, khi ấy bướu luôn hướng về phía Trái Đất, bướu nằm trên đường thẳng nối Trái Đất-Mặt Trăng, và lực xoắn biến mất. Điều này giải thích tại sao Mặt Trăng quay với tốc độ bằng tốc độ quỹ đạo và chúng ta luôn chỉ nhìn thấy một phía của Mặt Trăng.
Các biến đổi nhỏ (đu đưa - libration) trong góc quan sát cho phép chúng ta có thể nhìn thấy được khoảng 59% bề mặt Mặt Trăng (nhưng luôn luôn chỉ là một nửa ở mọi thời điểm)[1].
Phần nhìn thấy được từ Trái Đất Phần không nhìn thấy được từ Trái Đất
Mặt quay về phía Trái Đất được gọi là phần nhìn thấy, và phía đối diện được gọi là phần không nhìn thấy. Phần không nhìn thấy thỉnh thoảng còn được gọi là "phần tối," nhưng trên thực tế nó cũng được chiếu sáng thường xuyên như phần nhìn thấy: một lần trong mỗi ngày Mặt Trăng, trong tuần trăng mới mà chúng ta quan sát thấy từ Trái Đất khi phần nhìn thấy đang bị che tối. Phần không nhìn thấy của Mặt Trăng lần đầu tiên được tàu thăm dò Xô Viết Luna 3 chụp ảnh năm 1959. Một đặc điểm phân biệt của phần không nhìn thấy được là nó hầu như không có "các vùng tối Mặt Trăng" (các “biển”).
Các vùng tối trên Mặt Trăng/Biển Mặt Trăng
Các đồng bằng tối và hầu như không có đặc điểm riêng trên Mặt Trăng có thể được nhìn thấy rõ bằng mắt thường được gọi là "các vùng tối" hay các biển Mặt Trăng, từ tiếng Latin (mare) có nghĩa là "biển", bởi chúng được các nhà thiên văn học cổ đại cho là những nơi chứa đầy nước. Hiện chúng đã được biết chỉ là những bề mặt lớn chứa dung nham bazan cổ đã đông đặc. Đa số các dung nham này đã được phun ra hay chảy vào những chỗ lõm hình thành nên sau các vụ va chạm thiên thạch hay sao chổi vào bề mặt Mặt Trăng. (Oceanus Procellarum là trường hợp khác bởi nó không được hình thành do va chạm). Các biển xuất hiện dày đặc phía bề mặt nhìn thấy được của Mặt Trăng, phía không nhìn thấy có rất ít biển và chúng chỉ chiếm khoảng 2% bề mặt[6], so với khoảng 31% ở phía đối diện[1]. Cách giải thích có vẻ đúng đắn nhất cho sự khác biệt này liên quan tới sự tập trung cao của các yếu tố sinh nhiệt phía bề mặt nhìn thấy được, như đã được thể hiện bởi các bản đồ địa hóa học có được từ những máy quang phổ tia gama[7][8]. Nhiều vùng có chứa những núi lửa hình khiên và các vòm núi lửa được tìm thấy trong các biển ở phía có thể nhìn thấy[9].
Terrae/Đất liền
Các vùng có màu sáng trên Mặt Trăng được gọi là terrae, hay theo cách thông thường hơn là các "cao nguyên", bởi chúng cao hơn hầu hết các biển. Nhiều rặng núi cao ở phía bề mặt nhìn thấy được chạy dọc theo bờ ngoài các vùng trũng do va chạm lớn, nhiều vùng trũng này đã được bazan lấp kín. Chúng được cho là các tàn tích còn lại của các gờ bên ngoài của vùng trũng va chạm[10]. Không giống Trái Đất, không một ngọn núi lớn nào trên Mặt Trăng được cho là được hình thành từ các sự kiện kiến tạo[11].
Các bức ảnh được chụp bởi phi vụ Clementine năm 1994 cho thấy bốn vùng núi trên vùng gờ hố va chạm Peary rộng 73 km tại cực bắc Mặt Trăng luôn được chiếu sáng trong cả ngày Mặt Trăng. Những đỉnh sáng vĩnh cửu này là có thể do độ nghiêng trục tự quay rất nhỏ trên mặt phẳng hoàng đạo của Mặt Trăng. Không vùng sáng vĩnh cửu nào được phát hiện ở phía cực nam, dù vùng gờ của hố va chạm Shackleton được chiếu sáng trong khoảng 80% ngày Mặt Trăng. Một hậu quả khác từ việc Mặt Trăng có độ nghiêng trục nhỏ là một số vùng đáy của các hố va chạm vùng cực luôn ở trong bóng tối[12].
Hố va chạm
Hố va chạm Daedalus ở mặt không nhìn thấy được
Bề mặt Mặt Trăng cho thấy bằng chứng rõ ràng rằng nó đã bị ảnh hưởng nhiều bởi các sự kiện va chạm thiên thạch[13]. Các hố va chạm hình thành khi các thiên thạch và sao chổi va chạm vào bề mặt Mặt Trăng, và nói chung có khoảng nửa triệu hố va chạm với đường kính hơn 1 km. Do các hố va chạm hình thành với tỷ lệ gần như cố định, nên số lượng hố va chạm trên một đơn vị diện tích chồng lên trên một đơn vị địa chất có thể được sử dụng để ước tính tuổi của bề mặt (xem Đếm hố va chạm). Vì không có khí quyển, thời tiết và các hoạt động địa chất gần đây nên nhiều hố va chạm được bảo tồn trong trạng thái khá tốt so với những hố va chạm trên bề mặt Trái Đất.
Hố va chạm lớn nhất trên Mặt Trăng, cũng là một trong các hố va chạm lớn nhất đã được biết đến trong Hệ Mặt Trời, là Vùng trũng Nam cực-Aitken. Vùng này nằm ở phía mặt không nhìn thấy, giữa Nam cực và xích đạo, và có đường kính khoảng 2.240 km và sâu khoảng 13 km[14]. Các vùng trũng va chạm lớn ở phía bề mặt nhìn thấy được gồm Imbrium, Serenitatis, Crisium và Nectaris.
Regolith
Bao trùm phía ngoài bề mặt Mặt Trăng là một lớp bụi rất mịn (vật chất vỡ thành các phần tử rất nhỏ) và lớp bề mặt vỡ vụn do va chạm này được gọi là regolith. Bởi được hình thành từ các quá trình va chạm, regolith của các bề mặt già thường dày hơn tại các nơi bề mặt trẻ khác. Đặc biệt, người ta đã ước tính rằng regolith có độ dày thay đổi từ khoảng 3–5 m tại các biển, và khoảng 10–20 m trên các cao nguyên[15]. Bên dưới lớp regolith mịn là cái thường được gọi là megaregolith. Lớp này dày hơn rất nhiều (khoảng hàng chục km) và bao gồm lớp nền đá đứt gãy[16].
Nước trên Mặt Trăng
Những vụ bắn phá liên tiếp của các sao chổi và các thiên thạch có lẽ đã mang tới một lượng nước nhỏ vào bề mặt Mặt Trăng. Nếu như vậy, ánh sáng Mặt Trời sẽ phân chia đa phần lượng nước này thành các nguyên tố cấu tạo là hiđrô và ôxy, cả hai chất này theo thời gian nói chung lại bay vào vũ trụ, vì lực hấp dẫn của Mặt Trăng yếu. Tuy nhiên, vì độ nghiêng của trục tự quay của Mặt Trăng so với mặt phẳng hoàng đạo nhỏ, chỉ chênh 1,5°, nên có một số hố va chạm sâu gần các cực không bao giờ bị ánh sáng Mặt Trời trực tiếp chiếu tới (xem Hố va chạm Shackleton). Các phân tử nước ở trong các hố va chạm này có thể ổn định trong một thời gian dài.
Clementine đã vẽ bản đồ các hố va chạm tại cực nam Mặt Trăng[17] nơi luôn ở trong bóng tối, và các cuộc thử nghiệm mô phỏng máy tính cho thấy có thể có tới 14.000 km² luôn ở trong bóng tối[12]. Các kết quả thám sát radar từ phi vụ Clementine cho rằng có một số túi nước nhỏ, đóng băng nằm gần bề mặt, và dữ liệu từ máy quang phổ nơtron của Lunar Prospector cho thấy sự tập trung lớn dị thường của hiđrô ở vài mét phía trên của regolith gần các vùng cực[18]. Các ước tính tổng số lượng băng gần một kilômét khối.
Băng có thể được khai thác và phân chia thành nguyên tử cấu tạo ra nó là hiđrô và ôxy bằng các lò phản ứng hạt nhân hay các trạm điện mặt trời. Sự hiện diện của lượng nước sử dụng được trên Mặt Trăng là yếu tố quan trọng để việc thực hiện tham vọng đưa con người lên sinh sống trên Mặt Trăng có thể trở thành hiện thực, bởi việc chuyên chở nước từ Trái Đất lên quá tốn kém. Tuy nhiên, những quan sát gần đây bằng radar hành tinh Arecibo cho thấy một số dữ liệu thám sát radar của chương trình Clementine gần vùng cực trước kia được cho là dấu hiệu của sự hiện diện của băng thì trên thực tế có thể chỉ là hậu quả từ những tảng đá bị bắn ra từ các hố va chạm gần đây[19]. Câu hỏi về lượng nước thực sự có trên Mặt Trăng vẫn chưa có lời giải đáp.
Các đặc điểm vật lý
Cấu trúc bên trong
Hình giản đồ cấu trúc bên trong Mặt Trăng
Mặt Trăng là một vật thể phân dị, về mặt địa hoá học gồm một lớp vỏ, một lớp phủ, và lõi. Cấu trúc này được cho là kết quả của sự kết tinh phân đoạn của một biển macma chỉ một thời gian ngắn sau khi nó hình thành khoảng 4,5 tỷ năm trước. Năng lượng cần thiết để làm tan chảy phần phía ngoài của Mặt Trăng thường được cho là xuất phát từ một sự kiện va chạm lớn được cho là đã hình thành nên hệ thống Trái Đất-Mặt Trăng, và sự bồi đắp sau đó của vật chất trong quỹ đạo Trái Đất. Sự kết tinh của biển macma khiến xuất hiện lớp phủ mafic và một lớp vỏ giàu plagiocla (xem Nguồn gốc và tiến hoá địa chất bên dưới).
Việc vẽ bản đồ địa hoá học từ quỹ đạo cho thấy lớp vỏ Mặt Trăng gồm phần lớn thành phần là anorthosit,[20] phù hợp với giả thuyết biển macma. Về các nguyên tố, lớp vỏ gồm chủ yếu là ôxy, silic, magiê, sắt, canxi và nhôm. Dựa trên các kỹ thuật địa vật lý, chiều dày của nó được ước tính trung bình khoảng 50 km[21].
Sự tan chảy một phần bên trong lớp phủ Mặt Trăng khiến phún xạ của biển bazan nổi lên trên bề mặt Mặt Trăng. Các phân tích bazan này cho thấy lớp phủ bao gồm chủ yếu là các khoáng chất olivin, orthopyroxen và clinopyroxen, và rằng lớp phủ Mặt Trăng có nhiều sắt hơn Trái Đất. Một số bazan Mặt Trăng chứa rất nhiều titan (hiện diện trong khoáng chất ilmenit), cho thấy lớp phủ có sự không đồng nhất lớn trong thành phần. Các trận động đất trên Mặt Trăng được phát hiện xảy ra sâu bên trong lớp phủ, khoảng 1.000 km dưới bề mặt. Chúng diễn ra theo chu kỳ hàng tháng và liên quan tới các ứng suất thuỷ triều gây ra bởi quỹ đạo lệch tâm của Mặt Trăng quanh Trái Đất[21].
Mặt Trăng có mật độ trung bình 3.346,4 kg/m³, khiến nó trở thành vệ tinh có mật độ lớn thứ hai trong Hệ Mặt Trời sau Io. Tuy nhiên, nhiều bằng chứng cho thấy có thể lõi Mặt Trăng nhỏ, với bán kính khoảng 350 km hay nhỏ hơn[21]. Nó chỉ bằng khoảng 20% kích thước Mặt Trăng, trái ngược so với 50% của đa số các thiên thể khác. Thành phần lõi Mặt Trăng không đặc chắc, nhưng phần lớn tin rằng nó gồm một lõi sắt kim loại với một lượng nhỏ lưu huỳnh và niken. Các phân tích về sự khác biệt trong thời gian tự quay của Mặt Trăng cho thấy ít nhất lõi Mặt Trăng cũng nóng chảy một phần[22].
Địa hình
Địa hình Mặt Trăng, theo thể địa cầu Mặt Trăng
Địa hình Mặt Trăng đã được đo đạc bằng các biện pháp đo độ cao laser và phân tích hình lập thể, đa số được thực hiện gần đây từ các dữ liệu thu thập được trong phi vụ Clementine. Đặc điểm địa hình dễ nhận thấy nhất là Vùng trũng Nam cực-Aitken phía bề mặt không nhìn thấy, nơi có những điểm thấp nhất của Mặt Trăng. Các điểm cao nhất ở ngay phía đông bắc vùng trũng này, và nó cho thấy vùng này có thể có những trầm tích vật phóng núi lửa dày đã xuất hiện trong sự kiện va chạm xiên vào vùng trũng Nam cực-Aitken. Các vùng trũng do va chạm lớn khác, như Imbrium, Serenitatis, Crisium, Smythii và Orientale, cũng có địa hình vùng khá thấp và các gờ tròn nổi. Một đặc điểm phân biệt khác của hình dáng Mặt Trăng là cao độ trung bình ở phía không nhìn thấy khoảng 1,9 km cao hơn so với phía nhìn thấy[21].
Trường hấp dẫn
Trường hấp dẫn của Mặt Trăng đã được xác định qua việc thám sát các tín hiệu radio do các tàu vũ trụ bay trên quỹ đạo phát ra. Nguyên tắc sử dụng dựa trên Hiệu ứng Doppler, theo đó việc tàu vũ trụ tăng tốc theo hướng đường quan sát có thể được xác định bằng những thay đổi tăng nhỏ trong tần số tín hiệu radio, và khoảng cách từ tàu vũ trụ tới một trạm trên Trái Đất. Tuy nhiên, vì sự quay đồng bộ của Mặt Trăng vẫn không thể thám sát tàu vũ trụ vượt quá các rìa của Mặt Trăng, và trường hấp dẫn phía bề mặt không nhìn thấy được vì thế vẫn còn chưa được biết rõ[23].
Sự dị thường hấp dẫn xuyên tâm trên bề mặt Mặt Trăng
Đặc điểm chính của trường hấp dẫn Mặt Trăng là sự hiện diện của các mascon (tập trung khối lượng), là những dị thường hấp dẫn dương gắn liền với một số vùng trũng va chạm lớn[24]. Những dị thường này ảnh hưởng lớn tới quỹ đạo của các tàu vũ trụ quay xung quanh Mặt Trăng, và một mô hình hấp dẫn chính xác là cần thiết để lập kế hoạch cho các phi vụ tàu vũ trụ có và không có người lái. Các mascon một phần xuất hiện bởi sự hiện diện của các dòng chảy dung nham bazan vào một số vùng trũng va chạm. Tuy nhiên, các dòng chảy dung nham chính chúng lại không thể giải thích toàn bộ trường hấp dẫn, và phay nghịch của mặt phân giới lớp vỏ-lớp phủ cũng là điều cần thiết. Dựa trên các mô hình hấp dẫn Lunar Prospector, người ta thấy rằng một số mascon tồn tại nhưng không cho thấy bằng chứng cho thuyết núi lửa biển bazan[25]. Sự mở rộng to lớn của núi lửa biển bazan gắn liền với Oceanus Procellarum không chỉ ra sự bất thường hấp dẫn dương.
Từ trường
Tổng cường độ từ trường tại bề mặt Mặt Trăng, kết quả từ cuộc thí nghiệm đo phản xạ electron của Lunar Prospector
Mặt Trăng có một từ trường bên ngoài trong khoảng một tới một trăm nanotesla— chưa bằng 1 % từ trường Trái Đất (khoảng 30-60 microtesla). Các khác biệt chính khác là Mặt Trăng hiện tại không có một từ trường lưỡng cực (lẽ ra phải được tạo ra bởi địa động lực trong lõi của nó), và sự từ hóa hiện diện hầu như đều có nguồn gốc từ lớp vỏ[26]. Một giả thuyết cho rằng sự từ hóa ở lớp vỏ đã xuất hiện ngay từ buổi đầu lịch sử Mặt Trăng khi địa động lực đang hoạt động. Tuy nhiên, kích thước nhỏ của lõi Mặt Trăng là một yếu tố cản trở tiềm tàng cho giả thuyết này. Một giả thuyết khác, có thể trên một vật thể không có không khí như Mặt Trăng, các từ trường tạm thời có thể xuất hiện trong những sự kiện va chạm lớn. Ủng hộ giả thuyết này, cần lưu ý rằng sự từ hóa lớp vỏ lớn nhất là ở gần các vùng đối chân của những vùng trũng do va chạm lớn. Người ta đề xuất rằng một hiện tượng như vậy có thể xảy ra từ sự mở rộng tự do của một đám mây plasma sinh ra từ va chạm bao quanh Mặt Trăng với sự hiện diện của một từ trường bao quanh[27].
Khí quyển
Mặt Trăng có khí quyển mỏng đến nỗi hầu như không đáng kể, với tổng khối lượng khí quyển chưa tới 104 kg[28]. Một nguồn gốc hình thành khí quyển Mặt Trăng chính là hiện tượng tự phun khí—sự phun các loại khí như radon hình thành bởi quá trình phân rã phóng xạ bên trong lớp vỏ và lớp phủ[20]. Một nguồn quan trọng khác hình thành trong quá trình tiên xạ, liên quan tới sự bắn phá của vi thiên thạch, các ion, electron của gió Mặt Trời và ánh sáng Mặt Trời[20]. Các loại khí phát sinh từ quá trình tiên xạ hoặc chui vào trong regolith vì lực hấp dẫn của Mặt Trăng, hoặc có thể lại rơi vào vũ trụ vì áp suất bức xạ của Mặt Trời hay bị quét sạch bởi từ trường gió Mặt Trời nếu chúng đã bị ion hoá. Các nguyên tố natri và kali đã được phát hiện bằng cách phương pháp quang phổ trên Trái Đất, trong khi nguyên tố radon–222 (222Rn) và poloni-210 (210Po) đã được suy ra từ máy quang phổ hạt alpha của Lunar Prospector[29]. Agon–40 (40Ar), heli-4 (4He), ôxy (O2) và/hay metan (CH4), nitơ (N2) và/hay mônôxít cacbon (CO), và điôxít cacbon (CO2) đã được phát hiện tại chỗ bởi các máy do các nhà du hành vũ trụ chương trình Apollo để lại[30].
Nhiệt độ bề mặt
Ban ngày trên Mặt Trăng, nhiệt độ trung bình là 107 °C, còn ban đêm nhiệt độ là -153 °C[31].
THẾ GIỚI XUNG QUANH TA
Mặt Trăng (tiếng Latin: Luna, ký hiệu: ☾) là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất và là vệ tinh tự nhiên lớn thứ năm trong Hệ Mặt Trời.
Khoảng cách trung bình tính từ tâm Trái Đất đến Mặt Trăng là 384.403 km, lớn khoảng 30 lần đường kính Trái Đất. Đường kính Mặt Trăng là 3.474 km[1], tức hơn một phần tư đường kính Trái Đất. Khối lượng Mặt Trăng khoảng bằng 2% khối lượng Trái Đất và lực hấp dẫn tại bề mặt Mặt Trăng bằng 17% lực hấp dẫn trên bề mặt Trái Đất. Mặt Trăng quay một vòng quanh Trái Đất với chu kỳ quỹ đạo 27,32 ngày, và các biến đổi định kỳ trong hình học của hệ Trái Đất-Mặt Trăng–Mặt Trời là nguyên nhân gây ra các pha mặt trăng, lặp lại sau mỗi chu kỳ giao hội 29,53 ngày.
Mặt Trăng là thiên thể duy nhất ngoài Trái Đất mà con người đã đặt chân tới. Năm 1959 là năm mang tính lịch sử đối với công cuộc khám phá Mặt Trăng, mở đầu bằng chuyến bay của vệ tinh nhân tạo Luna 1 của Liên bang Xô viết đến phạm vi của Mặt Trăng, tiếp đó Luna 2 rơi xuống bề mặt của Mặt Trăng và Luna 3 lần đầu tiên cung cấp ảnh mặt sau của Mặt Trăng. Năm 1966[1], Luna 9 trở thành tàu vũ trụ đầu tiên hạ cánh thành công và Luna 10 là tàu vũ trụ không người lái đầu tiên bay quanh Mặt Trăng.
Cho đến nay, Chương trình Apollo của Hoa Kỳ đã thực hiện được những cuộc đổ bộ duy nhất của con người xuống Mặt Trăng, tổng cộng gồm sáu lần hạ cánh trong giai đoạn từ 1969 tới 1972. Năm 1969, Neil Armstrong và Buzz Aldrin là những người đầu tiên đặt chân lên Mặt Trăng trong chuyến bay Apollo 11. Việc thám hiểm Mặt Trăng của loài người đã ngừng lại với sự chấm dứt của chương trình Apollo, dù nhiều quốc gia đã thông báo các kế hoạch đưa người hay tàu vũ trụ robot tới Mặt Trăng.
Tên gọi và từ nguyên
Trong tiếng Việt, Mặt Trăng còn được gọi bằng những tên khác như ông trăng, ông giăng, giăng, nguyệt, Hằng Nga, Thường Nga v.v. Không giống như vệ tinh của những hành tinh khác, Mặt Trăng - vệ tinh của Trái Đất - không có tên riêng nào khác. Trong một số ngôn ngữ, Mặt Trăng của Trái Đất được viết hoa để phân biệt với danh từ chung "mặt trăng", nói đến các vệ tinh tự nhiên của các hành tinh khác như "the Moon" trong tiếng Anh[2] và "the moon".
Từ moon ("mặt trăng" trong tiếng Anh) là một từ thuộc nhóm ngôn ngữ German, liên quan tới từ mensis trong tiếng Latin; từ này lại xuất phát từ gốc me- trong ngôn ngữ Ấn-Âu nguyên thủy (Proto-Indo-European), cũng xuất hiện trong measure (đo lường)[3] (thời gian), với sự gợi nhớ tới tầm quan trọng của nó trong việc đo đạc thời gian trong những từ có nguồn gốc từ nó như Monday ("thứ Hai" trong tiếng Anh), month ("tháng" trong tiếng Anh) và menstrual (hàng tháng/kinh nguyệt). Trong tiếng Anh, từ moon chỉ có nghĩa "mặt trăng" cho tới tận năm 1665, khi nó được mở rộng nghĩa để chỉ những vệ tinh tự nhiên mới được khám phá của các hành tinh khác[3]. Mặt Trăng thỉnh thoảng cũng được gọi theo tên tiếng Latin của nó, Luna, để phân biệt với các vệ tinh tự nhiên khác; tính từ có liên quan là lunar và một tiền tố tính từ seleno- hay hậu tố -selene (theo vị thần Hy Lạp Selene.
Bề mặt Mặt Trăng
Hai phía Mặt Trăng
SỰ ĐU ĐƯA CỦA MẶT TRĂNG
Mặt Trăng nằm trên quỹ đạo quay đồng bộ, có nghĩa là nó hầu như giữ nguyên một mặt hướng về Trái Đất ở tất cả mọi thời điểm. Buổi đầu mới hình thành, Mặt Trăng quay chậm dần và bị khoá ở vị trí hiện tại vì những hiệu ứng ma sát xuất hiện cùng hiện tượng biến dạng thuỷ triều do Trái Đất gây ra[4].
Từ đã rất lâu khi Mặt Trăng còn quay nhanh hơn hiện tại rất nhiều, bướu thuỷ triều (tidal bulge) của nó chạy trước đường nối Trái Đất-Mặt Trăng bởi nó không thể làm xẹp bướu đủ nhanh để giữ bướu này luôn ở trên đường thẳng đó[5]. Lực quay khiến bướu luôn vượt quá đường nối này. Hiện tượng này gây ra mô men xoắn, làm giảm tốc độ quay của Mặt Trăng, như một lực vặn siết chặt đai ốc. Khi tốc độ quay của Mặt Trăng giảm xuống đủ để cân bằng với tốc độ quỹ đạo của nó, khi ấy bướu luôn hướng về phía Trái Đất, bướu nằm trên đường thẳng nối Trái Đất-Mặt Trăng, và lực xoắn biến mất. Điều này giải thích tại sao Mặt Trăng quay với tốc độ bằng tốc độ quỹ đạo và chúng ta luôn chỉ nhìn thấy một phía của Mặt Trăng.
Các biến đổi nhỏ (đu đưa - libration) trong góc quan sát cho phép chúng ta có thể nhìn thấy được khoảng 59% bề mặt Mặt Trăng (nhưng luôn luôn chỉ là một nửa ở mọi thời điểm)[1].
Phần nhìn thấy được từ Trái Đất Phần không nhìn thấy được từ Trái Đất
Mặt quay về phía Trái Đất được gọi là phần nhìn thấy, và phía đối diện được gọi là phần không nhìn thấy. Phần không nhìn thấy thỉnh thoảng còn được gọi là "phần tối," nhưng trên thực tế nó cũng được chiếu sáng thường xuyên như phần nhìn thấy: một lần trong mỗi ngày Mặt Trăng, trong tuần trăng mới mà chúng ta quan sát thấy từ Trái Đất khi phần nhìn thấy đang bị che tối. Phần không nhìn thấy của Mặt Trăng lần đầu tiên được tàu thăm dò Xô Viết Luna 3 chụp ảnh năm 1959. Một đặc điểm phân biệt của phần không nhìn thấy được là nó hầu như không có "các vùng tối Mặt Trăng" (các “biển”).
Các vùng tối trên Mặt Trăng/Biển Mặt Trăng
Các đồng bằng tối và hầu như không có đặc điểm riêng trên Mặt Trăng có thể được nhìn thấy rõ bằng mắt thường được gọi là "các vùng tối" hay các biển Mặt Trăng, từ tiếng Latin (mare) có nghĩa là "biển", bởi chúng được các nhà thiên văn học cổ đại cho là những nơi chứa đầy nước. Hiện chúng đã được biết chỉ là những bề mặt lớn chứa dung nham bazan cổ đã đông đặc. Đa số các dung nham này đã được phun ra hay chảy vào những chỗ lõm hình thành nên sau các vụ va chạm thiên thạch hay sao chổi vào bề mặt Mặt Trăng. (Oceanus Procellarum là trường hợp khác bởi nó không được hình thành do va chạm). Các biển xuất hiện dày đặc phía bề mặt nhìn thấy được của Mặt Trăng, phía không nhìn thấy có rất ít biển và chúng chỉ chiếm khoảng 2% bề mặt[6], so với khoảng 31% ở phía đối diện[1]. Cách giải thích có vẻ đúng đắn nhất cho sự khác biệt này liên quan tới sự tập trung cao của các yếu tố sinh nhiệt phía bề mặt nhìn thấy được, như đã được thể hiện bởi các bản đồ địa hóa học có được từ những máy quang phổ tia gama[7][8]. Nhiều vùng có chứa những núi lửa hình khiên và các vòm núi lửa được tìm thấy trong các biển ở phía có thể nhìn thấy[9].
Terrae/Đất liền
Các vùng có màu sáng trên Mặt Trăng được gọi là terrae, hay theo cách thông thường hơn là các "cao nguyên", bởi chúng cao hơn hầu hết các biển. Nhiều rặng núi cao ở phía bề mặt nhìn thấy được chạy dọc theo bờ ngoài các vùng trũng do va chạm lớn, nhiều vùng trũng này đã được bazan lấp kín. Chúng được cho là các tàn tích còn lại của các gờ bên ngoài của vùng trũng va chạm[10]. Không giống Trái Đất, không một ngọn núi lớn nào trên Mặt Trăng được cho là được hình thành từ các sự kiện kiến tạo[11].
Các bức ảnh được chụp bởi phi vụ Clementine năm 1994 cho thấy bốn vùng núi trên vùng gờ hố va chạm Peary rộng 73 km tại cực bắc Mặt Trăng luôn được chiếu sáng trong cả ngày Mặt Trăng. Những đỉnh sáng vĩnh cửu này là có thể do độ nghiêng trục tự quay rất nhỏ trên mặt phẳng hoàng đạo của Mặt Trăng. Không vùng sáng vĩnh cửu nào được phát hiện ở phía cực nam, dù vùng gờ của hố va chạm Shackleton được chiếu sáng trong khoảng 80% ngày Mặt Trăng. Một hậu quả khác từ việc Mặt Trăng có độ nghiêng trục nhỏ là một số vùng đáy của các hố va chạm vùng cực luôn ở trong bóng tối[12].
Hố va chạm
Hố va chạm Daedalus ở mặt không nhìn thấy được
Bề mặt Mặt Trăng cho thấy bằng chứng rõ ràng rằng nó đã bị ảnh hưởng nhiều bởi các sự kiện va chạm thiên thạch[13]. Các hố va chạm hình thành khi các thiên thạch và sao chổi va chạm vào bề mặt Mặt Trăng, và nói chung có khoảng nửa triệu hố va chạm với đường kính hơn 1 km. Do các hố va chạm hình thành với tỷ lệ gần như cố định, nên số lượng hố va chạm trên một đơn vị diện tích chồng lên trên một đơn vị địa chất có thể được sử dụng để ước tính tuổi của bề mặt (xem Đếm hố va chạm). Vì không có khí quyển, thời tiết và các hoạt động địa chất gần đây nên nhiều hố va chạm được bảo tồn trong trạng thái khá tốt so với những hố va chạm trên bề mặt Trái Đất.
Hố va chạm lớn nhất trên Mặt Trăng, cũng là một trong các hố va chạm lớn nhất đã được biết đến trong Hệ Mặt Trời, là Vùng trũng Nam cực-Aitken. Vùng này nằm ở phía mặt không nhìn thấy, giữa Nam cực và xích đạo, và có đường kính khoảng 2.240 km và sâu khoảng 13 km[14]. Các vùng trũng va chạm lớn ở phía bề mặt nhìn thấy được gồm Imbrium, Serenitatis, Crisium và Nectaris.
Regolith
Bao trùm phía ngoài bề mặt Mặt Trăng là một lớp bụi rất mịn (vật chất vỡ thành các phần tử rất nhỏ) và lớp bề mặt vỡ vụn do va chạm này được gọi là regolith. Bởi được hình thành từ các quá trình va chạm, regolith của các bề mặt già thường dày hơn tại các nơi bề mặt trẻ khác. Đặc biệt, người ta đã ước tính rằng regolith có độ dày thay đổi từ khoảng 3–5 m tại các biển, và khoảng 10–20 m trên các cao nguyên[15]. Bên dưới lớp regolith mịn là cái thường được gọi là megaregolith. Lớp này dày hơn rất nhiều (khoảng hàng chục km) và bao gồm lớp nền đá đứt gãy[16].
Nước trên Mặt Trăng
Những vụ bắn phá liên tiếp của các sao chổi và các thiên thạch có lẽ đã mang tới một lượng nước nhỏ vào bề mặt Mặt Trăng. Nếu như vậy, ánh sáng Mặt Trời sẽ phân chia đa phần lượng nước này thành các nguyên tố cấu tạo là hiđrô và ôxy, cả hai chất này theo thời gian nói chung lại bay vào vũ trụ, vì lực hấp dẫn của Mặt Trăng yếu. Tuy nhiên, vì độ nghiêng của trục tự quay của Mặt Trăng so với mặt phẳng hoàng đạo nhỏ, chỉ chênh 1,5°, nên có một số hố va chạm sâu gần các cực không bao giờ bị ánh sáng Mặt Trời trực tiếp chiếu tới (xem Hố va chạm Shackleton). Các phân tử nước ở trong các hố va chạm này có thể ổn định trong một thời gian dài.
Clementine đã vẽ bản đồ các hố va chạm tại cực nam Mặt Trăng[17] nơi luôn ở trong bóng tối, và các cuộc thử nghiệm mô phỏng máy tính cho thấy có thể có tới 14.000 km² luôn ở trong bóng tối[12]. Các kết quả thám sát radar từ phi vụ Clementine cho rằng có một số túi nước nhỏ, đóng băng nằm gần bề mặt, và dữ liệu từ máy quang phổ nơtron của Lunar Prospector cho thấy sự tập trung lớn dị thường của hiđrô ở vài mét phía trên của regolith gần các vùng cực[18]. Các ước tính tổng số lượng băng gần một kilômét khối.
Băng có thể được khai thác và phân chia thành nguyên tử cấu tạo ra nó là hiđrô và ôxy bằng các lò phản ứng hạt nhân hay các trạm điện mặt trời. Sự hiện diện của lượng nước sử dụng được trên Mặt Trăng là yếu tố quan trọng để việc thực hiện tham vọng đưa con người lên sinh sống trên Mặt Trăng có thể trở thành hiện thực, bởi việc chuyên chở nước từ Trái Đất lên quá tốn kém. Tuy nhiên, những quan sát gần đây bằng radar hành tinh Arecibo cho thấy một số dữ liệu thám sát radar của chương trình Clementine gần vùng cực trước kia được cho là dấu hiệu của sự hiện diện của băng thì trên thực tế có thể chỉ là hậu quả từ những tảng đá bị bắn ra từ các hố va chạm gần đây[19]. Câu hỏi về lượng nước thực sự có trên Mặt Trăng vẫn chưa có lời giải đáp.
Các đặc điểm vật lý
Cấu trúc bên trong
Hình giản đồ cấu trúc bên trong Mặt Trăng
Mặt Trăng là một vật thể phân dị, về mặt địa hoá học gồm một lớp vỏ, một lớp phủ, và lõi. Cấu trúc này được cho là kết quả của sự kết tinh phân đoạn của một biển macma chỉ một thời gian ngắn sau khi nó hình thành khoảng 4,5 tỷ năm trước. Năng lượng cần thiết để làm tan chảy phần phía ngoài của Mặt Trăng thường được cho là xuất phát từ một sự kiện va chạm lớn được cho là đã hình thành nên hệ thống Trái Đất-Mặt Trăng, và sự bồi đắp sau đó của vật chất trong quỹ đạo Trái Đất. Sự kết tinh của biển macma khiến xuất hiện lớp phủ mafic và một lớp vỏ giàu plagiocla (xem Nguồn gốc và tiến hoá địa chất bên dưới).
Việc vẽ bản đồ địa hoá học từ quỹ đạo cho thấy lớp vỏ Mặt Trăng gồm phần lớn thành phần là anorthosit,[20] phù hợp với giả thuyết biển macma. Về các nguyên tố, lớp vỏ gồm chủ yếu là ôxy, silic, magiê, sắt, canxi và nhôm. Dựa trên các kỹ thuật địa vật lý, chiều dày của nó được ước tính trung bình khoảng 50 km[21].
Sự tan chảy một phần bên trong lớp phủ Mặt Trăng khiến phún xạ của biển bazan nổi lên trên bề mặt Mặt Trăng. Các phân tích bazan này cho thấy lớp phủ bao gồm chủ yếu là các khoáng chất olivin, orthopyroxen và clinopyroxen, và rằng lớp phủ Mặt Trăng có nhiều sắt hơn Trái Đất. Một số bazan Mặt Trăng chứa rất nhiều titan (hiện diện trong khoáng chất ilmenit), cho thấy lớp phủ có sự không đồng nhất lớn trong thành phần. Các trận động đất trên Mặt Trăng được phát hiện xảy ra sâu bên trong lớp phủ, khoảng 1.000 km dưới bề mặt. Chúng diễn ra theo chu kỳ hàng tháng và liên quan tới các ứng suất thuỷ triều gây ra bởi quỹ đạo lệch tâm của Mặt Trăng quanh Trái Đất[21].
Mặt Trăng có mật độ trung bình 3.346,4 kg/m³, khiến nó trở thành vệ tinh có mật độ lớn thứ hai trong Hệ Mặt Trời sau Io. Tuy nhiên, nhiều bằng chứng cho thấy có thể lõi Mặt Trăng nhỏ, với bán kính khoảng 350 km hay nhỏ hơn[21]. Nó chỉ bằng khoảng 20% kích thước Mặt Trăng, trái ngược so với 50% của đa số các thiên thể khác. Thành phần lõi Mặt Trăng không đặc chắc, nhưng phần lớn tin rằng nó gồm một lõi sắt kim loại với một lượng nhỏ lưu huỳnh và niken. Các phân tích về sự khác biệt trong thời gian tự quay của Mặt Trăng cho thấy ít nhất lõi Mặt Trăng cũng nóng chảy một phần[22].
Địa hình
Địa hình Mặt Trăng, theo thể địa cầu Mặt Trăng
Địa hình Mặt Trăng đã được đo đạc bằng các biện pháp đo độ cao laser và phân tích hình lập thể, đa số được thực hiện gần đây từ các dữ liệu thu thập được trong phi vụ Clementine. Đặc điểm địa hình dễ nhận thấy nhất là Vùng trũng Nam cực-Aitken phía bề mặt không nhìn thấy, nơi có những điểm thấp nhất của Mặt Trăng. Các điểm cao nhất ở ngay phía đông bắc vùng trũng này, và nó cho thấy vùng này có thể có những trầm tích vật phóng núi lửa dày đã xuất hiện trong sự kiện va chạm xiên vào vùng trũng Nam cực-Aitken. Các vùng trũng do va chạm lớn khác, như Imbrium, Serenitatis, Crisium, Smythii và Orientale, cũng có địa hình vùng khá thấp và các gờ tròn nổi. Một đặc điểm phân biệt khác của hình dáng Mặt Trăng là cao độ trung bình ở phía không nhìn thấy khoảng 1,9 km cao hơn so với phía nhìn thấy[21].
Trường hấp dẫn
Trường hấp dẫn của Mặt Trăng đã được xác định qua việc thám sát các tín hiệu radio do các tàu vũ trụ bay trên quỹ đạo phát ra. Nguyên tắc sử dụng dựa trên Hiệu ứng Doppler, theo đó việc tàu vũ trụ tăng tốc theo hướng đường quan sát có thể được xác định bằng những thay đổi tăng nhỏ trong tần số tín hiệu radio, và khoảng cách từ tàu vũ trụ tới một trạm trên Trái Đất. Tuy nhiên, vì sự quay đồng bộ của Mặt Trăng vẫn không thể thám sát tàu vũ trụ vượt quá các rìa của Mặt Trăng, và trường hấp dẫn phía bề mặt không nhìn thấy được vì thế vẫn còn chưa được biết rõ[23].
Sự dị thường hấp dẫn xuyên tâm trên bề mặt Mặt Trăng
Đặc điểm chính của trường hấp dẫn Mặt Trăng là sự hiện diện của các mascon (tập trung khối lượng), là những dị thường hấp dẫn dương gắn liền với một số vùng trũng va chạm lớn[24]. Những dị thường này ảnh hưởng lớn tới quỹ đạo của các tàu vũ trụ quay xung quanh Mặt Trăng, và một mô hình hấp dẫn chính xác là cần thiết để lập kế hoạch cho các phi vụ tàu vũ trụ có và không có người lái. Các mascon một phần xuất hiện bởi sự hiện diện của các dòng chảy dung nham bazan vào một số vùng trũng va chạm. Tuy nhiên, các dòng chảy dung nham chính chúng lại không thể giải thích toàn bộ trường hấp dẫn, và phay nghịch của mặt phân giới lớp vỏ-lớp phủ cũng là điều cần thiết. Dựa trên các mô hình hấp dẫn Lunar Prospector, người ta thấy rằng một số mascon tồn tại nhưng không cho thấy bằng chứng cho thuyết núi lửa biển bazan[25]. Sự mở rộng to lớn của núi lửa biển bazan gắn liền với Oceanus Procellarum không chỉ ra sự bất thường hấp dẫn dương.
Từ trường
Tổng cường độ từ trường tại bề mặt Mặt Trăng, kết quả từ cuộc thí nghiệm đo phản xạ electron của Lunar Prospector
Mặt Trăng có một từ trường bên ngoài trong khoảng một tới một trăm nanotesla— chưa bằng 1 % từ trường Trái Đất (khoảng 30-60 microtesla). Các khác biệt chính khác là Mặt Trăng hiện tại không có một từ trường lưỡng cực (lẽ ra phải được tạo ra bởi địa động lực trong lõi của nó), và sự từ hóa hiện diện hầu như đều có nguồn gốc từ lớp vỏ[26]. Một giả thuyết cho rằng sự từ hóa ở lớp vỏ đã xuất hiện ngay từ buổi đầu lịch sử Mặt Trăng khi địa động lực đang hoạt động. Tuy nhiên, kích thước nhỏ của lõi Mặt Trăng là một yếu tố cản trở tiềm tàng cho giả thuyết này. Một giả thuyết khác, có thể trên một vật thể không có không khí như Mặt Trăng, các từ trường tạm thời có thể xuất hiện trong những sự kiện va chạm lớn. Ủng hộ giả thuyết này, cần lưu ý rằng sự từ hóa lớp vỏ lớn nhất là ở gần các vùng đối chân của những vùng trũng do va chạm lớn. Người ta đề xuất rằng một hiện tượng như vậy có thể xảy ra từ sự mở rộng tự do của một đám mây plasma sinh ra từ va chạm bao quanh Mặt Trăng với sự hiện diện của một từ trường bao quanh[27].
Khí quyển
Mặt Trăng có khí quyển mỏng đến nỗi hầu như không đáng kể, với tổng khối lượng khí quyển chưa tới 104 kg[28]. Một nguồn gốc hình thành khí quyển Mặt Trăng chính là hiện tượng tự phun khí—sự phun các loại khí như radon hình thành bởi quá trình phân rã phóng xạ bên trong lớp vỏ và lớp phủ[20]. Một nguồn quan trọng khác hình thành trong quá trình tiên xạ, liên quan tới sự bắn phá của vi thiên thạch, các ion, electron của gió Mặt Trời và ánh sáng Mặt Trời[20]. Các loại khí phát sinh từ quá trình tiên xạ hoặc chui vào trong regolith vì lực hấp dẫn của Mặt Trăng, hoặc có thể lại rơi vào vũ trụ vì áp suất bức xạ của Mặt Trời hay bị quét sạch bởi từ trường gió Mặt Trời nếu chúng đã bị ion hoá. Các nguyên tố natri và kali đã được phát hiện bằng cách phương pháp quang phổ trên Trái Đất, trong khi nguyên tố radon–222 (222Rn) và poloni-210 (210Po) đã được suy ra từ máy quang phổ hạt alpha của Lunar Prospector[29]. Agon–40 (40Ar), heli-4 (4He), ôxy (O2) và/hay metan (CH4), nitơ (N2) và/hay mônôxít cacbon (CO), và điôxít cacbon (CO2) đã được phát hiện tại chỗ bởi các máy do các nhà du hành vũ trụ chương trình Apollo để lại[30].
Nhiệt độ bề mặt
Ban ngày trên Mặt Trăng, nhiệt độ trung bình là 107 °C, còn ban đêm nhiệt độ là -153 °C[31].
Khoảng cách trung bình tính từ tâm Trái Đất đến Mặt Trăng là 384.403 km, lớn khoảng 30 lần đường kính Trái Đất. Đường kính Mặt Trăng là 3.474 km[1], tức hơn một phần tư đường kính Trái Đất. Khối lượng Mặt Trăng khoảng bằng 2% khối lượng Trái Đất và lực hấp dẫn tại bề mặt Mặt Trăng bằng 17% lực hấp dẫn trên bề mặt Trái Đất. Mặt Trăng quay một vòng quanh Trái Đất với chu kỳ quỹ đạo 27,32 ngày, và các biến đổi định kỳ trong hình học của hệ Trái Đất-Mặt Trăng–Mặt Trời là nguyên nhân gây ra các pha mặt trăng, lặp lại sau mỗi chu kỳ giao hội 29,53 ngày.
Mặt Trăng là thiên thể duy nhất ngoài Trái Đất mà con người đã đặt chân tới. Năm 1959 là năm mang tính lịch sử đối với công cuộc khám phá Mặt Trăng, mở đầu bằng chuyến bay của vệ tinh nhân tạo Luna 1 của Liên bang Xô viết đến phạm vi của Mặt Trăng, tiếp đó Luna 2 rơi xuống bề mặt của Mặt Trăng và Luna 3 lần đầu tiên cung cấp ảnh mặt sau của Mặt Trăng. Năm 1966[1], Luna 9 trở thành tàu vũ trụ đầu tiên hạ cánh thành công và Luna 10 là tàu vũ trụ không người lái đầu tiên bay quanh Mặt Trăng.
Cho đến nay, Chương trình Apollo của Hoa Kỳ đã thực hiện được những cuộc đổ bộ duy nhất của con người xuống Mặt Trăng, tổng cộng gồm sáu lần hạ cánh trong giai đoạn từ 1969 tới 1972. Năm 1969, Neil Armstrong và Buzz Aldrin là những người đầu tiên đặt chân lên Mặt Trăng trong chuyến bay Apollo 11. Việc thám hiểm Mặt Trăng của loài người đã ngừng lại với sự chấm dứt của chương trình Apollo, dù nhiều quốc gia đã thông báo các kế hoạch đưa người hay tàu vũ trụ robot tới Mặt Trăng.
Tên gọi và từ nguyên
Trong tiếng Việt, Mặt Trăng còn được gọi bằng những tên khác như ông trăng, ông giăng, giăng, nguyệt, Hằng Nga, Thường Nga v.v. Không giống như vệ tinh của những hành tinh khác, Mặt Trăng - vệ tinh của Trái Đất - không có tên riêng nào khác. Trong một số ngôn ngữ, Mặt Trăng của Trái Đất được viết hoa để phân biệt với danh từ chung "mặt trăng", nói đến các vệ tinh tự nhiên của các hành tinh khác như "the Moon" trong tiếng Anh[2] và "the moon".
Từ moon ("mặt trăng" trong tiếng Anh) là một từ thuộc nhóm ngôn ngữ German, liên quan tới từ mensis trong tiếng Latin; từ này lại xuất phát từ gốc me- trong ngôn ngữ Ấn-Âu nguyên thủy (Proto-Indo-European), cũng xuất hiện trong measure (đo lường)[3] (thời gian), với sự gợi nhớ tới tầm quan trọng của nó trong việc đo đạc thời gian trong những từ có nguồn gốc từ nó như Monday ("thứ Hai" trong tiếng Anh), month ("tháng" trong tiếng Anh) và menstrual (hàng tháng/kinh nguyệt). Trong tiếng Anh, từ moon chỉ có nghĩa "mặt trăng" cho tới tận năm 1665, khi nó được mở rộng nghĩa để chỉ những vệ tinh tự nhiên mới được khám phá của các hành tinh khác[3]. Mặt Trăng thỉnh thoảng cũng được gọi theo tên tiếng Latin của nó, Luna, để phân biệt với các vệ tinh tự nhiên khác; tính từ có liên quan là lunar và một tiền tố tính từ seleno- hay hậu tố -selene (theo vị thần Hy Lạp Selene.
Bề mặt Mặt Trăng
Hai phía Mặt Trăng
SỰ ĐU ĐƯA CỦA MẶT TRĂNG
Mặt Trăng nằm trên quỹ đạo quay đồng bộ, có nghĩa là nó hầu như giữ nguyên một mặt hướng về Trái Đất ở tất cả mọi thời điểm. Buổi đầu mới hình thành, Mặt Trăng quay chậm dần và bị khoá ở vị trí hiện tại vì những hiệu ứng ma sát xuất hiện cùng hiện tượng biến dạng thuỷ triều do Trái Đất gây ra[4].
Từ đã rất lâu khi Mặt Trăng còn quay nhanh hơn hiện tại rất nhiều, bướu thuỷ triều (tidal bulge) của nó chạy trước đường nối Trái Đất-Mặt Trăng bởi nó không thể làm xẹp bướu đủ nhanh để giữ bướu này luôn ở trên đường thẳng đó[5]. Lực quay khiến bướu luôn vượt quá đường nối này. Hiện tượng này gây ra mô men xoắn, làm giảm tốc độ quay của Mặt Trăng, như một lực vặn siết chặt đai ốc. Khi tốc độ quay của Mặt Trăng giảm xuống đủ để cân bằng với tốc độ quỹ đạo của nó, khi ấy bướu luôn hướng về phía Trái Đất, bướu nằm trên đường thẳng nối Trái Đất-Mặt Trăng, và lực xoắn biến mất. Điều này giải thích tại sao Mặt Trăng quay với tốc độ bằng tốc độ quỹ đạo và chúng ta luôn chỉ nhìn thấy một phía của Mặt Trăng.
Các biến đổi nhỏ (đu đưa - libration) trong góc quan sát cho phép chúng ta có thể nhìn thấy được khoảng 59% bề mặt Mặt Trăng (nhưng luôn luôn chỉ là một nửa ở mọi thời điểm)[1].
Phần nhìn thấy được từ Trái Đất Phần không nhìn thấy được từ Trái Đất
Mặt quay về phía Trái Đất được gọi là phần nhìn thấy, và phía đối diện được gọi là phần không nhìn thấy. Phần không nhìn thấy thỉnh thoảng còn được gọi là "phần tối," nhưng trên thực tế nó cũng được chiếu sáng thường xuyên như phần nhìn thấy: một lần trong mỗi ngày Mặt Trăng, trong tuần trăng mới mà chúng ta quan sát thấy từ Trái Đất khi phần nhìn thấy đang bị che tối. Phần không nhìn thấy của Mặt Trăng lần đầu tiên được tàu thăm dò Xô Viết Luna 3 chụp ảnh năm 1959. Một đặc điểm phân biệt của phần không nhìn thấy được là nó hầu như không có "các vùng tối Mặt Trăng" (các “biển”).
Các vùng tối trên Mặt Trăng/Biển Mặt Trăng
Các đồng bằng tối và hầu như không có đặc điểm riêng trên Mặt Trăng có thể được nhìn thấy rõ bằng mắt thường được gọi là "các vùng tối" hay các biển Mặt Trăng, từ tiếng Latin (mare) có nghĩa là "biển", bởi chúng được các nhà thiên văn học cổ đại cho là những nơi chứa đầy nước. Hiện chúng đã được biết chỉ là những bề mặt lớn chứa dung nham bazan cổ đã đông đặc. Đa số các dung nham này đã được phun ra hay chảy vào những chỗ lõm hình thành nên sau các vụ va chạm thiên thạch hay sao chổi vào bề mặt Mặt Trăng. (Oceanus Procellarum là trường hợp khác bởi nó không được hình thành do va chạm). Các biển xuất hiện dày đặc phía bề mặt nhìn thấy được của Mặt Trăng, phía không nhìn thấy có rất ít biển và chúng chỉ chiếm khoảng 2% bề mặt[6], so với khoảng 31% ở phía đối diện[1]. Cách giải thích có vẻ đúng đắn nhất cho sự khác biệt này liên quan tới sự tập trung cao của các yếu tố sinh nhiệt phía bề mặt nhìn thấy được, như đã được thể hiện bởi các bản đồ địa hóa học có được từ những máy quang phổ tia gama[7][8]. Nhiều vùng có chứa những núi lửa hình khiên và các vòm núi lửa được tìm thấy trong các biển ở phía có thể nhìn thấy[9].
Terrae/Đất liền
Các vùng có màu sáng trên Mặt Trăng được gọi là terrae, hay theo cách thông thường hơn là các "cao nguyên", bởi chúng cao hơn hầu hết các biển. Nhiều rặng núi cao ở phía bề mặt nhìn thấy được chạy dọc theo bờ ngoài các vùng trũng do va chạm lớn, nhiều vùng trũng này đã được bazan lấp kín. Chúng được cho là các tàn tích còn lại của các gờ bên ngoài của vùng trũng va chạm[10]. Không giống Trái Đất, không một ngọn núi lớn nào trên Mặt Trăng được cho là được hình thành từ các sự kiện kiến tạo[11].
Các bức ảnh được chụp bởi phi vụ Clementine năm 1994 cho thấy bốn vùng núi trên vùng gờ hố va chạm Peary rộng 73 km tại cực bắc Mặt Trăng luôn được chiếu sáng trong cả ngày Mặt Trăng. Những đỉnh sáng vĩnh cửu này là có thể do độ nghiêng trục tự quay rất nhỏ trên mặt phẳng hoàng đạo của Mặt Trăng. Không vùng sáng vĩnh cửu nào được phát hiện ở phía cực nam, dù vùng gờ của hố va chạm Shackleton được chiếu sáng trong khoảng 80% ngày Mặt Trăng. Một hậu quả khác từ việc Mặt Trăng có độ nghiêng trục nhỏ là một số vùng đáy của các hố va chạm vùng cực luôn ở trong bóng tối[12].
Hố va chạm
Hố va chạm Daedalus ở mặt không nhìn thấy được
Bề mặt Mặt Trăng cho thấy bằng chứng rõ ràng rằng nó đã bị ảnh hưởng nhiều bởi các sự kiện va chạm thiên thạch[13]. Các hố va chạm hình thành khi các thiên thạch và sao chổi va chạm vào bề mặt Mặt Trăng, và nói chung có khoảng nửa triệu hố va chạm với đường kính hơn 1 km. Do các hố va chạm hình thành với tỷ lệ gần như cố định, nên số lượng hố va chạm trên một đơn vị diện tích chồng lên trên một đơn vị địa chất có thể được sử dụng để ước tính tuổi của bề mặt (xem Đếm hố va chạm). Vì không có khí quyển, thời tiết và các hoạt động địa chất gần đây nên nhiều hố va chạm được bảo tồn trong trạng thái khá tốt so với những hố va chạm trên bề mặt Trái Đất.
Hố va chạm lớn nhất trên Mặt Trăng, cũng là một trong các hố va chạm lớn nhất đã được biết đến trong Hệ Mặt Trời, là Vùng trũng Nam cực-Aitken. Vùng này nằm ở phía mặt không nhìn thấy, giữa Nam cực và xích đạo, và có đường kính khoảng 2.240 km và sâu khoảng 13 km[14]. Các vùng trũng va chạm lớn ở phía bề mặt nhìn thấy được gồm Imbrium, Serenitatis, Crisium và Nectaris.
Regolith
Bao trùm phía ngoài bề mặt Mặt Trăng là một lớp bụi rất mịn (vật chất vỡ thành các phần tử rất nhỏ) và lớp bề mặt vỡ vụn do va chạm này được gọi là regolith. Bởi được hình thành từ các quá trình va chạm, regolith của các bề mặt già thường dày hơn tại các nơi bề mặt trẻ khác. Đặc biệt, người ta đã ước tính rằng regolith có độ dày thay đổi từ khoảng 3–5 m tại các biển, và khoảng 10–20 m trên các cao nguyên[15]. Bên dưới lớp regolith mịn là cái thường được gọi là megaregolith. Lớp này dày hơn rất nhiều (khoảng hàng chục km) và bao gồm lớp nền đá đứt gãy[16].
Nước trên Mặt Trăng
Những vụ bắn phá liên tiếp của các sao chổi và các thiên thạch có lẽ đã mang tới một lượng nước nhỏ vào bề mặt Mặt Trăng. Nếu như vậy, ánh sáng Mặt Trời sẽ phân chia đa phần lượng nước này thành các nguyên tố cấu tạo là hiđrô và ôxy, cả hai chất này theo thời gian nói chung lại bay vào vũ trụ, vì lực hấp dẫn của Mặt Trăng yếu. Tuy nhiên, vì độ nghiêng của trục tự quay của Mặt Trăng so với mặt phẳng hoàng đạo nhỏ, chỉ chênh 1,5°, nên có một số hố va chạm sâu gần các cực không bao giờ bị ánh sáng Mặt Trời trực tiếp chiếu tới (xem Hố va chạm Shackleton). Các phân tử nước ở trong các hố va chạm này có thể ổn định trong một thời gian dài.
Clementine đã vẽ bản đồ các hố va chạm tại cực nam Mặt Trăng[17] nơi luôn ở trong bóng tối, và các cuộc thử nghiệm mô phỏng máy tính cho thấy có thể có tới 14.000 km² luôn ở trong bóng tối[12]. Các kết quả thám sát radar từ phi vụ Clementine cho rằng có một số túi nước nhỏ, đóng băng nằm gần bề mặt, và dữ liệu từ máy quang phổ nơtron của Lunar Prospector cho thấy sự tập trung lớn dị thường của hiđrô ở vài mét phía trên của regolith gần các vùng cực[18]. Các ước tính tổng số lượng băng gần một kilômét khối.
Băng có thể được khai thác và phân chia thành nguyên tử cấu tạo ra nó là hiđrô và ôxy bằng các lò phản ứng hạt nhân hay các trạm điện mặt trời. Sự hiện diện của lượng nước sử dụng được trên Mặt Trăng là yếu tố quan trọng để việc thực hiện tham vọng đưa con người lên sinh sống trên Mặt Trăng có thể trở thành hiện thực, bởi việc chuyên chở nước từ Trái Đất lên quá tốn kém. Tuy nhiên, những quan sát gần đây bằng radar hành tinh Arecibo cho thấy một số dữ liệu thám sát radar của chương trình Clementine gần vùng cực trước kia được cho là dấu hiệu của sự hiện diện của băng thì trên thực tế có thể chỉ là hậu quả từ những tảng đá bị bắn ra từ các hố va chạm gần đây[19]. Câu hỏi về lượng nước thực sự có trên Mặt Trăng vẫn chưa có lời giải đáp.
Các đặc điểm vật lý
Cấu trúc bên trong
Hình giản đồ cấu trúc bên trong Mặt Trăng
Mặt Trăng là một vật thể phân dị, về mặt địa hoá học gồm một lớp vỏ, một lớp phủ, và lõi. Cấu trúc này được cho là kết quả của sự kết tinh phân đoạn của một biển macma chỉ một thời gian ngắn sau khi nó hình thành khoảng 4,5 tỷ năm trước. Năng lượng cần thiết để làm tan chảy phần phía ngoài của Mặt Trăng thường được cho là xuất phát từ một sự kiện va chạm lớn được cho là đã hình thành nên hệ thống Trái Đất-Mặt Trăng, và sự bồi đắp sau đó của vật chất trong quỹ đạo Trái Đất. Sự kết tinh của biển macma khiến xuất hiện lớp phủ mafic và một lớp vỏ giàu plagiocla (xem Nguồn gốc và tiến hoá địa chất bên dưới).
Việc vẽ bản đồ địa hoá học từ quỹ đạo cho thấy lớp vỏ Mặt Trăng gồm phần lớn thành phần là anorthosit,[20] phù hợp với giả thuyết biển macma. Về các nguyên tố, lớp vỏ gồm chủ yếu là ôxy, silic, magiê, sắt, canxi và nhôm. Dựa trên các kỹ thuật địa vật lý, chiều dày của nó được ước tính trung bình khoảng 50 km[21].
Sự tan chảy một phần bên trong lớp phủ Mặt Trăng khiến phún xạ của biển bazan nổi lên trên bề mặt Mặt Trăng. Các phân tích bazan này cho thấy lớp phủ bao gồm chủ yếu là các khoáng chất olivin, orthopyroxen và clinopyroxen, và rằng lớp phủ Mặt Trăng có nhiều sắt hơn Trái Đất. Một số bazan Mặt Trăng chứa rất nhiều titan (hiện diện trong khoáng chất ilmenit), cho thấy lớp phủ có sự không đồng nhất lớn trong thành phần. Các trận động đất trên Mặt Trăng được phát hiện xảy ra sâu bên trong lớp phủ, khoảng 1.000 km dưới bề mặt. Chúng diễn ra theo chu kỳ hàng tháng và liên quan tới các ứng suất thuỷ triều gây ra bởi quỹ đạo lệch tâm của Mặt Trăng quanh Trái Đất[21].
Mặt Trăng có mật độ trung bình 3.346,4 kg/m³, khiến nó trở thành vệ tinh có mật độ lớn thứ hai trong Hệ Mặt Trời sau Io. Tuy nhiên, nhiều bằng chứng cho thấy có thể lõi Mặt Trăng nhỏ, với bán kính khoảng 350 km hay nhỏ hơn[21]. Nó chỉ bằng khoảng 20% kích thước Mặt Trăng, trái ngược so với 50% của đa số các thiên thể khác. Thành phần lõi Mặt Trăng không đặc chắc, nhưng phần lớn tin rằng nó gồm một lõi sắt kim loại với một lượng nhỏ lưu huỳnh và niken. Các phân tích về sự khác biệt trong thời gian tự quay của Mặt Trăng cho thấy ít nhất lõi Mặt Trăng cũng nóng chảy một phần[22].
Địa hình
Địa hình Mặt Trăng, theo thể địa cầu Mặt Trăng
Địa hình Mặt Trăng đã được đo đạc bằng các biện pháp đo độ cao laser và phân tích hình lập thể, đa số được thực hiện gần đây từ các dữ liệu thu thập được trong phi vụ Clementine. Đặc điểm địa hình dễ nhận thấy nhất là Vùng trũng Nam cực-Aitken phía bề mặt không nhìn thấy, nơi có những điểm thấp nhất của Mặt Trăng. Các điểm cao nhất ở ngay phía đông bắc vùng trũng này, và nó cho thấy vùng này có thể có những trầm tích vật phóng núi lửa dày đã xuất hiện trong sự kiện va chạm xiên vào vùng trũng Nam cực-Aitken. Các vùng trũng do va chạm lớn khác, như Imbrium, Serenitatis, Crisium, Smythii và Orientale, cũng có địa hình vùng khá thấp và các gờ tròn nổi. Một đặc điểm phân biệt khác của hình dáng Mặt Trăng là cao độ trung bình ở phía không nhìn thấy khoảng 1,9 km cao hơn so với phía nhìn thấy[21].
Trường hấp dẫn
Trường hấp dẫn của Mặt Trăng đã được xác định qua việc thám sát các tín hiệu radio do các tàu vũ trụ bay trên quỹ đạo phát ra. Nguyên tắc sử dụng dựa trên Hiệu ứng Doppler, theo đó việc tàu vũ trụ tăng tốc theo hướng đường quan sát có thể được xác định bằng những thay đổi tăng nhỏ trong tần số tín hiệu radio, và khoảng cách từ tàu vũ trụ tới một trạm trên Trái Đất. Tuy nhiên, vì sự quay đồng bộ của Mặt Trăng vẫn không thể thám sát tàu vũ trụ vượt quá các rìa của Mặt Trăng, và trường hấp dẫn phía bề mặt không nhìn thấy được vì thế vẫn còn chưa được biết rõ[23].
Sự dị thường hấp dẫn xuyên tâm trên bề mặt Mặt Trăng
Đặc điểm chính của trường hấp dẫn Mặt Trăng là sự hiện diện của các mascon (tập trung khối lượng), là những dị thường hấp dẫn dương gắn liền với một số vùng trũng va chạm lớn[24]. Những dị thường này ảnh hưởng lớn tới quỹ đạo của các tàu vũ trụ quay xung quanh Mặt Trăng, và một mô hình hấp dẫn chính xác là cần thiết để lập kế hoạch cho các phi vụ tàu vũ trụ có và không có người lái. Các mascon một phần xuất hiện bởi sự hiện diện của các dòng chảy dung nham bazan vào một số vùng trũng va chạm. Tuy nhiên, các dòng chảy dung nham chính chúng lại không thể giải thích toàn bộ trường hấp dẫn, và phay nghịch của mặt phân giới lớp vỏ-lớp phủ cũng là điều cần thiết. Dựa trên các mô hình hấp dẫn Lunar Prospector, người ta thấy rằng một số mascon tồn tại nhưng không cho thấy bằng chứng cho thuyết núi lửa biển bazan[25]. Sự mở rộng to lớn của núi lửa biển bazan gắn liền với Oceanus Procellarum không chỉ ra sự bất thường hấp dẫn dương.
Từ trường
Tổng cường độ từ trường tại bề mặt Mặt Trăng, kết quả từ cuộc thí nghiệm đo phản xạ electron của Lunar Prospector
Mặt Trăng có một từ trường bên ngoài trong khoảng một tới một trăm nanotesla— chưa bằng 1 % từ trường Trái Đất (khoảng 30-60 microtesla). Các khác biệt chính khác là Mặt Trăng hiện tại không có một từ trường lưỡng cực (lẽ ra phải được tạo ra bởi địa động lực trong lõi của nó), và sự từ hóa hiện diện hầu như đều có nguồn gốc từ lớp vỏ[26]. Một giả thuyết cho rằng sự từ hóa ở lớp vỏ đã xuất hiện ngay từ buổi đầu lịch sử Mặt Trăng khi địa động lực đang hoạt động. Tuy nhiên, kích thước nhỏ của lõi Mặt Trăng là một yếu tố cản trở tiềm tàng cho giả thuyết này. Một giả thuyết khác, có thể trên một vật thể không có không khí như Mặt Trăng, các từ trường tạm thời có thể xuất hiện trong những sự kiện va chạm lớn. Ủng hộ giả thuyết này, cần lưu ý rằng sự từ hóa lớp vỏ lớn nhất là ở gần các vùng đối chân của những vùng trũng do va chạm lớn. Người ta đề xuất rằng một hiện tượng như vậy có thể xảy ra từ sự mở rộng tự do của một đám mây plasma sinh ra từ va chạm bao quanh Mặt Trăng với sự hiện diện của một từ trường bao quanh[27].
Khí quyển
Mặt Trăng có khí quyển mỏng đến nỗi hầu như không đáng kể, với tổng khối lượng khí quyển chưa tới 104 kg[28]. Một nguồn gốc hình thành khí quyển Mặt Trăng chính là hiện tượng tự phun khí—sự phun các loại khí như radon hình thành bởi quá trình phân rã phóng xạ bên trong lớp vỏ và lớp phủ[20]. Một nguồn quan trọng khác hình thành trong quá trình tiên xạ, liên quan tới sự bắn phá của vi thiên thạch, các ion, electron của gió Mặt Trời và ánh sáng Mặt Trời[20]. Các loại khí phát sinh từ quá trình tiên xạ hoặc chui vào trong regolith vì lực hấp dẫn của Mặt Trăng, hoặc có thể lại rơi vào vũ trụ vì áp suất bức xạ của Mặt Trời hay bị quét sạch bởi từ trường gió Mặt Trời nếu chúng đã bị ion hoá. Các nguyên tố natri và kali đã được phát hiện bằng cách phương pháp quang phổ trên Trái Đất, trong khi nguyên tố radon–222 (222Rn) và poloni-210 (210Po) đã được suy ra từ máy quang phổ hạt alpha của Lunar Prospector[29]. Agon–40 (40Ar), heli-4 (4He), ôxy (O2) và/hay metan (CH4), nitơ (N2) và/hay mônôxít cacbon (CO), và điôxít cacbon (CO2) đã được phát hiện tại chỗ bởi các máy do các nhà du hành vũ trụ chương trình Apollo để lại[30].
Nhiệt độ bề mặt
Ban ngày trên Mặt Trăng, nhiệt độ trung bình là 107 °C, còn ban đêm nhiệt độ là -153 °C[31].
Đăng ký:
Bài đăng (Atom)
Tại sao Đường Tăng vô dụng lại trở thành người lãnh đạo, còn Tôn Ngộ Không tài phép thì lại là kẻ làm công?
Tại sao Đường Tăng vô dụng lại trở thành người lãnh đạo, còn Tôn Ngộ Không tài phép thì lại là kẻ làm công? 4 điều rút ra từ bộ phim Tâ...
-
NHÀN HẠ Ai cũng muốn nhàn hạ có cuộc sống như ước mơ của mình, Những sự nhàn hạ cần phải hiểu đúng và đúng thời điểm thí sẽ tốt hơn... -
Mất bao nhiêu năm để... đi bộ đến Trái Đất thứ 2? THỨ SÁU, 24/07/2015 08:22:00 Vntinnhanh.vn - Việc Cơ quan Hàng không Vũ ...
-
Mượn bài viết của tác gả để nhắc nhở những kẻ hay đố kỵ -------------------------------------------------------- ...
