Các mẫu đá Mặt trăng được NASA cất giữ nghiêm ngặt như thế nào?

Tôi không được phép chạm vào các viên đá Mặt trăng. Trong căn phòng mà NASA cất giữ các mẫu vật được các phi hành gia tàu Apollo mang về Trái đất từ nhiều thập kỷ trước, tôi thoải mái ngắm nhìn những viên đá và những khay đất bụi qua tấm kính ngăn. Nhưng nguyên tắc hàng đầu trong chuyến tham quan này là rất rõ ràng: Không ai được chạm vào đá Mặt trăng cả.

Phòng thí nghiệm được giữ sạch tuyệt đối

Đây là phòng thí nghiệm mới đi vào hoạt động thuộc Trung tâm Không gian Johnson của NASA đặt tại Houston. Được đặt chân đến đây là điều có ý nghĩa rất lớn đối với tôi. Tôi đã dành nhiều năm tháng ngắm nhìn những khối đá của vũ trụ từ khoảng cách xa - hồi nhỏ tôi rất hay ngắm sao bằng kính viễn vọng, và khi học đại học tôi đã làm một công việc trong phòng thí nghiệm là xử lý các bức ảnh chụp sao Hỏa. Tôi luôn ước được nắm trong tay một vốc cát từ ngoài Trái đất và để chúng từ từ rơi qua các kẽ ngón. Hôm nay cơ hội đó đã đến gần tới mức khó tin. 

Trước khi bước vào căn phòng sạch sẽ tuyệt đối này, tôi phải bỏ hết trang sức trên người ra, kể cả nhẫn cưới. Cùng với người dẫn đường, tôi phải bọc đôi bàn chân mình trong những chiếc "giày" bằng giấy màu xanh dương, rồi sau đó chui vào bộ đồ bọc kín toàn thân với khóa kéo chạy từ rốn tới cổ và có khóa thắt lại ở mắt cá chân, cổ tay và cổ họng. 

Sau khi đã khoác lên mình bộ đồ trắng như thỏ ấy, chúng tôi mang đôi găng tay làm bằng neoprene, đội mũ bọc tóc và đi một đôi bốt cao tới đầu gối bao ngoài đôi "giày" xanh lúc trước. Cuối cùng chúng tôi mất một phút đồng hồ đứng trong một "buồng tắm không khí" có kích thước bằng cỡ một bốt điện thoại công cộng, để cho luồng gió thổi liên tục từ trên trần xuống dưới sàn nhằm loại bỏ hết mọi bụi bẩn còn sót lại trên người.

Bên trong căn phòng sạch, các viên đá được giữ trong những tủ kính an toàn chứa đầy khí nitơ với áp suất cao - trông giống như những chậu cây thủy tinh terrarium cỡ lớn vậy. Cách duy nhất để chạm được vào các mẫu vật này là xỏ bàn tay đã đeo găng của mình vào một bộ găng khác gắn trên thành của tủ kính và nhô ra ngoài. 

Trên thế giới hiện chỉ có năm người được phép thao tác với những viên đá này hằng ngày, theo lời của chuyên gia xử lý mẫu vật Charis Krysher làm việc tại đây. Cô chính là một trong số năm người đó. Nhưng tất cả họ cũng không được phép chạm tay trực tiếp vào chúng. Để nhặt một viên đá Mặt trăng lên, Krysher phải dùng những chiếc nhíp làm bằng thép không gỉ hoặc xỏ ngón tay vào một lớp bọc làm bằng hợp chất teflon. "Bạn sẽ bị giảm độ linh hoạt đi rất nhiều," cô nói, "Bạn sẽ quen với nó thôi, nhưng cần có thời gian". 

Tất cả những quy trình đó là nhằm bảo vệ 382 kilogam đá, sỏi, cát bụi và mẫu khoan lõi được lấy từ Mặt trăng qua sáu lần hạ cánh của các tàu Apollo từ năm 1969 đến 1972. Các mẫu vật vô giá này vẫn đang bổ sung thêm những chi tiết mới về quá trình hình thành và phát triển của Mặt trăng cũng như toàn bộ Hệ Mặt trời. Chúng đã tiết lộ về số tuổi tương đối chính xác của các hành tinh cấu tạo bằng đá, và làm dấy lên cuộc tranh luận về việc phải chăng một sự xáo trộn vị trí của các hành tinh ở vòng ngoài của Hệ Mặt trời đã gây ra những đợt thiên thạch dồn dập dội xuống Trái đất thời xa xưa. 

Lượng mẫu vật khổng lồ vô giá

"Một trong những quan niệm sai lầm lớn nhất là việc cho rằng các mẫu vật Apollo hiện không còn được nghiên cứu nữa, và rằng các mẫu vật Apollo chỉ nói cho chúng ta biết về Mặt trăng mà thôi," đó là lời giải thích của Ryan Zeigler, người quản lý các mẫu vật Apollo tại Trung tâm Không gian Johnson. "Cả hai điều đó đều không đúng". 

Trên thực tế NASA đang "mở kho" một loạt mẫu vật chưa từng được chạm đến, để tiến hành các nghiên cứu mới nhân thời điểm kỷ niệm 50 năm sự kiện con người đặt chân lên Mặt trăng vào ngày 20 tháng Bảy năm 1969.  

Tính từ lần đầu tiên ghé thăm Mặt trăng đó, NASA đã gửi khoảng 50.000 mẫu vật tới 500 phòng nghiên cứu thuộc hơn 15 quốc gia trên khắp thế giới. Kể cả như vậy thì vẫn còn hơn 80% tổng số mẫu vật chưa hề được động đến. Với nguyên tắc làm việc cực kỳ cẩn thận của NASA, gần 15% số mẫu đó được cất giữ trong một hầm chứa tại Cơ sở Thử nghiệm White Sands gần Las Cruces thuộc bang New Mexico, cách Houston khoảng 1.300 cây số. 

Ngay cả Trung tâm Không gian Johnson tại Houston này cũng được thiết kế để chống chịu được nhiều thảm họa thiên tai. Bắt đầu đi vào hoạt động từ năm 1979, tòa nhà này có thể chống được lốc xoáy, và riêng phòng thí nghiệm mới này còn được xây cách mặt đất một tầng lầu để tránh bị ngập lụt.

Quy trình nghiêm ngặt với đá Mặt trăng

Khi các mẫu vật từ Mặt trăng mới được đưa về Trái đất, chúng sẽ được máy bay chở đến Houston và được cách ly trong nhiều tuần (cũng giống như các phi hành gia). Các nhà nghiên cứu muốn giữ chúng an toàn khỏi những nguồn tạp nhiễm trên Trái đất cũng như giữ cho các dạng sống trên Trái đất không bị ảnh hưởng bởi các mẫu vật. Ai mà biết được có thứ gì đang sống trong đá Mặt trăng hay không, và những sinh vật đó (nếu có) có gây hại cho sự sống của Trái đất hay không. 

Những mẫu đầu tiên đã được thu thập bởi các phi hành gia Neil Armstrong và Buzz Aldrin trong chuyến hành trình với tàu Apollo 11. Họ đã đem về 21,5kg đá và cát bụi đựng trong các thùng bảo quản. Từ tổng lượng mẫu đó, khoảng 700 gram được lấy ra và đưa tới một phòng thí nghiệm sinh học. Tại đây các mẫu được đặt trong một buồng an toàn cùng với chuột, cá, chim, hàu, tôm, gián, cùng với các sinh vật đơn bào và 33 loài thực vật cây cỏ. Các nhà khoa học quan sát để đảm bảo rằng không có sinh vật nào chết hoặc xuất hiện đột biến, cũng như không có thứ gì mọc trên những mẫu đá Mặt trăng.  

Khi mọi việc đều êm xuôi, khoảng 7kg đá do tàu Apollo 11 lấy về được đóng gói chuyển tới các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới, trong đó có những nơi xa tít như Tokyo và Canberra. Các nhà khoa học nghiên cứu chúng đều nhất trí sẽ không công bố các phát hiện của mình trước khi gặp nhau để thảo luận tại Hội nghị Khoa học Mặt trăng lần đầu tiên được tổ chức tại Houston vào tháng Một năm 1970. 

Nhà địa chất học đồng thời cũng là phi hành gia của tàu Apollo 17 Harrison Schmitt cùng các đồng nghiệp đã viết trong lời mở đầu của văn kiện hội nghị rằng "Chưa từng có bộ mẫu vật địa chất nào được khảo sát rộng rãi đến thế".

Các nghiên cứu nói trên, vốn là tiền đề mở ra chuyên ngành "khoa học Mặt trăng", gần như ngay lập tức dẫn tới một phát hiện mới về nguồn gốc của thiên thể này. Đó cũng chính là lý thuyết đang được chấp nhận rộng rãi hiện nay: Mặt trăng được tạo ra từ các mảnh vụn vốn ban đầu ở trạng thái nóng chảy nhưng sau đó đông lại, sau khi Trái đất non trẻ va chạm kinh hoàng với một hành tinh mới hình thành thuở sơ khai trong quá khứ.  

Nhưng điều thú vị nhất là: việc các nhà khoa học có được đúng các mẫu vật để đi đến kết luận trên thực ra lại là một sự may mắn bất ngờ. 

Một phát hiện vĩ đại nhưng tình cờ

Vào lúc kết thúc chuyến đi bộ đầu tiên trên Mặt trăng, "điều cuối cùng xảy ra là Neil Armstrong nhìn vào thùng đựng đá và nghĩ rằng trông nó có vẻ hơi trống," Zeigler nói. Thế là Armstrong đã xúc thêm vài xẻng đất Mặt trăng vào thùng để giữ cho các mẫu đá không bị xóc nảy. "Đó là một ý nghĩ không được tính trước". 

Phần đất thêm vào đó hóa ra lại chứa một kho báu: các viên đá li ti màu trắng và xám nhạt được gọi là anorthosite. Chúng nổi bật giữa lớp đá bazan núi lửa sẫm màu vốn chiếm phần lớn bề mặt nơi tàu hạ cánh. "Các mẫu anorthosite là hoàn toàn nằm ngoài dự tính," theo lời nhà địa chất học John Wood cùng các cộng sự tại Đài quan sát Vật lý thiên văn Smithsonian tại Cambridge, bang Massachusetts viết trên tạp chí Science vào năm 1970. 

Theo Wood giải thích, tỷ trọng thấp của loại đá này gợi ý rằng nó được đẩy lên khỏi bề mặt biển dung nham của Mặt trăng thời xa xưa và tạo thành một phần của lớp vỏ Mặt trăng. Nếu một phần lớn bề mặt của Mặt trăng đã từng là dung nham, thì các vật chất nặng hơn sẽ chìm xuống trong lòng chất lỏng đó và các chất nhẹ hơn như anorthosite sẽ nổi lên. Một nhóm nghiên cứu khác được dẫn đầu bởi nhà khoáng vật học Joseph Smith thuộc Đại học Chicago cũng đưa ra kịch bản tương tự.

Hiểu biết hiện nay của chúng ta về đại dương dung nham trên Mặt trăng lại phức tạp hơn, theo lời nhà khoa học hành tinh Steve Elardo thuộc Đại học Florida tại Gainesville. Mặt trăng ắt là đã trải qua các giai đoạn khác nhau để "biến hình" từ trạng thái nóng chảy xa xưa thành khối đá rắn chắc như ngày nay: đầu tiên nó phải tách ra thành lớp vỏ nhẹ và lớp áo đặc, sau đó nguội dần theo thời gian. 

Nhưng khi các nhà nghiên cứu đo đạc tuổi của các mẫu đá lẽ ra phải bắt nguồn từ những thời kỳ khác nhau đó, thì tất cả chúng dường như lại có cùng niên đại xấp xỉ như nhau: 4,35 tỉ năm tuổi. Kết quả này đã "làm các nhà địa chất bối rối," Elardo nói. Hoặc là các phép đo sai, hoặc là các sự kiện trong quá khứ đã xảy ra rất nhanh. 

Tuy vậy ý tưởng chủ đạo rằng toàn bộ Mặt trăng đã từng là dạng đá lỏng vẫn giữ được chỗ đứng vững chắc. Trên thực tế, các nhà địa chất học hiện nay đều cho rằng đó chính là trạng thái ban đầu của hầu hết các thiên thể có dạng giống như hành tinh trong vũ trụ. 

Năm 1971, NASA đã yêu cầu các phi hành gia của tàu Apollo 15 là David Scott và James Irwin tìm các mẫu đá có vẻ ngoài trắng sáng để tiến hành thêm các nghiên cứu có thể giúp khẳng định ý tưởng này. Và bản ghi chép hành trình sau đó đã cho thấy họ vui mừng đến thế nào khi tìm được một viên như vậy. "Đẹp thật", Scott đã thốt lên.

Krysher cho tôi xem vài mẫu vật của cả Armstrong và Scott mang về, được giữ trong các tủ kính riêng biệt. Các mẫu từ tàu Apollo 11 nằm trong những vật chứa trông giống khuôn bánh cupcake bằng kim loại, và giữa một lớp đất sẫm màu, tôi có thể nhìn thấy vài đốm trắng, chính là anorthosite. Còn viên đá của Scott được đặt biệt danh là Đá Sáng thế, vì tại thời điểm đó nó là một trong số những mẫu đá Mặt trăng có tuổi đời lâu nhất được biết đến. 

Phát hiện về nước trên Mặt trăng

Việc giữ cho các mẫu vật mới lấy về tránh xa khỏi những bàn tay tò mò đã cho phép các nhà khoa học phát hiện ra một trong những khám phá gây kinh ngạc nhất về Mặt trăng trong vòng 50 năm qua: trên Mặt trăng có nước. 

Riêng chỉ trong hơn một thập niên trở lại đây, các nhà khoa học đã tìm được lượng nước trong các mẫu vật từ Mặt trăng nhiều gấp hàng trăm lần con số mà các nhà nghiên cứu trong kỷ nguyên tàu Apollo phát hiện được. Những nghiên cứu đầu tiên về các mẫu này đã cho rằng Mặt trăng là nơi khô khốc với hàm lượng nước chưa tới một phần tỉ. Cũng hợp lý thôi, bởi nếu Mặt trăng được hình thành ở trạng thái nóng rực như đã nói thì nước cũng như các chất dễ bay hơi khác sẽ nhanh chóng sôi lên và bay đi mất rồi. 

Nhưng vào cuối những năm 2000, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu tìm thấy dấu vết của hơi ẩm cổ xưa bị mắc kẹt bên trong các mẫu đá Mặt trăng. Alberto Saal thuộc Đại học Brown cùng các cộng sự đã sử dụng một mẫu dò ion để phát hiện các phân tử nước nằm sâu bên trong các viên thủy tinh tí hon vốn được tạo ra do hoạt động núi lửa nằm lẫn trong đất Mặt trăng, theo như báo cáo được đăng trên tạp chí Nature vào năm 2008.

Dựa theo lượng nước được tìm thấy trong các viên này, các nhà nghiên cứu đã ước tính hàm lượng nước của phần dung nham bên dưới lớp vỏ của Mặt trăng có thể lên tới 750 phần triệu. Các nghiên cứu sau đó cũng phát hiện thấy có nước trong lớp áo sâu hơn của Mặt trăng với hàm lượng có thể ngang bằng với Trái đất: hàng chục đến hàng trăm phần triệu, theo nhà khoa học hành tinh Francis McCubbin thuộc Trung tâm Johnson của NASA phát biểu vào tháng Ba năm nay tại Hội nghị Khoa học Hành tinh và Mặt trăng được tổ chức tại The Woodland, bang Texas. 

Hiện nay vẫn còn nhiều bất đồng về lượng nước chính xác có trên Mặt trăng, McCubbin nói. Và việc giữ cho các mẫu vật lấy từ Mặt trăng luôn trong điều kiện cách ly tuyệt đối là yêu cầu then chốt để khám phá ra được sự tồn tại của nước sau 40 năm kể từ khi chúng được mang về Trái đất.

Đó cũng chính là một trong những lý do khiến không ai được phép chạm tay trực tiếp vào đá Mặt trăng: Cơ thể chúng ta chứa đầy nước, và cả không khí cũng vậy.

Những anh hùng thầm lặng

Đó là danh hiệu mà những người phụ trách công việc trông coi các mẫu vật xứng đáng nhận được. "Giới nghiên cứu nhận lấy mọi vinh quang," chuyên viên xử lý mẫu vật Lacey Costello nói. Nhưng việc trông coi lại là điểm mấu chốt. Những chuyên viên xử lý sẽ bảo quản và chuẩn bị các mẫu vật, đảm bảo chúng không hề bị tạp nhiễm. Theo Costello, nếu không có công việc đó thì dữ liệu mà các nhà nghiên cứu nhận được sẽ không chính xác.  

Công việc trông coi các mẫu vật không chỉ đơn giản là xỏ tay vào ba lớp găng đặc biệt. Các chuyên viên xử lý phải duy trì một cơ sở dữ liệu chi tiết về tất cả các mẫu vật được lấy từ Mặt trăng, cùng với đó là tất cả những mẩu vụn và mảnh vỡ được cắt ra từ mẫu ban đầu. Các chuyên gia này sẽ chụp ảnh và ghi chép lại khối lượng của mỗi mảnh nhỏ đó trước khi cất chúng vào một hầm chứa đằng sau một lớp cửa cùng loại với lớp cửa bảo vệ kho dự trữ vàng của nước Mỹ đặt tại Fort Knox. Các chuyên viên xử lý thậm chí còn phải ghi nhận hướng Bắc-Nam và trên-dưới của các mẫu đá như khi chúng được tìm thấy trên Mặt trăng.

Sau khi các nhà nghiên cứu chọn được một viên đá thích hợp để tiến hành nghiên cứu, các chuyên viên xử lý sẽ làm vỡ ra một mảnh nhỏ từ nó. Thông thường một mẫu nhỏ được gửi tới cho các nhà nghiên cứu sẽ nặng từ nửa gram đến một gram, và có thể nằm gọn trong một phần tư thìa cà phê.

"Qua nhiều năm, các nhà khoa học đã có thể làm được nhiều việc hơn với lượng mẫu ít hơn nhiều," Krysher nói. Đó là lý do tại sao lượng mẫu còn nguyên vẹn chưa dùng tới lại dồi dào đến vậy. 

Có các quy trình để ngăn xảy ra sự sai sót do con người. Nhằm giảm đến mức tối thiểu sự tạp nhiễm, chỉ có ba loại vật liệu được phép tiếp xúc trực tiếp với các mẫu vật: nhôm, thép không gỉ và teflon. Do đó mới có những chiếc nhíp và lớp găng tay thứ ba như đã đề cập. Và nếu trong quá trình chuẩn bị mẫu có một chút bụi hay mảnh nhỏ vỡ ra, thì chúng sẽ lại trở thành những mẫu mới.

Cuối cùng tôi cũng có cơ hội được thử làm một chuyên viên xử lý tại một tủ kính đang còn trống. Đôi bàn tay đã mang hai lớp găng của tôi phải chật vật lắm mới đút vào được bộ găng thứ ba, vốn lúc nào cũng phất phơ như bong bóng hướng ra bên ngoài tủ kính do áp suất cao từ bên trong thổi ra. Lớp cao su thít chặt lấy tay tôi, cảm giác như vừa nhúng tay vào một dung dịch đặc sệt vậy. Tôi vụng về cầm lên một chiếc búa và một chiếc đục bằng thép không gỉ bên trong tủ kính. Kể cả khi không có đá Mặt trăng thật thì đó vẫn là một trải nghiệm sung sướng tuyệt vời.

Đối với những người phụ trách trông coi mẫu vật thì "niềm hứng khởi đó kéo dài bất tận," chuyên viên xử lý Andrea Moisie nói. Cô là người Houston chính gốc và đã làm việc tại phòng thí nghiệm mẫu vật Mặt trăng suốt 43 năm qua. "Mỗi lần xử lý một mẫu vật, bạn... nhận ra rằng mình là một trong số ít người từng được làm việc này... Đó là một cơ hội đặc biệt, và là một trách nhiệm tuyệt vời".

Những hy vọng ở tương lai

Moisie cũng tiết lộ một chi tiết thú vị trong quá trình vận chuyển đá Mặt trăng từ tàu vũ trụ về các phòng thí nghiệm. NASA không dùng bất cứ một dịch vụ chuyển phát đặc biệt nào của chính phủ, mà chỉ gửi qua đường bưu phẩm thông thường, ở Mỹ là FedEx hay UPS. Để chống trộm, những người phụ trách trông coi phải làm cho các kiện hàng này trở nên thật kín đáo khó nhận ra. 

"Tất nhiên chúng tôi không viết lên đó là: 'Trong này có đá Mặt trăng,'" Moisie nói. Cô thừa nhận là một vài mẫu vật đã bị mất trong đống bưu phẩm, nhưng việc mua bảo hiểm cho chúng cũng chẳng ích gì. "Chúng vô giá," cô nói. Không số tiền nào thay thế được cả. 

Nhưng có nhiều cách để tìm ra thêm những mẫu vật mới từ những viên đá cũ. Nhiều viên đá do các tàu Apollo mang về có dạng cấu trúc giống xi măng được gọi là breccia, vốn có thể che giấu các mẫu đá bên trong mà thoạt nhìn không thể phát hiện được. Trước đây cách duy nhất để buộc chúng lộ diện là dùng đục để phá vỡ brecchia. Nhưng đến năm 2017, các mẫu nguyên vẹn đã được chụp cắt lớp (CT scan) để nhìn thấy bên trong mà không cần phá vỡ. Cách này cho phép các chuyên viên xử lý biết chính xác cần cắt chúng ở vị trí nào để lấy phần lõi ra. 

Cùng với việc NASA "mở kho" các mẫu vật cũ chưa từng được nghiên cứu,  các dự án mới hướng đến Mặt trăng cũng đang được lên kế hoạch. Tháng Tư năm nay NASA đã công bố dự định đưa người trở lại Mặt trăng vào năm 2024. Trung Quốc dự kiến sẽ phóng một tàu lấy mẫu tới phần tối của Mặt trăng vào cuối năm nay. Đó sẽ là những mẫu vật đầu tiên được lấy từ nửa bên kia của Mặt trăng, và cũng là những mẫu đầu tiên được lấy về kể từ năm 1976. 

Trước đây tôi đã từng nghĩ là mình phải ứng tuyển để trở thành một phi hành gia thì mới có thể chạm tận tay vào đá Mặt trăng. Nhưng giờ tôi đã biết có một cách dễ hơn nhiều. Bảo tàng Không gian và Hàng không Quốc gia Smithsonian tại Washington, D.C., có trưng bày một mảnh đá do tàu Apollo 17 lấy về, được gọi là Touch Rock. Bất kỳ ai đến tham quan đều có thể chạm tay vào nó. 

Tôi không thể ngăn mình mỉm cười khi lướt ngón tay lên bề mặt của viên đá. Nó mát lạnh và trơn láng giống như đá cuội ở bờ sông vậy. Nhưng thay vì bị bào mòn bởi nước chảy và thời gian, một phần của Mặt trăng này lại được đánh bóng bởi hàng triệu bàn tay con người luôn khát khao vươn tới hiểu biết mới.