Eugene M. Shoemaker: Người sáng lập ngành địa chất học vũ trụ

Nhà khoa học người Mỹ Eugene M. Shoemaker đã sáng lập lĩnh vực nghiên cứu về các hố va chạm trên Trái đất, Mặt trăng, và các hành tinh khác. Ông cũng tiến hành nhiều cuộc khảo sát tiên phong về các tiểu hành tinh và sao chổi gần Trái đất. Di sản khoa học quan trọng nhất của ông là nhận ra mức độ phổ biến của quá trình tạo hố va chạm trong hệ Mặt trời thuở sơ khai.

Eugene M. Shoemaker (1928-1997). Ảnh: Wikimedia

Shoemaker sinh ra tại Los Angeles (Mỹ) vào năm 1928. Ông tốt nghiệp đại học tại Viện Công nghệ California (Caltech) khi chỉ mới 19 tuổi. Một năm sau đó, Chiến tranh Lạnh đã định hướng hoạt động thăm dò địa chất ở Mỹ chủ yếu là dò tìm các mỏ uranium ở Colorado và Utah. Shoemaker tham gia vào nỗ lực này với tư cách là nhân viên của Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS). 

Nhưng trong quá trình nghiên cứu đá núi lửa ở phía Tây Nam, Shoemaker bắt đầu quan tâm đến câu hỏi liệu các miệng hố trên Mặt trăng là do núi lửa gây ra hay do tác động của các tiểu hành tinh và sao chổi. Sau chuyến thăm đầu tiên tới hố thiên thạch Meteor, bang Arizona (Mỹ) vào năm 1952, ông tin chắc rằng cả hố thiên thạch Meteor và các miệng hố trên Mặt trăng đều hình thành từ những vụ va chạm. Giả thuyết của ông cuối cùng cũng được chứng minh khi tàu Apollo mang các mẫu vật từ Mặt trăng về Trái đất.

Năm 1956, Shoemaker nhận nhiệm vụ lập bản đồ các miệng hố hình thành do vụ nổ hạt nhân tại bãi thử Nevada. Ông phát hiện những miệng hố này và Hố thiên thạch Meteor đều có lớp vỏ địa chất bị lật úp với cấu trúc đảo ngược, nhiều vật chất phun ra ngoài miệng hố. Ngoài ra, ông cũng nhận thấy các miệng hố từng có độ sâu lớn hơn nhưng một phần đã được lấp đầy bởi các vật chất rơi trở lại. Ông đã mô tả những gì mình quan sát được trong luận án tiến sĩ vào năm 1960 và trong cuốn sách The Planets (Nhà xuất bản Đại học Chicago, năm 1962). Trong cuốn sách này, ông là người đầu tiên liệt kê nhiều đặc điểm quan trọng của hố va chạm.

Năm 1960, khi Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) triển khai chương trình nghiên cứu về các hành tinh khác trong vũ trụ, Shoemaker đã đi đầu trong việc thành lập bộ phận nghiên cứu địa chất học vũ trụ (Astrogeology) của Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS). 

Ông đã lãnh đạo các dự án lập bản đồ miệng hố trên Mặt trăng, thông qua dữ liệu từ kính viễn vọng trên Trái đất và từ một loạt tàu vũ trụ trên Mặt trăng bao gồm Ranger, Surveyor, Lunar Orbiter và Apollo. Với quan sát của tàu Voyager, Shoemaker cũng vẽ bản đồ miệng hố va chạm trên các vệ tinh đất đá của sao Mộc, sao Thổ, sao Hải Vương và sao Thiên Vương.

Chương trình Apollo là một trải nghiệm đặc biệt khó khăn đối với Shoemaker, vì ông muốn trở thành một phi hành gia và nhà địa chất đầu tiên lập bản đồ Mặt trăng. Tuy nhiên, việc ông phát hiện mình mắc bệnh Addison (suy tuyến thượng thận) đã ngăn cản cuộc phiêu lưu này. “Thật đáng tiếc là tôi không thể bay lên Mặt trăng. Thay vào đó tôi đảm nhận nhiệm vụ khác là làm Chủ tịch Hội đồng Lựa chọn Phi hành gia”, Shoemaker từng chia sẻ trên trang web của Nature

Kể từ đó, Shoemaker đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo phi hành gia và tham gia chỉ đạo chuyến bay của tàu Apollo 11 và Apollo 12 từ Trung tâm Điều khiển Houston của NASA. 

Ngoài ra, ông vẫn tiếp tục nghiên cứu cấu trúc các miệng hố va chạm trên Trái đất. Những chuyến thám hiểm thường có sự tham gia của vợ ông, bà Carolyn. Sự nhiệt huyết và tinh thần phiêu lưu của ông đã tạo nên các chuyến đi thực địa đáng nhớ. Ông trải qua nhiều lần xe bị mắc kẹt trong bùn và mương rãnh hơn bất kỳ nhà địa chất nào cùng thế hệ với ông.

Hố va chạm là một đặc điểm phổ biến trên các thiên thể không có khí quyển như Mặt trăng và tiểu hành tinh. Cùng với một nhà khoa học khác tên là Donald Gault, Shoemaker đề xuất giả thuyết cho rằng mặt đất với nhiều miệng hố trên Mặt trăng và tiểu hành tinh được bao phủ bởi một lớp bụi đất đá gọi là “regolith”. Lớp bụi này chính là vật liệu bắn ra từ miệng hố trong quá trình va chạm.

Shoemaker là một trong những người đầu tiên nhận thấy bằng cách đo lường mối quan hệ giữa mật độ và đường kính của các miệng hố, chúng ta có thể suy ra tuổi của một bề mặt hành tinh và các thiên thể khác trong vũ trụ. Ví dụ, vùng cao nguyên đá anorthosite với nhiều hố lớn trên Mặt trăng hơn 4 tỷ năm tuổi, trong khi các khu vực đá bazan trẻ nhất chỉ mới 2,5 tỷ năm tuổi.

Năm 1972, Shoemaker và một cộng sự khác tên là Eleanor Helin khởi động chương trình tìm kiếm các tiểu hành tinh gần Trái đất thông qua Kính viễn vọng Schmidt đặt trên núi Palomar. Trong khoảng thời gian 25 năm, họ phát hiện tổng cộng 140 trong số 417 tiểu hành tinh Amor, Apollo và Aten gần Trái đất đã được biết đến. 

Shoemaker là người đầu tiên sử dụng dữ liệu từ chương trình tìm kiếm tiểu hành tinh, cùng với mối liên hệ giữa mật độ và độ tuổi của các hố va chạm trên Trái đất để ước tính tần suất mà các tiểu hành tinh đâm vào hành tinh của chúng ta. Ông nhận thấy rủi ro đối với nền văn minh nhân loại từ những vụ va chạm như vậy là rất đáng kể. Chương trình Giám sát Không gian Quốc tế chuyên xác định và theo dõi các vật thể không gian có thể đe dọa đến tương lai của chúng ta là sản phẩm trực tiếp từ nghiên cứu tiên phong của Shoemaker.

Thành tựu đỉnh cao và nổi tiếng nhất trong sự nghiệp của Shoemaker là việc phát hiện ra sao chổi Shoemaker-Levy 9 (SL9) vào năm 1993. Cùng với nhà thiên văn nghiệp dư David Levy, Shoemaker đã thu được một hình ảnh kém chất lượng về sao chổi SL9 bị vỡ thành nhiều mảnh trong một đêm quan sát không thuận lợi. 

Lúc đó, Shoemaker có một số tấm phim tình cờ bị phơi sáng. Ông quyết định không lãng phí chúng nên mang ra sử dụng ngay. Sau hai giờ quan sát và chụp ảnh bầu trời, ông nhìn thấy điều gì đó giống như một “sao chổi bị biến dạng” trên tấm phim vẫn còn ẩm ướt. Những hình ảnh sau đó giống như một chuỗi ngọc trai, được cho là các mảnh vỡ của sao chổi SL9 khi tiếp cận gần sao Mộc. Vài ngày sau, các nhà nghiên cứu đã xác định thành công quỹ đạo của sao chổi và phát hiện nó sẽ va chạm với sao Mộc vào tháng 7/1994. Sự kiện này diễn ra đúng như dự đoán. Đây là lần đầu tiên con người quan sát trực tiếp một vụ va chạm lớn trên quy mô hành tinh trong hệ Mặt trời.

Năm 1997, Shoemaker qua đời trong một vụ tai nạn xe hơi ở vùng hẻo lánh của Australia khi đang trên đường nghiên cứu một hố thiên thạch cùng với vợ. Tuy nhiên, chỉ có vợ ông sống sót sau vụ tai nạn. Trong suốt sự nghiệp, ông được trao tặng nhiều giải thưởng cao quý bao gồm Huân chương Wetherill của Viện Franklin năm 1965, giải thưởng Gilbert của Hiệp hội Địa chất Mỹ năm 1983 và Giải thưởng Kuiper của Hiệp hội Thiên văn Mỹ năm 1984. Ông được bầu là thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia vào năm 1980.

Trịnh Thủy/Theo Nature

(Bài đăng ở Báo KH&PT số 49)

Tác giả