Phần lớn thiên thạch rơi xuống Trái Đất là mảnh vỡ của các tiểu hành tinh trong vành đai giữa sao Hoả và sao Mộc; một số rất ít đến từ Mặt Trăng và sao Hoả. Khi lao vào khí quyển với vận tốc hàng chục kilômét mỗi giây, chúng nóng rực tạo vệt sao băng, lớp ngoài bị nung chảy và thổi bay. Phần sống sót bị không khí hãm lại, rơi những kilômét cuối với tốc độ thấp hơn nhiều, và thường chạm đất khi đã nguội bớt, không đỏ rực như trong phim.
Mỗi năm có nhiều người mang tới viện nghiên cứu những viên đá "chắc chắn là thiên thạch", nhưng đa số hoá ra là xỉ luyện kim, quặng sắt hay đá bình thường. Bài viết giải thích thiên thạch đến từ đâu, chuyện gì xảy ra trong vài giây xuyên khí quyển, các nhóm thiên thạch chính, dấu hiệu nhận biết ban đầu, những loại đá hay bị nhầm, và một câu chuyện liên quan trực tiếp tới Việt Nam: đá thuỷ tinh tektite.
Sao băng, thiên thạch và vẫn thạch: gọi tên cho đúng
Trong tiếng Việt, các tên gọi hay bị dùng lẫn. Khoa học tách ba giai đoạn. Khi còn trôi trong vũ trụ, mảnh đá nhỏ (nhỏ hơn tiểu hành tinh, thường dưới khoảng một mét) được gọi là thiên thạch theo nghĩa vật thể ngoài không gian. Khi lao vào khí quyển và phát sáng, vệt sáng đó là sao băng. Khi phần còn lại rơi tới mặt đất, mẩu đá ấy mới là vẫn thạch; nhưng trong đời thường, người Việt quen gọi luôn là thiên thạch, và bài viết dùng theo cách gọi quen này.
Phần lớn sao băng ta thấy trong đêm do những hạt bụi chỉ cỡ hạt cát, cháy hết ở độ cao vài chục tới hơn trăm kilômét. Các trận mưa sao băng hằng năm như Anh Tiên (Perseids) tháng Tám xảy ra khi Trái Đất đi qua dải bụi do sao chổi để lại; bụi sao chổi rất xốp nên gần như không bao giờ rơi tới đất.
Thiên thạch tới được mặt đất phải đủ lớn và đủ chắc để sống sót qua khí quyển. Ước tính lượng vật chất ngoài không gian rơi vào Trái Đất mỗi ngày rất khác nhau giữa các nghiên cứu, từ vài chục tới hơn một trăm tấn, nhưng gần như toàn bộ là bụi siêu nhỏ. Những viên đủ lớn để nhặt được hiếm hơn nhiều, và phần lớn rơi xuống biển hoặc vùng không người.
Vài giây xuyên khí quyển: hành trình của một viên thiên thạch
Các camera theo dõi sao băng và những lần thu hồi được thiên thạch vừa rơi giúp các nhà khoa học tái dựng quá trình khá chi tiết:
- Lao vào với vận tốc rất lớn. Thiên thạch vào khí quyển với vận tốc khoảng 11 tới hơn 70 km/giây tuỳ quỹ đạo.
- Nén không khí, phát sáng. Không khí phía trước bị nén cực mạnh và nóng lên, tạo vệt sáng; bề mặt đá bị nung chảy và bị luồng khí thổi bay liên tục, gọi là quá trình mài mòn nhiệt.
- Vỡ vụn hoặc nổ trên không. Áp lực khí động học có thể xé vỡ viên đá thành nhiều mảnh, rải thành vùng rơi hình elip trên mặt đất.
- Bay tối. Ở độ cao khoảng vài chục kilômét, không khí đã hãm đá xuống dưới tốc độ phát sáng. Đá rơi tiếp như vật thể bình thường, tốc độ cuối cỡ vài trăm km/giờ với viên nhỏ.
- Chạm đất với lớp vỏ mỏng. Thời gian nóng quá ngắn để nhiệt kịp truyền vào trong, nên lõi đá vẫn lạnh như ngoài không gian; chỉ lớp vỏ nóng chảy dày khoảng một milimet bọc bên ngoài.
Sự kiện Chelyabinsk (Nga) ngày 15/2/2013 là ví dụ được ghi hình nhiều nhất: một thiên thạch cỡ khoảng 20 mét nổ trên không, sóng xung kích làm vỡ kính khắp thành phố khiến khoảng 1.500 người bị thương, chủ yếu do mảnh kính. Nhiều mảnh thiên thạch đã được thu hồi sau đó.
Ba nhóm thiên thạch chính
Các nhà khoa học chia thiên thạch theo thành phần. Tỉ lệ dưới đây là ước tính theo số lần rơi được chứng kiến, vì thiên thạch đá dễ bị phong hoá và lẫn với đá thường hơn thiên thạch sắt.
| Nhóm | Thành phần | Đặc điểm nhận dạng | Mức phổ biến |
|---|---|---|---|
| Thiên thạch đá (chondrite) | Khoáng silicat, ít hạt kim loại sắt–niken | Chứa chondrule: hạt tròn nhỏ từng nóng chảy trong tinh vân Mặt Trời | Phổ biến nhất |
| Thiên thạch đá không chondrule (achondrite) | Silicat đã nóng chảy lại trên thiên thể mẹ | Giống đá núi lửa; gồm cả thiên thạch từ Mặt Trăng, sao Hoả | Ít |
| Thiên thạch sắt | Hợp kim sắt–niken | Rất nặng, hút nam châm mạnh; cắt và khắc axit lộ vân đan chéo | Khoảng vài phần trăm số lần rơi |
| Thiên thạch đá–sắt | Kim loại xen silicat | Pallasite có tinh thể olivin vàng lục trong khung kim loại | Hiếm |
Vân đan chéo trên thiên thạch sắt được gọi là vân Widmanstätten. Nó hình thành khi khối kim loại trong lõi tiểu hành tinh nguội cực chậm, ước tính chỉ vài độ mỗi triệu năm, cho phép các tinh thể hợp kim lớn lên thành tấm dài. Không quá trình nào trên Trái Đất làm nguội kim loại chậm như vậy, nên vân này là dấu hiệu rất mạnh của thiên thạch sắt.
Dấu hiệu nhận biết ban đầu và cách xử lý khi nghi nhặt được
Không có dấu hiệu nào đơn lẻ chứng minh được một viên đá là thiên thạch; chỉ phân tích trong phòng thí nghiệm mới khẳng định. Nhưng các đặc điểm sau giúp loại bớt khả năng:
- Nặng hơn đá thường cùng cỡ, do chứa kim loại sắt–niken hoặc khoáng giàu sắt.
- Hút nam châm ở phần lớn thiên thạch đá và mọi thiên thạch sắt. Đá không hút nam châm vẫn có thể là thiên thạch hiếm, nhưng khả năng thấp hơn nhiều.
- Lớp vỏ nóng chảy mỏng màu đen hoặc nâu, mờ hoặc hơi bóng; viên đã nằm lâu ngoài trời có thể bị gỉ thành nâu.
- Các vết lõm như dấu ngón tay ấn trên đất sét (gọi là regmaglypt) do bề mặt bị nóng chảy không đều.
- Không có lỗ bọt khí. Đá có nhiều lỗ như bọt biển thường là xỉ hoặc đá núi lửa, không phải thiên thạch.
- Mài một góc nhỏ có thể thấy hạt kim loại sáng lấp lánh rải rác hoặc các hạt tròn chondrule, nhưng chỉ nên để phòng thí nghiệm làm.
- Nếu nghi ngờ: chụp ảnh tại chỗ, ghi vị trí và thời gian, cất trong túi sạch, tránh rửa bằng hoá chất hay chà nam châm nhiều lần lên mẫu (có thể làm sai lệch thông tin từ tính mà nhà khoa học cần), rồi liên hệ các bảo tàng địa chất, viện nghiên cứu địa chất – khoáng sản để được giám định.
Quyền sở hữu thiên thạch nhặt được khác nhau giữa các quốc gia: có nơi thuộc về chủ đất, có nơi thuộc nhà nước. Khi giao mẫu cho cơ quan khoa học, nên hỏi rõ quy định hiện hành.
Đá thuỷ tinh tektite ở Việt Nam: tưởng thiên thạch mà không phải
Ở nhiều vùng Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan, người dân từng nhặt được những mẩu thuỷ tinh đen bóng, hình giọt nước, quả tạ, đĩa, đôi khi được gọi là "thiên thạch". Đó là tektite, thuỷ tinh tự nhiên hình thành khi một thiên thạch lớn va vào Trái Đất, làm nóng chảy đất đá tại chỗ và bắn chúng lên cao; giọt đá nóng chảy đông cứng thành thuỷ tinh trước khi rơi xuống. Nghĩa là tektite là đá Trái Đất bị nung chảy, không phải mảnh vật chất từ vũ trụ.
Tektite ở Đông Nam Á thuộc vùng rải Australasia, vùng rải tektite lớn nhất được biết, trải từ Đông Nam Á tới Úc, có tuổi khoảng 780–790 nghìn năm. Vụ va chạm tạo ra chúng hẳn rất lớn, nhưng hố va chạm lâu nay chưa được xác định. Một nghiên cứu công bố năm 2020 trên tạp chí PNAS đề xuất hố nằm vùi dưới lớp dung nham của cao nguyên Bolaven ở miền nam Lào; giả thuyết này có nhiều bằng chứng ủng hộ nhưng vẫn cần thêm kiểm chứng.
Tektite có thể dùng để học về va chạm vũ trụ, nhưng không thể gọi là thiên thạch. Phân biệt cơ bản: tektite là thuỷ tinh, không hút nam châm, mặt vỡ cong như vỏ sò và trong mờ ở mép mỏng khi soi đèn mạnh; thiên thạch là đá hoặc kim loại, phần lớn hút nam châm, không trong.
Hiểu nhầm hay gặp về thiên thạch
"Thiên thạch rơi xuống nóng đỏ, gây cháy." Các thiên thạch nhỏ thường chạm đất khi bên trong vẫn lạnh; lớp vỏ có thể ấm. Đã có những người nhặt được thiên thạch ngay sau khi rơi và mô tả nó không nóng tới mức bỏng tay. Chỉ những vật thể rất lớn, không bị không khí hãm kịp, mới va chạm với năng lượng khổng lồ tạo hố và nhiệt.
"Đá nặng, đen, hút nam châm chắc là thiên thạch." Quặng magnetit, hematit, xỉ luyện kim và cục sắt gỉ đều nặng và có thể hút nam châm. Magnetit để lại vết vạch đen trên mặt sứ thô, hematit để lại vết đỏ nâu; thiên thạch thường không để lại vết rõ. Xỉ luyện kim thì có nhiều lỗ khí.
"Thiên thạch mang năng lượng đặc biệt tốt cho cơ thể." Không có bằng chứng khoa học nào cho thấy thiên thạch tác động tới sức khoẻ hay trạng thái cơ thể người cầm, đeo nó. Giá trị của thiên thạch nằm ở thông tin khoa học: chúng là mẫu vật của Hệ Mặt Trời sơ khai.
"Viên thiên thạch lớn nhất nằm trong một hố khổng lồ." Thiên thạch nguyên khối lớn nhất được biết là Hoba ở Namibia, khoảng 60 tấn, nằm gần như không có hố. Nó được cho là đã bị khí quyển hãm tốc độ đáng kể trước khi chạm đất.
Vì sao thiên thạch quý với khoa học
Phần lớn chondrite chưa từng bị nóng chảy hoàn toàn kể từ khi hình thành, nên lưu giữ vật chất gần như nguyên sơ từ thuở Hệ Mặt Trời mới ra đời. Các hạt giàu canxi và nhôm trong một số thiên thạch, như thiên thạch Allende rơi ở Mexico năm 1969, được định tuổi khoảng 4,567 tỉ năm, là những vật rắn cổ nhất từng đo được, dùng làm mốc cho tuổi Hệ Mặt Trời.
Cùng năm 1969, thiên thạch Murchison rơi ở Úc. Các nghiên cứu sau đó tìm thấy trong nó nhiều hợp chất hữu cơ, trong đó có axit amin, những phân tử là thành phần của protein. Điều này không có nghĩa thiên thạch mang sự sống, nhưng cho thấy các phân tử hữu cơ có thể hình thành trong không gian và được đưa tới các hành tinh.
Thiên thạch từ sao Hoả được nhận diện nhờ khí bị nhốt bên trong có thành phần khớp với khí quyển sao Hoả mà tàu Viking đo năm 1976. Hiện nay chỉ có vài trăm mẫu như vậy được công nhận. Mỗi thiên thạch vì thế là một mẫu vật miễn phí từ vũ trụ, và việc báo cho cơ quan khoa học khi nghi nhặt được giúp mẫu vật đó không bị thất lạc.
Câu hỏi thường gặp
Thiên thạch và tiểu hành tinh khác nhau thế nào?
Tiểu hành tinh là thiên thể đá hoặc kim loại kích thước từ vài mét tới hàng trăm kilômét quay quanh Mặt Trời. Thiên thạch theo nghĩa thiên văn là mảnh nhỏ hơn, thường dưới khoảng một mét. Phần lớn thiên thạch rơi xuống Trái Đất là mảnh vỡ do các tiểu hành tinh va chạm nhau.
Có thể biết một thiên thạch đến từ đâu không?
Có thể, với mức độ khác nhau. Khi sao băng được nhiều camera ghi lại, các nhà khoa học tính ngược quỹ đạo và thấy nhiều viên xuất phát từ vành đai tiểu hành tinh. Thành phần hoá học, đồng vị oxy và khí bị nhốt cho biết nhóm thiên thể mẹ, kể cả xác định được mẫu đến từ Mặt Trăng hay sao Hoả.
Ở Việt Nam đã từng có thiên thạch rơi chưa?
Thiên thạch có thể rơi ở bất cứ đâu trên Trái Đất. Tuy nhiên, thông tin về các thiên thạch rơi tại Việt Nam được thu hồi và công nhận chính thức trong cơ sở dữ liệu quốc tế rất ít được phổ biến. Những gì người dân hay gọi là thiên thạch ở Việt Nam thường là tektite, thuỷ tinh do va chạm.
Thiên thạch có nguy hiểm khi cầm không?
Thiên thạch thông thường không phóng xạ và không độc, có thể cầm bằng tay. Tuy vậy, để giữ giá trị khoa học, nên cầm bằng găng tay sạch hoặc qua túi, tránh làm bẩn mẫu bằng dầu tay và vi khuẩn, nhất là với thiên thạch vừa rơi mà các nhà khoa học muốn phân tích chất hữu cơ.
Vì sao thiên thạch sắt lại có niken?
Thiên thạch sắt được cho là mảnh lõi kim loại của các tiểu hành tinh từng đủ lớn để nóng chảy và phân lớp, kim loại nặng chìm vào giữa như lõi Trái Đất. Lõi đó là hợp kim sắt và niken. Hàm lượng niken thường đáng kể, là một trong các chỉ dấu phòng thí nghiệm dùng để xác nhận.
Sao băng có rơi xuống đất thành thiên thạch không?
Phần lớn sao băng do hạt bụi rất nhỏ tạo ra, cháy hết trên cao, không để lại gì. Chỉ những vật thể đủ lớn và chắc mới sống sót. Các vệt sao băng đặc biệt sáng, gọi là cầu lửa, có khả năng để lại thiên thạch cao hơn, và các mạng lưới camera dùng chúng để tìm mẫu mới.