Khi những phi hành gia cuối cùng của chương trình Apollo trở về từ Mặt Trăng vào năm 1972, một số mẫu vật họ thu thập được đã được bảo quản kín nhằm chờ đợi các thế hệ nhà khoa học tương lai nghiên cứu bằng công nghệ tiên tiến hơn. Thời điểm đó nay đã đến. Một nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học tại Brown University dẫn đầu đã phân tích lại vật liệu từ sứ mệnh Apollo 17 và phát hiện tín hiệu hóa học chưa từng được ghi nhận trước đây.

Theo nghiên cứu đăng trên Journal of Geophysical Research: Planets, các nhà khoa học đã tìm thấy những hợp chất lưu huỳnh bất thường trong đá thu thập từ khu vực Taurus–Littrow. Vật liệu núi lửa trong mẫu chứa hàm lượng rất thấp đồng vị lưu huỳnh-33 (33S), một trong bốn đồng vị bền của nguyên tố này. Những giá trị này khác biệt đáng kể so với các loại đá trên Trái Đất.

Trong địa hóa học, tỷ lệ đồng vị của các nguyên tố có thể hoạt động như “dấu vân tay”, phản ánh nguồn gốc hình thành của vật chất. Trước đây, các nhà khoa học biết rằng Trái Đất và Mặt Trăng có tỷ lệ đồng vị oxy tương tự nhau, vì vậy nhiều người cho rằng đồng vị lưu huỳnh cũng sẽ giống nhau. Tuy nhiên, kết quả mới đã phủ nhận giả định này. Nhà nghiên cứu chính James Dottin cho biết nhóm đã rất bất ngờ khi phát hiện thành phần lưu huỳnh trong lớp phủ Mặt Trăng khác xa mọi mẫu vật trên Trái Đất.

Mẫu vật được nghiên cứu nằm trong một ống kim loại rỗng dài khoảng 60 cm được các phi hành gia Gene Cernan và Harrison Schmitt đóng sâu xuống bề mặt Mặt Trăng trong chuyến thám hiểm Apollo 17. Sau khi đưa về Trái Đất, NASA đã niêm phong mẫu trong môi trường heli nhằm bảo tồn nguyên trạng cho các nghiên cứu trong tương lai. Gần đây, các mẫu này được mở lại trong khuôn khổ chương trình Apollo Next Generation Sample Analysis.

Sử dụng kỹ thuật phổ khối ion thứ cấp có độ chính xác cao — công nghệ chưa có vào thập niên 1970 — nhóm nghiên cứu tập trung phân tích các phần lõi có dấu hiệu chứa đá núi lửa từ sâu trong lòng Mặt Trăng. Kết quả cho thấy tỷ lệ đồng vị lưu huỳnh khác biệt lớn đến mức vượt xa dự đoán.

Các nhà khoa học đưa ra hai khả năng giải thích. Thứ nhất, trong giai đoạn đầu lịch sử, Mặt Trăng có thể từng có bầu khí quyển mỏng. Khi lưu huỳnh tiếp xúc với bức xạ cực tím trong môi trường này, tỷ lệ 33S có thể bị thay đổi, rồi vật chất bề mặt sau đó được đưa xuống lớp phủ bên trong — một cơ chế trao đổi vật chất chưa từng được chứng minh trên Mặt Trăng, vốn không có kiến tạo mảng như Trái Đất.

Khả năng thứ hai liên quan đến nguồn gốc hình thành của Mặt Trăng. Theo giả thuyết phổ biến, một thiên thể cỡ Sao Hỏa tên Theia đã va chạm với Trái Đất sơ khai, tạo ra các mảnh vỡ kết tụ thành Mặt Trăng. Nếu Theia có thành phần lưu huỳnh khác biệt, dấu vết đó có thể vẫn được bảo tồn trong lớp phủ của vệ tinh này.

Hiện tại, dữ liệu chưa đủ để xác định giả thuyết nào chính xác hơn. Các nghiên cứu trong tương lai, bao gồm việc so sánh với mẫu vật từ Mars và những thiên thể khác, được kỳ vọng sẽ giúp giải mã bí ẩn này. Việc hiểu rõ các “dấu vân tay” đồng vị không chỉ giúp làm sáng tỏ lịch sử hình thành của Mặt Trăng mà còn cung cấp manh mối quan trọng về quá trình tiến hóa của toàn bộ Hệ Mặt Trời.