Ernst Chladni: Những tảng đá từ bầu trời

Khi một khối đá hoặc khối sắt từ vành đai tiểu hành tinh lao vào bầu khí quyển của Trái đất, nó có thể trông giống một quả cầu lửa quét ngang qua bầu trời hoặc gây ra tiếng nổ siêu thanh. Nếu khối đá và các mảnh vỡ của nó còn sót lại, chúng sẽ rơi xuống mặt đất. Nhiều người nhìn thấy quả cầu lửa và nghe tiếng nổ, nhưng hiếm khi có người đứng đủ gần để nhìn thấy một thiên thạch đâm trực tiếp vào Trái đất.

Trong suốt hàng nghìn năm, người dân trên khắp thế giới đã báo cáo về những hiện tượng tương tự. Họ coi đây là dấu hiệu của thần linh hoặc điềm báo thiêng liêng. Những người yêu thích khoa học đề xuất giả thuyết cho rằng những tảng đá này đã bị núi lửa hoặc cơn bão ở xa thổi bay lên cao, hoặc đông tụ từ hơi nước trong khí quyển dưới tác động của tia sét. Không ai có thể tưởng tượng nguồn gốc thực sự của chúng lại nằm bên ngoài Trái đất.

Đến cuối thế kỷ 18, các nhà khoa học trong Thời kỳ Khai sáng (Enlightenment) thậm chí vẫn nghi ngờ về độ tin cậy trong lời kể của những người quan sát. Họ không tin rằng hiện tượng các tảng đá rơi từ bầu trời là có thật, cũng như nhìn nhận nó như một niềm tin sai lầm thông thường.

Sau đó vào năm 1794, nhà vật lý người Đức Ernst Chladni đã xuất bản một cuốn sách khẳng định những khối đá và khối sắt thực sự rơi từ trên trời xuống, tạo ra những quả cầu lửa khi chúng bị nung nóng do ma sát với không khí. Ông kết luận chúng là các vật thể có nguồn gốc từ vũ trụ, có thể là mảnh vỡ bị đẩy ra khỏi các hành tinh sau khi xảy ra vụ nổ hoặc va chạm. Nhiều người tỏ ra hoài nghi, thậm chí chế giễu giả thuyết của Chladni. Làm sao có thể tồn tại đá trong không gian? Ngoại trừ các ngôi sao, hành tinh, Mặt trăng, sao chổi và một lượng hơi nước nhỏ phát sinh từ bầu khí quyển của chúng, mọi người đều tin rằng bản thân không gian là trống rỗng. Thậm chí Aristotle và Newton cũng từng nói như vậy. Nhưng Chladni đã đúng. Ngày nay, ông được coi là người sáng lập lĩnh vực khoa học nghiên cứu về thiên thạch.

Ernst Chladni yêu thích khoa học và âm nhạc từ khi còn nhỏ. Ông theo học ngành luật theo định hướng của cha mình, một giáo sư luật tại Đại học Wittenberg, Đức. Nhưng khi người cha qua đời, ông đã chuyển hướng sang nghiên cứu vật lý để theo đuổi niềm đam mê. Ông khám phá ra phương pháp giúp con người nhìn thấy sóng âm thanh, bằng cách rắc bột lên một tấm kim loại hoặc thủy tinh và chà xát cạnh của tấm bằng một cây vĩ – dụng cụ dùng để kéo đàn violin. Sự rung động của tấm làm cho bột tích tụ lại thành các hình dạng đối xứng, ngày nay được gọi là hình Chladni. Các dạng hình học này tiết lộ những cách thức khác nhau mà sóng âm thanh có thể dao động trong vật thể rắn.

Chladni bắt đầu quan tâm đến thiên thạch sau một cuộc trò chuyện với Georg Lichtenberg, giáo sư vật lý tại Đại học Göttingen vào năm 1793. Trong buổi nói chuyện, Lichtenberg đã kể lại sự việc ông tận mắt chứng kiến một quả cầu lửa bay vào bầu khí quyển Trái đất.

Với mong muốn làm sáng tỏ nguyên nhân gây ra hiện tượng này, Chladni đã tìm kiếm các tài liệu ghi chép lời kể của nhiều nhân chứng về những quả cầu lửa và đá rơi từ trên trời xuống. Trong ba tuần làm việc tại thư viện của Đại học Göttingen, ông đã tập hợp những bản mô tả từ các nhân chứng mà ông cho là đáng tin cậy nhất. Danh sách này bao gồm 24 quả cầu lửa và 18 thiên thạch được báo cáo tại các quốc gia khác nhau trong nhiều thế kỷ. Sự tương đồng của những bản báo cáo đã gây ấn tượng với Chladni – người từng học về pháp lý và có khả năng đánh giá tính đúng đắn trong lời kể của mỗi nhân chứng. Ông kết luận các nhân chứng đã mô tả một hiện tượng vật lý có thật.

Chladni đã tìm thấy nhiều trường hợp, trong đó các quả cầu lửa trên bầu trời kéo theo sự xuất hiện của những khối đá hoặc sắt rơi xuống mặt đất. Ví dụ, một khối sắt nặng 32kg đã rơi xuống từ bầu trời Croatia vào năm 1751. Người ta đã gửi nó đến Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoàng gia ở Vienna cùng với lời khai của bảy nhân chứng ở các thị trấn cách xa nhau, những người đã mô tả một quả cầu lửa ngoạn mục trên bầu trời và những tiếng nổ lớn.

Bằng cách phân tích các mô tả về quả cầu lửa, Chladni có thể ước tính tốc độ của thiên thạch khi chúng bay vào bầu khí quyển. Tốc độ này rất lớn, nhanh hơn tốc độ do lực hấp dẫn của Trái đất tạo ra, và chỉ có thể đạt được đối với các vật thể có nguồn gốc vũ trụ. Một bằng chứng khác là lớp bên ngoài của những tảng đá bị cháy xém và tan chảy do ma sát với không khí trong quá trình lao xuống bầu khí quyển.

Khi Chladni xuất bản cuốn sách của mình vào năm 1794, nhiều nhà khoa học đã ngay lập tức bác bỏ tác phẩm vì nó chỉ dựa vào lời kể của nhân chứng. Tuy nhiên, trong vài năm tiếp theo, các sự kiện và phát hiện mới đã làm cho nhiều người tin vào quan điểm của Chladni hơn.

Năm 1795, một tảng đá nặng 25kg rơi xuống gần Wold Cottage, Anh. Các nhân chứng báo cáo nghe thấy âm thanh của một vụ nổ từ không trung. Một nông dân thậm chí đã nhìn thấy tảng đá đen rơi xuống mặt đất cách đó 9m, khiến người anh ta dính đầy bùn. Vụ việc này và các sự kiện tương tự đã thu hút sự chú ý của Joseph Banks, Chủ tịch Hiệp hội Hoàng gia (Anh). Banks đã giao nhiệm vụ cho Edward Howard, một nhà hóa học trẻ tuổi, phân tích thành phần hóa học của các thiên thạch.

Sau khi đọc xong cuốn sách của Chladni và nhiều tài liệu liên quan khác, Howard bắt đầu thu thập các mẫu đá và khối sắt được cho là rơi từ trên trời xuống. Ông hợp tác với nhà khoáng vật người Pháp Jacques-Louis de Bournon để tiến hành phân tích khoa học kỹ lưỡng đầu tiên về thiên thạch. Hai nhà khoa học nhận thấy thiên thạch có một lớp vỏ sẫm màu, chứa những “quả cầu” nhỏ gọi là chondrule, không giống bất kỳ loại đá nào trên Trái đất. Ngoài ra, tất cả các khối sắt chứa vài phần trăm nguyên tố niken, khác biệt hoàn toàn so với các loại sắt mà con người thường gặp. Đây là bằng chứng cho thấy các khối đá và sắt có nguồn gốc ngoài Trái đất.

Năm 1801, con người phát hiện tiểu hành tinh đầu tiên Ceres và nhiều tiểu hành tinh khác không lâu sau đó. Sự tồn tại của những tảng đá khổng lồ này trong hệ Mặt trời là minh chứng cho lời giải thích về nguồn gốc của các thiên thạch. Rốt cuộc thì không gian không hoàn toàn trống rỗng.

Cuối cùng, vào năm 1803, dân làng ở Normandy đã chứng kiến một quả cầu lửa, sau đó là một tiếng nổ lớn và trận mưa ngoạn mục của hàng nghìn viên đá. Chính phủ Pháp đã cử nhà vật lý trẻ Jean-Baptist Biot đến hiện trường để điều tra. Dựa trên cuộc phỏng vấn sâu rộng với các nhân chứng, Biot đã xác định quỹ đạo của quả cầu lửa. Ông cũng lập bản đồ khu vực mà những viên đá rơi xuống. Đó là một hình elip có kích thước 10×4km, với trục dài song song với quỹ đạo của quả cầu lửa. Điều này chỉ có thể xảy ra nếu thiên thạch bay từ ngoài không gian vào khí quyển Trái đất. Phân tích của Biot đã thuyết phục hầu hết các nhà khoa học rằng những hòn đá rơi từ bầu trời là có thật và nguồn gốc của chúng ở trong không gian. Kể từ đó, lĩnh vực khoa học nghiên cứu về thiên thạch chính thức bắt đầu.

Theo American Museum of Natural History