rssheader

21/06/2021

Khí quyển giàu oxy ngoại hành tinh và sự sống

Mai Chi - 12/05/2021, 06:00 GMT+07 | Khoa học
Tàu thăm dò sao Hỏa. Tàu thăm dò sao Hỏa.

Tạo ra oxy trên hành tinh khác

Tàu thám hiểm Perseverance của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) vừa làm nên lịch sử. Nó thử nghiệm chuyển đổi thành công khí carbon dioxide từ khí quyển sao Hỏa thành oxy. Đây là lần đầu tiên việc tạo khí oxy được thực hiện trên một hành tinh khác.

Thí nghiệm sử dụng tài nguyên oxy tại chỗ trên sao Hỏa, gọi tắt là MOXIE, là một thiết bị có kích thước bằng một bình ắcquy ô tô và được đặt bên trong tàu Perseverance. Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) là đơn vị sản xuất.

MOXIE được chế tạo bằng vật liệu chịu nhiệt như hợp kim niken. Nó được thiết kế để chịu được nhiệt độ khắc nghiệt lên đến 800 độ C. Thiết bị này được phủ một lớp vàng mỏng để không tỏa nhiệt và gây hại cho tàu Perseverance.

Trong lần chạy thử đầu tiên, MOXIE đã tạo ra 5,4 gam oxy - đủ để một phi hành gia hô hấp dễ dàng trong 10 phút trong khi vẫn thực hiện các hoạt động bình thường. Các kỹ sư sẽ tiến hành thêm thử nghiệm và tìm cách gia tăng sản lượng khí oxy.

Theo thiết kế, MOXIE có thể tạo ra 10 gram oxy mỗi giờ. NASA kỳ vọng việc phát triển dụng cụ thí nghiệm không chỉ giúp tạo ra khí oxy cho các phi hành gia trong tương lai mà còn giúp tạo ra một lượng lớn oxy để sử dụng làm chất phóng tên lửa cho chuyến hành trình trở về mà không phải vận chuyển từ Trái đất.

Tàu thám hiểm Perseverance đáp xuống Sao Hỏa ngày 18/2 vừa qua để thực hiện sứ mệnh tìm kiếm các dấu hiệu cho sự sống của vi sinh vật tại “Hành tinh Đỏ”. Trong những năm tới, tàu Perseverance đặt mục tiêu thu thập 30 mẫu đất và đá để gửi trở lại Trái đất (ước tính vào khoảng những năm 2030) để phân tích.

Ông Đặng Vũ Tuấn Sơn, Câu lạc bộ Thiên văn và Vũ trụ học Việt Nam cho rằng không nên coi bầu khí quyển giàu oxy là bằng chứng thép cho sự sống trên các hành tinh khác. Hiện nay, để tìm kiếm dấu hiệu của sự sống, các nhà khoa học thường sử dụng cấu trúc sinh học làm chỉ dẫn. Hình dạng sinh học và các hợp chất tạo nên sự sống đóng vai trò là bằng chứng gián tiếp cho sự hiện diện của nó.

Trên Trái Đất, oxy trong bầu khí quyển của chúng ta là một trong những đặc điểm sinh học rõ ràng nhất mà một nhà thiên văn học ngoại hành tinh có thể nhận thấy. Nó chỉ có trong bầu khí quyển của chúng ta với số lượng lớn như vậy bởi vì thực vật và vi khuẩn quang hợp đã tạo ra nó trong hàng tỷ năm.

Oxy không đồng nghĩa với có sự sống

Một nghiên cứu mới công bố vào ngày 13/4 trên tạp chí AGU Advances lại chỉ ra rằng, các hành tinh đất đá xung quanh các ngôi sao giống như Mặt trời có thể phát triển bầu khí quyển oxy mà không cần đến sự trợ giúp từ sự sống. Điều này có nghĩa là việc phát hiện oxy trên một hành tinh nào đó không đồng nghĩa với việc hành tinh đó có khả năng có sự sống.

Nghiên cứu này sử dụng một mô hình máy tính cho phép các nhà khoa học thử nghiệm và quan sát quá trình tiến hóa của một hành tinh. Trong thử nghiệm mô hình lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã cố gắng tái tạo lại chính xác Trái đất của chúng ta.

Sau đó họ thay đổi những điều kiện ban đầu cho khác với những điều kiện tạo thành Trái đất thì các kết quả họ nhận được đã chỉ ra rằng, có rất nhiều trường hợp các hành tinh tạo thành vẫn có oxy nhưng không cần có sự sống. Trên thực tế, họ đã tìm ra ba con đường chính để một hành tinh đất đá có được bầu khí quyển giàu oxy mà không có sự hiện diện của sự sống.

Kịch bản đầu tiên là một hành tinh nước lỏng giống Trái đất với các đại dương lớn hơn trên Trái đất 50 lần (hoặc hơn). Tất cả lượng nước đó gây áp lực lớn lên lớp vỏ hành tinh, làm tắt các hoạt động địa chất. Điều này ngăn chặn những thứ như thời tiết và sự tan chảy của đá là hai yếu tố khiến oxy biến mất khỏi bầu khí quyển.

Kịch bản thứ hai thì ngược lại: Một thế giới sa mạc khô hạn với lượng nước ít hơn 30% so với Trái đất và chúng sẽ đông đặc lại cùng với một “bầu khí quyển hơi nước” trong khoảng một triệu năm.

Điều này cung cấp một trữ lượng lớn oxy trong khí quyển, khi ánh sáng Mặt trời phá vỡ các phân tử nước và hydro thoát ra ngoài không gian. Và bởi vì bề mặt sa mạc rắn chắc của hành tinh không thể loại bỏ bất kỳ oxy nào, nó sẽ ở lại trong bầu khí quyển.

Cách cuối cùng để một hành tinh không có sự sống có được bầu khí quyển giàu oxy là nếu hành tinh ban đầu có tỷ lệ carbon dioxide trên nước cao hơn so với Trái đất sơ khai. Trong trường hợp này, hành tinh trải qua hiệu ứng nhà kính giống với quá trình từng xảy ra trên Sao Kim và trở nên quá nóng để các đại dương hình thành ngay từ đầu.

Nó cũng quá nóng để các chất bay hơi tồn tại trong lớp phủ của hành tinh, nơi chúng sẽ cô lập oxy thông qua các phản ứng hóa học. Thay vào đó, những chất bay hơi này ở trong khí quyển, nơi chúng không thể loại bỏ oxy được nữa.

Những hành tinh có thể có sự sống tốt hơn Trái đất

Các nhà nghiên cứu đã xác định được hơn 20 hành tinh bên ngoài Hệ Mặt trời có những điều kiện tốt hơn cho sự sống so với Trái đất. Một số hành tinh trong số đó có quỹ đạo quay quanh những ngôi sao có lẽ còn tốt hơn Mặt trời.

Một nghiên cứu đứng đầu bởi Dirk Schulze-Makuch tại Đại học bang Washington được công bố trên tạp chí Astrobiology (Sinh học thiên văn) đã nêu ra chi tiết những đặc điểm của các hành tinh có tiềm năng siêu sống được, trong đó bao gồm những hành tinh già hơn, lớn hơn và ấm hơn một chút và có thể nhiều nước hơn Trái đất.

Sự sống cũng có thể dễ dàng phát triển trên những hành tinh chuyển động quanh những ngôi sao biến đổi chậm hơn và có tuổi thọ dài hơn so với Mặt trời.

24 ứng viên hàng đầu cho các hành tinh siêu sống được đều nằm cách chúng ta trên 100 năm ánh sáng, nhưng Schulze-Makuch cho biết biết cứu này có thể giúp các quan sát trong tương lai tập trung đúng hưởng, chẳng hạn như quan sát của kính thiên văn không gian James Webb, đài quan sát không gian LUVOIR của NASA và kính thiên văn không gian PLATO của ESA.

Các nhà nghiên cứu đã chọn những hệ hành tinh có khả năng có hành tinh đất đá chuyển động quanh sao mẹ trong khu vực của vùng sống được (khu vực cho phép nước có thể tồn tại ở thể lỏng trên bề mặt hành tinh) từ dữ liệu lưu trữ của Kepler về các ngoại hành tinh quá cảnh.

Mặt trời của chúng ta có tuổi thọ tương đối ngắn, chưa tới 10 tỷ năm, vì phải mất đến gần 4 tỷ năm để sự sống phức tạp hình thành trên Trái đất, nên nhiều ngôi sao tương tự Mặt trời (các loại sao G) có thể cạn kiệt nhiên liệu trước khi sự sống kịp phát triển.

Cùng với việc theo dõi các loại sao G, các nhà nghiên cứu cũng đồng thời quan sát các hệ chứa sao loại K, loại sao lạnh hơn, nhỏ hơn và mờ hơn Mặt trời. Các sao loại K có tuổi thọ có thể kéo dài từ 20 - 70 tỷ năm.

Điều đó cho phép các hành tinh chuyển động quanh nó phát triển già hơn và cho phép sự sống có nhiều thời gian hơn để có được sự sống phức tạp như Trái đất hiện nay. Tuy nhiên, để sống được, các hành tinh không được quá gì vì như vậy chúng có thể kết thúc hoạt động địa nhiệt và không còn từ trường bảo vệ.

Trái đất hiện nay khoảng 4,5 tỷ năm tuổi nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng thời điểm lý tưởng nhất cho sự sống trển một hành tinh là ở độ tuổi từ 5 tỷ đến 8 tỷ tuổi.

Ý kiến của bạn

Bạn còn 500/500 ký tự

Xem thêm