Trong hành trình tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất, các nhà khoa học ngày càng hướng sự chú ý tới Enceladus, một trong những mặt trăng đặc biệt nhất của sao Thổ.
Những nghiên cứu mới cho thấy đại dương ngầm bên dưới lớp băng của thiên thể này có thể tạo ra môi trường phù hợp cho các dạng sống vi sinh vật.
Đại dương bí ẩn dưới lớp băng của Enceladus
Enceladus là mặt trăng lớn thứ sáu của sao Thổ, có đường kính tương đương chiều rộng bang Arizona của Mỹ.
Đây là một trong 145 mặt trăng đã được biết đến quanh sao Thổ và từ lâu đã thu hút sự quan tâm đặc biệt của giới khoa học hành tinh.
Lý do nằm ở đại dương khổng lồ được cho là tồn tại bên dưới lớp vỏ băng của Enceladus. Từ khu vực gần cực nam của mặt trăng này, những cột vật chất chứa nước liên tục phun ra không gian.
Các tàu thăm dò có thể bay xuyên qua những luồng vật chất này để nghiên cứu thành phần của đại dương mà không nhất thiết phải khoan xuyên qua lớp băng dày.
Dữ liệu do tàu vũ trụ Cassini của NASA thu thập trong những lần bay qua các cột phun đã phát hiện dấu vết của muối và các hợp chất hữu cơ.
Quan trọng hơn, những bằng chứng này cho thấy dưới đáy đại dương Enceladus có thể đang diễn ra hoạt động thủy nhiệt, tương tự các miệng phun thủy nhiệt dưới đáy biển trên Trái Đất.
Sự kết hợp giữa nước lỏng, hợp chất hữu cơ, khoáng chất và hoạt động thủy nhiệt khiến Enceladus trở thành một trong những địa điểm đáng chú ý nhất trong cuộc săn tìm sự sống ngoài Trái Đất.
Một trong những phát hiện đáng chú ý đến từ nghiên cứu mới do Frank Postberg, Giáo sư tại Đại học Freie Universität Berlin, cùng các cộng sự thực hiện.
Nhóm nghiên cứu kết hợp dữ liệu của Cassini với mô hình lý thuyết và các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm để tìm hiểu điều gì xảy ra với những giọt nước khi chúng bị phóng từ đại dương Enceladus vào không gian.
Các tia nước này có thể đạt tốc độ khoảng 1.000 km/h. Trước đây, giới khoa học cho rằng những giọt nước sẽ gần như lập tức đóng băng khi tiếp xúc với môi trường không gian lạnh giá.
Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu mới cho thấy quá trình này diễn ra chậm hơn đáng kể.
Điều đặc biệt xảy ra trong giai đoạn đóng băng. Muối, các hợp chất hữu cơ và những thành phần khác trong nước bắt đầu tách khỏi nhau.
Khi các hạt vật chất tiếp tục lao ra không gian, chúng có thể va chạm với những khe nứt phủ băng trên bề mặt Enceladus.
Quá trình này có thể tạo ra những mảnh băng cực nhỏ, trong đó từng nhóm thành phần hóa học được phân tách tương đối rõ ràng.
Nói cách khác, Enceladus dường như đang tự nhiên thực hiện một phần công việc vốn thường đòi hỏi những quy trình phức tạp trong phòng thí nghiệm trên Trái Đất.
“Enceladus thực sự thực hiện rất nhiều công đoạn chuẩn bị mẫu giúp chúng ta, những công đoạn thường đòi hỏi nhiều công sức trong các phòng thí nghiệm hóa học trên Trái Đất”, Postberg cho biết.
Theo ông, các thành phần của đại dương được tách khỏi nhau đồng thời tập trung vào những hạt băng riêng biệt. Đây có thể là một lợi thế rất lớn đối với các sứ mệnh không gian trong tương lai.
Tàu vũ trụ có thể không cần hạ cánh để tìm sự sống
Phát hiện này mở ra một phương pháp tương đối đơn giản để nghiên cứu đại dương ngầm của Enceladus.
Thay vì phải đáp xuống bề mặt, khoan xuyên qua lớp băng và tìm cách tiếp cận đại dương bên dưới, một tàu vũ trụ trong tương lai có thể chỉ cần bay qua các cột vật chất đang phun ra không gian, thu thập hoặc phân tích từng hạt băng nhỏ.
Nếu một hạt trong số đó chứa vật chất có nguồn gốc sinh học, các thiết bị khoa học hiện có về lý thuyết có thể nhận diện những dấu hiệu sinh học – hay biosignature, tương đối dễ dàng.
Postberg cho rằng đây là tin rất tích cực đối với công cuộc tìm kiếm sự sống. Một tàu vũ trụ trong tương lai sẽ phải phân tích rất nhiều hạt băng riêng lẻ trong các cột phun.
Nhưng nếu bắt gặp một hạt chứa vật chất vi sinh, thiết bị có thể nhận diện dấu hiệu sinh học trong hạt đó bằng công nghệ đã có.
Điều này đặc biệt quan trọng bởi việc lấy mẫu trực tiếp từ một đại dương nằm sâu hàng chục kilomet dưới lớp băng là nhiệm vụ cực kỳ phức tạp.
Phòng thí nghiệm tái tạo đại dương Enceladus
Một nghiên cứu khác mang đến bằng chứng bổ sung từ hướng tiếp cận hoàn toàn khác. Thay vì nghiên cứu các hạt băng, nhóm khoa học đã cố gắng tái tạo môi trường đại dương của Enceladus trong phòng thí nghiệm để xem liệu vi sinh vật trên Trái Đất có thể tồn tại trong điều kiện tương tự hay không.
Dựa trên dữ liệu từ Cassini, các nhà nghiên cứu biết rằng đại dương của Enceladus có tính kiềm khá cao, chứa rất ít oxy, đồng thời có lượng carbonate đáng kể và nhiều dấu hiệu của hoạt động thủy nhiệt.
Nhóm nghiên cứu đã tái tạo những điều kiện này trong một hệ thống thí nghiệm nhỏ, sau đó đưa vào đó một loài vi sinh vật có tên Methanothermococcus okinawensis.
Đây là một lựa chọn có cơ sở. Trên Trái Đất, loài vi sinh vật này thường được tìm thấy gần các miệng phun thủy nhiệt.
Nó cũng không cần oxy để sinh tồn mà sử dụng hydro và carbon dioxide trong quá trình trao đổi chất.
Vì Enceladus được cho là có hoạt động thủy nhiệt và môi trường nghèo oxy, loài vi sinh vật này được xem là một ứng viên phù hợp để kiểm tra khả năng tồn tại sự sống trong đại dương của mặt trăng sao Thổ.
Kết quả khiến chính các nhà nghiên cứu bất ngờ.
Các vi sinh vật không chỉ tồn tại trong môi trường mô phỏng Enceladus mà còn phát triển và hấp thụ hydro từ môi trường xung quanh.
Đáng chú ý, dù lượng carbon dioxide trong hệ thống thí nghiệm không nhiều, chúng vẫn có thể duy trì sự sống và thích nghi tương đối nhanh với điều kiện mới.
“Đây thực sự là một bất ngờ đối với chúng tôi. Chúng tôi không kỳ vọng thí nghiệm lại cho kết quả thành công đến như vậy”, nhà khoa học hành tinh Nozair Khawaja thuộc Freie Universität Berlin cho biết.
Enceladus chưa chắc có sự sống, nhưng cơ hội tìm thấy dấu vết đang tăng
Hai nghiên cứu không chứng minh rằng sự sống thực sự tồn tại trên Enceladus. Đây vẫn là một câu hỏi chưa có lời giải. Tuy nhiên, chúng cung cấp hai mảnh ghép quan trọng cho công cuộc tìm kiếm.
Nghiên cứu đầu tiên cho thấy các cột phun của Enceladus có thể tự nhiên phân tách và tập trung những thành phần hóa học của đại dương thành các hạt băng riêng biệt.
Nghiên cứu thứ hai cho thấy một dạng vi sinh vật trên Trái Đất có thể tồn tại và phát triển trong môi trường mô phỏng những điều kiện được cho là hiện diện ở đại dương Enceladus.
Sự kết hợp này khiến Enceladus trở thành mục tiêu đặc biệt hấp dẫn đối với các sứ mệnh không gian trong tương lai.
Các tàu thăm dò có thể phân tích trực tiếp từng hạt băng trong cột phun để tìm kiếm các dấu hiệu hóa học hoặc sinh học mà không cần tiếp cận trực tiếp đại dương ngầm.
Postberg lưu ý rằng những điều kiện địa hóa đặc thù trên Enceladus có thể cho phép một trong những hệ thống trao đổi chất cổ xưa nhất được biết đến trên Trái Đất hoạt động ngay cả trong môi trường có tính kiềm cao.
Điều đó không đồng nghĩa Enceladus chắc chắn có sự sống. Nhưng nếu sự sống thực sự tồn tại ở đó, các nghiên cứu mới cho thấy những sứ mệnh tương lai có thể có cơ hội đáng kể để phát hiện dấu vết của nó bằng cách phân tích từng hạt băng nhỏ được phun ra từ đại dương.
(Theo Space, SciTechDaily, NationalGeographic)
.svg){kind=icon}
