Một nghiên cứu mới cho thấy Trái Đất và sao Hỏa không lớn lên theo cùng một công thức, qua đó mở ra những manh mối quan trọng về quá trình hình thành hành tinh cũng như điều kiện tạo nên những thế giới có khả năng tồn tại sự sống.
“Điều đáng ngạc nhiên nhất là Trái Đất và sao Hỏa dường như được hình thành theo những cách khác nhau. Chúng ta có thể kỳ vọng rằng hai hành tinh hình thành cạnh nhau trong cùng một Hệ Mặt Trời sẽ có lịch sử hình thành tương đồng hơn”, Giáo sư Anders Johansen, chuyên gia nghiên cứu sự hình thành hành tinh tại Globe Institute thuộc Đại học Copenhagen, nhận định. Ông là đồng trưởng nhóm nghiên cứu cùng trợ lý giáo sư Haiyang Wang.
Hai hành tinh đá, hai con đường hình thành
Các hành tinh đá như Trái Đất và sao Hỏa được cho là hình thành từ vật chất còn sót lại quanh Mặt Trời non trẻ. Trong quá trình đó, những khối vật chất ngày càng lớn, va chạm, kết tụ và cuối cùng tạo nên các hành tinh.
Có hai cơ chế chính có thể đóng vai trò trong quá trình này. Cơ chế thứ nhất là sự va chạm và hợp nhất giữa những vật thể tương đối lớn gọi là planetesimal, hay các vi hành tinh.
Cơ chế thứ hai là bồi tụ sỏi, trong đó những hạt vật chất nhỏ hơn trôi trong đĩa tiền hành tinh bị các thiên thể đang lớn lên hút vào.
Nghiên cứu mới cho thấy cả hai cơ chế đều đóng góp vào quá trình hình thành Trái Đất và sao Hỏa. Tuy nhiên, tỷ lệ đóng góp của chúng ở hai hành tinh lại khác biệt đáng kể.
Theo Haiyang Wang, ít nhất 75% khối lượng Trái Đất dường như có nguồn gốc từ hai hành tinh non trẻ, còn gọi là tiền hành tinh, vốn đã phát triển đến kích thước lớn nhờ quá trình bồi tụ sỏi. Các vi hành tinh chỉ đóng góp tối đa khoảng 25% khối lượng Trái Đất.
Trong khi đó, câu chuyện của sao Hỏa gần như đảo ngược. Khoảng ba phần tư khối lượng sao Hỏa dường như bắt nguồn từ các vi hành tinh, còn phần tư còn lại đến từ quá trình bồi tụ sỏi.
Điều này đồng nghĩa với việc dù Trái Đất và sao Hỏa là những người hàng xóm trong Hệ Mặt Trời, “nguyên liệu” và cách chúng tích lũy vật chất để trở thành hành tinh lại rất khác nhau.
Thành phần hóa học lưu giữ dấu vết 4,5 tỷ năm
Để tìm hiểu chuyện gì đã xảy ra trong giai đoạn đầu của Hệ Mặt Trời, các nhà nghiên cứu không thể quan sát trực tiếp quá trình hình thành Trái Đất hay sao Hỏa. Thay vào đó, họ phải tìm kiếm những “dấu vết hóa thạch” còn được lưu giữ bên trong các hành tinh.
Nhóm nghiên cứu tập trung vào những nguyên tố dễ bay hơi như natri, kẽm và kali trong lớp vỏ cũng như lớp phủ của Trái Đất và sao Hỏa.
Những nguyên tố này có thể bay hơi ở nhiệt độ cao, vì vậy lượng chúng còn lại trong hành tinh ngày nay có thể phản ánh những điều kiện mà hành tinh từng trải qua trong quá trình hình thành.
Các nhà khoa học sau đó kết hợp những dấu vết hóa học này với các mô hình máy tính để kiểm tra nhiều kịch bản hình thành khác nhau, qua đó xác định kịch bản nào phù hợp nhất với đặc điểm của Trái Đất và sao Hỏa hiện nay.
“Đây thực sự là một công việc giống như điều tra hình sự quy mô lớn để tìm hiểu chuyện gì đã xảy ra vào thời điểm đó, khi phần lớn bằng chứng đã biến mất từ rất lâu. Nhưng ngay cả sau 4,5 tỷ năm, thành phần của lớp phủ Trái Đất và sao Hỏa vẫn được giữ lại. Có thể xem chúng như dấu ấn của quá trình hình thành”, Anders Johansen giải thích.
Những dấu ấn này đặc biệt quan trọng bởi quá trình hình thành một hành tinh có thể làm thay đổi mạnh thành phần hóa học của nó.
Nhiệt độ, tốc độ tăng trưởng và lượng vật chất mà hành tinh tích lũy đều ảnh hưởng đến việc các nguyên tố dễ bay hơi được giữ lại hay thất thoát vào không gian.
Dĩ nhiên, việc tái dựng quá trình hình thành một hành tinh cách đây 4,5 tỷ năm không thể hoàn toàn chính xác. Các nhà khoa học vẫn chưa biết chính xác thành phần của những vật liệu ban đầu tạo nên Hệ Mặt Trời.
Do đó, mô hình nghiên cứu phải dựa trên một số giả định về thành phần của “nguyên liệu xây dựng” các hành tinh. Khi thay đổi những giả định này, tỷ lệ đóng góp của bồi tụ sỏi và vi hành tinh cũng có thể thay đổi.
Tuy nhiên, điều đáng chú ý là kết luận cốt lõi không thay đổi.
“Các tỷ lệ chính xác có thể thay đổi đôi chút, nhưng phân tích của chúng tôi nhất quán cho thấy Trái Đất và sao Hỏa được hình thành theo hai cách khác nhau”, Haiyang Wang nói.
Theo ông, phương pháp này cũng mang lại một cách tiếp cận trực tiếp và chính xác hơn để tìm hiểu sự hình thành hành tinh so với phương pháp dựa trên đồng vị được sử dụng phổ biến trước đây.
Phương pháp đồng vị có thể cung cấp nhiều thông tin quan trọng, nhưng trong một số trường hợp, cùng một dữ liệu có thể được diễn giải theo nhiều cách khác nhau.
Nghiên cứu mới vì thế không chỉ giúp giải thích sự khác biệt giữa hai hành tinh láng giềng mà còn góp phần làm rõ cách những hành tinh đá phát triển trong giai đoạn đầu của một hệ sao.
Cách Trái Đất hình thành có liên quan đến sự sống?
Phát hiện này còn có một ý nghĩa lớn hơn: nó có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn vì sao một số hành tinh trở thành những thế giới có khả năng hỗ trợ sự sống, trong khi những hành tinh khác lại trở nên khô cằn và khắc nghiệt.
Quá trình hình thành quyết định lượng vật chất dễ bay hơi mà một hành tinh có thể giữ lại.
Trong số đó có nước và nhiều hợp chất khác đóng vai trò quan trọng đối với khả năng sinh sống.
Nếu một hành tinh hình thành theo cách khiến nó mất đi phần lớn các nguyên tố dễ bay hơi, khả năng duy trì nước hoặc những thành phần cần thiết cho sự sống về sau có thể bị hạn chế.
Ngược lại, một lịch sử hình thành phù hợp có thể giúp hành tinh giữ lại nguồn nguyên liệu cần thiết cho môi trường có thể sinh sống.
“Nếu hiểu được cách các hành tinh mất đi những nguyên tố dễ bay hơi trong quá trình hình thành, chúng ta cũng có thể dự đoán tốt hơn lượng nước và những chất hỗ trợ sự sống khác mà chúng cuối cùng giữ lại”, Anders Johansen cho biết.
Manh mối cho cuộc săn tìm các hành tinh có sự sống
Phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu cũng có thể được áp dụng trong tương lai để nghiên cứu những hành tinh đá nằm ngoài Hệ Mặt Trời.
Hàng nghìn ngoại hành tinh đã được phát hiện, nhưng việc xác định một thế giới có thực sự phù hợp cho sự sống hay không vẫn là một bài toán cực kỳ khó.
Thay vì chỉ quan tâm đến kích thước, nhiệt độ hay khoảng cách của một hành tinh so với ngôi sao chủ, các nhà khoa học có thể phải nhìn sâu hơn vào cách hành tinh đó được hình thành.
Trái Đất và sao Hỏa cho thấy hai hành tinh có thể ra đời gần nhau nhưng sở hữu lịch sử hình thành rất khác biệt.
Chính lịch sử đó có thể quyết định thành phần hóa học, lượng nước và những điều kiện môi trường mà chúng duy trì hàng tỷ năm sau.
Vì vậy, nghiên cứu về quá trình hình thành hành tinh không chỉ giúp giải đáp câu hỏi Trái Đất và sao Hỏa đã ra đời như thế nào.
Xa hơn, nó có thể trở thành một công cụ quan trọng trong cuộc săn tìm những “Trái Đất thứ hai” và câu trả lời cho một trong những câu hỏi lớn nhất của thiên văn học: Liệu sự sống có tồn tại ở nơi nào khác ngoài Trái Đất hay không?
(Theo SciTechDaily, Earthsky, LiveScience)
Biển và hồ khổng lồ trên mặt trăng lớn nhất sao Thổ ẩn giấu điều kỳ lạMặt trăng lớn nhất của sao Thổ, Titan, sở hữu những hồ và biển methane rộng hàng trăm kilomet. Tuy nhiên, những vùng chất lỏng khổng lồ này không như trên Trái Đất.
.svg){kind=icon}
