Khoa học viễn tưởng thường hình dung khu vực thiên hà xung quanh Trái Đất tràn ngập những nền văn minh ngoài hành tinh phát triển vượt xa nhân loại. Tuy nhiên, vũ trụ thực tế gần chúng ta có thể yên tĩnh hơn rất nhiều.

người ngoài hành tinh.png
Một số ngoại hành tinh gần đó có thể già hơn Trái đất rất nhiều nhưng vẫn chỉ có sự sống đơn giản. Một nghiên cứu mới cho thấy yếu tố quyết định có thể là lượng năng lượng quang hợp mà một hành tinh đã tích lũy được trong hàng tỷ năm. Ảnh: Shutterstock

Một nghiên cứu được công bố trên International Journal of Astrobiology, do Chris Doughty, Giáo sư tin học sinh thái tại Đại học Northern Arizona, dẫn đầu, cho rằng sự tiến hóa của sự sống phức tạp trên các ngoại hành tinh phụ thuộc rất lớn vào tổng lượng năng lượng mà thực vật tích lũy được, chứ không đơn thuần phụ thuộc vào tuổi của hành tinh.

Nhiều hành tinh quay quanh các ngôi sao lân cận Trái Đất có thể đã hình thành sớm hơn thế giới của chúng ta vài tỷ năm.

Tuy nhiên, nếu điều kiện quang hợp trên những hành tinh này kém thuận lợi, sự sống có thể tiến hóa với tốc độ chậm hơn rất nhiều.

Trong số 29 ngoại hành tinh lân cận - những thế giới nằm ngoài Hệ Mặt Trời và có khả năng tồn tại nước ở trạng thái lỏng, nhóm nghiên cứu chỉ xác định hai hành tinh có thể đã tiến hóa vượt qua giai đoạn phát triển hiện tại của Trái Đất. Đó là GJ 1061c và K2-3d.

Cả hai đều lớn hơn, nóng hơn, sáng hơn và già hơn phần lớn các hành tinh giống Trái Đất trong vùng lân cận thiên hà của chúng ta.

Ba hành tinh khác có thể đã đạt đến một giai đoạn tiến hóa tương đương với Kỷ Mesozoi của Trái Đất, thời kỳ từng chứng kiến sự thống trị của khủng long.

Quang hợp có thể là “đồng hồ tiến hóa” của sự sống ngoài hành tinh

Trên Trái Đất, những khu vực ấm áp và ẩm ướt thường có tốc độ sinh trưởng thực vật cao hơn, đồng thời sở hữu hệ sinh thái và số lượng loài phong phú hơn những vùng lạnh giá, khô hạn.

Các nhà khoa học cho rằng sự phát triển mạnh của thực vật tạo ra nhiều năng lượng hơn và mở rộng không gian sinh thái dành cho động vật.

Điều này tạo ra mối liên hệ giữa những điều kiện thuận lợi cho quang hợp với khả năng đa dạng hóa của sự sống.

Quang hợp là quá trình biến ánh sáng thành năng lượng hóa học. Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng tổng lượng năng lượng được sự sống hấp thụ thông qua quang hợp trong toàn bộ lịch sử của một hành tinh có thể quyết định mức độ tiến hóa mà thế giới đó đạt được.

Theo cách nhìn này, một hành tinh trẻ hơn nhưng ấm áp và ẩm ướt có thể tạo điều kiện cho sự sống tiến hóa xa hơn một hành tinh già hơn nhưng lạnh và khô.

Trong khoảng 3,2 tỷ năm trước khi thực vật có mạch với hệ thống vận chuyển nước và chất dinh dưỡng hiệu quả hơn xuất hiện trên Trái Đất, quá trình quang hợp đã cố định khoảng 2,4 × 10²⁵ gram carbon, đưa lượng carbon này vào vật chất hữu cơ.

Sau khi thực vật có mạch xuất hiện, thêm khoảng 7 × 10²⁵ gram carbon được cố định trước khi loài người tiến hóa.

Những con số này cung cấp cho các nhà nghiên cứu một cơ sở để so sánh lịch sử tiến hóa của Trái Đất với lượng quang hợp mà các ngoại hành tinh khác có thể đã duy trì trong hàng tỷ năm.

Các hành tinh quay quanh sao lùn đỏ – loại sao phổ biến nhất trong thiên hà, từ lâu được xem là một trong những nơi có nhiều tiềm năng tìm kiếm sự sống. Tuy nhiên, điều kiện môi trường trên những hành tinh này có thể rất khác Trái Đất.

Nhiều hành tinh quanh sao lùn đỏ có khả năng bị khóa thủy triều, nghĩa là một mặt của hành tinh luôn hướng về phía ngôi sao, trong khi mặt còn lại vĩnh viễn quay ra xa.

“Nếu sự sống quang hợp tiến hóa trên những hành tinh này, chúng có thể đã thực hiện quang hợp lâu hơn Trái Đất hàng tỷ năm”, Michael Gowanlock, Phó Giáo sư tin học tại Đại học Northern Arizona, đồng tác giả nghiên cứu cho biết.

“Tuy nhiên, tổng lượng quang hợp mỗi năm có khả năng thấp hơn vì chúng nhận được ít ánh sáng hơn và chỉ một nửa diện tích bề mặt hành tinh có thể thích hợp cho quang hợp. Vậy bên nào đang dẫn trước? Đó chính là câu hỏi mà chúng tôi đang cố gắng giải quyết bằng các phép tính định lượng”.

Không chỉ lượng ánh sáng quyết định khả năng phát triển của thực vật. Nhiệt độ và lượng mưa cũng đóng vai trò quan trọng.

Vì vậy, việc ước tính mức độ quang hợp trên một ngoại hành tinh đòi hỏi các nhà khoa học phải tính đến nhiều yếu tố môi trường khác nhau.

Denis Sergeev, giảng viên tại Đại học Bristol (Anh), đồng tác giả nghiên cứu, trước đó đã mô phỏng các điều kiện khí hậu có thể tồn tại trên những ngoại hành tinh này. Kết quả tạo ra các bản đồ về nhiệt độ, ánh sáng và lượng mưa.

Nhóm nghiên cứu sử dụng những dữ liệu này – vốn là các biến số quan trọng để dự đoán sự phát triển của thực vật trên Trái Đất, nhằm ước tính khả năng sinh trưởng của thực vật trong suốt lịch sử các hành tinh, từ đó suy ra mức độ tiến hóa mà sự sống có thể đã đạt tới.

TRAPPIST-1e có thể vẫn chỉ ở “thời kỳ vi sinh vật”

Một trong những trường hợp đáng chú ý nhất là TRAPPIST-1e, hành tinh nằm cách Trái Đất khoảng 40 năm ánh sáng.

Theo mô hình tính toán, tổng lượng carbon mà quá trình quang hợp trên hành tinh này có thể cố định trong toàn bộ lịch sử chỉ bằng khoảng 21% tổng lượng carbon mà Trái Đất từng cố định, dù TRAPPIST-1e có thể già hơn Trái Đất vài tỷ năm.

“Vì con số này còn thấp hơn lượng carbon mà Trái Đất đã cố định trước khi thực vật có mạch hiệu quả hơn tiến hóa, chúng tôi ước tính TRAPPIST-1e có thể mới chỉ ở giai đoạn tiến hóa vi sinh vật”, Cameron Hrabak, cựu sinh viên Đại học Northern Arizona, đồng tác giả nghiên cứu, nhận định. “Nó rõ ràng đang tụt khá xa so với Trái Đất”.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu nhấn mạnh đây mới chỉ là kết quả từ mô hình. Bầu khí quyển của TRAPPIST-1e cũng như các hành tinh khác có thể làm thay đổi sâu sắc khí hậu, lượng nhiệt và khả năng quang hợp, từ đó khiến giai đoạn tiến hóa thực tế khác đáng kể so với dự đoán.

Những quan sát trong tương lai bằng Kính viễn vọng Không gian James Webb có thể cung cấp thêm dữ liệu về thành phần khí quyển, giúp các nhà khoa học cải thiện mô hình.

Hiện tại, phép tính vẫn dựa trên giả định rằng sự sống trên các hành tinh này tồn tại và phát triển theo cách tương tự Trái Đất.

Do đó, nghiên cứu không loại trừ khả năng tồn tại sự sống ngoài hành tinh tiên tiến ở khu vực lân cận. Tuy nhiên, nó cho thấy những điều kiện môi trường có thể khiến khả năng đó thấp hơn nhiều so với những gì khoa học viễn tưởng thường mô tả.

Nhà vật lý Enrico Fermi từng đặt câu hỏi nổi tiếng: nếu sự sống thông minh có khả năng phổ biến trong thiên hà, “họ đang ở đâu?”.

Theo Doughty, nghiên cứu này đưa ra một lời giải thích có thể cho sự im lặng đó. Khu vực các ngoại hành tinh lân cận Trái Đất có thể yên tĩnh vì phần lớn những hành tinh giống Trái Đất gần chúng ta vẫn đang ở phía sau về mặt tiến hóa và chỉ mới tồn tại sự sống ở cấp độ vi sinh vật.

“Nếu sự sống trên những ngoại hành tinh đó tiến hóa giống như trên Trái Đất, phần lớn chúng có thể chỉ chứa đầy vi sinh vật chứ chưa có những người ngoài hành tinh tiên tiến”, Doughty nói.

(Theo SciTechDaily, LiveScience, Earthsky)