Một nghiên cứu mới cho thấy những mặt trăng băng giá trong Hệ Mặt Trời có thể vẫn duy trì đại dương nước lỏng bên dưới lớp băng ngay cả sau khi hứng chịu những vụ va chạm khổng lồ đủ sức phá vỡ chúng.
Phát hiện này có thể mở ra hướng tiếp cận mới trong cuộc tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất.
Những thế giới băng giá có thể ẩn giấu đại dương
Nhiều mặt trăng quay quanh sao Thổ, sao Thiên Vương và sao Hải Vương được cho là đang che giấu những đại dương nước lỏng nằm sâu dưới lớp băng dày hàng kilomet.
Nước lỏng là một trong những thành phần cơ bản cần thiết cho sự sống như chúng ta biết, biến những thế giới băng giá này thành các mục tiêu đầy hứa hẹn trong cuộc săn tìm sinh vật ngoài Trái Đất.
Đáng chú ý, khu vực quanh các hành tinh khổng lồ này từng trải qua vô số vụ va chạm dữ dội. Các nhà khoa học nghi ngờ một số mặt trăng hiện nay có thể là những phần còn sót lại sau các vụ va chạm lớn, khi chúng nhiều lần bị các thiên thể khác đâm vỡ rồi tập hợp trở lại dưới tác động của lực hấp dẫn.
Điều đó đặt ra một câu hỏi quan trọng đối với ngành sinh vật học vũ trụ: Những vụ va chạm khổng lồ có phá hủy đại dương bên trong mặt trăng, qua đó dập tắt mọi cơ hội tồn tại của sự sống hay không?
Một nghiên cứu do Đại học Maryland dẫn đầu, được công bố trên tạp chí Nature Astronomy, đã tìm cách trả lời câu hỏi này.
Các nhà khoa học mô phỏng quá trình một mặt trăng bị phá hủy, tái hình thành rồi tiếp tục tiến hóa trong hàng tỷ năm.
“Câu hỏi lớn mà chúng tôi đặt ra là liệu những vụ phá hủy này có giúp mặt trăng hình thành đại dương sau đó hay chúng xóa sổ đại dương và biến mặt trăng trở lại thành một thế giới lạnh giá, chết chóc”, Marc Neveu, tác giả chính của nghiên cứu và nhà khoa học nghiên cứu thiên văn tại Đại học Maryland, giải thích.
Kết quả lại khá bất ngờ: “Những vụ va chạm lớn đó dường như không thực sự quyết định sự tồn tại của đại dương. Nếu trước va chạm đã có đại dương thì nhiều khả năng sau va chạm vẫn có đại dương và ngược lại”.
Dù va chạm không nhất thiết quyết định một mặt trăng có đại dương hay không, lượng nhiệt khổng lồ sinh ra từ cú va chạm vẫn có thể để lại dấu vết rõ ràng trên bề mặt.
Rhea, một trong những mặt trăng cỡ trung của sao Thổ, là trường hợp đặc biệt đáng chú ý. Một số miệng hố va chạm cổ đại trên Rhea trông bất thường, với hình dạng khá nhẵn và mềm thay vì sắc nét như những miệng hố mới hơn.
Các nhà nghiên cứu cho rằng đây có thể là dấu hiệu cho thấy một vụ va chạm trong quá khứ từng làm nóng đại dương bên dưới, khiến lớp băng phía trên biến đổi.
Neveu ví hiện tượng này giống như việc một người nặn người tuyết vào mùa đông, nhưng một tuần sau thời tiết ấm lên khiến người tuyết bắt đầu tan chảy.
Các miệng hố trên Rhea cũng có vẻ bị “làm mềm” như vậy, chỉ khác ở chỗ nguồn nhiệt không đến từ Mặt Trời mà xuất phát từ bên trong mặt trăng.
Một vụ va chạm cổ đại làm tăng nhiệt độ của đại dương bên trong có thể là lời giải thích cho diện mạo đặc biệt của Rhea ngày nay.
Mặt trăng bị xé nát vẫn có thể trở thành thế giới đại dương
Để tìm hiểu chuyện gì xảy ra trong hàng tỷ năm sau một vụ va chạm, các nhà khoa học không thể chỉ mô phỏng khoảnh khắc va chạm.
Neveu cùng các đồng nghiệp tại Viện Nghiên cứu Tây Nam ở Colorado, Mỹ và Viện Khoa học Weizmann tại Israel đã kết hợp mô hình va chạm với một mô hình riêng mô phỏng quá trình tiến hóa bên trong mặt trăng.
Các mô phỏng va chạm theo dõi hàng triệu mảnh đá và băng khi chúng bị nghiền nát, nóng lên rồi tập hợp trở lại.
Nhóm nghiên cứu xem xét những mặt trăng có bán kính khoảng 500km và 1.000km, bị các thiên thể nhỏ hơn đâm với năng lượng đủ mạnh để phá vỡ chúng.
“Đây gần như là những vụ va chạm lớn nhất mà chúng tôi có thể hình dung. Nếu ngay cả chúng cũng không tạo ra khác biệt đáng kể thì nhiều khả năng những vụ va chạm nhỏ hơn cũng không làm được điều đó”, Neveu nói.
Sau khi mặt trăng tái hình thành, mô hình tiếp tục theo dõi chúng trong khoảng 4,5 tỷ năm. Các nhà khoa học tính toán lượng nhiệt tích tụ và thoát ra từ lõi, đồng thời xác định liệu băng có thể tan chảy để tạo thành đại dương nước lỏng hay không.
Kết quả cho thấy tác động của va chạm phụ thuộc đáng kể vào kích thước mặt trăng.
Ở những mặt trăng lớn, năng lượng từ vụ va chạm có thể chuyển thành nhiệt bổ sung, thậm chí làm đại dương hiện hữu dày hơn và duy trì trạng thái lỏng trong thêm hàng tỷ năm.
Nhưng với những mặt trăng nhỏ hơn, tình hình lại đảo ngược. Trước va chạm, chúng có thể sở hữu một lớp ngoài hỗn hợp giữa băng và đá, hoạt động như một “tấm chăn cách nhiệt” giúp giữ nhiệt bên trong và duy trì đại dương.
Khi một vụ va chạm lớn phá vỡ cấu trúc này, mặt trăng tái hình thành với đá chìm xuống lõi còn băng nổi lên phía trên. Khi lớp cách nhiệt tự nhiên biến mất, mặt trăng nhỏ khó giữ nhiệt hơn và đại dương cũng khó duy trì.
Tuy nhiên, điểm quan trọng là trong cả hai trường hợp, va chạm không tạo ra một đại dương mà lẽ ra đã không tồn tại. Nói cách khác, một mặt trăng không tự nhiên trở thành thế giới đại dương chỉ vì bị đập vỡ.
Thủy triều cũng có thể quyết định sự sống
Ngoài các vụ va chạm, nhiệt sinh ra từ lực thủy triều cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nước lỏng dưới lớp băng.
Khi lực hấp dẫn làm biến dạng một mặt trăng trong quá trình chuyển động quanh hành tinh chủ, ma sát bên trong có thể tạo ra nhiệt.
Theo Neveu, yếu tố này ít nhất cũng quan trọng không kém lịch sử va chạm khi đánh giá khả năng một mặt trăng có thể hỗ trợ sự sống.
Quỹ đạo của các mặt trăng cũng có thể thay đổi theo thời gian, thậm chí đưa chúng vào những quỹ đạo có nguy cơ va chạm.
Vì vậy, muốn tái dựng lịch sử của một hệ mặt trăng, các nhà khoa học cần kết nối chuyển động của chúng với những biến đổi diễn ra sâu bên dưới bề mặt.
Neveu cho biết ông muốn tiến xa hơn bằng cách mô phỏng toàn bộ một hệ mặt trăng, quan sát chúng chuyển động, va chạm và thay đổi cấu trúc bên trong theo thời gian.
Cách tiếp cận này có thể giúp các nhà khoa học tái dựng những gì từng xảy ra quanh sao Thổ, sao Thiên Vương và sao Hải Vương.
Những “thế giới tái sinh” trở thành mục tiêu săn tìm sự sống
Phát hiện mới có ý nghĩa đối với hàng loạt mặt trăng mà NASA và các cơ quan vũ trụ khác đang quan tâm. Trong số đó có Mimas, Enceladus, Tethys, Dione và Rhea của sao Thổ; Miranda, Ariel, Umbriel, Titania và Oberon của sao Thiên Vương; cùng Triton, mặt trăng lớn của sao Hải Vương.
Việc xác định thế giới nào có khả năng sở hữu nước lỏng cao nhất sẽ giúp các nhà khoa học lựa chọn mục tiêu cho những sứ mệnh thám hiểm tương lai, đồng thời quyết định các thiết bị mà tàu vũ trụ cần mang theo.
Một đại dương bị chôn vùi có thể được phát hiện thông qua ảnh hưởng hấp dẫn của nó. Trên bề mặt, các lớp muối hoặc những núi lửa băng phun vật chất từ bên trong, còn gọi là cryovolcano, cũng có thể cung cấp manh mối quan trọng.
Đặc biệt, quy mô của sự sống giả định bên dưới lớp băng sẽ quyết định cách các nhà khoa học thiết kế nhiệm vụ tìm kiếm.
“Nếu chỉ có một số ít vi khuẩn, bạn sẽ không thiết kế nhiệm vụ tìm kiếm giống như trường hợp đại dương chứa đầy cá voi”, Neveu nói. “Loại sự sống mà chúng ta muốn tìm sẽ quyết định loại công cụ mà chúng ta cần phát triển”.
Phát hiện này vì thế không chỉ cho thấy các mặt trăng có thể “sống sót” qua những thảm họa vũ trụ khủng khiếp.
Quan trọng hơn, nó gợi ý rằng một thế giới từng bị phá hủy và tái hình thành vẫn có thể tiếp tục nuôi dưỡng những điều kiện phù hợp cho sự sống trong hàng tỷ năm.
Điều đó khiến các mặt trăng băng giá quanh những hành tinh khổng lồ trở thành những ứng viên hấp dẫn hơn bao giờ hết trong cuộc săn tìm sự sống ngoài Trái Đất.
(Theo SciTechDaily, Earthsky, iflscience)
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}
