Một vệ tinh nhỏ, băng giá của Sao Thổ mang tên Enceladus là một trong những mục tiêu hàng đầu trong hành trình tìm kiếm sự sống ở những nơi khác trong Hệ Mặt Trời. Một nghiên cứu mới đã củng cố thêm lập luận cho rằng Enceladus là một thế giới có thể ở được.
Dữ liệu cho những phát hiện nghiên cứu mới này đến từ tàu không gian Cassini, thiết bị đã bay quanh Sao Thổ trong giai đoạn từ năm 2004 đến 2017. Năm 2005, Cassini phát hiện các cột phun giống như mạch nước, gồm hơi nước và các hạt băng, liên tục phun trào từ những khe nứt trong lớp vỏ băng của Enceladus.
Trong nghiên cứu mới nhất, Nozair Khawaja thuộc Đại học Tự do Berlin và nhóm của ông đã tiến hành phân tích lại một mẫu vật chất từ cực nam của Enceladus do Cassini thu thập.
Hầu hết các phân tích trước đây về các hạt rắn trong các cột phun của Enceladus đều được thực hiện trên vành E của Sao Thổ. Vành E là một vành ngoài mờ khuếch tán trong hệ vành tráng lệ bao quanh hành tinh này. Nó liên tục được bổ sung vật chất từ các cột phun của Enceladus. Tuy nhiên, vật chất này không còn “tươi mới” - và việc tiếp xúc với bức xạ trong không gian có thể làm thay đổi các đặc tính của nó.
Vật chất trẻ hơn được Khawaja và các cộng sự phân tích đã được Cassini lấy mẫu trong một lần bay sượt đặc biệt nhanh qua cực nam của Enceladus. Việc sử dụng vật chất cột phun vừa mới được phóng ra đảm bảo loại bỏ mọi khả năng nhiễu do bức xạ.
Vậy các phân tích này và những phân tích khác về mẫu cột phun cho chúng ta biết điều gì về Enceladus? Các mẫu ban đầu của Cassini được phát hiện chứa các muối sodium (Na), cho thấy các cột phun được nuôi dưỡng bởi một đại dương nước lỏng ngầm dưới bề mặt, tiếp xúc với đáy đá. Những quan sát sau đó về sự “lắc lư” của Enceladus (những thay đổi nhỏ trong chuyển động quay) so với Sao Thổ đã chứng minh rằng lớp vỏ băng bên ngoài của nó có khả năng tách rời hoàn toàn khỏi lõi đá bên dưới.
Điều này có nghĩa là đại dương ngầm của Enceladus (nằm kẹp giữa băng và đá) là toàn cầu, trải rộng khắp toàn bộ vệ tinh. Đại dương này nhiều khả năng được duy trì bởi sự uốn cong do lực triều, khi lực hấp dẫn thay đổi của Sao Thổ kéo giãn và nén Enceladus, khiến vệ tinh nóng lên và ngăn đại dương bị đóng băng.
Khả năng lấy mẫu (dù gián tiếp) đại dương đã cho phép các nhà khoa học tiến hành một cuộc khảo sát toàn diện hơn về tính có thể sống được của Enceladus - tức là liệu Enceladus có chứa các thành phần cần thiết cho sự sống như chúng ta biết hay không (cụ thể là một nguồn năng lượng phù hợp và một hỗn hợp các nguyên tố hóa học).
Lấy mẫu các cột phun
Việc phân tích các mẫu cột phun của Cassini được thực hiện nhờ một kỹ thuật gọi là khối phổ. Quá trình bắt đầu bằng cú va chạm ở vận tốc cao giữa Cassini (bay với vận tốc hàng kilomet mỗi giây) và các hạt rắn trong cột phun mà nó thu thập.
Cú va chạm này làm vỡ các mảnh nhỏ mang điện. Sau đó, một thiết bị đưa các mảnh vỡ vào một điện trường, khiến chúng di chuyển về phía bộ dò.
Thời điểm các mảnh hóa học va chạm với bộ dò được dùng để xác định khối lượng và điện tích của chúng. Từ đó, các nhà khoa học có thể chắp nối những dữ liệu đó để xác định danh tính của các phân tử ban đầu của những mảnh vỡ.
Khi đánh giá khả năng sống được, có một số phân tử đặc biệt cần tìm kiếm trong dữ liệu. Các hợp chất hữu cơ đơn giản là những phân tử chứa carbon. Vì sự sống trên Trái Đất về cơ bản dựa trên carbon, việc phát hiện bất kỳ dạng phân tử chứa carbon nào cũng là một khởi đầu tích cực.
Các hợp chất hữu cơ đã được phát hiện một cách chắc chắn trong vật chất của cột phun, bao gồm các amine, vốn có thể là tiền chất của amino acid (mà bản thân chúng lại là tiền chất của protein). Những đại phân tử lớn hơn cũng đã được quan sát, nhưng danh tính chính xác của chúng hiện vẫn chưa rõ do giới hạn của thiết bị Cassini.
Carbon là một trong các nguyên tố CHNOPS (carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, phosphorus và sulfur), tạo nên phần lớn các nguyên tử trong các sinh vật sống trên Trái Đất. Ngoại trừ sulfur (lưu huỳnh), tất cả các nguyên tố này đều đã được phát hiện một cách chắc chắn trong vật chất cột phun.
Khối phổ cũng có thể cho biết các loại nguồn năng lượng tồn tại trong đại dương. Quang hợp, nguồn năng lượng chính cho sự sống trên Trái Đất, khó có khả năng xảy ra trên Enceladus vì đại dương của nó bị chôn vùi dưới hàng kilomet băng. Quang hợp cần ánh sáng, và đại dương này gần như chắc chắn là tối hoàn toàn.
May mắn thay, vẫn có những cách khác để sự sống khai thác năng lượng từ môi trường. Vào cuối thập niên 1970, các hệ sinh thái khổng lồ đã được phát hiện ở độ sâu đại dương Trái Đất, xung quanh các miệng phun thủy nhiệt - những khe nứt trên đáy đại dương nơi nước nóng giàu khoáng chất trồi lên.
Các vi sinh vật sống quanh các miệng phun thủy nhiệt là dạng sự sống hóa tổng hợp. Chúng sử dụng các chất khác nhau trong nước thủy nhiệt để thực hiện các phản ứng hóa học nhằm thu được năng lượng cần thiết.
Dường như các thành phần cho một số con đường hóa tổng hợp, như carbon dioxide và hydrogen, tồn tại với hàm lượng đủ lớn trong đại dương của Enceladus để về mặt lý thuyết có thể trở thành một nguồn năng lượng khả thi.
Trên thực tế, lượng hydrogen trong vật chất cột phun lớn đến mức cần phải có một nguồn cung hiện tại trong đại dương của Enceladus để giải thích, nhiều khả năng là các miệng phun thủy nhiệt.
Nghiên cứu gần đây
Tất nhiên, chúng ta cần thận trọng khi sử dụng vật chất cột phun để suy luận về những gì tồn tại bên trong đại dương. Các quá trình trong việc hình thành cột phun (khi vật chất di chuyển xuyên qua băng ra ngoài không gian) có thể làm loãng hoặc cô đặc một số chất. Bức xạ khắc nghiệt cũng có thể khiến các hóa chất trong cột phun phản ứng với nhau, làm cho vật chất không còn đại diện chính xác cho đại dương nơi chúng xuất phát.
Bằng cách phân tích vật chất cột phun vừa được phóng ra, nghiên cứu mới nhất đã loại bỏ được vấn đề này. Do vận tốc cao hơn, các mẫu thu được trong lần bay sượt này có thể đã bị phân mảnh theo cách cho phép nhiều loại phân tử hơn trở nên rõ ràng trong dữ liệu.
Các mẫu được thu thập thực sự bao gồm những chất mới, cũng như một số chất đã từng được biết đến, qua đó xác nhận rằng chúng đến từ bên trong Enceladus chứ không phải là sản phẩm của sự biến đổi do bức xạ. Một số chất mới được phát hiện còn gợi ý thêm về nguồn gốc thủy nhiệt.
Với những hiểu biết về khả năng ở được của Enceladus, Cơ quan không gian châu Âu (ESA) đang lên kế hoạch cho một sứ mệnh, dự kiến phóng vào thập niên 2040, sẽ thực hiện các lần bay ngang qua Enceladus, và thậm chí có thể đi vào quỹ đạo và hạ cánh xuống bề mặt của nó.
Với một bộ thiết bị nâng cấp, sứ mệnh này sẽ nhằm tìm kiếm bằng chứng của sự sống trong vật chất cột phun. Nếu sự sống tồn tại quanh các hệ thống thủy nhiệt ở độ sâu của Enceladus, hành trình của nó từ đáy đại dương lên đến đỉnh và thoát ra không gian có thể rất dài và gian nan.
Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây của Fabian Klenner thuộc Đại học Washington và các cộng sự cho thấy rằng ngay cả một tế bào vi khuẩn đơn lẻ trong một hạt băng cũng có thể được phát hiện thông qua khối phổ. Do đó, hy vọng vẫn còn rằng nếu sự sống tồn tại bên trong Enceladus, bằng chứng về nó có thể đang trôi nổi trong không gian, chờ đợi chúng ta đến và quan sát.
Bryan
Theo The Conversation
