Các hành tinh tự do, hay như chúng thường được gọi hơn, các hành tinh lang thang (Rogue Planet), trôi dạt trong không gian liên sao hoàn toàn đơn độc. Nói rằng có thể có rất nhiều trong số chúng có lẽ vẫn còn là một cách nói giảm. Các ước tính gần đây cho rằng số lượng hành tinh lang thang có thể tương đương với số lượng sao trong thiên hà Milky Way của chúng ta. Một số trong đó, chắc chắn, có các vệ tinh đi kèm, và một vài vệ tinh trong số đó thậm chí có thể có kích thước tương đương Trái Đất.
Một bài báo mới, đã được chấp nhận đăng trên Monthly Notices of the Royal Astronomical Society và cũng có sẵn dưới dạng bản thảo trên arXiv, do David Dahlbüdding thuộc Đại học Ludwig Maximilian ở Munich và các cộng sự thực hiện, mô tả cách một số ngoại vệ tinh lang thang đó thậm chí có thể có nước lỏng trên bề mặt của chúng.
Điều đó có lẽ nghe hoàn toàn phản trực giác. Nước lỏng chỉ có thể tồn tại khi môi trường đủ ấm, và nguồn nhiệt đó chủ yếu đến từ ngôi sao của hành tinh chủ. Vậy làm thế nào một vệ tinh của một hành tinh lang thang - vốn theo định nghĩa là không có ngôi sao nào ở gần - lại có thể có nước lỏng trên bề mặt? Câu trả lời đơn giản là: lực triều.
Tất nhiên, vấn đề có những sắc thái phức tạp hơn, nhưng sự nung nóng do lực triều chắc chắn có khả năng tạo ra nước lỏng trên một vệ tinh. Đây cũng chính là cơ chế tạo nên các đại dương ngầm dưới bề mặt trên Enceladus và Europa, và thậm chí gây ra các núi lửa đá nóng chảy trên Io, mà không cần bất kỳ nguồn năng lượng trực tiếp nào từ Mặt Trời. Việc bị kéo và đẩy bởi các hành tinh khí khổng lồ chủ của chúng là đủ để làm nóng phần bên trong của các vệ tinh này đến mức làm tan chảy nước.
Tuy nhiên, trong Hệ Mặt Trời của chúng ta không nơi nào có nước lỏng trên bề mặt của các vệ tinh này. Enceladus và Europa có các lớp băng khổng lồ bao phủ các đại dương nước lỏng của chúng, giúp giữ lại nhiệt sinh ra trong lõi vệ tinh, cho phép nhiệt độ ở những độ sâu đó đạt đến điểm nóng chảy của nước. Vậy làm thế nào các ngoại vệ tinh lang thang có thể duy trì nước lỏng trên bề mặt mà không có lớp băng giữ nhiệt?
Những ý tưởng ban đầu trong lĩnh vực này, đỉnh điểm là một bài báo của Guilia Roccetti cũng thuộc Đại học Ludwig Maximilian University ở Munich, tập trung vào việc liệu một khí quyển giàu carbon dioxide có thể giữ lại hiệu quả năng lượng từ sự nung nóng do triều trên bề mặt mà không cần lớp băng hay không. Để tạo thành một lớp chắn bảo vệ đủ mạnh, áp suất của CO₂ phải tương đối cao. Tuy nhiên, ở áp suất cao và với mức nhiệt tương đối thấp từ lực triều, CO₂ lại ngưng tụ thành dạng lỏng hoặc băng, khiến khí quyển sụp đổ và bản thân vệ tinh bị đóng băng.
Nhưng có một loại khí thay thế dường như không gặp phải số phận tương tự: hydro. Nó không chuyển sang dạng lỏng trừ khi ở nhiệt độ cực kỳ thấp, vì vậy sẽ không ngưng tụ ra khỏi khí quyển. Tuy nhiên, trong điều kiện thông thường, nó trong suốt đối với bức xạ hồng ngoại, nghĩa là nhiệt từ lực triều có thể dễ dàng bức xạ thoát ra ngoài. Nhưng ở áp suất rất cao, các phân tử H₂ va chạm với nhau tạo thành các lưỡng cực tức thời và, trong một quá trình gọi là hấp thụ cảm ứng va chạm (CIA), hấp thụ bước sóng hồng ngoại. Điều này khiến khí quyển hydro hoạt động như một tấm chăn hiệu ứng nhà kính khổng lồ, cho phép bề mặt vệ tinh duy trì đủ ấm để nước lỏng tồn tại chỉ với nguồn nung nóng do thủy triều từ hành tinh chủ.
Để chứng minh quan điểm của mình, các nhà nghiên cứu đã thực hiện một loạt mô phỏng về nhiệt độ của các vệ tinh với thành phần và áp suất khí quyển khác nhau, cũng như tác động của các mức độ nung nóng do thủy triều khác nhau đối với khả năng tồn tại nước lỏng. Họ sử dụng cả mô hình truyền nhiệt bức xạ và mô hình hóa học cân bằng để bảo đảm rằng họ đang phản ánh chính xác các khí quyển thực tế có thể tồn tại trên những vệ tinh lang thang này. Và những gì họ phát hiện thực sự đáng kinh ngạc.
Ở áp suất tiêu chuẩn của Trái Đất là 1 bar, nước lỏng có thể tồn tại trên bề mặt các vệ tinh này trong thời gian lên tới 95 triệu năm. Ấn tượng hơn, với một khí quyển dày gấp 100 lần khí quyển Trái Đất, nước lỏng có thể tồn tại trên một vệ tinh trong 4,3 tỷ năm - xấp xỉ độ tuổi của chính Trái Đất. Mức độ khả dĩ để một ngoại vệ tinh lang thang có được một khí quyển dày như vậy vẫn còn chưa rõ, nhưng với số lượng khổng lồ của chúng ngoài kia, hoàn toàn có thể ít nhất một trong số đó có điều kiện như vậy.
Trên bất kỳ vệ tinh nào có nước lỏng trên bề mặt, có một thứ thú vị liên quan đến một phân tử then chốt đối với sự sống là RNA. Quỹ đạo của vệ tinh quanh hành tinh chủ của nó có khả năng là elip rất dẹt, gây ra các thủy triều toàn cầu khổng lồ trong bất kỳ khối nước lỏng nào trên bề mặt - giống như một hiệu ứng đảo ngược so với cách thủy triều trên Trái Đất chịu ảnh hưởng từ lực hấp dẫn của Mặt Trăng. Điều này tạo ra một chu kỳ “ướt/khô” cho phép RNA hình thành. Trên Trái Đất sơ khai, các nhà khoa học cho rằng quá trình này có thể đã diễn ra trong các vũng thủy triều thay đổi theo chu kỳ thủy triều của hành tinh. Không cần phải nói, thủy triều trên bất kỳ ngoại vệ tinh như vậy sẽ lớn hơn rất, rất nhiều.
Vì vậy, thực sự tồn tại khả năng rằng sự sống có thể phát triển trên một vệ tinh có kích thước tương đương hành tinh của chúng ta quay quanh một hành tinh khối lượng lớn, nhưng không quay quanh bất kỳ ngôi sao nào. Với khả năng có hàng trăm tỷ đối tượng như vậy chỉ riêng trong thiên hà Milky Way, điều đó có thể dẫn đến những dạng sinh học rất thú vị và xa lạ. Tuy nhiên, hiện tại tất cả vẫn chỉ là suy đoán, vì chúng ta thậm chí còn chưa phát hiện trực tiếp một ngoại vệ tinh lang thang nào. Tuy vậy, vật lý học cho thấy chúng tồn tại, và với năng lực quan sát ngày càng gia tăng, chỉ còn là vấn đề thời gian trước khi chúng ta tìm thấy một đối tượng như vậy. Và có lẽ, khi điều đó xảy ra, sẽ đáng để tìm kiếm các dấu hiệu sinh học trên đó — dù chỉ là một ước mơ táo bạo.
Bryan
Theo Universe Today
