Lần đầu tiên trong lịch sử phát hiện cơ sở sự sống trên sao Kim
Ở hành tinh sao Kim khắc nghiệt, các nhà khoa học có thể tìm thấy oxy nguyên tử. Phát hiện này có ý nghĩa thế nào?
Oxy chiếm khoảng 21% không khí trên Trái đất, phần còn lại của bầu khí quyển của chúng ta chủ yếu là nitơ. Hầu hết các sinh vật sống – bao gồm cả con người – đều cần oxy để tồn tại.
Hành tinh láng giềng của Trái đất là sao Kim lại kể một câu chuyện hoàn toàn khác. Bầu không khí dày đặc và độc hại của nó bị chi phối bởi carbon dioxide ( CO2), chiếm đến 96,5%. Oxy gần như không có.
Trên thực tế, với việc sao Kim nhận được ít sự quan tâm khoa học hơn nhiều so với các hành tinh khác như sao Hỏa, thì việc phát hiện trực tiếp oxy trên sao Kim vẫn còn khó khăn. Phát hiện mới nhất của các nhà khoa học Đức đã làm nên cuộc cách mạng trong hành trình khám phá Kim tinh.
Tìm thấy nguyên tố sự sống hiếm có trên “hành tinh địa ngục”
Sử dụng một thiết bị trên Đài quan sát trên không SOFIA – một chiếc máy bay Boeing 747SP được sửa đổi để mang theo kính viễn vọng hồng ngoại trong một dự án chung giữa NASA và Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức – các nhà khoa học lần đầu tiên phát hiện trực tiếp oxy ở phía sao Kim đối diện với Mặt trời – nơi nó thực sự được tạo ra trong khí quyển của hành tinh, Reutersthông tin.
Hình minh họa mô phỏng bề mặt của sao Kim. Nó đủ nóng để làm tan chảy kim loại và với những đám mây chứa đầy axit, bất kỳ sự sống nào có thể tồn tại trong bầu khí quyển của sao Kim sẽ phải có khả năng chịu đựng những điều kiện cực kỳ khắc nghiệt. Nguồn: RICK GUIDICE / NASA / THE NEW YORK TIMES
Trên sao Kim có một lớp mây chứa axit sulfuric (H₂SO₄) cao tới 65 km so với bề mặt hành tinh này. Ở độ cao này, gió mạnh như bão thổi theo hướng ngược lại với hướng quay của hành tinh. Trong khi đó, ở độ cao khoảng 120 km phía trên bề mặt, gió mạnh thổi cùng hướng với chuyển động quay của hành tinh.
Và các nhà khoa học phát hiện thấy oxy nguyên tử tập trung giữa hai lớp hung dữ đó, ở độ cao khoảng 100 km. Nhiệt độ của oxy được phát hiện dao động từ khoảng -120 độ C ở nửa sáng của sao Kim đến -160 độ C ở nửa tối.
Các nhà khoa học lưu ý rằng oxy nguyên tử này chỉ chứa 1 nguyên tử oxy – khác với oxy phân tử, bao gồm 2 nguyên tử oxy và có thể giúp con người thở được.
Video đang HOT
“Bầu khí quyển của sao Kim rất dày đặc. Thành phần cũng rất khác so với Trái đất. Bầu không khí dày đặc trên hành tinh thứ hai từ Mặt trời giữ nhiệt trong hiệu ứng nhà kính. Nó không hề “hiếu khách” (dễ sống), ít nhất là đối với các sinh vật mà chúng ta biết từ Trái đất” – Nhà vật lý Heinz-Wilhelm Hübers của Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức, tác giả chính của nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Communications, cho biết.
Các nhà nghiên cứu cho biết, oxy nguyên tử được tạo ra trong ngày ở sao Kim bằng bức xạ cực tím từ Mặt trời, phân hủy carbon dioxide (CO2) và carbon monoxide (CO) trong khí quyển thành các oxy nguyên tử và các hóa chất khác. Một phần oxy sau đó được gió vận chuyển đến nửa tối của sao Kim.
Hình minh họa sao Kim bị gió Mặt trời “tấn công” mà không có sự bảo vệ từ từ tính. Nguồn: ESA / C. Carreau
Nhà vật lý thiên văn và đồng tác giả nghiên cứu Helmut Wiesemeyer – thuộc Viện thiên văn vô tuyến Max Planck ở Đức – cho biết: “Việc phát hiện oxy nguyên tử trên sao Kim là bằng chứng trực tiếp cho hoạt động của quang hóa – được kích hoạt bởi bức xạ tia cực tím Mặt trời – và cho sự vận chuyển các sản phẩm của nó bằng gió của khí quyển sao Kim”.
Helmut Wiesemeyer nói thêm: “Trên Trái đất, tầng ozone bảo vệ sự sống của chúng ta là một ví dụ nổi tiếng về quá trình quang hóa như vậy”.
Các nhà khoa học cho biết, nguyên tố chính trong bầu khí quyển của sao Kim là CO2, trong khi của Trái đất là nitơ. Điều thú vị là hai “hành tinh chị em” này có lượng CO2 trong khí quyển gần như giống nhau.
Tuy nhiên, Trái đất có thể loại bỏ CO2 khỏi khí quyển và chôn nó trong đá cacbonat, trong khi thực vật hấp thụ nó và chuyển hóa nó thành oxy. Đá cacbonat thường có ở các đại dương và được tái chế trở lại Trái đất thông qua hoạt động kiến tạo mảng, để giữ cân bằng CO2 trên Trái đất.
Ngược lại, sao Kim không có thực vật và đại dương để loại bỏ CO2; do đó, khí này cư trú trong khí quyển và tạo ra hiệu ứng nhà kính cực độ. Sao Kim cũng thiếu kiến tạo mảng và không thể đưa đá cacbonat vào sâu trong hành tinh. Do đó, bầu khí quyển là nơi duy nhất để CO2 thoát ra. Đó cũng là lý do bầu khí quyển của sao Kim dày đến mức trông gần như không thể xuyên thủng.
Sự thống trị của CO2 trong bầu khí quyển của sao Kim tạo ra áp suất cao và nhiệt độ bề mặt khoảng 454 độ C.
Sao Kim đứng ở vị trí thứ 2 tính từ Mặt trời. Ảnh: National Geographic
Sao Kim có đường kính khoảng 12.000 km, nhỏ hơn Trái đất một chút. Trong Hệ Mặt trời của chúng ta, Trái đất cư trú thoải mái trong “vùng có thể ở được – habitable zone” xung quanh Mặt trời – khoảng cách được coi là không quá gần cũng không quá xa so với một ngôi sao để có thể lưu trữ sự sống và giữ nước ở dạng lỏng. Còn sao Kim ở gần ranh giới bên trong Trái đất và sao Hỏa ở gần ranh giới bên ngoài Trái đất.
“Chúng ta vẫn đang ở giai đoạn đầu tìm hiểu sự tiến hóa của sao Kim và trong hành trình lý giải tại sao nó lại khác biệt với Trái đất đến vậy dù nó vẫn luôn được gọi là “hành tinh chị em” của Trái đất” – Heinz-Wilhelm Hübers cho biết.
Lần đầu tiên phát hiện từ quyển bảo tồn sự sống bên ngoài hệ Mặt trời
Khi chúng ta nghĩ về khả năng sinh sống của các ngoại hành tinh, vai trò của từ trường trong việc duy trì môi trường ổn định là điều cần xem xét bên cạnh những thứ như bầu khí quyển và khí hậu.
Từ quyển giúp bảo tồn sự sống của một hành tinh - Ảnh: Internet
Vành đai bức xạ là những cấu trúc từ tính hình vành khuyên bao bọc một hành tinh chứa đầy các electron và hạt tích điện năng lượng cực cao.
Được phát hiện lần đầu tiên xung quanh Trái đất vào năm 1958 với các vệ tinh Explorer 1 và 3, vành đai bức xạ có ở khắp nơi trong hệ Mặt trời: Tất cả các hành tinh có từ trường quy mô lớn —gồm Trái đất, sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương và sao Hải Vương - đều có chúng. Tuy nhiên trước giờ, không có vành đai bức xạ nào được quan sát rõ ràng bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta.
Phải đến hôm nay, một nhóm nhỏ các nhà thiên văn học, đứng đầu là Melodie Kao, trước đây thuộc Đại học Bang Arizona và hiện là Nghiên cứu tại Đại học California Santa Cruz, với sự cộng tác của cả Giáo sư Evgenya Shkolnik của Viện Khám phá Trái đất và Không gian của Mỹ, đã phát hiện ra vành đai bức xạ đầu tiên bên ngoài của hệ mặt trời của chúng ta. Kết quả được công bố trên tạp chí Nature hôm 15.5.
Khám phá được thực hiện xung quanh "sao lùn nâu" LSR J1835 3259, có kích thước tương đương sao Mộc nhưng đặc hơn rất nhiều. Nằm cách chòm sao Lyra chỉ 20 năm ánh sáng, nó không đủ nặng để trở thành một ngôi sao, nhưng lại thừa nặng để trở thành một hành tinh. Bởi vì các vành đai bức xạ trước đây chưa bao giờ được nhìn thấy rõ ràng bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta, nên chúng ta không biết liệu chúng có thể tồn tại xung quanh các vật thể khác như ngoại hành tinh hay không.
Giáo sư Evgenya Shkolnik, người đang nghiên cứu từ trường và khả năng sinh sống của các ngoại hành tinh trong nhiều năm, cho biết: "Đây là bước quan trọng đầu tiên trong việc tìm kiếm thêm nhiều vật thể như vậy và mài giũa kỹ năng của chúng tôi để tìm kiếm các từ quyển ngày càng nhỏ hơn, cuối cùng cho phép chúng tôi nghiên cứu các hành tinh có kích thước bằng Trái đất, có khả năng sinh sống được".
Mặc dù vô hình với mắt người, nhưng vành đai bức xạ mà nhóm nghiên cứu này phát hiện là một cấu trúc khổng lồ. Đường kính ngoài của nó kéo dài ít nhất 18 đường kính sao Mộc và các vùng sáng nhất bên trong có kích thước bằng 9 lần đường kính sao Mộc (cần nhớ đường kính Mặt trời chỉ bằng 10 lần đường kính sao Mộc). Được tạo thành từ các hạt di chuyển gần tốc độ ánh sáng và phát sáng mạnh nhất ở bước sóng vô tuyến, vành đai bức xạ ngoài hệ Mặt trời mới được phát hiện này, có cường độ mạnh hơn gần 10 triệu lần so với sao Mộc. Đồng thời, bản thân nó cũng sáng hơn Trái đất hàng triệu lần và chứa nhiều hạt năng lượng nhất so với bất kỳ hành tinh nào trong hệ Mặt trời.
Nhóm nghiên cứu đã chụp được ba bức ảnh có độ phân giải cao về các electron phát xạ vô tuyến bị mắc kẹt trong từ quyển của sao lùn nâu LSR J1835 3259 trong vòng một năm bằng cách sử dụng một kỹ thuật quan sát trứ danh mà chúng ta đã dùng để chụp ảnh lỗ đen ở trung tâm dải Ngân hà.
Bằng cách phối hợp 39 đĩa vô tuyến trải dài từ Hawaii đến Đức để tạo ra một chiếc kính viễn vọng cỡ Trái đất, nhóm nghiên cứu đã giải quyết được môi trường từ tính động của sao lùn nâu, được gọi là "tầng từ", để lần đầu tiên quan sát thấy từ quyền một vật thể bên ngoài hệ mặt trời. Họ thậm chí có thể nhìn thấy hình dạng của từ trường này đủ rõ ràng để suy luận rằng nó có khả năng là một từ trường lưỡng cực giống như của Trái đất và sao Mộc.
Giáo sư Jackie Villadsen của Đại học Bucknell thuộc nhóm nghiên cứu cho biết "Bằng cách kết hợp các đĩa vô tuyến từ khắp nơi trên thế giới, chúng tôi có thể tạo ra những hình ảnh có độ phân giải cực cao để nhìn thấy những thứ chưa ai từng thấy. Độ mạnh trong hệ thống quan sát của chúng tôi có thể so sánh với chiếc kính giúp một người đứng ở Washington D.C, đọc rõ hàng trên cùng của biểu đồ đo thị lực đặt tại California".
Thực ra, nhóm của Kao trước đó đã có manh mối rằng họ sẽ tìm thấy một vành đai bức xạ xung quanh ngôi sao lùn nâu này. Vào thời điểm nhóm thực hiện các quan sát này vào năm 2021, các nhà thiên văn vô tuyến đã quan sát thấy sao lùn nâu LSR J1835 3259 phát ra hai loại phát xạ vô tuyến có thể phát hiện được. Bản thân Kao sáu năm trước, khi còn ở trong một nhóm nghiên cứu khác đã xác nhận rằng phát xạ vô tuyến nhấp nháy định kỳ của nó, tương tự như ngọn hải đăng, là cực quang ở tần số vô tuyến.
Nhưng sao lùn nâu LSR J1835 3259 cũng có phát xạ vô tuyến ổn định hơn và yếu hơn. Dữ liệu cho thấy những phát xạ mờ hơn này không thể đến từ các vệt sáng của sao và trên thực tế nó rất giống với các vành đai bức xạ của sao Mộc.
Phát hiện này của nhóm cho thấy hiện tượng như vậy có thể phổ biến hơn so với suy nghĩ ban đầu - xảy ra không chỉ trên các hành tinh mà còn trên các sao lùn nâu, các ngôi sao có khối lượng thấp và thậm chí có thể là các ngôi sao có khối lượng rất cao.
Vùng xung quanh từ trường của một hành tinh hay còn từ quyển —gồm cả từ trường của Trái đất, có thể bảo vệ bầu khí quyển và các bề mặt của hành tinh khỏi bị tàn phá bởi các hạt vi sóng của Mặt trời và vũ trụ.
Kao nói: "Khi chúng ta nghĩ về khả năng sinh sống của các ngoại hành tinh, vai trò của từ trường trong việc duy trì môi trường ổn định là điều cần xem xét bên cạnh những thứ như bầu khí quyển và khí hậu".
Ngoài vành đai bức xạ đã được quan sát, nghiên cứu của nhóm Kao cho thấy sự khác biệt về "hình dạng" và vị trí không gian của cực quang (tương tự như cực quang của Trái đất) so với vành đai bức xạ từ một vật thể bên ngoài hệ Mặt trời của chúng ta.
Kao nói: "Cực quang có thể được dùng để đo cường độ từ trường, nhưng không đo được hình dạng. Chúng tôi đã thiết kế thí nghiệm này để giới thiệu một phương pháp đánh giá hình dạng của từ trường trên các sao lùn nâu và cuối cùng là các ngoại hành tinh.
Các tính chất cụ thể của mỗi vành đai bức xạ cho chúng ta biết điều gì đó về nguồn năng lượng, từ tính và hạt của hành tinh đó: nó quay nhanh như thế nào, từ trường của nó mạnh đến mức nào, nó ở gần sao mẹ đến mức nào, liệu nó có các mặt trăng có thể cung cấp nhiều hạt hơn không, hoặc liệu có các vành đai như kiểu sao Thổ sẽ hấp thụ chúng, v.v. Tôi rất vui mừng về ngày mà chúng ta có thể tìm hiểu về các ngoại hành tinh có từ quyển, đồng nghĩa với khả năng bảo tồn sự sống".
Châu Âu tiết lộ về tàu JUICE: Đến nơi sự sống ngoài hành tinh chờ đợi? Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) sẽ đánh dấu một bước tiến lớn trong công cuộc khai phá các hành tinh khác trong tháng 4 này bằng việc phóng tàu JUICE, thứ sẽ dùng Sao Kim lấy đà để bay đến Sao Mộc. Dự kiến tàu JUICE - hiện đang được bọc trong tên lửa Ariane 5, cùng loại với tên lửa...