Phát hiện chất liệu quan trọng hình thành sự sống trên mặt trăng băng

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Freie Berlin đã phát hiện ra phốt pho trong đại dương dưới bề mặt của Enceladus – mặt trăng của sao Thổ.

Việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất trong hệ Mặt trời của chúng ta vừa có một bước tiến vượt bậc. Một nhóm các nhà nghiên cứu do Giáo sư Frank Postberg tại Đại học Freie Berlin làm trưởng nhóm, đã phát hiện ra bằng chứng mới cho thấy đại dương dưới bề mặt của Enceladus – mặt trăng băng giá của sao Thổ chứa một khối vật chất quan trọng cấu thành cho sự sống. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu từ tàu không gian Cassini để phát hiện phốt pho ở dạng phốt phát trong các hạt băng (có nguồn gốc từ đại dương bị đóng băng của mặt trăng) đã bị đẩy vào không gian bởi vụ phun trào núi băng của mặt trăng (giống kiểu phun trào núi lửa ở Trái đất). Nghiên cứu mới được công bố trên Tạp chí khoa học Nature số tháng 6.2023.

Giáo sư Postberg, một nhà khoa học hành tinh cho biết: “Các mô hình địa hóa trước đây đã bị chia rẽ về câu hỏi liệu đại dương của Enceladus có chứa một lượng đáng kể phốt phát hay không. Các phép đo của Cassini mới đây cho thấy rõ ràng rằng một lượng đáng kể chất thiết yếu này có trong nước biển”.

Phốt pho ở dạng phốt phát rất quan trọng đối với mọi sự sống trên Trái đất. Ví dụ, nó cần thiết cho việc tạo ra DNA và RNA, màng tế bào và ATP (chất mang năng lượng phổ quát trong tế bào). Sự sống sẽ không tồn tại nếu không có phốt phát.

Tiến sĩ Fabian Klenner tại Đại học Washington cho biết: “Bằng cách xác định nồng độ phốt phát cao như vậy có sẵn trong đại dương của Enceladus, giờ đây chúng ta đã đáp ứng được điều thường được coi là một trong những yêu cầu nghiêm ngặt nhất trong việc xác định liệu các thiên thể có thể ở được hay không”. Tiến sĩ Nozair Khawaja, một nhà khoa học hành tinh gốc Pakistan hiện đang làm việc tại Đại học Freie Berlin cho biết thêm: “Bước tiếp theo đã rõ ràng – chúng ta cần quay lại Enceladus để xem liệu đại dương có khả năng xuất hiện sự sống có thực sự thích hợp cho sự sống hay không”.

Trong một chuyến bay ngang qua năm 2005, tàu vũ trụ Cassini của NASA đã chụp những bức ảnh có độ phân giải cao về Enceladus rồi ghép lại thành tấm ảnh này. Tấm ảnh cho thấy những vết nứt dài ở cực nam của mặt trăng cho phép nước từ đại dương dưới bề mặt thoát vào không gian – Ảnh: NASA

Vài năm trước, tàu vũ trụ Cassini-Huygens, được NASA và ESA triển khai hoạt động trên quỹ đạo của sao Thổ từ năm 2004 đến 2017, đã phát hiện ra đại dương lỏng dưới bề mặt của Enceladus và phân tích các mẫu vật thu được trong một đám hạt băng và khí phun trào vào không gian từ các vết nứt trên lớp vỏ băng giá của mặt trăng này. Trong các nghiên cứu trước đây, nhóm của Postberg đã xác định rằng Enceladus chứa một “đại dương soda” (giàu cacbonat hòa tan) và chứa rất nhiều hợp chất hữu cơ dễ phản ứng. Trong quá trình đó, họ cũng tìm thấy dấu hiệu của môi trường thủy nhiệt dưới đáy biển.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tại Đại học Freie Berlin gần đây mới phát hiện ra dấu hiệu không thể nhầm lẫn của phốt phát trong dữ liệu thu thập được. Điều quan trọng đối với khả năng xuất hiện sự sống là phốt phát không bị giữ lại trong khoáng chất đá mà hòa tan trong đại dương dưới dạng muối. Nồng độ phốt phát tại Enceladus được xác định là cao hơn 100 đến 1.000 lần so với đại dương trên Trái đất. Để điều tra làm thế nào Enceladus có thể duy trì nồng độ phốt phát cao như vậy trong đại dương, các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản (do Giáo sư Yasuhito Sekine đứng đầu) và Mỹ (do Tiến sĩ Christopher R. Glein đứng đầu) đã hợp tác tiến hành các thí nghiệm.

Postberg giải thích: “Các thí nghiệm và mô hình hóa quá trình địa hóa của chúng tôi chứng minh rằng nồng độ phốt phát cao như vậy là do khả năng hòa tan khoáng chất phốt phát được tăng cường. Từ đó dẫn đến suy đoán các điều kiện cụ thể này tồn tại không chỉ trên Enceladus, mà nói chung là trên toàn bộ phần phía ngoài hệ Mặt trời (sao Thủy, sao Kim, Trái đất và sao Hỏa được tính là phần phía trong hệ Mặt trời còn sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên vương, sao Hải vương… được tính là phần phía ngoài hệ Mặt trời). Đó là một tin tuyệt vời đối với (việc nghiên cứu) một số đại dương bên ngoài sao Mộc”.

Một trong những khám phá ấn tượng nhất thuộc lĩnh vực khoa học hành tinh trong 25 năm qua là các thế giới có đại dương bên dưới lớp băng bề mặt là phổ biến trong hệ Mặt trời của chúng ta. Thậm chí, chúng chứa nhiều nước hơn đáng kể so với tất cả các đại dương trên Trái đất cộng lại. Chúng bao gồm các mặt trăng băng giá của sao Mộc như Europa và sao Thổ như Ganymede, Titan và Enceladus, cũng như các thiên thể xa xôi hơn như sao Diêm vương.

Các hành tinh có đại dương trên bề mặt như Trái đất phải có quỹ đạo trong một phạm vi hẹp (trong vùng được gọi là “vùng có thể ở được”) đủ gần với ngôi sao chủ để duy trì nhiệt độ để nước không bị đóng băng cũng như đủ xa để nước không bị bốc hơi. Tuy nhiên, các thế giới có đại dương như vệ tinh Enceladus có thể xuất hiện trên một phạm vi với khoảng cách rộng hơn nhiều, làm tăng đáng kể số lượng thế giới có khả năng nuôi dưỡng sự sống trên khắp Ngân hà.