Cơ hội tìm thấy sự sống ngoài Trái Đất trong Hệ Mặt Trời của chúng ta là bao nhiêu? Frank Postberg, giáo sư khoa học hành tinh tại Đại học Tự do Berlin, đã công bố một nghiên cứu trên Science Advances cùng một nhóm nghiên cứu quốc tế. Họ đưa ra bằng chứng mới cho thấy việc xác định các thành phần của đại dương ẩn bên dưới bề mặt băng giá của Enceladus dễ dàng hơn so với những gì từng được giả định.
Postberg cũng đóng góp vào một nghiên cứu thứ hai được công bố cùng ngày. Trong nghiên cứu đó, ông và một nhà khoa học hành tinh khác tại Đại học Tự do Berlin, Tiến sĩ Nozair Khawaja, đã góp phần chứng minh rằng một số vi sinh vật có thể chịu được các điều kiện trong đại dương của Enceladus tốt hơn so với những gì từng được cho là như vậy. Các kết quả làm tăng khả năng tìm thấy bằng chứng về sự sống trên vệ tinh của Sao Thổ.
Điều gì khiến Enceladus hấp dẫn đến vậy trong cuộc tìm kiếm sự sống trong không gian?
Enceladus được coi là một trong những nơi hứa hẹn nhất để tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất trong Hệ Mặt Trời của chúng ta. Các nhà nghiên cứu nghi ngờ rằng một đại dương nước lỏng toàn cầu nằm bên dưới lớp vỏ băng của vệ tinh này, với một lõi đá nằm sâu hơn phía dưới. Do hoạt động phun trào băng, những cột vật chất khổng lồ phun qua các khe nứt trên lớp vỏ tại cực nam của vệ tinh, đẩy các hạt băng lên không gian ở độ cao hàng trăm kilomet.
Tàu không gian Cassini của NASA đã nhiều lần bay xuyên qua những cột vật chất này để phân tích thành phần của chúng. Đại dương của Enceladus là "vùng nước" ngoài Trái Đất duy nhất mà các nhà khoa học có thể trực tiếp phân tích mẫu. Các mẫu cho thấy dấu vết của nhiều loại muối và hợp chất hữu cơ khác nhau. Những phân tích trước đây từ Cassini cũng cho thấy các quá trình thủy nhiệt dưới đáy biển và những điều kiện khác có thể hỗ trợ sự sống.
Các cột băng của Enceladus phân tách và phân loại các thành phần của đại dương
Nghiên cứu của Postberg có tên là "Cassini CDA Observes Compositional Segregation of Enceladus' Ice Grains from Slow Freezing and Fragmentation of Oceanic Spray" (Thiết bị CDA của Cassini quan sát sự phân tách thành phần của các hạt băng trên Enceladus do quá trình đóng băng chậm và sự phân mảnh của các tia phun từ đại dương) cho thấy những phát hiện đáng ngạc nhiên về những gì xảy ra với nước đại dương trên hành trình đi vào không gian. Nhóm nghiên cứu quốc tế đã sử dụng dữ liệu Cassini, các thí nghiệm dài hạn trong phòng thí nghiệm và các mô hình lý thuyết để tái dựng quá trình này.
Các giọt nước hình thành trên bề mặt đại dương khi những bong bóng chứa khí nổi lên và vỡ ra. Hơi nước sau đó mang các giọt nước qua những khe nứt trong lớp vỏ băng và ra ngoài không gian. Trước đây, các nhà khoa học cho rằng những giọt nước này đóng băng tức thời. Những phát hiện mới cho thấy chúng đóng băng chậm, cho phép phần lớn các thành phần (bao gồm những chất hòa tan) phân tách khỏi nhau. Do đó, muối và vật chất hữu cơ được phân bố tại những vị trí khác nhau bên trong mỗi giọt nước đang đóng băng. Các loại muối khác nhau trước đó ở trạng thái hòa tan cũng phân tách; chẳng hạn, sodium chloride (NaCl, tức muối ăn) phân tách khỏi sodium carbonate (Na2CO3).
Trên đường đi lên, những giọt nước đã đóng băng tăng tốc tới vận tốc lên đến 1.000 km/h (620 dặm/giờ). Nếu va vào thành của các khe nứt băng, chúng vỡ thành những mảnh chỉ có kích thước vài micromet trước khi bắn ra không gian. Kết quả là các hạt băng thường chỉ chứa một chất đã được phân tách trước đó với nồng độ rất cao.
"Enceladus thực sự làm giúp chúng ta rất nhiều công việc trong việc chuẩn bị mẫu để phân tích, vốn thường đòi hỏi rất nhiều công sức trong các phòng thí nghiệm hóa học trên Trái Đất," Postberg, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết. "Các thành phần của đại dương được phân tách khỏi nhau và đồng thời được cô đặc vào từng hạt băng riêng biệt."
Giúp việc tìm kiếm dấu hiệu sự sống trở nên dễ dàng hơn
Cơ chế này giúp các nhà nghiên cứu xác định đặc điểm của đại dương với tư cách một môi trường sống tiềm năng. Nó cũng đặc biệt hữu ích trong việc tìm kiếm các dấu hiệu sinh học, tức những chỉ dấu có thể đo được của sự sống. Nếu một giọt nước đại dương chứa các thành phần từ những vi sinh vật ngoài Trái Đất, các thành phần đó có thể phân tách khỏi những chất khác khi giọt nước đóng băng. Sau quá trình phân mảnh, vật chất vi sinh vật có thể chỉ được tìm thấy trong một phần nhỏ số hạt băng. Tuy nhiên, trong những hạt đó, nó sẽ có nồng độ rất cao và tương đối tinh khiết.
"Đó là một tin tuyệt vời đối với việc tìm kiếm sự sống," Postberg nói. "Các tàu không gian trong tương lai sẽ phải phân tích nhiều hạt băng riêng lẻ trong cột vật chất. Nhưng nếu bắt gặp một hạt chứa vật chất vi sinh vật, chúng có thể xác định các dấu hiệu sinh học trong hạt đó tương đối dễ dàng bằng công nghệ hiện có."
Phát hiện này có thể có những ý nghĩa quan trọng đối với các nhiệm vụ không gian trong tương lai tới Enceladus, chẳng hạn nhiệm vụ L4 của Cơ quan không gian châu Âu (ESA) đang được lên kế hoạch. Nhiệm vụ này sẽ đặc biệt tìm kiếm các dấu hiệu sự sống trên vệ tinh của Sao Thổ. Phòng thí nghiệm của Postberg tại Đại học Tự do Berlin trước đây đã tiến hành các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm chứng minh rằng những thiết bị chuyên dụng có thể phát hiện vật chất tế bào vi sinh vật trong từng hạt riêng lẻ từ các cột băng.
Sự sống liệu có thể thực sự tồn tại trên Enceladus?
Một nghiên cứu gần đây mang lại những hiểu biết mới về câu hỏi này. Cùng ngày bài báo của Postberg xuất hiện trên Science Advances, các nhà khoa học tại Đại học Ludwig Maximilian München (LMU) đã công bố một bài báo khác trên tạp chí này có tên "Enceladus-Like Geochemistry Fuels Methanogenesis under Extreme CO₂-Limitation" (Địa hóa học tương tự Enceladus thúc đẩy quá trình sinh methane trong điều kiện cực kỳ khan hiếm CO₂), Postberg và Khawaja đóng góp vào nghiên cứu đó.
Các nhà khoa học đã tái tạo các điều kiện trong đại dương của Enceladus ở phòng thí nghiệm. Đại dương này có nồng độ oxygen rất thấp, nồng độ carbonate rất cao và có tính kiềm rất mạnh (với giá trị pH từ 10 đến 11). Sau khi tái tạo những điều kiện này, bao gồm tương tác thủy nhiệt của đại dương với đá dưới đáy, họ đưa Methanothermococcus okinawensis (tên một loại vi sinh vật) vào môi trường mô phỏng.
Vi sinh vật này là một vi sinh vật tạo methane, thường sống gần các miệng phun thủy nhiệt dưới biển sâu trên Trái Đất. Nó không cần oxygen, vốn rất hiếm trên Enceladus, để tồn tại. Quá trình trao đổi chất của nó chỉ cần hydrogen và carbon dioxide.
Các kết quả thật đáng ngạc nhiên: sinh vật này không thể phát triển trong môi trường nuôi cấy tối ưu trong phòng thí nghiệm ở mức pH cao như vậy vì thiếu carbon dioxide (CO2) hòa tan. Ngược lại, nó tiếp tục phát triển trong môi trường mô phỏng Enceladus, tạo ra methane (CH4) bằng cách sử dụng hydrogen sinh ra từ các phản ứng giữa nước và đá. Trong những điều kiện mô phỏng, các vi sinh vật thậm chí có thể điều chỉnh quá trình trao đổi chất để thích nghi với lượng carbon dioxide thấp. "Điều này thực sự khiến chúng tôi bất ngờ," Khawaja nói. "Đây là một thí nghiệm mà chúng tôi không kỳ vọng sẽ thu được kết quả thành công đến vậy."
Xét tổng thể, hai nghiên cứu trên Science Advances mang lại những hiểu biết mới cho cuộc tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất. "Trên Enceladus, những điều kiện địa hóa cụ thể có thể cho phép một trong những hệ trao đổi chất cổ xưa nhất từng được biết đến trên Trái Đất hoạt động, ngay cả trong những môi trường có tính kiềm rất mạnh," Postberg nói. "Mặc dù điều đó không có nghĩa là có sự sống trên vệ tinh của Sao Thổ, nghiên cứu đầu tiên của chúng tôi cho thấy rằng - trong trường hợp sự sống thực sự tồn tại - các nhiệm vụ không gian trong tương lai có thể có cơ hội tốt để tìm thấy dấu vết nếu chúng phân tích từng hạt băng riêng lẻ từ cột vật chất của Enceladus."
R.T
Theo Phys.org
