Ảnh mặt trăng Enceladus với một cột hơi nước màu xanh dưới nó khi nằm trong bóng đêm không gianMinh hoạ này cho thấy mặt trăng băng Enceladus của Sao Thổ, với các cột phun hơi nước, hạt băng và phân tử hữu cơ trào ra từ các vết nứt gần cực nam. Các thí nghiệm phòng thí nghiệm mới gợi ý rằng một số phân tử hữu cơ này có thể hình thành ngay trên bề mặt mặt trăng thông qua hóa học do bức xạ kích hoạt, thay vì bắt nguồn từ một đại dương ngầm phía dưới.(Image credit: NASA/JPL-Caltech)
Enceladus, một trong những mặt trăng băng nhỏ của Sao Thổ, chỉ rộng khoảng 300 dặm (500 kilômét) — nhưng bất chấp kích thước khiêm tốn đó, nó đã trở thành một ngôi sao trong cuộc tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất. Từ các vết nứt gần cực nam, mặt trăng phun các mạch nước phun cao gồm hơi nước, băng và phân tử hữu cơ vào không gian, những gợi ý hấp dẫn về một đại dương ẩn có thể, về nguyên tắc, có khả năng hỗ trợ sự sống.
Nhưng nghiên cứu mới được trình bày tuần này tại một hội nghị khoa học hành tinh ở Phần Lan cho thấy rằng nhiều phân tử hữu cơ được phát hiện trong các cột phun này cũng có thể hình thành ngay trên bề mặt mặt trăng, được thúc đẩy bởi bức xạ liên tục từ trường từ Sao Thổ. Kết quả làm dấy lên hoài nghi liệu các cột phun có thực sự mang theo những lời thì thầm của sự sống ngoài hành tinh, hay chỉ là tiếng vọng của hóa học vô sinh trên lớp vỏ băng.
“Mặc dù điều này không loại trừ khả năng đại dương của Enceladus có thể hỗ trợ sự sống, nhưng nó cho thấy chúng ta cần phải thận trọng khi đưa ra giả định đó chỉ vì thành phần của các cột phun,” trưởng nhóm nghiên cứu Grace Richards của Viện Thiên văn học Quốc gia Ý nói trong một statement.
Trong thí nghiệm của họ, Richards và các đồng nghiệp tái tạo điều kiện trên Enceladus ở quy mô nhỏ bên trong một phòng thí nghiệm chuyên dụng ở Hungary. Sử dụng một buồng chứa băng, nhóm đã làm đông các hỗn hợp nước, carbon dioxide, methane và ammonia đến mức lạnh cắt da –420 độ F (-253 độ C), bắt chước điều kiện buốt giá gần bề mặt mặt trăng. Các lớp băng sau đó bị bắn phá bởi các “ion nhóm nước” có năng lượng cao, những hạt tích điện tương tự bị giữ quanh Sao Thổ và liên tục chiếu xạ Enceladus.
Để theo dõi những thay đổi hóa học do bức xạ gây ra, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phổ hồng ngoại để quan sát các “dấu vân” phân tử, hay phổ, của các lớp băng. Khi bức xạ tương tác với mẫu, các phổ dịch chuyển, báo hiệu sự hình thành các phân tử mới.
Mỗi trong năm thí nghiệm đã tạo ra carbon monoxide, cyanate và ammonium — các hợp chất đã được phát hiện trong các cột phun của Enceladus bởi tàu Cassini của NASA vào năm 2005. Khi các mẫu được làm ấm nhẹ, xuất hiện các hợp chất hữu cơ phức tạp hơn, bao gồm axit carbamic, ammonium carbamate và các tiền chất có thể của axit amin như methanol và ethanol, cũng như các phân tử như acetylene, acetaldehyde và formamide, vốn là những khối xây dựng có thể đóng góp vào hóa học tiên sinh.
“Mặc dù nhiều sản phẩm này trước đây chưa được phát hiện trên bề mặt của Enceladus, một số đã được phát hiện trong các cột phun của Enceladus,” Richards và các đồng nghiệp viết trong bài báo. Điều này dẫn đến “những câu hỏi về liệu vật liệu cột phun được hình thành trong môi trường không gian giàu bức xạ hay có nguồn gốc từ đại dương ngầm.”
Tin vũ trụ nóng hổi, cập nhật mới nhất về các vụ phóng tên lửa, các sự kiện quan sát bầu trời và nhiều hơn nữa!
Điều then chốt là, các khoảng thời gian cần thiết để bức xạ kích thích những phản ứng hóa học này tương đương với thời gian băng còn tiếp xúc trên bề mặt Enceladus hoặc trong các cột phun, vì vậy việc phân biệt các phân tử hữu cơ có nguồn gốc từ đại dương và những phân tử sinh ra trên bề mặt có thể sẽ rất khó khăn, nghiên cứu lưu ý.
“Có khả năng thành phần của đại dương ngầm sẽ không được phản ánh chính xác bởi thành phần của cột phun nổi lên, hoặc bởi vật chất lắng đọng ngay trên bề mặt liền kề với cột phun,” bài báo viết.
Đối với các nhà sinh hành tinh, kết quả vừa là lời cảnh tỉnh vừa là điều kích thích. Một mặt, chúng làm phức tạp câu chuyện rằng các phân tử hữu cơ trong cột phun là dấu hiệu chắc chắn của một đại dương thuận lợi cho sự sống. Mặt khác, chúng nhấn mạnh rằng hóa học phong phú, có thể liên quan đến sự sống, có thể phát triển ngay cả trong các môi trường khắc nghiệt, bị bức xạ tàn phá, từ đó mở rộng cách các nhà khoa học nghĩ về nơi các phân tử tiền sinh học có thể hình thành và tại sao Enceladus remains a prime target for exploration.
Nhiệm vụ Cassini của NASA, kết thúc vào năm 2017 bằng một dramatic plunge into Saturn’s atmosphere, đã cho nhân loại lần đầu và duy nhất “nếm thử” trực tiếp các mạch phun của Enceladus. Nhưng các dụng cụ trên tàu không được thiết kế để phân biệt giữa các phân tử được tôi luyện trong đại dương sâu có lẽ tồn tại bên dưới và những phân tử được tạo ra trong lớp vỏ băng.
Đồ hoạ cho thấy mô hình 3D của 98 mạch phun được phát hiện bởi cuộc khảo sát ảnh Cassini ở vùng cực nam của Enceladus (Image credit: ASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)
Những câu trả lời này có thể xuất hiện trong vài thập kỷ tới với các sứ mệnh tương lai. Một khái niệm đang được cân nhắc trong chương trình Voyage 2050 của European Space Agency là một thăm dò chuyên dụng có thể đáp xuống bề mặt và thu thập vật chất bị phun từ đại dương ẩn của mặt trăng. NASA cũng đã từng nghiên cứu khái niệm “Orbilander” được thiết kế để lấy mẫu các cột phun của Enceladus từ quỹ đạo.
Trong khi đó, Trung Quốc đang khám phá một kiến trúc nhiệm vụ nhiều phần bao gồm một tàu quỹ đạo, một tàu đổ bộ và một rô-bốt khoan sâu nhằm cố gắng tiếp cận đại dương ngầm để tìm kiếm các dấu hiệu sinh học tiềm năng.
Nghiên cứu này được mô tả trong một paper xuất bản trong ấn bản ngày 15 tháng Mười của tạp chí Planetary & Space Science.
