Mô hình Viking Lander.(Ảnh: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona)
Bài báo này ban đầu được xuất bản tại The Conversation. Ấn phẩm này đóng góp bài viết cho Space.com trong mục Expert Voices: Op-Ed & Insights.
Tìm kiếm sự sống ngoài Earth sẽ là một khám phá khoa học lớn và có ý nghĩa sâu rộng đối với mọi lĩnh vực khoa học và tư duy nhân loại. Tuy nhiên, cho đến nay chỉ có một cuộc tìm kiếm trực tiếp sự sống ngoài Trái Đất từng được tiến hành.
Tàu NASA Viking đổ bộ trên Mars đã tiến hành cuộc tìm kiếm này vào mùa hè năm 1976. Viking gồm hai bộ tàu quỹ đạo và tàu đổ bộ giống hệt nhau, với các buồng thí nghiệm trên tàu đổ bộ để tiến hành ba thí nghiệm sinh học.
Trong suốt nửa thế kỷ qua, các phép đo thu được từ các thí nghiệm sinh học của Viking đã là đề tài của nhiều cuộc thảo luận, phân tích và suy đoán. Ngày nay, các nhà khoa học vẫn tiếp tục tranh luận về kết quả của những thí nghiệm này nhằm trả lời câu hỏi muôn thuở là có sự sống ngoài Trái Đất hay không.
Năm 2025 đánh dấu 50 năm kể từ khi hai tàu vũ trụ này được phóng, cách nhau ba tuần. Những tàu đổ bộ này đã đạt được hai lần hạ cánh mềm thành công đầu tiên của con người với các tàu vũ trụ hoạt động trên bề mặt một hành tinh khác.
Tôi là một nhà khoa học khí quyển đã làm việc trên Viking missions vào những năm 1970 tại NASA Langley Research Center, phòng thí nghiệm đã phát triển và quản lý những sứ mệnh Viking rất thành công. Những khám phá khoa học của Viking đã vẽ nên một bức tranh mới về bầu khí quyển, bề mặt và lịch sử hành tinh Mars.
Hoạt ảnh Viking Lander (những năm 1970) [nguồn HD] – YouTubePhóng và hạ cánh các tàu Viking
Cả hai tàu Viking đều bao gồm một tàu quỹ đạo và một tàu đổ bộ. Viking 1 vào quỹ đạo Mars vào ngày 19 tháng 6 năm 1976 và đã hạ cánh thành công lên bề mặt vào ngày 20 tháng 7 năm 1976, đúng vào ngày kỷ niệm bảy năm của lần đổ bộ lên Mặt Trăng đầu tiên của con người. Viking 2 theo sau và hạ cánh vào ngày 3 tháng 9 năm 1976, tại một địa điểm ở tây bắc hơn.
Tin nóng về không gian, các cập nhật mới nhất về phóng tên lửa, sự kiện quan sát bầu trời và nhiều thông tin khác!
Viking không chỉ tìm kiếm sự sống.
Những tàu này mang thiết bị để chụp ảnh; lập bản đồ năng lượng nhiệt, gió và thời tiết; nghiên cứu thành phần hóa học của bề mặt, bụi và khí quyển; và thu thập, phân tích các mẫu đất.
Các phép đo mà Viking tiến hành đối với khí quyển cho thấy Mars từng có bầu khí quyển đặc hơn nhiều nhưng theo thời gian đã mất nó. Nó cũng quan sát thấy gió có thể cuốn các hạt bụi tí hon, thổi chúng lên trong khí quyển. Quá trình này làm cho bầu trời hành tinh có màu hồng vĩnh viễn.
Các tàu đổ bộ Viking còn phát hiện ra rằng tại bất kỳ vị trí nào trên Mars, áp suất bề mặt của khí quyển thay đổi theo mùa. Hành tinh có các cực bắc và nam đóng băng, giống như trên Trái Đất. Ở các cực của Mars vào mùa hè, carbon dioxide đóng băng bay hơi – chuyển từ thể rắn sang khí – và rồi ở cực mùa đông ngưng kết trở lại thành chất rắn đóng băng.
Quá trình này, đặc hữu của Mars, ảnh hưởng đến áp suất khí quyển bằng cách thay đổi lượng carbon dioxide ở dạng khí so với dạng rắn trên bề mặt hành tinh.
Sơ đồ có chú thích của gói thiết bị sinh học mà Viking 1 và Viking 2 mang theo để tìm dấu hiệu của sự sống. (Ảnh: NASA)Các thí nghiệm sinh học
Mỗi trong ba thí nghiệm sinh học của Viking đưa một mẫu đất từ bề mặt Martian vào một buồng thử đã được tiệt trùng và đưa mẫu tiếp xúc với một loại dinh dưỡng khác nhau trong điều kiện khí quyển khác nhau.
Các nhà nghiên cứu muốn biết liệu đất có chứa vi sinh vật hay không, vì vậy họ theo dõi cách khí quyển trong buồng thay đổi. Quá trình chuyển hóa – giống như hô hấp – từ các sinh vật tiêu thụ dinh dưỡng sẽ làm thay đổi thành phần hóa học của khí quyển trong buồng thử.
Tùy thuộc vào thí nghiệm, dinh dưỡng chứa carbon, carbon dioxide hoặc carbon monoxide – tất cả đều phóng xạ. Với các mẫu có chất phóng xạ, các nhà nghiên cứu có thể theo dõi mức độ phóng xạ trong buồng để xem liệu các phản ứng chuyển hóa trong mẫu đất có làm tăng hay giảm nó hay không.
Đối với cả ba thí nghiệm, các nhà nghiên cứu có thể dùng mệnh lệnh vô tuyến để làm nóng buồng thử, vốn vẫn nằm bên trong tàu Viking trên Mars. Điều này sẽ tiêu diệt bất kỳ vi sinh vật tiềm năng nào trong đất và ngăn chặn việc sản sinh bất kỳ khí nào do chúng tạo ra theo chuyển hóa.
Trong thí nghiệm đầu tiên, gọi là thí nghiệm đồng hóa carbon hoặc thí nghiệm pyrolytic release, các nhà nghiên cứu mô phỏng khí quyển Martian trong một trong các buồng thử của Viking. Họ lấp đầy buồng bằng những khí như carbon dioxide và carbon monoxide và làm cho những khí này có phóng xạ để quan sát cách khí quyển thay đổi do sự tương tác với mẫu đất.
Trong thí nghiệm thứ hai, The labeled release experiment, các nhà nghiên cứu trực tiếp tiêm mẫu đất bằng một chất dinh dưỡng chứa carbon phóng xạ. Họ theo dõi buồng thí nghiệm để tìm carbon dioxide phóng xạ và đo mức carbon dioxide phóng xạ sau khi tiêm mẫu đất. Trong thí nghiệm này, các nhà điều tra thấy kết quả có thể đến từ nguồn sinh học.
Thí nghiệm thứ ba, the gas exchange experiment, lấp đầy buồng bằng heli, chất không phản ứng với bất kỳ thứ gì. Họ cho mẫu đất tiếp xúc với các loại dinh dưỡng khác nhau. Một số đã ủ trong điều kiện ẩm ướt, một số trong điều kiện ẩm, và một số khác ở điều kiện khô.
Một lần nữa họ quan sát buồng để tìm các khí có thể do chuyển hóa tạo ra. Khi mẫu đất chạm vào chất dinh dưỡng ướt, độ ẩm lập tức gây ra một số thay đổi trong môi trường hóa học của buồng. Hầu hết các thay đổi này chỉ do nước bốc hơi gây ra.
Trong một trường hợp, các superoxide trong đất, vốn là molecul O₂ đã nhận thêm một electron, phản ứng với nước. Các thay đổi khác liên quan đến việc các phân tử oxy trong đất phân hủy. Tất cả những điều này đã làm thay đổi khí quyển trong buồng nhưng có khả năng không do vi sinh vật gây ra.
Các nhà nghiên cứu lặp lại thí nghiệm này bằng cách đặt lại khí quyển trong buồng và thêm dinh dưỡng mới, nhưng họ không thay đổi mẫu đất. Lần này, đất chỉ thải ra carbon dioxide vào buồng, có khả năng đến từ vật chất hữu cơ trong chất dinh dưỡng họ thêm vào bị phân hủy.
Kết quả từ thí nghiệm thứ ba đã khiến các nhà nghiên cứu kết luận rằng có khả năng không có vi sinh vật trong đất. Nhưng tổng thể, kết quả từ ba thí nghiệm không hoàn toàn rõ ràng.
Chỉ có kết quả của thí nghiệm labeled release gợi ý một nguồn gốc sinh học cho những quan sát. Thí nghiệm carbon assimilation và gas exchange ngụ ý rằng các phản ứng hóa học vô cơ hoặc phi sinh học đã gây ra những kết quả quan sát được.
Các nhà nghiên cứu trưởng dự án kết luận rằng không có bằng chứng rõ ràng và không thể chối cãi về sự sống được tìm thấy bởi các tàu đổ bộ Viking, nhưng không thể hoàn toàn loại trừ khả năng có sự sống.
Bức ảnh màu của đường chân trời Martian này được Viking 1 chụp vào ngày 24 tháng 7 năm 1976. (Ảnh: NASA)Thí nghiệm phân tích phân tử
Khác với các thí nghiệm sinh học, vốn thử nghiệm trên mẫu đất, một thí nghiệm khác của Viking, the molecular analysis experiment, trực tiếp tìm kiếm vật chất hữu cơ trên bề mặt Mars. Chất hữu cơ là các hợp chất carbon liên kết với hydrogen, oxygen hoặc nitrogen, có nguồn gốc trực tiếp hoặc gián tiếp từ sinh vật sống.
Điều khiến mọi người ngạc nhiên là thí nghiệm này không phát hiện bất kỳ hợp chất hữu cơ nào trên bề mặt Mars. Các nhà nghiên cứu đã biết trong nhiều năm rằng các thiên thạch chứa vật chất hữu cơ đã rơi xuống Mars nhiều lần trong lịch sử của nó, nên việc không tìm thấy gì dường như rất lạ.
Một số nhà khoa học giả thuyết rằng đất Martian có thể chứa một hợp chất nhanh chóng chuyển đổi bất kỳ vật chất hữu cơ nào trên bề mặt thành carbon dioxide. Một hợp chất như vậy sẽ làm tiêu biến mọi bằng chứng trước khi các thiết bị khoa học có cơ hội phát hiện.
Năm 2008, nhiều thập kỷ sau phát hiện này, NASA tìm thấy một hợp chất có thể làm điều đó. Their Phoenix lander phát hiện nồng độ cao của một hợp chất gọi là perchlorate trong đất.
Khi perchlorate bị nung nóng – như trong thí nghiệm phân tích phân tử của Viking – nó có thể hóa học tiêu hủy các hợp chất hữu cơ, và các nhà khoa học cho rằng nó rất có thể là thủ phạm đứng sau kết quả bất thường từ thí nghiệm phân tích phân tử.
Mô hình mới cho sự sống trên Mars
Các nhà khoa học vẫn đang sử dụng các phát hiện từ những thí nghiệm này đến ngày nay. Gần đây, Steven A. Benner, giám đốc Foundation for Applied Molecular Evolution, đã phát triển một mô hình mới cho sự sống hiện nay trên Mars dựa trên các phép đo từ ba thí nghiệm sinh học của Viking.
Mô hình của ông dự đoán rằng các vi sinh vật có thể đã sử dụng dinh dưỡng carbon phóng xạ trong buồng thí nghiệm để tạo ra thức ăn cho chính chúng, thải ra carbon dioxide phóng xạ trong quá trình đó. Nó cũng gợi ý rằng vào ban đêm, vi sinh vật có thể hấp thụ oxy và thải ra carbon dioxide. Điều đó có thể giải thích oxy được giải phóng từ mẫu đất Mars khi làm ẩm.
