Khám phá bí ẩn TITAN - Mặt trăng của sao thổ

Góc Tìm Hiểu - 08/05/2020

Titan là mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ và cũng là mặt trăng duy nhất trong Hệ Mặt Trời có mây và bầu khí quyển dày đặc giống như các hành tinh. Các nhà khoa học cho rằng điều kiện trên Titan giống như thời kì đầu của Trái Đất và nó là một trong những nơi giống với Trái Đất nhất mà chúng ta tìm thấy tính đến thời điểm hiện tại.

Khám phá bí ẩn TITAN - Mặt trăng của sao thổ 

Titan là vệ tinh lớn nhất của Sao Thổ, vệ tinh duy nhất được biết có một khí quyển dày đặc, ở khoảng cách xa thứ 23 của Sao Thổ và xa thứ 6 trong nhóm những vệ tinh có kích thước đủ lớn để có hình cầu. Thường được miêu tả như một vệ tinh có những đặc điểm giống hành tinh.

Titan có đường kính lớn hơn khoảng 50% so với Mặt Trăng của Trái Đất và có khối lượng lớn hơn Mặt Trăng là 80% . Nó là vệ tinh lớn thứ hai trong Hệ Mặt Trời, sau vệ tinh Ganymede của Sao Mộc, và nếu tính theo đường kính, nó còn lớn hơn hành tinh nhỏ nhất, Sao Thuỷ, (dù chỉ có khối lượng bằng một nửa). Titan là vệ tinh được phát hiện đầu tiên của Sao Thổ, nó được khám phá năm 1655 bởi nhà thiên văn học người Hà Lan Christiaan Huygens.

Titan được cấu tạo chủ yếu gồm các vật liệu băng nước và đá. Mật độ khí quyển dày đặc khiến chúng ta khó tìm hiểu về bề mặt của Titan cho tới khi các thông tin mới được thu thập với phi vụ Cassini–Huygens năm 2004, gồm cả việc phát hiện các hồ hydrocarbon lỏng tại các vùng cực của vệ tinh này. Chúng là những vật thể lỏng lớn, ổn định duy nhất tồn tại trên bề mặt của bất kỳ một vật thể từng biết nào ngoài Trái Đất. 

TITAN - Mắt trăng lớn nhất của Sao Thổ

Xét Về địa chất, bề mặt vệ tinh này còn trẻ; dù các ngọn núi và nhiều núi lửa băng (dạng phun trào giống núi lửa nhưng thành phần chủ yếu là băng) có thể có đã được phát hiện, bề mặt khá phẳng với chỉ một ít hố va chạm. Titan hoàn thành một vòng quỹ đạo quanh Sao Thổ trong 15 ngày và 22 giờ. Tương tự như Mặt Trăng của Trái Đất và vệ tinh của các hành tinh khí khổng lồ khác, chu kỳ quỹ đạo của nó tương tự với chu kỳ tự quay; vì thế Titan bị khóa thủy triều vào chuyển động đồng bộ với Sao Thổ. Độ lệch tâm của quỹ đạo là 0,0288, và độ nghiêng là 0,348 độ so với xích đạo Sao Thổ. Quan sát từ Trái Đất, vệ tinh này có khoảng cách góc khoảng 20 lần bán kính Sao Thổ (chỉ hơn 1,2 triệu km). Độ nghiêng trục quay của Titan bằng không, nghĩa là trục tự quay của nó vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo chuyển động quanh Sao Thổ. 

Vậy khả năng cho sự sống trên titan là xảy ra không?

Các thí nghiệm trên Trái Đất cho thấy Titan nhiều khả năng là một nơi lý tưởng để sống hơn so với những suy nghĩ trước đây. Các chất hữu cơ phức tạp từng được cho là lơ lửng trên cao trong khí quyển có thể nằm gần bề mặt hơn so với ước tính.

Trước đây, các nhà khoa học cho rằng càng gần bề mặt Titan, hóa chất khí quyển của mặt trăng này càng nghèo nàn và thiếu sức sống, tuy nhiên, nghiên cứu này đã bị bác bỏ khi Vào ngày 25 tháng 9 năm 2008: Tàu vũ trụ Cassini của NASA nhìn xuyên qua bầu không khí dày đặc của Titan và 1 bức ảnh được chụp bằng máy ảnh góc hẹp của Cassini đã góp phần khẳng định trên Titan có 1 bầu khí quyển mang đến khả năng sẽ thuận lợi cho sự sống ở đó. Chính vì vậy, Các nhà khoa học đã cố gắng tìm những gạch nối giữa các thành phần hóa học trong khí quyển Titan hiện nay và các khả năng xuất hiện sự sống.

Một phần bề mặt trên Titan

Khí quyển của Titan chủ yếu gồm nitơ và khí hậu của nó gồm các đám mây metan và etan. Khí hậu có gió và các đặc điểm bề mặt do mưa tạo ra tương tự như các đặc điểm trên Trái Đất, như các đụn cát và các dải bờ biển, và, giống như Trái Đất, cũng bị chi phối bởi các hình mẫu thời tiết theo mùa. Với chất lỏng (cả ở trên và dưới mặt đất) và lớp khí quyển nitơ dày, Titan được cho là giống Trái Đất thời nguyên thuỷ, dù có nhiệt độ thấp hơn. Vì thế vệ tinh này đã được cho là có khả năng thích hợp cho vi khuẩn như một sự sống ngoài Trái Đất hay, ít nhất, như một môi trường hóa học tiền vi sinh vật với nhiều hợp chất hóa học hữu cơ phức tạp. Các nhà nghiên cứu đã cho rằng có thể biển chất lỏng dưới bề mặt hoạt động như một môi trường sinh học.

Bầu khí quyển của Titan hoạt động và phức tạp, ngoài 2 thành phần chính là nitơ 95% và metan (5%). Trong đó, cũng có sự hiện diện của các phân tử hữu cơ có chứa carbon và hydro, và thường bao gồm cả oxy và các nguyên tố khác tương tự như trong bầu khí quyển của Trái Đất. Hydro đã được coi là một phân tử thích hợp để thử nghiệm sự sống trên Titan: nếu sự sống phát sinh từ metan sử dụng một lượng đáng kể khí hydro, nó sẽ gây một hiệu ứng đo được trong tỷ lệ pha trộn của tầng đối lưu

Jason Hofgartner, Nhà khoa học hành tinh tại Đại học Cornell, cho biết trong một phỏng vấn vào năm 2014. "Điều tôi nghĩ thực sự đặc biệt ở Titan là nó có các hồ và biển metan và etan lỏng, khiến nó trở thành thế giới duy nhất ngoài Trái Đất trong Hệ Mặt Trời  có chất lỏng ổn định trên bề mặt của nó",nó không chỉ có hồ và biển, mà còn có sông và thậm chí có mưa. Nó có cái mà chúng ta gọi là chu trình thủy văn, và chúng ta có thể nghiên cứu nó như một chu trình thủy văn của Trái Đất - và đây là nơi duy nhất ngoài Trái Đất mà chúng ta biết rằng chúng ta có thể làm điều đó."

Đặc biệt, có một bí ẩn chưa được lý giải xung quanh bầu khí quyển của Titan: do khí metan bị phá vỡ bởi ánh sáng Mặt Trời, nên các nhà khoa học tin rằng có một nguồn khác bổ sung cho lượng khí đã mất. Một trong những nguồn khí metan tiềm năng là hoạt động núi lửa, tuy nhiên điều này vẫn chưa được các nhà khoa học đang tìm hiểu.

Bầu khí quyển của Titan có thể thoát ra ngoài không gian theo cách tương tự như của Trái Đất. Tàu vũ trụ Cassini đã phát hiện ra gió cực đã hút khí metan và nitơ (tích điện và tương tác với ánh sáng) theo từ trường của Sao Thổ và ra khỏi bầu khí quyển. Quá trình này được cho là tương tự với những gì xảy ra với từ trường trên Trái Đất. 

Trên Titan chứa nhiều khí Nitơ

"Tại mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ, Titan, các tàu vũ trụ Cassini và Huygens đã cho chúng ta thấy một trong những thế giới giống Trái Đất nhất từng gặp. Các thông tin về thời tiết, khí hậu và địa chất cung cấp những phương pháp mới để hiểu hơn về hành tinh của chúng ta", trang web của Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA (NASA's Jet Propulsion Laboratory) cho biết.

Và nghiên cứu thêm trong 1 số thí nghiệm của các nhà khoa học, với khí quyển như khí quyển của Titan, nếu có thêm tác dụng của tia tử ngoại thì một số chất hữu cơ phức tạp có thể được hình thành, và liệu những chất hóa học tìm thấy trên bề mặt Titan đã đủ để hình thành sự sống giống như quá trình tương tự trên Trái Đất  hay chưa ? 

Nếu có một quá trình tương tự như thế xảy ra, Titan cần phải có nước thể lỏng tồn tại tương đối ổn định và lâu dài trên bề mặt. Mặc dù không quan sát được sự tồn tại như vậy của nước trên bề mặt Titan, người ta vẫn đưa ra giả thuyết lạc quan rằng nước sinh ra do các thiên thạch rơi xuống Titan được bảo tồn dưới một lớp băng phía ngoài. Người ta cũng cho rằng amoniac ở dạng lỏng có thể tồn tại phía dưới bề mặt của vệ tinh, bên dưới lớp băng đá phía trên có thể là một lớp hỗn hợp nước - amoniac. Mặc dù điều kiện trong một môi trường như vậy là vô cùng khắc nghiệt, khi so với điều kiện trên Trái Đất, nhưng vẫn có thể tồn tại sự sống.

Bên cạnh đó, Trao đổi nhiệt giữa phần lõi và lớp vỏ của vệ tinh là yếu tố then chốt cho khả năng có tồn tại sự sống trong lòng Titan. 

Một giải thích khác cho sự tồn tại lý thuyết của cuộc sống trên Titan đã được đưa ra: nếu sự sống được tìm thấy trên Titan, về mặt thống kê nó dường như sẽ có nguồn gốc từ Trái Đất chứ không phải xuất hiện một cách độc lập, một quá trình được gọi là tha sinh. Nó đặt giả thiết rằng những vụ va chạm thiên thạch lớn và sao chổi trên bề mặt Trái Đất có thể khiến hàng triệu mảnh đá chứa đầy vi khuẩn bay lên thoát khỏi lực hút Trái Đất. Các tính toán cho thấy một số viên đá đó có thể va chạm với các thiên thể trong hệ mặt trời, gồm cả Titan.

Ngày 19/10/2019, các nhà khoa học đã công bố bản đồ địa chất đầu tiên trên vệ tinh Titan của Sao Thổ, với nhiều đồng bằng và đụn gò gồm các chất hữu cơ đã đóng băng và nhiều hồ chứa methane dạng lỏng, làm sáng tỏ một thế giới mới lạ được xem là một ứng cử viên "sáng giá" để nghiên cứu sự sống ngoài Trái Đất.

Nhà địa chất hành tinh Rosaly Lopes, thuộc Phòng thí nghiệm của NASA, có trụ sở ở California cho biết: "Các chất hữu cơ rất quan trọng đối với sự sống trên Titan, mà giới khoa học chúng tôi cho rằng có thể chứa cả đại dương nước dạng lỏng bên dưới lớp mặt đóng băng cứng". Theo các nhà khoa học, chất hữu cơ có thể thấm vào đại dương nước lỏng và tạo ra dưỡng chất cần thiết cho sự sống, nếu nó tồn tại ở Titan.

Các điều kiện trên Titan có thể trở nên thích hợp hơn cho sự sống trong tương lai. Vào khoảng Sáu tỷ năm nữa, khi Mặt trời trở thành sao khổng lồ đỏ,, đủ lớn để các đại dương nước tồn tại ổn định trên bề mặt. Khi lượng phát xạ tia cực tím của Mặt trời giảm đi, lớp sương phía trên khí quyển Titan sẽ mất đi, làm giảm hiệu ứng nhà kính ngược trên bề mặt và cho phép hiệu ứng nhà kính được tạo ra do metan khí quyển đóng một vai trò quan trọng hơn. khi các điều kiện đó cùng hoạt động có thể tạo ra một môi trường thích hợp cho các dạng sự sống ngoại lai, và sẽ tồn tại trong hàng trăm triệu năm, đủ lâu để ít nhất một dạng sự sống nguyên thủy hình thành. 

Đó là giả thuyết cho 6 tỉ năm nữa , nhưng mặc dù có những khả năng cuộc sống sinh vật , thì nó vẫn có rất nhiều cản trở cho cuộc sống trên Titan, và bất kỳ sự tương tự nào với Trái Đất đều không chính xác. Vì Với khoảng cách to lớn tới Mặt trời, Titan lạnh lẽo (một sự thực càng tăng thêm với hiệu ứng nhà kính ngược của những đám mây bao phủ nó), và bầu khí quyển của nó không có CO2. 

Dù có những khó khăn như vậy, chủ đề cuộc sống trên Titan có thể được miêu tả chính xác nhất như một cuộc thực nghiệm chứng minh các lý thuyết về các điều kiện cần thiết trước khi cuộc sống phát sinh trên Trái Đất. Tuy khả năng cuộc sống có thể không tồn tại, các điều kiện tiền sinh vật của môi trường Titan, và khả năng hiện diện của hóa chất hữu cơ, vẫn là một chủ đề gây hứng thú để tìm hiểu buổi đầu lịch sử sinh quyển Trái Đất. 

Thế nhưng, đối với các nhà khoa học, hành trình đi tìm kiếm sự sống trên Titan chưa dừng lại ở đó, để Tiếp nối sứ mệnh này, Cơ quan không gian Mỹ đã công bố dự án Gá-rân-phai Dragonfly sẽ được khởi động vào những năm 2020. Titan là một trong những vệ tinh khả thi nhất tồn tại sự sống trong Hệ Mặt Trời vì nó là vật thể duy nhất, ngoài Trái Đất, sở hữu các đại dương và sông hồ. 

Các nhà khoa học dự định sẽ sử dụng loại máy bay trực thăng đa cánh quạt không người lái để thu thập các mẫu vật tại hàng trăm địa điểm khác nhau trên bề mặt vệ tinh Titan. Theo dự kiến, tàu vũ trụ chở Dragonfly sẽ được phóng vào năm 2025 và tiếp đất trên Titan vào năm 2034.

 

Tại mỗi điểm đáp, Dragonfly sẽ lấy mẫu vật trên bề mặt và trong bầu khí quyển của Titan để đánh giá khả năng con người có thể sinh sống trên vệ tinh và tìm kiếm dấu hiệu hóa học của nước.

Bảo Trân

Góc Tìm Hiểu