Đi tìm sự sống trên hàng trăm mặt trăng trong hệ Mặt trời

Trong nỗ lực tìm hiểu làm thế nào sự sống có thể phát triển trên các hành tinh khác, các nhà sinh vật học vũ trụ thường đi đến những nơi khắc nghiệt và cực đoan nhất trên Trái đất. Và khi nói đến việc mô phỏng các điều kiện môi trường trên các mặt trăng băng giá như Europa của sao Mộc và Enceladus của sao Thổ, thì Nam Cực là đối tượng tương tự gần nhất mà chúng ta có thể tiếp cận.

Một bài báo mới của nhà nghiên cứu Alessandro Napoli (Đại học Rome, Ý) đã nhấn mạnh sự đa dạng phong phú của vi sinh vật gần trạm Concordia, một cơ sở nghiên cứu của Pháp - Ý trên cao nguyên Nam Cực, ở độ cao hơn 3.000 mét so với mực nước biển. Ở đây, nhiệt độ trung bình hằng năm là âm 50 độ C và nhiệt độ mùa đông thậm chí có thể giảm xuống âm 80 độ C.

Bất chấp nhiệt độ đóng băng, nhóm nghiên cứu bằng phương pháp giải trình tự DNA đã tìm thấy nhiều loại vi khuẩn khác nhau, ngay cả trong các mẫu băng tuyết. Hầu hết là vi khuẩn proteobacteria, nhưng cũng có nhiều loại vi khuẩn cổ và nấm khác nhau.

Mặc dù các vi khuẩn không nhiều nhưng số lượng thưa thớt của chúng cũng gần đạt đến giới hạn phát hiện, nghiên cứu cho thấy các kỹ thuật dựa trên trình tự DNA có thể hoạt động trong môi trường xa xôi và thù địch. Ở những nhiệt độ lạnh giá này, không có vi khuẩn nào được phát hiện có khả năng hoạt động, chúng tồn tại ở trạng thái không hoạt động cho đến khi nhiệt độ tăng đủ cao để quá trình trao đổi chất bắt đầu hoạt động trở lại.

Cuộc sống trong môi trường khắc nghiệt

Mặc dù điều kiện ở ngay cả những nơi lạnh nhất trên Trái đất vẫn rất khác so với điều kiện ở bên ngoài hệ Mặt trời, nhưng loại nghiên cứu này có thể rất hữu ích cho ngành sinh vật học vũ trụ. Mặt trăng Europa của sao Mộc có một đại dương bên dưới một lớp băng dày vài cây số và đại dương này có thể chứa nhiều nước ở dạng lỏng hơn tất cả các đại dương trên Trái đất cộng lại. Lớp phủ băng của Europa được cho là tiếp xúc trực tiếp với nước bên trên và do sự nhào trộn thủy triều gây ra bởi lực hấp dẫn của sao Mộc (lớp vỏ băng giống như vỏ trứng vỡ), mặt trăng có thể có các lỗ thông thủy nhiệt tương tự như những gì chúng ta tìm thấy ở đáy của các đại dương của Trái đất. Trên hành tinh của chúng ta, những lỗ thông hơi này chính là thiên đường cho sự sống và điều này cũng có thể đúng với Europa.

Đại dương dưới bề mặt của Enceladus nhỏ hơn nhiều so với Europa và nó không phủ khắp bề mặt. Nhưng, thật may mắn cho chúng ta là gần cực nam của mặt trăng ấy, nó phun ra những thứ bên trong ra không gian. Do đó, ta có thể phân tích hoặc thậm chí lấy mẫu bởi một con tàu vũ trụ đi ngang qua. Điều đó dễ dàng hơn nhiều so với việc khoan bên dưới lớp băng để tiếp cận với nước.

Một số thành phần hóa học, bao gồm hydro, metan, amoniac, axit hydrocyanic và các hợp chất hữu cơ đơn giản, đã được xác định trong các vòi phun từ Enceladus ra không gian, thúc đẩy hy vọng rằng thế giới băng giá này có thể chứa sự sống của vi sinh vật. Khám phá các đại dương của Europa sẽ cần một tàu đổ bộ, nhưng trong trường hợp của Enceladus, chỉ cần một con tàu được thiết kế tỉ mỉ có nhiệm vụ bay qua thu thập các mẫu cho chúng ta biết những gì cần biết.

Hai mặt trăng băng giá khác của sao Mộc, Ganymede và Callisto, ít thú vị hơn đối với sinh học vũ trụ Ganymede, được cho là cũng có một đại dương dưới bề mặt, nhưng nó có khả năng bị kẹp giữa các lớp băng, vì vậy nó sẽ không có lỗ thông hơi thủy nhiệt kiểu Trái đất. Triton là một thiên thể thuộc vành đai Kuiper bị sao Hải vương bắt giữ làm vệ tinh và cũng là một vật thể chứa mối quan tâm lớn về sinh học vũ trụ do khả năng có nước. Các nhà khoa học suy đoán có đại dương amoniac nằm bên dưới một bề mặt chủ yếu là ni tơ đông lạnh của nó.

Tìm kiếm dấu hiệu sự sống trên Titan

Tuy nhiên, có lẽ thế giới thú vị nhất trong hệ Mặt trời bên ngoài là mặt trăng Titan bị mây của sao Thổ bao phủ. Hãy tưởng tượng đó là Nam Cực, nhưng thực ra Titan còn lạnh hơn. Loại bỏ tất cả oxy và carbon dioxide tự do, sau đó thỉnh thoảng thêm một trận mưa khí mê tan từ các đám mây luôn hiện hữu. Trên thực tế, Titan là mặt trăng duy nhất trong hệ Mặt trời có bầu khí quyển đáng kể.

Trên bề mặt nó tồn tại các hồ khí mê tan và ethane lỏng, với rất nhiều hợp chất hữu cơ. Do môi trường trên Titan rất khác với môi trường Trái đất, bất kỳ dạng sống nào gần những hồ này khá xa lạ với con người. Điều đó chỉ làm cho khả năng có sự sống trên Titan trở nên thú vị hơn: Nếu ta tìm thấy sự sống ở đó, nó chắc chắn đã phát sinh độc lập. Và việc hai nguồn gốc riêng biệt trong cùng một hệ Mặt trời càng củng cố giả thuyết sự sống trong vũ trụ là phổ biến.

Tuy nhiên, sẽ không dễ để chứng minh sự tồn tại của sự sống trên Titan. Chúng ta gần như chắc chắn sẽ cần một cuộc đổ bộ và nhiệm vụ này khó khăn, tốn kém hơn nhiều so với một chuyến bay thăm dò hoặc quay quanh quỹ đạo. Ngoài ra, nếu sự sống trên Titan tồn tại, thì việc phát hiện ra nó sẽ khó khăn hơn vì chúng ta chưa từng tiếp cận dạng sự sống mới nào ngoài Trái đất. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là không thể. Chúng ta sẽ đặc biệt tìm kiếm các phân tử hữu cơ lớn (có thể khác với các phân tử được sử dụng cho các phản ứng sinh hóa trên Trái đất) và các đồng vị nhẹ hơn của một số hợp chất hóa học.

Cho đến ngày chúng ta gửi tàu đổ bộ đến Titan, công việc tương tự trên Trái đất có thể giúp ta hiểu cách sự sống có thể tương tác với ma trận hydrocarbon. Trong quá trình nghiên cứu hồ nhựa đường lỏng tự nhiên ở Trinidad suốt nhiều năm, các nhà khoa học đã tìm thấy các loại vi sinh vật khác nhau trong hydrocacbon lỏng, nhiều loại trong số đó trước đây chưa được biết đến. Họ thấy rằng hầu hết các vi khuẩn sống trong những giọt nước nhỏ trong ma trận hydrocarbon. Trên thực tế, những giọt này chứa một hệ sinh thái vi sinh vật độc đáo, có lẽ là hệ sinh thái nhỏ nhất được công nhận cho đến nay.

Những nghiên cứu này và những nghiên cứu tương tự khác dạy chúng ta cách các sinh vật có thể tương tác với một môi trường có vẻ thù địch mà vẫn sinh tồn được. Tất nhiên, nghiên cứu kiểu như vậy cũng có giới hạn của nó do nhiệt độ chênh lệch trên Trái đất và Titan gây khó khăn cho việc suy đoán thông tin từ thế giới này sang thế giới khác. Thế nhưng, về nguyên tắc, hai nơi có thể có các điều kiện biên giống nhau. Càng hiểu rõ về môi trường khắc nghiệt trên hành tinh của chúng ta thì càng được trang bị tốt hơn để nhận ra sự sống ở những nơi khác trong hệ Mặt trời.

Sao Mộc đã chính thức trở thành hành tinh có nhiều mặt trăng nhất trong hệ Mặt trời, hiện được tính là 92, sau khi phát hiện thêm 12 vệ tinh tự nhiên. Báo cáo của nhà thiên văn học Scott Sheppard nêu rõ nhóm nghiên cứu của ông đã quan sát được thêm 12 mặt trăng quay quanh sao Mộc, nâng tổng số mặt trăng được xác nhận của hành tinh này lên 92. Trước đó, sao Thổ từng giữ vị trí "quán quân" với 83 vệ tinh quay quanh.

Cụ thể, việc xác định rõ 12 mặt trăng mới của sao Mộc mất khoảng 1 năm và nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính viễn vọng Magellan ở Chile để quan sát. Các mặt trăng mới được phát hiện có kích thước nhỏ (từ 1 - 3,2km), có quỹ đạo rộng và 9/12 vệ tinh này mất hơn 550 ngày để quay quanh hành tinh khí khổng lồ.

Theo nhà thiên văn học Scott Sheppard, những mặt trăng này từng là tiểu hành tinh bởi chúng có quỹ đạo rộng và quay ngược với hướng quay của sao Mộc, nhưng lại bị cuốn vào lực hấp dẫn của sao Mộc. Đặc biệt, chúng có tốc độ quay tương đương với hành tinh chủ.

Liên minh Thiên văn quốc tế cho phép đặt tên cho bất kỳ mặt trăng nào có kích thước lớn hơn khoảng 2,4km. Như vậy, một nửa số mặt trăng mới khám phá này sẽ sớm được đặt tên bởi Trung tâm Hành tinh nhỏ - nơi đảm nhận việc theo dõi vị trí của các hành tinh nhỏ, sao chổi và thiên thạch.

Các nhà khoa học cho biết việc tìm kiếm thêm các mặt trăng xung quanh sao Mộc và quỹ đạo của chúng có thể giúp xác định mục tiêu cho những nhiệm vụ khám phá vũ trụ trong tương lai của loài người.

Được biết tàu thăm dò Jupiter Icy Moons Explorer của Cơ quan Vũ trụ châu Âu sẽ được phóng đi vào tháng 4 tới và Europa Clipper của NASA dự kiến phóng năm 2024 sẽ tới sao Mộc. Trên đường di chuyển, những tàu thăm dò mới có thể đi quanh các mặt trăng vừa được phát hiện.