Phân tích cơ hội tồn tại sinh vật trên mặt trăng của sao Mộc

Ngoài Trái đất, Europa là một trong ba thế giới trong hệ Mặt trời của chúng ta - cùng với 2 mặt trăng Enceladus và Titan của sao Thổ - thường được cho là sở hữu ba thành phần tạo nên sự sống bao gồm: nước lỏng, năng lượng và các khối phân tử hóa học nuôi mầm sự sống.

Europa khó nuôi dưỡng sự sống

Trong đó, Europa được quan tâm hơn cả so với Enceladus và Titan vì nó gần Trái Đất hơn. Quỹ đạo sao Mộc chỉ cách Trái đất 4 đơn vị thiên văn (1 đơn vị thiên văn tương ứng khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời là 150 triệu cây số) trong khi quỹ đạo sao Thổ cách Trái đất đến 9 đơn vị thiên văn.

Hơn nữa, Europa được cho là khoảng 4,5 tỉ năm tuổi, bằng tuổi Trái đất. Nói cách khác, sự sống có cùng khoảng thời gian xuất hiện trên Europa như ở Trái đất.

Như một cách làm rõ cho tất cả những yếu tố hội tụ đầy hứa hẹn đó, NASA dự kiến vào tháng 10 sẽ phóng Europa Clipper - tàu vũ trụ lớn nhất mà họ từng phát triển cho các sứ mệnh hành tinh.

Nhưng khi chuyến đi đầu tiên của Clipper đến gần, người ta vẫn chưa rõ liệu vùng biển phủ đầy băng trên mặt trăng Europa có thể duy trì sự sống hay không. Khi nhà khoa học hành tinh Paul Byrne thuộc Trường đại học Washington và các nhà nghiên cứu khác đặt câu hỏi liệu đáy biển trên Europa có phải vùng đất chết hay không, những trận động đất bí ẩn được phát hiện trên mặt trăng của Trái đất gợi ý rằng các cơ chế bí ẩn cũng có thể hoạt động bên trong Europa. Và ngay cả khi mặt trăng băng giá của sao Mộc ngày nay không thể ở được, thì không phải tình trạng đó lúc nào cũng như vậy.

Robert Pappalardo, nhà khoa học hành tinh tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực ở Pasadena, California, người làm việc trong sứ mệnh Clipper, cho biết hoạt động địa chất của đáy biển Europa và khả năng nuôi dưỡng sự sống của nó có thể là mấu chốt của vấn đề về khả năng sinh sống của mặt trăng này. Pappalardo nhận định: “Đó là một câu hỏi gây nhức nhối cho chúng ta. Dù thế nào đi nữa, điều quan trọng là phải hiểu được sự sống ngoài kia nói chung như thế nào”.

Tất cả yên tĩnh dưới đáy đại dương

Đại dương của Europa chìm trong bóng tối. Nó được cho là nằm bên dưới một lớp băng ước tính dày ít nhất 20 km bao bọc toàn bộ mặt trăng của sao Mộc. Và độ sâu của đại dương trên Europa không thể đo lường được, mà người ta chỉ ước tính là sâu khoảng 60 đến 150 km. Để so sánh thì cần biết độ sâu trung bình của đại dương trên Trái đất là 4 km.

Bất cứ thứ gì sống trong bóng tối đó đều phải dựa vào tổng hợp hóa học. Trong khi thực vật và thực vật phù du tổng hợp thức ăn từ ánh sáng, nước và carbon dioxide, các sinh vật tổng hợp hóa học thu hoạch các phân tử mang carbon và năng lượng giải phóng từ các phản ứng hóa học trong môi trường của chúng. Dưới đáy đại dương của Trái đất, các vi khuẩn thuộc loại này tập trung các miệng phun thủy nhiệt và các khe rò rỉ khí mê-tan, các ốc đảo hóa học được duy trì bởi lực kiến ​​tạo và hoạt động núi lửa.

Byrne cho biết, để những sinh vật như vậy tồn tại trong đại dương Europa, cần phải có những môi trường ổn định về mặt địa chất tương tự như ở Trái đất, hoặc ít nhất là các phản ứng hóa học giữa nước và bề mặt đá mới. Chính vì vậy, câu hỏi cơ bản của các nhà khoa học là: Khả năng điều đó xảy ra là bao nhiêu?

Byrne và các đồng nghiệp đã xây dựng các mô phỏng máy tính về đáy biển của Europa, tính đến lực hấp dẫn của mặt trăng này, áp lực của đại dương phía trên và áp lực của nước bên trong đáy biển. Từ các mô phỏng, nhóm nghiên cứu đã tính toán độ bền của các tảng đá phía dưới bề mặt đáy biển khoảng 1 km, hoặc ứng suất cần thiết để buộc các đoạn đứt gãy dưới đáy biển di chuyển làm lộ đá tươi tiếp xúc với nước biển.

Byrne cho biết, so với ứng suất tác dụng lên đáy biển bởi lực hấp dẫn của sao Mộc và sự đối lưu của vật chất trong lớp phủ bên dưới của Europa, thì những tảng đá tạo nên đáy biển của Europa có sức ỳ lớn hơn ít nhất 10 lần. Từ đó, Byrne kết luận: “Thông điệp rút ra là đáy biển tại Europa có khả năng trơ về mặt địa chất”, tức là rất kín kẽ không dễ tạo khe cho dung nhau tự động phun lên.

Không đủ dung nham để làm cách mạng cho sự sống

Austin Green, một nhà khoa học hành tinh tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực cũng chia sẻ quan điểm đầy bi quan này. Ông và các đồng nghiệp đã mô phỏng dòng dung nham bắt nguồn từ bên trong Europa, để kiểm tra xem magma từ bên dưới có thể dâng lên để chạm tới đáy biển và tiếp xúc với nước hay không.

Để điều đó xảy ra, magma trước tiên phải trồi lên đủ mạnh để chọc thủng lớp đá phía trên. Và thứ hai, nguồn magma phải đủ lớn để cung cấp đều đặn đá nóng chảy cho các dòng trồi lên, nếu không chúng sẽ nguội đi và đông cứng lại trong quá trình trồi lên.

Các mô phỏng cho thấy rằng điều kiện đầu tiên là không thể xảy ra. Green cho biết trọng lực thấp của Europa làm suy giảm khả năng tạo ra những khối đá nóng chảy lớn, đã hạn chế lực trồi lên của magma. Thay vào đó, magma chỉ tạo thành những khối nhỏ và phân tán trong lớp phủ.

Khối lượng magma ít ỏi cũng loại trừ điều kiện thứ hai: phải đủ nguồn cung. Giả sử lực trồi lên thỏa mãn, nhóm nghiên cứu đã mô phỏng dòng magma dâng lên trong lớp phủ. Họ phát hiện ra rằng các túi đá nóng chảy lan tỏa hình thành ở độ sâu khoảng 200 km dưới đáy biển. Từ độ sâu đó, dòng magma dâng tới điểm cao nhất cũng chỉ tiến lên thêm 5% quãng đường tới đáy biển trước khi đông đặc lại.

Green nói: “Hoạt động núi lửa ở đáy biển Europa ngày nay rất khó xảy ra. Nếu núi lửa là nguồn cần thiết để có thể nuôi dưỡng sự sống được thì đại dương của Europa là nơi không thể ở được”