Phát hiện mới về cơ hội tồn tại sự sống trên mặt trăng của sao Mộc

Mặt trăng băng giá Europa của sao Mộc từ lâu đã được coi là một trong những nơi dễ hỗ trợ sự sống nhất trong Hệ Mặt trời. Giờ đây, tàu Juno tới Sao Mộc đã lần đầu tiên trực tiếp lấy mẫu chi tiết bầu khí quyển của Europa.

Có rất nhiều lý do để lạc quan về khả năng tìm thấy sự sống của vi sinh vật trên Europa. Bằng chứng từ tàu Galileo trước đây đã chỉ ra rằng mặt trăng của sao Mộc có một đại dương bên dưới bề mặt băng giá với lượng nước gấp đôi lượng nước so với tổng các đại dương trên Trái đất.

Ngoài ra, các phân tích từ dữ liệu của Europa cho thấy đáy đại dương của mặt trăng này tiếp xúc với đá, tạo điều kiện cho các tương tác hóa học giữa nước và đá sinh ra năng lượng, khiến Europa trở thành ứng cử viên hàng đầu cho tồn tại sự sống.

Trong khi đó, các quan sát bằng kính viễn vọng cho thấy Europa có vẻ sở hữu bầu không khí mỏng, giàu oxy. Mặt trăng này dường như cũng có những dòng nước phun trào liên tục từ đại dương. Và có một số bằng chứng về sự hiện diện của các nguyên tố hóa học cơ bản trên bề mặt như carbon, hydro, nitơ, oxy, phốt pho và lưu huỳnh vốn là nguyên liệu cần thiết sự sống trên Trái đất. Một số trong số này có thể thấm xuống đại dương từ khí quyển và bề mặt.

Sự nóng lên của Europa và đại dương của nó một phần là do quỹ đạo của hệ mặt trăng quay quanh sao Mộc. Lực hấp dẫn từ sao Mộc và các mặt trăng khác với Europa tạo ra địa nhiệt làm nóng một môi trường vốn lạnh giá.

Mặc dù Europa tự hào có ba thành phần cơ bản cho sự sống: nước, các nguyên tố hóa học phù hợp và nguồn nhiệt – nhưng chúng ta vẫn chưa biết liệu có đủ thời gian để sự sống phát triển hay không.

Ứng cử viên hàng đầu khác trong hệ mặt trời của chúng ta là sao Hỏa, mục tiêu của tàu thám hiểm Rosalind Franklin được phóng vào năm 2028. Sự sống có thể đã bắt đầu trên Sao Hỏa cùng lúc với Trái đất, nhưng sau đó đã dừng lại do biến đổi khí hậu.

Ứng cử viên thứ ba là mặt trăng Enceladus của sao Thổ, nơi tàu Cassini-Huygens phát hiện ra những dòng nước từ một đại dương mặn dưới bề mặt băng và đại dương ở Enceladus cũng tiếp xúc với đá ở đáy đại dương.

Titan là ứng cử viên ở vị trí thứ tư, với bầu khí quyển dày đặc gồm các hợp chất hữu cơ hydrocarbon và tholins, sinh ra ở tầm cao bầu khí quyển. Sau đó chúng lắng xuống bề mặt và tạo nên lớp có thể chứa những thành phần cho sự sống.

Hiện tượng mất oxy

Tàu Juno được phóng năm 2013 có những thiết bị hiện đại nhất được gửi tới sao Mộc cho đến nay. Nó có thể đo năng lượng, hướng và thành phần của các hạt tích điện trên bề mặt. Các thiết bị tương tự ở sao Thổ và Titan đã tìm thấy tholins (một loại chất hữu cơ) ở đó.

Bên cạnh Titan và Enceladus, các nhà khoa học cũng đo được các hạt điện tích ở bầu khí quyển ở mặt trăng Rhea và Dione của sao Thổ. Những hạt này được gọi là các ion đón nhật quyển. Bầu khí quyển hành tinh bao gồm các hạt trung tính, nhưng phần trên cùng của bầu khí quyển "bị ion hóa" (có nghĩa là nó mất electron) dưới năng lượng của ánh sáng mặt trời và thông qua va chạm với các hạt khác, tạo thành các ion (nguyên tử tích điện đã mất electron) và các electron tự do.

Những ion này nếu không có từ trường của hành tinh hay mặt trăng giữ lại thường bị bay khỏi khí quyển, trong khi một số rơi xuống bề mặt và bị hấp thụ. Quá trình như vậy đã loại bỏ các hạt trong bầu khí quyển sao Hỏa sau khi từ trường của hành tinh đỏ bị mất cách đây 3,8 tỉ năm.

Europa cũng có quy trình hấp thụ như vậy. Các phép đo mới cho thấy một số dấu hiệu chỉ ra việc hấp thụ các ion oxy và hydro từ bề mặt và khí quyển. Một số ion dưới tác động của nhật quyển đã thoát khỏi Europa, trong khi một số chạm vào bề mặt băng giá làm tăng lượng oxy dưới bề mặt.

Điều này xác nhận rằng oxy và hydro thực sự là thành phần chính của bầu khí quyển Europa – phù hợp với các quan sát từ xa. Tuy nhiên, các phép đo cho thấy lượng oxy được bổ sung – được giải phóng từ bề mặt vào khí quyển – chỉ khoảng 12kg mỗi giây, ở mức thấp hơn so với các ước tính trước đó từ khoảng 5kg đến 1.100 kg mỗi giây.

Điều này cho thấy bề mặt bị xói mòn rất ít. Các phép đo cho thấy diện tích này có thể chỉ bằng 1,5 cm bề mặt Europa trong một triệu năm, ít hơn chúng ta nghĩ. Vì vậy, Europa liên tục bị mất oxy do quá trình bị nhật quyển thổi trong khi chỉ một lượng nhỏ oxy bổ sung từ bề mặt của mặt trăng này.

Vậy điều đó có ý nghĩa gì đối với cơ hội tồn tại sự sống của Europa? Một số oxy bị giữ lại trên bề mặt có thể tìm đường thẩm thấu xuống đại dương dưới bề mặt để nuôi dưỡng bất kỳ sự sống nào ở đó. Nhưng dựa trên ước tính của nghiên cứu về lượng oxy bị mất tổng thể, con số này sẽ thấp hơn mức 0,3kg-300kg mỗi giây được ước tính trước đó.

Vẫn còn phải xem liệu tỷ lệ này (được ghi nhận vào ngày 29.9.2022), có phải là mức bình thường hay không. Có lẽ nó không đại diện cho lượng oxy tổng thể trên mặt trăng của sao Mộc.

Sứ mệnh thăm dò Europa Clipper của Nasa, sẽ được triển khai vào cuối năm nay và tàu Juice dự kiến thực hiện hai chuyến bay ngang qua Europa trên đường tới quỹ đạo của mặt trăng Ganymede, có thể thực hiện lại các phép đo và cung cấp nhiều thông tin hơn về khả năng xuất hiện sự sống của Europa.