Phát hiện muối lạ trên mặt trăng của sao Mộc gợi mở về sự sống ngoài Trái đất

Europa từ lâu đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học vì mặt trăng này của sao Mộc có một đại dương ngầm bên dưới lớp vỏ băng dày bao phủ. Người ta biết rằng các chùm nước phun ra từ các vết nứt trên vỏ băng, giải phóng các thành phần đại dương của Europa vào không gian.

Phát hiện chất lạ trên Europa

Theo các nhà khoa học, các thế giới đại dương như Europa là lựa chọn tốt nhất để tìm kiếm bằng chứng về sự sống bên ngoài Trái đất.

Dấu hiệu hóa học của các vệt đỏ trên bề mặt Europa, được cho là hỗn hợp nước và muối đông lạnh, có vẻ bất thường vì nó không khớp với bất kỳ chất nào đã biết trên Trái đất.

Vào năm 2019, các nhà khoa học đã xác định rằng những phần màu vàng trên bề mặt Europa do sự hiện diện của natri clorua, hay còn gọi là muối ăn.

Để thấu hiểu hơn về Europa, các nhà khoa học đã làm việc để tái tạo những điều kiện của mặt trăng trong phòng thí nghiệm. Trong vài năm tới, tàu JUICE của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (viết tắt của Jupiter Icy Moons Explorer) và tàu Europa Clipper của NASA sẽ đổ bộ lên Europa.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng việc kết hợp nước, muối ăn, nhiệt độ lạnh và áp suất cao đã tạo ra một loại tinh thể rắn mới, và chất này có thể tồn tại trên bề mặt Europa cũng như dưới đáy đại dương ngầm của mặt trăng này.

Tác giả chính của nghiên cứu là Baptiste Journaux, người có nhiều kinh nghiệm về khoa học trái đất và vũ trụ tại Đại học Washington, cho biết: “Ngày nay rất hiếm khi có những khám phá cơ bản trong khoa học. Muối và nước rất phổ biến (trong) điều kiện Trái đất. Nhưng ngoài ra, chúng ta hoàn toàn mù tịt.

Và bây giờ, xuất hiện những vật thể ngoài hành tinh này có thể có các hợp chất rất quen thuộc với chúng ta, nhưng ở những điều kiện rất kỳ lạ. Chúng ta phải mày mò lại tất cả về khoáng vật học cơ bản mà người ta đã làm vào những năm 1800, nhưng ở áp suất cao và nhiệt độ thấp. Đó là một điều thú vị.

Nước và muối tạo ra hydrat, một dạng tinh thể băng cứng được hỗ trợ bởi các liên kết hydro, ở nhiệt độ lạnh.

Hợp chất bất thường với hai phân tử muối

Trước nghiên cứu này, giới khoa học đã tuyên bố mặc nhiên rằng chỉ có một hydrat đối với natri clorua, được tạo ra bởi hai phân tử nước và một phân tử muối.

Sau thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra hai loại hydrat mới: một loại có hai phân tử muối được ngậm bởi 17 phân tử nước, và một loại có một phân tử muối được ngậm bởi 13 phân tử nước. Journaux nói: “Nó có cấu trúc mà các nhà khoa học đang háo hức ngóng chờ”.

Một nghiên cứu chi tiết về những phát hiện đã được công bố vào hôm 20.2 trong kỷ yếu của Viện Hàn lâm khoa học quốc gia Mỹ. Theo nghiên cứu đó, các hydrat có thể giải thích tại sao những dấu hiệu hóa học từ các đại dương trên mặt trăng của sao Mộc lại có thể tồn tại ở dạng lỏng như vậy bất chấp điều kiện nhiệt độ và áp suất.

Các nhà nghiên cứu bắt đầu thí nghiệm của họ bằng cách nén một lượng nhỏ nước mặn vào giữa hai viên kim cương có kích thước bằng một hạt cát. Nước được ép với áp suất lớn hơn 25.000 lần so với áp suất khí quyển tiêu chuẩn. Nhóm nghiên cứu đã có thể quan sát quá trình này qua kính hiển vi. 

Journaux cho biết: “Chúng tôi đang cố gắng đo lường xem việc thêm muối sẽ thay đổi lượng đá mà chúng tôi quan sát như thế nào, vì muối hoạt động như một chất chống đông. Thật đáng ngạc nhiên, khi tạo áp lực, những gì chúng tôi thấy là những tinh thể bắt đầu phát triển. Đó là một khám phá hết sức tình cờ mà chúng tôi không hề đoán trước”.

Môi trường đông lạnh, áp suất cao

Các đại dương trên mặt trăng của sao Mộc có thể trải qua điều kiện tương tự với nhiệt độ băng giá và áp suất cao.

Lớp vỏ băng tạo nên bề mặt của Europa được ước tính dày từ 16 - 24km và ở phần đại dương. Nơi sâu nhất của đại dương này có thể đạt tới 160km.

Journaux cho biết “Áp suất chỉ khiến các phân tử xích lại gần nhau hơn, do đó tương tác của chúng thay đổi - đó là động cơ chính tạo nên sự đa dạng trong cấu trúc tinh thể mà chúng tôi tìm thấy".

Trong số hai hydrat, một loại vẫn ổn định ngay cả sau khi áp suất được giải phóng. Từ đó, Journaux phán đoán: “Chúng tôi xác định rằng nó vẫn ổn định ở áp suất tiêu chuẩn dù nhiệt độ lên tới khoảng âm 50 độ C. Vì vậy, nếu bạn có một hồ nước rất mặn, chẳng hạn như ở Nam Cực, thì chúng ta có thể thấy sự tồn tại của loại hydrat mới được phát hiện này”.

Hiểu được thành phần hóa học hiện diện trên các thế giới đại dương như Europa sẽ cho phép các nhà khoa học hiểu rõ hơn về dữ liệu được thu thập bởi các tàu như JUICE và Europa Clipper trong tương lai.

Journaux cho biết: “Đây là thiên thể duy nhất (trong hệ Mặt trời), ngoài Trái đất, mà nước ở thể lỏng ổn định theo thang thời gian địa chất. Điều này rất quan trọng cho sự xuất hiện và phát triển của sự sống.

“Theo tôi, đây là nơi tốt nhất trong hệ Mặt trời của chúng ta để khám phá sự sống ngoài Trái đất. Vì vậy chúng ta cần nghiên cứu các đại dương và phần bên trong kỳ lạ của chúng để hiểu rõ hơn về cách chúng hình thành, tiến hóa và có thể giữ nước dạng lỏng ở những vùng lạnh giá của hệ Mặt trời, rất xa Mặt trời (khoảng 750 triệu cây số - gấp 5 lần từ Mặt trời đến Trái đất)”.

Europa có đường kính 3.100km, nhỏ hơn Mặt trăng một chút. Trong hệ Mặt trời, Europa là vệ tinh lớn thứ 6 và là vệ tinh nhỏ nhất trong nhóm Galileo, sau 3 vệ tinh lớn hơn của sao Mộc, Titan của sao Thổ và Mặt trăng của Trái đất. Mặc dù vậy, Europa vẫn có khối lượng lớn hơn tổng cộng những vệ tinh nhỏ hơn trong hệ Mặt trời cộng lại. Cấu tạo của Europa chủ yếu là đá silicat và có thể có lõi bằng sắt. Bề mặt của Europa được tạo thành từ những kiến tạo địa chất gần đây, có nhiều vết nứt và vỉa đá.

Europa có rất ít hố thiên thạch. Bề mặt trẻ và rất mịn của Europa khiến các nhà khoa học tin rằng bên dưới lớp ngoài cùng là một lớp nước. Và rất có thể trong đại dương ngầm này đang ẩn giấu sự sống ngoài Trái đất mà chúng ta đang tìm kiếm. Nhiệt năng sản sinh ra do ma sát giữa các lớp vật chất của Europa dưới tác động của sao Mộc đủ để giữ cho đại dương này luôn đủ ấm để không bị đóng băng và duy trì những hoạt động địa chất ở lớp vỏ ngoài của nó.

Con người mới chỉ tiếp cận được Europa bằng những tàu vũ trụ bay ngang qua bề mặt vệ tinh này. Mặc dù vậy, những đặc điểm rất đáng chú ý của Europa khiến nó trở thành một trong những thiên thể có khả năng tồn tại sự sống cao nhất trong hệ Mặt trời. Rất nhiều dự án tham vọng coi Europa là điểm đến cho công cuộc nghiên cứu vũ trụ của con người.