"Chiếc hộp Pandora" vừa được mở

Các nhà khoa học đang chuẩn bị cho một sứ mệnh đánh giá khả năng sinh sống tiềm năng của những đám mây phía trên Sao Kim đã báo cáo về một phát hiện ngẫu nhiên trong phòng thí nghiệm về sự hình thành chất lỏng ion trên các hành tinh đá, có khả năng mở rộng vùng có thể sống được của chúng.

Nhiều ngoại hành tinh đá, giống Trái Đất trước đây được coi là không thể ở được đối với các dạng sống dựa trên nước do khoảng cách quỹ đạo của chúng so với ngôi sao chủ, điều này ngăn cản sự hiện diện lâu dài của Nước lỏng (H2O) trên bề mặt của chúng. Theo các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đứng sau khám phá bất ngờ này, những hành tinh này có khả năng hỗ trợ các dạng sống sơ khai trên lý thuyết sử dụng chất lỏng ion thay vì nước để chuyển hóa năng lượng.

"Chúng tôi vừa mở ra một hộp Pandora về nghiên cứu mới," Sara Seager, đồng tác giả nghiên cứu và Giáo sư Khoa học Hành tinh tại Khoa Khoa học Trái đất, Khí quyển và Hành tinh của trường, cho biết. "Đó thực sự là một hành trình."

Khám phá tình cờ

Theo một tuyên bố công bố nghiên cứu của nhóm, Seager và Rachana Agrawal, người đứng đầu nghiên cứu khi đang làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ, đang tiến hành các thí nghiệm để chuẩn bị cho Sứ mệnh Ngôi sao Buổi sáng (Morning Star Missions) sắp tới. Với tư cách là trưởng dự án, Seager đang nghiên cứu cách thu thập và làm bay hơi axit sulfuric từ các đám mây của Sao Kim để bất kỳ hợp chất hữu cơ còn sót lại nào cũng có thể được nghiên cứu tìm dấu hiệu hoạt động sinh học.

Trong các thí nghiệm đó, nhóm nghiên cứu đang làm bay hơi dung dịch axit sulfuric và hợp chất hữu cơ glycine trong một hệ thống áp suất thấp tùy chỉnh. Theo tuyên bố, mọi thí nghiệm đều cho thấy rằng trong khi hầu hết axit lỏng bay hơi, một "lớp cặn lỏng bướng bỉnh" vẫn còn lại. Các thử nghiệm tiết lộ rằng axit đang nhận các nguyên tử hydrogen từ các hợp chất hữu cơ, điều này biến chúng thành một hỗn hợp chất lỏng của muối và axit chống lại sự bay hơi.

Hỗn hợp bền bỉ này, được gọi là "chất lỏng ion", chống lại sự bay hơi ngay cả trong môi trường áp suất cực thấp. Vì công việc trước đây của Seager cũng đã phát hiện ra rằng các phân tử hữu cơ có thể duy trì tính ổn định cao trong chất lỏng ion, khả năng độc đáo này đã thúc đẩy hai nhà khoa học xem xét liệu nó có thể tồn tại trên bề mặt các hành tinh được coi là quá nóng và có bầu khí quyển quá mỏng để hỗ trợ nước lỏng trên bề mặt hay không.

"Từ đó, chúng tôi đã có một bước nhảy vọt của trí tưởng tượng về ý nghĩa của điều này," Agrawal giải thích. "Axit sulfuric được tìm thấy trên Trái Đất từ núi lửa, và các hợp chất hữu cơ đã được tìm thấy trên các tiểu hành tinh và các thiên thể khác. Vì vậy, điều này khiến chúng tôi tự hỏi liệu chất lỏng ion có khả năng hình thành và tồn tại tự nhiên trên các ngoại hành tinh hay không."

Các thí nghiệm xác nhận

Để bắt đầu, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một loạt thí nghiệm mô phỏng các điều kiện bề mặt ngoại hành tinh tiềm năng khác nhau, bao gồm phạm vi nhiệt độ bề mặt và áp suất khí quyển. Theo tuyên bố, điều này liên quan đến việc trộn axit sulfuric trong các lọ với "nhiều hợp chất hữu cơ chứa nitơ khác nhau". Hơn 30 hợp chất khác nhau đã được thử nghiệm.

Trong các thí nghiệm song song, nhóm cũng trộn các thành phần trên bề mặt đá bazan, tương tự như những gì được tìm thấy trên nhiều ngoại hành tinh. Seager lưu ý rằng, về mặt lý thuyết, các hợp chất hữu cơ có thể "cho đi" một nguyên tử hydrogen giống như cách một axit muốn cho đi một proton.

"Chúng tôi biết từ công việc trước đây với axit sulfuric (thành phần chính của các đám mây Sao Kim) và các hợp chất chứa nitơ, rằng một nitơ muốn nhận một hydrogen," nhà nghiên cứu giải thích. "Giống như rác của người này là kho báu của người khác."

Sau khi kiểm tra các lọ thử nghiệm và các mẫu đá bazan, nhóm đã phát hiện ra rằng ý tưởng của họ là đúng. Mặc dù tất cả axit sulfuric đã bay hơi hết, một lượng nhỏ cặn chất lỏng vẫn còn lại. Các thử nghiệm xác nhận đó là chất lỏng ion. Seager cho biết kết quả phù hợp trên một số lượng lớn các môi trường áp suất thấp mô phỏng khác nhau của họ, bao gồm cả những môi trường mô phỏng bề mặt của một ngoại hành tinh đá.

"Chúng tôi đã hoàn toàn kinh ngạc khi chất lỏng ion hình thành dưới rất nhiều điều kiện khác nhau," Seager nói. "Nếu bạn đặt axit sulfuric và chất hữu cơ lên một tảng đá, axit sulfuric dư thừa sẽ thấm vào các lỗ rỗng của đá, nhưng bạn vẫn còn lại một giọt chất lỏng ion trên tảng đá."

"Bất cứ điều gì chúng tôi thử, chất lỏng ion vẫn hình thành," Seager nói thêm.

Phân tích sâu hơn cho thấy các phản ứng tạo ra chất lỏng ion xảy ra "lên đến 180 độ C" và ở áp suất "thấp hơn nhiều so với khí quyển Trái Đất." Nhóm tin rằng những kết quả này cho thấy chất lỏng ion có thể hình thành tự nhiên và tồn tại trên bề mặt một hành tinh không có khả năng hỗ trợ nước lỏng.

Phát hiện này ảnh hưởng đến việc tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh như thế nào?

Trong phần kết luận của nghiên cứu, Seager và Agrawal lưu ý rằng, trên Trái Đất, chất lỏng ion thường chỉ được tạo ra cho các mục đích công nghiệp và chỉ xảy ra tự nhiên trong một trường hợp bất thường liên quan đến sự trao đổi nọc độc giữa hai loài kiến đối địch. Tuy nhiên, vì thí nghiệm của họ cho thấy nó có thể hình thành tự nhiên và cung cấp "môi trường dễ sống" cho một số phân tử sinh học, nhóm đã đề xuất một bộ điều kiện ngoại hành tinh có thể dẫn đến chất lỏng ion hỗ trợ sự sống sinh học.

"Chúng tôi hình dung về một hành tinh ấm hơn Trái Đất, không có nước, và tại một thời điểm nào đó, trong quá khứ hoặc hiện tại, nó phải có axit sulfuric, hình thành từ sự thoát khí của núi lửa," Seager giải thích. "Axit sulfuric này phải chảy qua một túi nhỏ các chất hữu cơ. Và các tích tụ hữu cơ cực kỳ phổ biến trong hệ mặt trời."

Trong kịch bản lý tưởng của nhóm, các túi chất lỏng ion có thể tồn tại trên bề mặt hành tinh trong một thời gian dài, "có khả năng là hàng năm hoặc hàng thiên niên kỷ." Họ lưu ý rằng sự hiện diện của một chất lỏng như vậy có thể "về mặt lý thuyết đóng vai trò là ốc đảo nhỏ cho các dạng sống đơn giản dựa trên chất lỏng ion." Tuy nhiên, họ cũng lưu ý rằng chất lỏng ion có lẽ sẽ không hỗ trợ một loại dạng sống "giống với các sinh vật dựa trên nước của Trái Đất."

"Chúng tôi coi nước là bắt buộc đối với sự sống bởi vì đó là những gì cần thiết cho sự sống trên Trái Đất," Agrawal nói. "Nhưng nếu chúng tôi xem xét một định nghĩa tổng quát hơn, chúng tôi thấy rằng điều chúng tôi cần là một chất lỏng mà quá trình trao đổi chất cho sự sống có thể diễn ra. Bây giờ, nếu chúng tôi bao gồm chất lỏng ion như một khả năng, điều này có thể tăng đáng kể vùng có thể sống được cho tất cả các thế giới đá."

Nghiên cứu "Các Ngoại Hành Tinh Đá Nóng, Thiếu Nước Với Chất Lỏng Ion Bề Mặt: Một Loại Đề Xuất Cho Khả Năng Sống Của Hành Tinh" đã được công bố trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ .

Nguồn: The Debrief