Tin tức Vũ trụ TV

Hành trình Curiosity Rover của NASA tìm thấy manh mối trên sao Hỏa lạnh lẽo bị chôn vùi trong đá

Ngày:
Th5 20, 2020
Tóm lược:

Bằng cách nghiên cứu các nguyên tố hóa học trên Sao Hỏa ngày nay – bao gồm carbon và oxy – các nhà khoa học có thể làm việc ngược lại để ghép lại lịch sử của một hành tinh từng có điều kiện cần thiết để hỗ trợ sự sống.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Bằng cách nghiên cứu các nguyên tố hóa học trên Sao Hỏa ngày nay – bao gồm carbon và oxy – các nhà khoa học có thể làm việc ngược lại để ghép lại lịch sử của một hành tinh từng có điều kiện cần thiết để hỗ trợ sự sống.

Dệt câu chuyện này, phần tử bằng phần tử, từ khoảng 140 triệu dặm (225 triệu km) là một quá trình khó nhọc. Nhưng các nhà khoa học không phải là những người dễ bỏ cuộc. Các quỹ đạo và động cơ trên sao Hỏa đã xác nhận rằng hành tinh này từng có nước lỏng, nhờ các manh mối bao gồm lòng sông khô, bờ biển cổ đại và hóa học bề mặt mặn. Sử dụng Curiosity Rover của NASA, các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng cho các hồ tồn tại lâu dài. Họ cũng đã đào các hợp chất hữu cơ hoặc các khối xây dựng hóa học của sự sống. Sự kết hợp giữa nước lỏng và các hợp chất hữu cơ buộc các nhà khoa học tiếp tục tìm kiếm Sao Hỏa để tìm dấu hiệu của quá khứ – hoặc hiện tại – cuộc sống.

Mặc dù các bằng chứng “trêu ngươi” được tìm thấy cho đến nay, sự hiểu biết của các nhà khoa học về lịch sử sao Hỏa vẫn chưa được tiết lộ, với một số câu hỏi lớn được đưa ra để tranh luận. Đối với hành tinh, bầu khí quyển sao Hỏa cổ đại có đủ dày để giữ cho hành tinh ấm áp, và do đó ẩm ướt, trong khoảng thời gian cần thiết để nảy mầm và nuôi dưỡng sự sống? Và các hợp chất hữu cơ: chúng là dấu hiệu của sự sống – hay của hóa học xảy ra khi đá sao Hỏa tương tác với nước và ánh sáng mặt trời?

Trong một báo cáo gần đây về Thiên văn học Thiên nhiên (Nature Astronomy) về một thí nghiệm nhiều năm được thực hiện trong phòng thí nghiệm hóa học bên trong bụng của Curiosity, được gọi là Phân tích mẫu trên Sao Hỏa (SAM), một nhóm các nhà khoa học đưa ra một số hiểu biết để giúp trả lời những câu hỏi này. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng một số khoáng chất trong đá tại miệng núi lửa Gale có thể đã hình thành trong một hồ nước phủ đầy băng. Những khoáng chất này có thể đã hình thành trong giai đoạn lạnh kẹp giữa thời kỳ ấm hơn hoặc sau khi sao Hỏa mất phần lớn bầu khí quyển và bắt đầu chuyển lạnh vĩnh viễn.

Hình minh họa này mô tả một hồ nước lấp đầy một phần miệng núi lửa Gale của sao Hỏa. Nó sẽ được lấp đầy bởi dòng chảy từ tuyết tan trên vành phía bắc của miệng núi lửa. Bằng chứng về các dòng suối, đồng bằng và hồ cổ xưa mà Curiosity Rover của NASA đã tìm thấy trong các mô hình trầm tích trầm tích ở Gale cho thấy miệng núi lửa đã giữ một hồ nước như thế này cách đây hơn ba tỷ năm, lấp đầy và làm khô trong nhiều chu kỳ trên hàng chục triệu năm
Tín dụng: NASA / JPL-Caltech / ESA / DLR / FU Berlin / MSSS
Hình minh họa này mô tả một hồ nước lấp đầy một phần miệng núi lửa Gale của sao Hỏa. Nó sẽ được lấp đầy bởi dòng chảy từ tuyết tan trên vành phía bắc của miệng núi lửa. Bằng chứng về các dòng suối, đồng bằng và hồ cổ xưa mà Curiosity Rover của NASA đã tìm thấy trong các mô hình trầm tích trầm tích ở Gale cho thấy miệng núi lửa đã giữ một hồ nước như thế này cách đây hơn ba tỷ năm, lấp đầy và làm khô trong nhiều chu kỳ trên hàng chục triệu năm
Tín dụng: NASA / JPL-Caltech / ESA / DLR / FU Berlin / MSSS

Gale là một miệng núi lửa có kích thước của Connecticut và Rhode Island cộng lại. Nó được chọn là địa điểm hạ cánh năm 2012 của Curiosity vì nó có dấu hiệu của nước trong quá khứ, bao gồm các khoáng chất sét có thể giúp bẫy và bảo tồn các phân tử hữu cơ cổ đại. Trong khi khám phá nền tảng của một ngọn núi ở trung tâm miệng núi lửa, được gọi là Núi Sharp, Curiosity đã tìm thấy một lớp trầm tích dày 1.000 feet (304 mét) được lắng đọng dưới dạng bùn trong các hồ cổ. Để tạo ra nhiều trầm tích, một lượng nước đáng kinh ngạc đã chảy xuống các hồ đó trong hàng triệu đến hàng chục triệu năm ấm áp và ẩm ướt. Nhưng một số đặc điểm địa chất trong miệng núi lửa cũng gợi ý về một quá khứ bao gồm các điều kiện lạnh, băng giá.

Heather Franz, nhà địa lý học của NASA có trụ sở tại Trung tâm bay không gian Goddard ở Greenbelt, Maryland chia sẻ: “Tại một số thời điểm, môi trường bề mặt của Sao Hỏa phải trải qua quá trình chuyển đổi từ ấm và ẩm sang lạnh và khô, như hiện tại, nhưng chính xác là khi nào và làm thế nào điều đó xảy ra vẫn còn là một bí ẩn”.

Franz, người đứng đầu nghiên cứu SAM, lưu ý rằng các yếu tố như thay đổi độ xiên của sao Hỏa và lượng hoạt động của núi lửa có thể khiến khí hậu sao Hỏa xen kẽ giữa ấm và lạnh theo thời gian. Ý tưởng này được hỗ trợ bởi những thay đổi hóa học và khoáng vật học trong đá sao Hỏa cho thấy rằng một số lớp hình thành trong môi trường lạnh hơn và những lớp khác hình thành trong những lớp ấm hơn.

Trong mọi trường hợp, mảng dữ liệu được thu thập bởi Curiosity cho đến nay cho thấy nhóm nghiên cứu đang nhìn thấy bằng chứng cho sự thay đổi khí hậu sao Hỏa được ghi lại trong đá.

Ngôi sao carbon và oxy trong câu chuyện khí hậu sao Hỏa

Nhóm của Franz đã tìm thấy bằng chứng cho một môi trường cổ xưa lạnh lẽo sau khi phòng thí nghiệm SAM chiết xuất khí carbon dioxide, hay CO 2 , và oxy từ 13 mẫu bụi và đá. Curiosity Rover đã thu thập các mẫu này trong suốt năm năm Trái đất (năm Trái đất so với năm sao Hỏa).

CO 2 là một phân tử của một nguyên tử carbon liên kết với hai nguyên tử oxy, với carbon đóng vai trò là nhân chứng chính trong trường hợp khí hậu sao Hỏa bí ẩn. Trong thực tế, yếu tố đơn giản nhưng linh hoạt này cũng quan trọng như nước trong việc tìm kiếm sự sống ở nơi khác. Trên trái đất, carbon chảy liên tục qua không khí, nước và bề mặt theo một chu kỳ được hiểu rõ, bản lề của sự sống. Ví dụ, thực vật hấp thụ carbon từ khí quyển dưới dạng CO 2 . Đổi lại, chúng tạo ra oxy, mà con người và hầu hết các dạng sống khác sử dụng để hô hấp trong quá trình kết thúc bằng việc giải phóng carbon trở lại không khí, một lần nữa qua CO 2 hoặc vào vỏ Trái đất khi các dạng sống chết và bị chôn vùi.

Đồ họa này mô tả các con đường mà carbon đã được trao đổi giữa lõi sao Hỏa, đá bề mặt, mũ cực, nước và khí quyển, và nó cũng mô tả một cơ chế mà nó bị mất khỏi khí quyển.
Tín dụng: Lance Hayashida / Caltech
Đồ họa này mô tả các con đường mà carbon đã được trao đổi giữa lõi sao Hỏa, đá bề mặt, mũ cực, nước và khí quyển, và nó cũng mô tả một cơ chế mà nó bị mất khỏi khí quyển.
Tín dụng: Lance Hayashida / Caltech

Các nhà khoa học đang tìm thấy cũng có một chu trình carbon trên Sao Hỏa và họ đang nỗ lực để hiểu nó. Với ít nước hoặc sự sống bề mặt dồi dào trên Hành tinh Đỏ trong ít nhất 3 tỷ năm qua, chu trình carbon khác nhiều so với Trái đất.

Tuy nhiên, việc hấp thụ carbon vẫn đang diễn ra và vẫn rất quan trọng vì nó không chỉ giúp tiết lộ thông tin về khí hậu cổ đại của sao Hỏa. Điều đó cũng cho chúng ta thấy rằng Sao Hỏa là một hành tinh năng động lưu chuyển các yếu tố là các khối công trình của sự sống như chúng ta biết.

Các khí xây dựng một trường hợp cho một thời gian lạnh

Sau khi Curiosity đưa các mẫu đá và bụi vào SAM, phòng thí nghiệm đã nung nóng từng cái đến gần 1.650 độ F (900 độ C) để giải phóng khí bên trong. Bằng cách nhìn vào nhiệt độ lò giải phóng CO 2 và oxy, các nhà khoa học có thể cho biết loại khí nào được tạo ra. Loại thông tin này giúp họ hiểu được carbon đang đạp xe trên sao Hỏa như thế nào.

Nhiều nghiên cứu khác nhau cho rằng bầu khí quyển cổ xưa của sao Hỏa, chứa chủ yếu là CO 2 , có thể dày hơn Trái đất ngày nay. Hầu hết nó đã bị mất vào không gian nhưng một số có thể được lưu trữ trong các tảng đá trên bề mặt hành tinh, đặc biệt là ở dạng carbonate, là các khoáng chất làm từ carbon và oxy. Trên trái đất, cacbonat được tạo ra khi CO 2 từ không khí được hấp thụ trong đại dương và các khối nước khác và sau đó được khoáng hóa thành đá. Các nhà khoa học nghĩ rằng quá trình tương tự đã xảy ra trên Sao Hỏa và nó có thể giúp giải thích những gì đã xảy ra với một số bầu khí quyển của sao Hỏa.

Tuy nhiên, các nhiệm vụ đến Sao Hỏa không tìm thấy đủ carbonate trên bề mặt để hỗ trợ bầu không khí dày đặc.

Tuy nhiên, một số ít carbon mà SAM đã phát hiện đã tiết lộ một điều thú vị về khí hậu sao Hỏa thông qua các đồng vị của carbon và oxy được lưu trữ trong chúng. Đồng vị là phiên bản của mỗi nguyên tố có khối lượng khác nhau. Do các quá trình hóa học khác nhau, từ sự hình thành đá đến hoạt động sinh học, sử dụng các đồng vị này theo các tỷ lệ khác nhau, tỷ lệ các đồng vị nặng đến nhẹ trong đá cung cấp cho các nhà khoa học manh mối về cách thức đá hình thành.

Trong một số carbon carbon SAM được tìm thấy, các nhà khoa học nhận thấy rằng các đồng vị oxy nhẹ hơn so với các đồng vị trong khí quyển sao Hỏa. Điều này cho thấy rằng các carbonat không hình thành từ lâu chỉ đơn giản là từ CO 2 trong khí quyển được hấp thụ vào hồ. Nếu họ có, các đồng vị oxy trong đá sẽ nặng hơn một chút so với các đồng vị trong không khí.

Mặc dù có thể các carbonate hình thành từ rất sớm trong lịch sử của Sao Hỏa, khi thành phần khí quyển có một chút khác biệt so với ngày nay, Franz và các đồng nghiệp của cô cho rằng carbonate có khả năng hình thành trong một hồ nước đóng băng. Trong kịch bản này, băng có thể đã hút các đồng vị oxy nặng và để lại những đồng vị nhẹ nhất để tạo thành cacbonat sau này. Các nhà khoa học tò mò khác cũng đã đưa ra bằng chứng cho thấy các hồ phủ băng có thể tồn tại trong miệng núi lửa Gale.

Vậy đâu là tất cả carbon?

Sự phong phú thấp của carbonate trên sao Hỏa là khó hiểu. Nếu không có nhiều khoáng chất này tại miệng núi lửa, có lẽ bầu không khí ban đầu mỏng hơn dự đoán. Hoặc có thể một cái gì đó khác đang lưu trữ carbon trong khí quyển bị thiếu.

Dựa trên phân tích của họ, Franz và các đồng nghiệp của cô cho rằng một số carbon có thể được cô lập trong các khoáng chất khác, chẳng hạn như oxalat, lưu trữ carbon và oxy trong một cấu trúc khác với carbonate. Giả thuyết của họ dựa trên nhiệt độ mà CO 2 được giải phóng từ một số mẫu trong SAM – quá thấp đối với cacbonat, nhưng chỉ phù hợp với oxalat – và trên các tỷ lệ đồng vị carbon và oxy khác nhau so với các nhà khoa học đã thấy trong các carbonat.

Hình ảnh hoạt hình này cho thấy một mô hình 3D của một phân tử carbonate bên cạnh một mô hình 3D của một phân tử oxalate. Cacbonat được tạo thành từ một nguyên tử carbon liên kết với ba nguyên tử oxy. Oxalate được tạo thành từ hai nguyên tử carbon liên kết với bốn nguyên tử oxy.
Tín dụng: Trung tâm bay không gian James Tralie / NASA / Goddard
Hình ảnh hoạt hình này cho thấy một mô hình 3D của một phân tử carbonate bên cạnh một mô hình 3D của một phân tử oxalate. Cacbonat được tạo thành từ một nguyên tử carbon liên kết với ba nguyên tử oxy. Oxalate được tạo thành từ hai nguyên tử carbon liên kết với bốn nguyên tử oxy.
Tín dụng: Trung tâm bay không gian James Tralie / NASA / Goddard

Một mô hình của một phân tử cacbonat bên cạnh một phân tử oxalate

Oxalate là loại khoáng chất hữu cơ phổ biến nhất được sản xuất bởi thực vật trên Trái đất. Nhưng oxalate cũng có thể được sản xuất mà không cần sinh học. Một cách là thông qua sự tương tác của CO 2 trong khí quyển với các khoáng chất bề mặt, nước và ánh sáng mặt trời, trong một quá trình được gọi là quang hợp phi sinh học. Loại hóa học này rất khó tìm thấy trên Trái đất vì có sự sống dồi dào ở đây, nhưng nhóm của Franz hy vọng sẽ tạo ra quang hợp phi sinh học trong phòng thí nghiệm để tìm hiểu xem liệu nó có thực sự chịu trách nhiệm cho hóa học carbon mà họ nhìn thấy trong Miệng núi lửa hay không.

Trên trái đất, quang hợp phi sinh học có thể đã mở đường cho quá trình quang hợp giữa một số dạng sống vi mô đầu tiên, đó là lý do tại sao việc tìm thấy nó trên các hành tinh khác khiến các nhà sinh vật học quan tâm.

Ngay cả khi hóa ra rằng quang hợp phi sinh học đã khóa một số carbon từ khí quyển vào đá tại miệng núi lửa Gale, Franz và các đồng nghiệp của cô muốn nghiên cứu đất và bụi từ các phần khác nhau của Sao Hỏa để hiểu liệu kết quả của chúng từ Gale Crater có phản ánh bức tranh toàn cầu hay không. Họ có thể một ngày nào đó có cơ hội để làm như vậy. Hành trình trên sao Hỏa kiên trì của NASA, do được phóng lên sao Hỏa từ tháng 7 đến tháng 8 năm 2020, có kế hoạch đóng gói các mẫu trong miệng núi lửa Jezero để có thể quay trở lại phòng thí nghiệm trên Trái đất.


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi NASA / Goddard Space Flight Center . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. HB Franz, PR Mahaffy, CR Webster, GJ Flesch, E. Raaen, C. Freissinet, SK Atreya, CH House, AC McAdam, CA Knudson, PD Archer, JC Stern, A. Steele, B. Sutter, JL Eigenbrode, DP Glavin, JMT Lewis, CA Malespin, M. Millan, DW Ming, R. Navarro-González, RE Summon. Các chất hữu cơ bản địa và ngoại sinh và khí quyển bề mặt chu kỳ được suy ra từ các đồng vị carbon và oxy tại miệng núi lửa Gale . Thiên văn học thiên nhiên , 2020; 4 (5): 526 DOI: 10.1038 / s41550-019-0990-x

Bài viết liên quan

Bài viết mới