Trên vệ tinh Titan khổng lồ của sao Thổ, nhiệt độ lạnh đến mức nước bị đóng băng cứng như đá granite. Và ở đó có một chu trình lỏng hoàn toàn của methane và ethane. Các nhà khoa học tự hỏi không biết còn có sự sống trên đó hay không.
Hình dạng tối đen đều đặn trong ảnh chụp radar Cassini này của vùng cực bắc của Titan được tin là những hồ methane-ethane lỏng. Ảnh: NASA/JPL/USGS.
Những khám phá mới có một cách làm bối rối với những định nghĩa cũ. Lấy thí dụ, khái niệm một thế giới có thể ở được.
Định nghĩa hiện nay của một “thế giới có thể ở được” là một thế giới với nước dạng lỏng trên bề mặt của nó; “vùng ở được” xung quanh một ngôi sao được định nghĩa là vùng Thiên đường – không quá nóng, không quá lạnh – nơi một hành tinh hoặc vệ tinh chứa nước có thể tồn tại.
Và sau đó thì có Titan. Vệ tinh Titan khổng lồ của sao Thổ nằm xa định nghĩa hiện nay của vùng ở được như người ta có thể trông đợi. Nhiệt độ tại bề mặt của nó đâu đó chừng 94 độ Kelvin (âm 179 độ C). Ở nhiệt độ đó, nước là một thứ đá cứng như granite vậy.
Tuy nhiên, ngày nay các nhà khoa học tin rằng sự sống có thể tìm ra một phương thức nào đó để tồn tại trên Titan. Nước có thể bị hóa rắn hết, nhưng methane và ethane thì ở thể lỏng. Trong vài năm gần đây, các thiết bị trên phi thuyền Cassini của NASA và ảnh chụp bởi tàu khảo sát Huygens của ESA [Cơ quan Vũ trụ châu Âu] hé lộ một thế giới bất ngờ với một chu trình lỏng hoàn toàn, giống hệt như chu trình thủy động trên Trái đất, nhưng dựa trên methane và ethane chứ không phải nước.
“Cái Cassini thật sự tìm thấy trên Titan, từ năm 2004 về sau này, là một chu trình methane-ethane rất giống với chu trình thủy động chúng ta thấy trên Trái đất”, phát biểu của Jonathan Lunine, hiện đang làm việc ở trường đại học Rome Tor Vergata. Cassini đã hé lộ những dòng sông và hồ methane-ethane, những cái hồ đang bốc hơi tạo thành mây, những đám mây mưa hydrocarbon trở xuống mặt đất, chảy vào những con sông và đổ chúng vào trong hồ. Đó là thế giới duy nhất trong hệ mặt trời ngoài Trái đất ra có một chu trình lỏng như thế hoạt động. Không có nước ở đó.
Nhưng có rất nhiều hydrocarbon. Methane và ethane là những phân tử hydrocarbon đơn giản nhất. Tự bản thân chúng đã có sức thu hút sinh vật học nhất định. Nhưng hydrocarbon là linh hoạt: Chúng có thể tự lắp ghép chúng thành những cấu trúc phức tạp đến tuyệt vời. Thật vậy, các hydrocarbon phức tạp hình thành nên cơ sở của cái chúng ta gọi là sự sống. Cho nên, người ta phải tự hỏi: có phải hóa học hydrocarbon trên Titan đã vượt quá ngưỡng từ vật chất vô tri vô giác tiến đến một số dạng của sự sống rồi không?
Có một điều chắc chắn đúng: nếu có sự sống trên Titan, thì nó không phải là sự sống mà chúng ta đã biết. Không có cách nào mà sự sống như trên địa cầu có thể phát sinh hoặc có thể sống sót trên Titan. “ADN và ARN”, Lunine nói, “hình thành từ những hợp chất đòi hỏi oxygen và phospho, và có rất ít oxygen trên hệ thống Titan”. Và cấu trúc rất đặc trưng của ADN phụ thuộc vào nước lỏng. “ADN hình thành nên một chuỗi xoắn kép do các đầu háo nước và kị nước của nó”. Ngoài ra, vì Titan quá lạnh lẽo, cho nên lượng năng lượng sẵn có cho việc xây dựng những cấu trúc hóa sinh phức tạp bị hạn chế. Nhưng như Lunine trình bày, điều đó không nhất thiết cần tán thưởng. “Chúng ta không có nhiều kinh nghiệm với cơ sở hóa học có thể diễn ra ở những nhiệt độ này”. Chúng ta không biết cái gì là có thể.
Những đám mây có thể trông thấy rõ trong ảnh chụp hồng ngoại Cassini nay của vùng cực nam của Titan. Ảnh: Đại học Arizona/LPL.
Cơ hội phát hiện ra một dạng sống với một cơ sở hóa học khác với sự sống trên Trái đất đã khiến một số nhà nghiên cứu xem Titan là thế giới quan trọng nhất để tìm kiếm sự sống ngoài địa cầu. Trong một bài báo mới đây tên tạp chí Astrobiology, Robert Shapiro, một giáo sư hóa học tại trường đại học New York, và Dirk Shulze-Makuch thuộc trường đại học Bang Washington, đã xếp Titan là mục tiêu nghiên cứu ưu tiên cao hơn cả sao Hỏa.
Trên sao Hỏa, cũng như trên vệ tinh Europa của Mộc tinh và vệ tinh Enceladus của sao Thổ, những nỗ lực sinh vật học vũ trụ tập trung vào săn tìm sự sống gốc rễ từ nước. Nhưng sự sống như thế, cho dù nó được tìm thấy, có thể chia sẻ một nguồn gốc với sự sống trên Trái đất, bắt đầu trên một thế giới và rồi được các thiên thạch mang đến những nơi khác. Điều đó không xảy ra với Titan. Nếu có sự sống trên Titan, nó phát sinh độc lập với sự sống trên Trái đất.
Tuy nhiên, không phải ai cũng đồng ý rằng Titan là ưu tiên hàng đầu. NASA và ESA mới đây đã gật đầu cho một sứ mệnh hệ Mộc tinh sẽ khảo sát Europa là sứ mệnh tiền đồn tiếp theo hướng đến hệ mặt trời nhóm ngoài. Có thể hàng thập kỉ nữa mới có một sứ mệnh chính yếu khác bay lên sao Thổ và Titan.
Những một thiết bị hạ cánh quy mô nhỏ hơn và ít tốn kém hơn gọi là Tàu khảo sát Vùng tối Titan (TiME) có thể được phóng lên vào năm 2015, đến nơi vào năm 2022 hoặc 2023. Ellen Stofan, nhà nghiên cứu chính cho sứ mệnh TiME, mô tả thiết bị hạ cánh trên là một tổ hợp hình cái phao sẽ lao xuống một trong những hồ phía bắc Titan và nổi trên bề mặt hồ trong thời gian tối thiếu là hai ngày Titan (16 ngày Trái đất).
“Chúng tôi có một số thiết bị gắn trên tàu. Quan trọng nhất, nhìn từ quan điểm khoa học thuần túy, là quang phổ kế khối lượng”, Stofan nói. “Về cơ bản, chúng tôi sẽ lấy một hớp chất lỏng [hồ], vài lần, và phân tích chúng để thật sự nắm rõ thành phần hóa học của chúng. Chúng ta biết có methane, chúng ta biết có ethane”, nhưng TiME cũng sẽ kiểm tra những hợp chất hữu cơ (hydrocarbon) phức tạp hơn.
Sơ đồ kĩ thuật của Tàu khảo sát Vùng tối Titan (TiME) đã đề xuất, đặt trên phi thuyền mang của nó. TiME sẽ hạ cánh lên một trong những hồ phía bắc Titan và trôi giạt trên mặt hồ, chụp ảnh và phân tích thành phần hóa học của hồ. Ảnh: Lockheed Martin.
Nếu có sự sống trên Titan, có lẽ khó mà phát hiện được. “Tôi không trông đợi bạn đi đến những cái hồ này và thấy những cấu trúc tơ sợi tuyệt đẹp cấu thành nên các tế bào có kích cỡ vĩ mô hoặc dễ dàng nhìn thấy”, theo lời Lunine, một nhà nghiên cứu sứ mệnh TiME đã đề xuất. Các manh mối có thể thật mong manh. “Chúng ta phải tìm kiếm những dị thường đặc biệt trong thành phần hóa học, những hydrocarbon đang thiếu sẽ có mặt ở đó, những chất khác thì dồi dào hơn” trông đợi.
Không ai biết “cái gì xảy ra với hóa học hữu cơ trong môi trường [Titan], Lunine bổ sung thêm. “Nó có đi tới một loại hóa học mà chúng ta có thể gọi là sự sống nhưng hoạt động trong môi trường hydrocarbon lỏng hay không? Chúng ta không biết câu trả lời cho câu hỏi đó. Nhưng câu trả lời đòi hỏi phải nghiên cứu nhiều”. Vì nếu câu trả lời là có, thì nó có nghĩa là nguồn gốc của sự sống đã diễn ra hơn một lần. “Nếu câu trả lời là có, thì nó nói lên rằng sự sống... phải là một kết quả phổ biến của các quá trình hành tinh học trong vũ trụ”.
Nếu câu trả lời là có, nó nghĩa là chúng ta không hề đơn độc.
Henry Bortman (PhysOrg.com)
