Ngoại hành tinh có thể có nhiều oxy nhưng không có sự sống

Oxy được cho là một dấu ấn sinh học cho sự sống ngoài Trái Đất, nhưng có ít nhất ba cách khác nhau mà một hành tinh không có sự sống có thể tạo ra nó.

Mở đầu

Nếu một ngoại hành tinh chứa sự sống, nó gần như chắc chắn sẽ có oxy dạng khí. Nhưng một nghiên cứu mới mô hình hóa sự phát triển của các hành tinh đá xác định ba kịch bản trong đó oxy có thể hình thành phi sinh học. Quan điểm cho rằng các ngoại hành tinh có oxy là tất cả các ứng cử viên để chứa sự sống nên được đối xử với sự hoài nghi.

Nghiên cứu nhằm xác định các ngoại hành tinh có thể chứa sự sống thường sử dụng oxy làm dấu ấn sinh học. Nhưng mộtnghiên cứu mới được công bố trên AGU Advances giải thích rằng điều này có thể rất sai lệch: Oxy có thể dễ dàng tích tụ trong bầu khí quyển của một ngoại hành tinh mà không có bất kỳ nguồn gốc sinh học nào.

Oxy được coi là một dấu ấn sinh học vì quang hợp – quá trình thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để cố định carbon dioxide thành đường – tạo ra oxy như một sản phẩm thải. Do đó, một hành tinh có oxy trong bầu khí quyển của nó được coi là một ứng cử viên mạnh mẽ để chứa một số dạng sống.

Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi Joshua Krissansen-Totton của UC Santa Cruz, đã phát triển một mô hình hình thành hành tinh cho phép họ mày mò các biến số có thể ảnh hưởng đến cách một hành tinh giống Trái Đất phát triển. Sử dụng mô hình của họ, các nhà nghiên cứu luôn có thể đưa ra ba kịch bản trong đó một hành tinh giống Trái Đất có nồng độ oxy trong bầu khí quyển tương tự như chúng ta, nhưng sự sống không phải là một phần của công thức.

Ngoại hành tinh là gì?

Ngoại hành tinh (exoplanets) là những hành tinh nằm ngoài hệ mặt trời của chúng ta và xoay quanh các ngôi sao khác cách xa nhiều năm ánh sáng. Trong hai thập kỷ qua, hàng ngàn người đã được phát hiện, hầu hết trong số họ với Kính viễn vọng Không gian Kepler của NASA. Nhiều hành tinh trong số này lấy tên của kính viễn vọng này – Kepler-10b là một trong những hành tinh trên mặt đất đầu tiên được xác nhận được phát hiện bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta. Nó cực kỳ gần với ngôi sao của nó, Kepler 10. Việc phát hiện ra hành tinh này khiến các nhà khoa học phấn khích vì đây là xác nhận đầu tiên về một ngoại hành tinh.

Geoff Marcy, một nhà khoa học tiên phong trong các ngoại hành tinh tuyên bố khám phá này: là một trong những khám phá khoa học sâu sắc nhất trong lịch sử loài người… Nó là cầu nối giữa các hành tinh khí khổng lồ mà chúng ta đang tìm kiếm và chính Trái Đất.

Sứ mệnh Kepler của NASA đã xác định được hơn 5.000 ngoại hành tinh tiềm năng – với những khám phá dự kiến sẽ tiếp tục phát triển theo thời gian.

Nhiều thế giới mới được phát hiện này có nhiều loại vật chất và quỹ đạo. Một số là những thế giới khí khổng lồ lùn Sao Mộc. Những người khác, đá và băng giá hầu như không trượt qua mặt trời gầm rú của họ. NASA và các cơ quan vũ trụ khác quan tâm đến việc khám phá nhiều loại hành tinh, nhưng một loại như vậy cũng đã làm dấy lên sự quan tâm của họ – các hành tinh trong khu vực có thể ở được, nơi các đại dương nước lỏng có thể được hình thành. Ranh giới của những gì có thể ở được và thậm chí những gì có thể xảy ra trong vũ trụ dường như thay đổi mỗi ngày. Các thành phần kỳ lạ mà chúng ta nghĩ là không thể đang được phát hiện mọi lúc và với ước tính trung bình 1 nghìn tỷ hành tinh chỉ trong thiên hà của chúng ta, chúng ta thậm chí còn chưa bắt đầu làm trầy xước bề mặt.

Ba thế giới oxy hóa không có sự sống

Mô hình tiến hóa hành tinh. Mũi tên cho thấy dòng chảy của một số chất và năng lượng nhiệt giữa các lớp khác nhau của Trái Đất và bầu khí quyển của nó.

Trong kịch bản đầu tiên, một ngoại hành tinh có hàm lượng carbon dioxide và nước trong khí quyển rất cao. Trong những điều kiện này, hiệu ứng khí nhà kính mạnh có nghĩa là sẽ không có nước trên bề mặt ngoại hành tinh. Khi bị tia cực tím (UV) chiếu vào, hơi nước trong bầu khí quyển phía trên đôi khi có thể phân tách thành hydro và oxy. Khí hydro nhẹ hơn thoát ra ngoài không gian, để lại khí oxy nặng hơn phía sau.

Trong kịch bản thứ hai, một thế giới nước ngoại hành tinh chứa lượng nước gấp từ 10 đến 230 lần so với Trái Đất ngày nay. Trong những điều kiện này,chu trình oxy – liên quan đến sự lưu thông oxy qua khí quyển, dạng sống và đá – về cơ bản không tồn tại. Áp lực từ các đại dương khổng lồ trên lớp vỏ sẽ làm tắt hoạt động địa chất cần thiết để tái chế oxy, để lại nó trong khí quyển.

Trong kịch bản thứ ba, một ngoại hành tinh thế giới sa mạc có những điều kiện hoàn toàn trái ngược với những điều kiện trong thế giới nước. Loại ngoại hành tinh này có rất ít nước, không quá một phần ba những gì Trái Đất có trong các đại dương của nó. Trong những điều kiện này, bề mặt nóng chảy của một ngoại hành tinh trẻ có thể đóng băng trong khi nguồn cung cấp nước hạn chế vẫn chỉ được tìm thấy dưới dạng hơi nước (hơi) trong khí quyển. Điều này ngăn không cho oxy được hấp thụ bởi lớp vỏ. Sau đó, như với kịch bản đầu tiên, ánh sáng tia cực tím phá vỡ nước thành hydro và oxy.

Ý nghĩa đối với việc săn lùng E.T.

Không có kịch bản nào trong số ba kịch bản đảm bảo bầu không khí giàu oxy; Chúng chỉ đơn giản là cho phép oxy xảy ra phi sinh học. Giáo sư Krissansen-Totton đã mô tả tiện ích của mô hình trong một thông cáo báo chí:

Điều này rất hữu ích vì nó cho thấy có nhiều cách để có được oxy trong khí quyển mà không cần sự sống, nhưng có những quan sát khác mà bạn có thể thực hiện để giúp phân biệt những kết quả dương tính giả này với thực tế. Đối với mỗi kịch bản, chúng tôi cố gắng nói kính viễn vọng của bạn sẽ cần làm gì để có thể phân biệt điều này với oxy sinh học.

Những kính thiên văn như vậy sẽ ở trên quỹ đạo vào năm 2030. Bây giờ các nhà khoa học sử dụng chúng biết những gì cần tìm.