Câu trả lời bên ngoài Trái đất

Liệu rằng, bằng việc nghiên cứu những sa mạc đỏ quạch, khô cằn trên Sao Hỏa, bầu khí quyển đậm đặc của Sao Kim, và cả những biển khí methane của Titan có thể giúp chúng ta vén lên bức màn bí mật để tiên đoán tương lai khí hậu của Trái Đất? Khoa học hành tinh sẽ mở ra chân trời mới để loài người có thể đoán nhận và dự liệu tương lai của chính mình.

Cách nhìn mới về khí hậu Trái đất
Trái đất đang nóng lên. Đó là sự thật không phủ nhận. Nhưng không một ai biết chính xác những tác động của quá trình thay đổi khí hậu đang diễn ra một cách từ từ này lên hành tinh của chúng ta. Như vậy không có nghĩa là nhân loại đành ngồi bó tay mà không thể tìm ra con đường dẫn đến một sự hiểu biết tường minh. Trên thực tế, có thể tìm một vài nơi thích hợp để đoán nhận được những điều có thể xảy ra trong kết cục cuối cùng của ấm lên toàn cầu, cũng như tương lai của cả hành tinh. Những điều định tìm kiếm không phải hiện diện ở chính hành tinh thân yêu này, mà xa hơn thế nữa, trên Mặt trăng hay một hành tinh nào đó trong Hệ mặt trời.

 
Sao Hỏa chỉ là một sa mạc lạnh lẽo và khô cằn (JPL,NASA)

Trong quá khứ, những hành tinh này đã từng “dung dưỡng” những điều kiện lý hóa giống Trái đất. Nhưng rồi, tất cả đã phải trải qua một sự thay đổi khí hậu không thể tránh khỏi, để rồi sau đó, sự sống bị diệt vong. Những khám phá về bầu trời đã giúp các nhà khoa học biết được những chuẩn mực cần thiết để một hành tinh có thể tồn tại sự sống. Một khi chúng ta hiểu rõ hơn về lịch sử của những hành tinh và khi chúng ta kết hợp chặt chẽ những thông tin khám phá không gian gần đây nhất thì sự ổn định khí hậu tương đối của Trái đất xuyên suốt hàng tỷ năm sẽ được làm sáng tỏ.
Mặt trời đã phát sáng một cách ổn định hơn so với 4.6 tỷ năm về trước. Không giống như vô vàn các ngôi sao khác trong vũ trụ, Mặt trời thật hiền hòa. Những hoạt động của nó không phát ra một lượng lớn bức xạ và những  “cơn gió” chứa các ion năng lượng cao đủ để hủy diệt sự sống trên quả đất. Ngoài ra, để có được một Trái đất ngày nay thì bản thân Trái đất cũng đã nhận được những điều kỳ diệu. Thứ nhất, kích thước và khối lượng của Trái đất phải “điều độ”, không quá nhỏ và cũng không quá lớn để có thể giữ được một bầu khí quyển không quá loãng như sao Hỏa và không quá đậm đặc như Sao Mộc. Thứ hai, vị trí của Trái đất cũng phải khá “hoàn hảo”. Nếu gần Mặt trời quá, Trái đất sẽ biến thành một lò thiêu, nhưng xa quá sẽ trở thành địa ngục lạnh lẽo. Và thứ ba, tốc độ quay của Trái đất xung quanh Mặt trời và cả chuyển động tự quay của nó cũng phải hợp lý, không quá nhanh để một ngày chỉ kéo dài trong tích tắc như những sao neutron trong Dải Ngân hà. Ngoài ra, chúng ta cũng phải lưu ý rằng, Mặt trăng đóng một vai trò quan trọng giữ chuyển động quay của Trái đất ổn định, thăng bằng, và hơn nữa, nó giống như một “chiến sỹ quyết tử” che chắn Trái đất khỏi sự bắn phá của những thiên thạch và sao chổi từ vũ trụ.

“Lò nướng” và “chiếc tủ lạnh” xưa cũ


Sao Kim với bầu khí quyển dày đặc CO2 và nhiệt độ bề mặt trên 450oC

Rất nhiều những hiểu biết của chúng ta về khí hậu và những tác động lên sự ổn định hay thay đổi thời tiết đến từ việc nghiên cứu và so sánh với những thành viên trong Hệ mặt trời. Các nhà sinh vật học vũ trụ đang tập trung nghiên cứu những khả năng cho phép một hành tinh có thể duy trì được những điều kiện thời tiết thích hợp cho sự sống trong hàng tỷ năm. Những phi thuyền không người lái đã và đang nghiên cứu những “người láng giềng” của Trái đất trong Hệ mặt trời, và đã tiết lộ những điều thú vị nhất về hai “người anh em” gần gũi, Kim tinh và Hỏa tinh.
Trong quá khứ, hai hành tinh này cũng có thể bắt đầu với những đại dương ấm áp, những núi lửa hoạt động và cả những quá trình điều hòa nhiệt giống Trái đất, mà ở đó, cho phép chính hành tinh tiến hóa theo hướng có lợi cho sự sống phát triển. Nhưng tất cả đã chấm dứt, các quá trình đã đảo ngược hoàn toàn và cả hai “người láng giềng” này chỉ còn lại một bầu khí quyển khước từ sự sống.
Bức tranh Sao Kim cho chúng ta thấy những gì sẽ xảy ra nếu Trái đất quá gần một ngôi sao. Nếu Sao kim có nước, sức nóng của Mặt trời hun ấm các đại dương làm nước bốc hơi. Và chính hơi nước lại là khí nhà kính đáng lo ngại nhất. Nhiệt độ càng cao sẽ càng tăng tốc quá trình bốc hơi của nước. Một khi tất cả nước đại dương bị “đun sôi”, hydrogen trong khí quyển của hành tinh này sẽ “chốn thoát” vào không gian liên hành tinh. Những tảng đá cacbonate không thể tiếp tục hình thành. Do vậy, không gì có thể “giải thoát” CO2 khỏi bầu khí quyển, trong khí đó, những núi lửa đáng gờm lại “bơm” thêm loại khí nhà kính này. Đó là lý do giải thích tại sao ngày nay Sao Kim có một bầu khí quyển thuần CO2 và dầy hơn bầu khí quyển Trái đất 100 lần với nhiệt độ trên 450oC. Với sức nóng như vậy đủ để “nướng chín” các phi thuyền thám hiểm không gian và hủy diệt bất cứ dạng sự sống nào trên quả đất.
 

Sao Thổ và các vệ tinh của nó

Điều gì xảy ra đối với những hành tinh tương đối nhỏ? Sao Hỏa là trường hợp đáng lưu tâm nhất. Trong quá khứ, hành tinh mang tên vị thần chiến tranh này đã từng tồn tại những dòng sông, thác nước, chan hòa bởi một loại khí hậu ấm áp, và thậm chí, cả sự sống cũng đã từng sinh sôi nảy nở. Nhưng tất cả đã kết thúc một cách đột ngột. Điều gì đã xảy ra? Với lực hấp dẫn chỉ bằng một phần ba Trái đất, Sao Hỏa không thể giữ riêng cho mình bầu khí quyển “dồi dào”. Những thiên thạch và cả các sao chổi liên tục bắn phá hành tinh đỏ, “thổi” bầu khí quyển ra khỏi hành tinh, đồng thời làm lạnh nó. Lượng nước còn lại bị đóng băng nằm sâu trong lòng đất. Thậm chí trong trường hợp xấu hơn, do kích thước nhỏ, Sao Hỏa bị mất đi lượng nhiệt nội tại, những núi lửa cũng vĩnh viễn ngừng hoạt động. Một Sao Hỏa nhỏ bé chỉ còn là một sa mạc khô cằn lạnh giá. Những nỗ lực của các trạm đổ bộ cũng như những Robot tự hành, gần đây nhất là hai sứ mệnh Spirit và Oportunity của NASA, đều không phát hiện bất cứ dấu vết sự sống nào từng tồn tại.
Sao Kim trở thành một chiếc “lò nướng” trong khi Sao Hỏa lại là một chiếc “tủ lạnh” xưa cũ. Ngành khoa học về hành tinh chỉ cho chúng ta một Trái đất thân yêu nằm giữa hai định mệnh này. Như vậy, một khí hậu ổn định, thuận lợi cho sự sống không phải là những gì có được hiển nhiên. Và khi so sánh Trái đất với những hành tinh khác, chúng ta có thể nhận ra rằng, một hành tinh có thể dễ dàng mất đi vĩnh viễn bầu khí quyển mà ở đó sự sống có điều kiện tồn tại như thế nào.

Titan-Trái đất tương lai hay quá khứ?
 

Bề mặt vệ tinh Titan (trái) so sánh với Mặt trăng (phải) với bước chân đầu tiên của loài người.

Bức tranh khí hậu của Trái đất đã trở nên rõ ràng từ việc so sánh với những “người anh em” trong Hệ mặt trời. Vươn xa hơn, các nhà khoa học đang nhìn sâu vào không gian vô tận để tìm kiếm những thiên thể có những điều kiện khí hậu tương đồng với Trái đất. Và gần đây là Titan, một Mặt trăng lạnh giá quay quanh Sao Thổ. Titan là thiên thể duy nhất trong Hệ mặt trời có những đặc điểm giống Trái đất nhất với một bầu khí quyển được cấu tạo chủ yếu là nitrogen. Vệ tinh này có nhiệt độ bề mặt là -180oC. Đây được cho là một nhiệt độ “ấm” nếu so sánh với khoảng cách vời vợi của nó tính từ Mặt trời (khoảng 1.4 tỷ kilomet). Bầu khí quyển của Mặt trăng này cũng chứa đến 5% Methane, một loại khí nhà kính đầy hiệu lực. Toàn bộ bề mặt của Titan bị bao phủ bởi một lớp sương mù màu nâu dày đặc với các phân tử hữu cơ tạo bởi sự tương tác của ánh sáng Mặt trời và khí methane. Những “lớp bùn hữu cơ” rơi xuống bề mặt giống như những cơn mưa, gợi lên hình ảnh về một Trái đất non trẻ trong quá khứ. Và chính những “lớp mùn” hữu cơ này lại là “tổ tiên” nguyên thủy của tất cả chúng ta.
Nhưng có một điều càng làm cho Titan mang dáng dấp Trái đất nhiều hơn, và có vẻ như đó cũng là điềm báo hiệu định mệnh hành tinh thân yêu của chúng ta. Trên Trái đất, nhiệt độ và áp suất ở bề mặt làm cho nước có thể tồn tại ở ba thể: rắn, lỏng và hơi. Và điều này cũng xảy ra tuơng tự với khí methane trên Titan. Sự giống nhau kỳ lạ này đã dẫn đến một tiên đoán quan trọng: những đại dương hay hồ methane lỏng có thể được tìm thấy trên bề mặt của Titan khi sứ mệnh của tàu thám hiểm Cassini-Huygen bay tới Sao Thổ vào năm 2004. Thực tế Cassini đã 27 lần tiếp cận đến gần Titan và đã thực hiện hàng loạt các thao tác chụp cắt lớp bầu khí quyển và bề mặt vệ tinh này qua sóng radar và hồng ngoại. Đặc biệt, vào 14/1/2005, khi bay trên bầu khí quyển, Huygen đã liên tiếp chụp hàng loạt bức ảnh đồng thời thu thập thành phần không khí trong suốt khoảng thời gian ngắn ngủi lao xuống bề mặt lạnh giá của vệ tinh này. Trạm đổ bộ này thậm chí đã được thiết kế để có thể nổi được trong trường hợp “hạ cánh” xuống một biển hồ methane lỏng. Nhưng kết cục, vụ hạ cánh này thay vì tiếng “bùm…” lại là tiếng “bịch”, trên một đụm cát ẩm ướt tạo bởi băng đá, các chất hữu cơ và tràn ngập methane và rthane. Huygen đã quan sát thấy các vách đá tạo bởi những thung lũng trông giống như những dòng sông. Cả Cassini và Huygen đã khám phá ra những quá trình và đặc điểm tương tự như trên Trái đất của chúng ta: những dòng sông, hồ, đám mây và cả những cơn bão. Nhưng thay vì nước, ở đây lại là methane. Liệu có tồn tại những sinh vật sơ khởi, những quá trình trao đổi chất của sinh vật trong bầu khí quyển của Titan? Đây vẫn là những câu hỏi còn bỏ ngỏ, mà câu trả lời đang chờ đợi ở những sứ mệnh thám hiểm tương lai. Nhưng có một điều rõ ràng rằng, những hiểu biết về khí hậu của Titan cũng như sự tiến hóa của nó sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá khứ cũng như tương lai khí hậu của Trái đất.
Tuy mang nhiều đặc điểm tự nhiên khá giống Trái đất, Titan vẫn có một sự khác biệt điển hình. Vệ tinh này không có những đại dương lớn mà chỉ tồn tại rải rác những hồ methane. Và vì vậy, Titan chỉ cho chúng ta tương lai của quả đất hơn là một bức tranh về Trái đất nguyên thủy xa xưa. Xét về mặt hóa học, thiên thể nhỏ bé này mở cho chúng ta một cửa sổ nhìn về nguồn gốc nguyên thuỷ của loài người tiến hóa từ những phân tử hữu cơ. Nhưng bàn về khía cạnh khí hậu học, Titan lại phác họa về một định mệnh tối hậu của Trái đất. Một đến hai tỷ năm nữa, khi Mặt trời trương nở, Trái đất sẽ bị hun nóng và quá trình ổn định nhiệt bị phá vỡ. Quy luật của tiến hóa trong vũ trụ làm cho Trái đất lăn bánh trên con đường dẫn tới số phận của Sao Kim.

Lời kết
Chúng ta có thể tự hỏi những mô hình khí hậu hoạt động như thế nào?  Đây thực sự không phải là một loại hình khoa học mà ở đó bạn có thể điều khiển các thí nghiệm, thay đổi một thông số nào đó tại một thời điểm nhất định, và càng không thể ngồi chờ quan sát kết quả nếu những điều tiên đoán vượt ra ngoài sự chính xác. Tìm kiếm những hiểu biết mới trong Hệ mặt trời, chúng ta sẽ nhìn thấy sức mạnh phản hồi của khí hậu. Nó vừa có thể duy trì nhưng đồng thời cũng có thể phá hủy sự ổn định thời tiết. Khi chúng ta nỗ lực để có được những hiểu biết tốt hơn về sự cân bằng của những quá trình này trên quả đất, và cách mà những hành động của chúng ta đang làm xáo trộn chúng, chúng ta phải lưu tâm đến những dấu vết về những “người láng giềng” của Trái đất. Và hiện tại, đó là con đường duy nhất giúp loài người có thể nhìn và dự liệu được tương lai của chính mình.

Đức Phường (tổng hợp)

Tác giả