Nguyên nhân khiến nước trên sao Hỏa biến mất

Trong các cơn bão bụi, nước từ bề mặt hành tinh đã bốc lên tầng trên của bầu khí quyển và rồi nước biến thành các nguyên tử hydro, sau đó rời bầu khí quyển của sao Hỏa bay vào không gian.

Các nhà khoa học dày công nghiên cứu và chỉ ra rằng quá trình này đã ảnh hưởng đến sự tiến hóa của khí hậu trên Hành tinh Đỏ. Nghiên cứu cũng lưu ý, lượng nước trong bầu khí quyển trên cao thay đổi theo mùa, đạt đỉnh vào mùa hè ở phía nam hành tinh và tăng lên khi có bão bụi.

Trước đó, các nhà khoa học đã tìm ra bằng chứng mới về sự tồn tại của nước trên sao Hỏa bằng cách phân tích kết cấu của một thiên thạch tìm thấy ở sa mạc Sahara.

Trong thành phần khoáng chất của thiên thể này, các chuyên gia đã phát hiện ra dấu hiệu của phản ứng oxy hóa đặc trưng cho nước. Theo nhận định của một trong những tác giả nghiên cứu, hiện tượng này có thể xảy ra nếu trên bề mặt hoặc trong lòng sao Hỏa 4,4 tỷ năm về trước từng có nước tồn tại.

Trong khi đó, Hành tinh Đỏ đang mất nước nhanh hơn những gì lý thuyết cũng như các quan sát trước đây cho thấy. Trước đó, một nhóm nghiên cứu quốc tế cũng tiết lộ rằng, hơi nước đang tích tụ với số lượng lớn và có tỉ lệ bất ngờ ở độ cao hơn 80 km trong bầu khí quyển sao Hỏa. Khả năng thoát nước sẽ tăng lên rất nhiều trong một số mùa nhất định.

Đặc biệt lực hấp dẫn yếu của sao Hỏa không thể ngăn cản chúng thoát ra ngoài không gian. Vì thiếu bầu khí quyển, những phân tử đó biến mất vào không gian. Điều này xảy ra một cách từ từ. Tuy nhiên, hiện tại, tốc độ của quá trình này dường như trở nên nhanh hơn bao giờ hết. Điều này có nghĩa là Hành tinh Đỏ có thể mất nhiều nước hơn ước tính trước đây.

Sao Hỏa của hiện tại chính là sao Hỏa mà chúng ta vẫn luôn biết đến.

Các nhà khoa học đưa ra nghiên cứu, giống như Trái đất, sao Hỏa từng “ngập trong nước”. Tuy nhiên, có vẻ như phần lớn lượng nước này đã biến mất theo thời gian. Các nhà khoa học cũng lưu ý rằng bầu khí quyển của sao Hỏa chứa lượng hơi nước gấp 100 lần so với nhiệt độ cho phép của hành tinh. Nước có thể thoát ra nhiều hơn trong các mùa bão và ấm của hành tinh. Điều này có thể giải thích cho sự biến mất đột ngột của nước ở một mức độ nào đó.

Sao Hỏa gần như khô hoàn toàn và nước tồn tại trong các chỏm băng của nó ở dạng đóng băng. Vì bất cứ thứ gì còn lại của nước đang biến mất nhanh chóng, hy vọng của chúng ta về việc phát hiện ra sự sống ngoài hành tinh và cơ hội nhân loại chuyển đến sống trên sao Hỏa có thể đang giảm dần.

Chia sẻ về vấn đề này, Scott King, Giáo sư Khoa học địa lý tại Trường đại học Bách khoa Virginia (Mỹ), cho biết: “Có một số bằng chứng cho thấy, vào một thời điểm nào đó trong quá khứ, lượng nước trên bề mặt sao Hỏa nhiều hơn so với ngày nay. Lượng nước này đi đâu là một trong những câu đố lớn đối với chúng ta”.

Cũng theo nhà địa vật lý này - người đã dành nhiều thời gian nghiên cứu về các vùng hút chìm trên Trái đất, ông đã vô cùng ngạc nhiên về sự biến mất của nước khỏi bề mặt sao Hỏa. Bởi, ở Trái đất, nước phản ứng với đá trên và dưới đáy đại dương.

Những tảng đá biến đổi nước đó được đưa vào đới hút chìm do chuyển động của các mảng kiến ​​tạo. Hiện tượng này di chuyển từ 150 - 300 tấn nước mỗi năm từ bề mặt vào bên trong Trái đất. Đây được coi là một cách “khá hiệu quả” để loại bỏ nước khỏi bề mặt.

Tuy nhiên, cơ chế đó không hoạt động trên sao Hỏa vì không có kiến ​​tạo mảng hoặc hút chìm. Các tàu thăm dò và robot được gửi đến sao Hỏa đã xác định được các loại đá và khoáng chất hình thành khi có nước, bao gồm một số khoáng chất và đá tương tự được tìm thấy dưới đáy đại dương của Trái đất.

Trong thành phần khoáng chất của thiên thể này, các chuyên gia đã phát hiện ra dấu hiệu của phản ứng oxy hóa đặc trưng cho nước. Theo nhận định của một trong những tác giả nghiên cứu, hiện tượng này có thể xảy ra nếu trên bề mặt hoặc trong lòng sao Hỏa 4,4 tỷ năm về trước từng có nước tồn tại.

Bên cạnh đó, một nhóm nghiên cứu quốc tế, do nhà nghiên cứu Franck Montmessin của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS) dẫn đầu tiết lộ rằng, hơi nước đang tích tụ với số lượng lớn và tỉ lệ bất ngờ ở độ cao hơn 80 km trong khí quyển sao Hỏa.

Các phép đo cho thấy, các túi khí quyển lớn thậm chí còn ở trạng thái siêu bão hòa, với khí quyển chứa lượng hơi nước gấp 10 - 100 lần so với nhiệt độ về mặt lý thuyết. Với tốc độ siêu bão hòa quan sát được, khả năng thoát nước sẽ tăng lên rất nhiều trong một số mùa nhất định.

Những kết quả này được công bố trên tạp chí Science vào ngày 9/1/2020. Kết quả thu được nhờ tàu thăm dò Trace Gas Orbiter từ chương trình ExoMars. Đây là dự án được thực hiện bởi sự phối hợp giữa Cơ quan Vũ trụ châu Âu và Cơ quan vũ trụ Nga Roscosmos.

Bên cạnh đó, nhờ các quan sát từ tàu thám hiểm Perseverance của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA), các nhà khoa học biết rằng trong quá khứ cổ đại, nước chảy khắp bề mặt sao Hỏa. Hành tinh Đỏ từng có hồ, sông, suối và thậm chí có thể có một đại dương khổng lồ bao phủ bán cầu Bắc.

Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra 20 thiên thạch sao Hỏa đại diện cho thành phần lớn của Hành tinh Đỏ. Các nhà khoa học đã sử dụng Kali (K) làm chất đánh dấu các nguyên tố và hợp chất “dễ bay hơi” hơn như nước. Họ phát hiện ra rằng, sao Hỏa mất nhiều chất bay hơi hơn đáng kể trong quá trình hình thành so với Trái đất, hành tinh có khối lượng lớn hơn sao Hỏa khoảng 9 lần. Tuy nhiên, sao Hỏa giữ các chất bay hơi tốt hơn so với Mặt Trăng và tiểu hành tinh Vesta rộng 530km, cả hai đều nhỏ hơn và khô hơn nhiều so với Hành tinh Đỏ.

“Lý do khiến lượng nguyên tố dễ bay hơi và hợp chất của chúng trong một số các hành tinh thấp hơn vẫn là câu hỏi chưa có câu trả lời”, đồng tác giả nghiên cứu, Katharina Lodders, giáo sư nghiên cứu về Trái đất và khoa học hành tinh tại Đại học Washington, cho biết.

“Nghiên cứu này nhấn mạnh rằng, có một phạm vi kích thước hạn chế cho các hành tinh chỉ có đủ nhưng không quá nhiều nước để phát triển môi trường bề mặt có thể sinh sống được. Những nghiên cứu như vậy sẽ giúp các nhà thiên văn học trong việc tìm kiếm các hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời có thể sinh sống được”, Klaus Mezger tại Trung tâm Không gian và Môi trường sống tại Đại học Bern (Thụy Sĩ) chia sẻ.

Trong khi đó, tác giả nghiên cứu, giáo sư Kei Hirose từ Khoa Trái đất và Hành tinh của Đại học Tokyo (Nhật Bản) cho hay: "Từ trường của Trái đất được thúc đẩy bởi các dòng đối lưu khổng lồ không thể tưởng tượng được của các kim loại nóng chảy trong lõi của nó. Từ trường trên các hành tinh khác được cho là hoạt động theo cùng một cách. Mặc dù thành phần bên trong của sao Hỏa vẫn chưa được biết đến, nhưng bằng chứng từ các thiên thạch cho thấy nó là sắt nóng chảy được làm giàu với lưu huỳnh.

Các dữ liệu địa chấn từ tàu thăm dò InSight của NASA trên bề mặt cho chúng ta biết lõi của sao Hỏa lớn hơn và ít đặc hơn so với suy nghĩ trước đây. Những điều này ngụ ý sự hiện diện của các nguyên tố nhẹ hơn như hydro. Với chi tiết này, chúng tôi chuẩn bị các hợp kim của sắt mà chúng tôi mong đợi là cấu thành lõi và đưa chúng vào các thí nghiệm".

Theo trang web của Đại học Tokyo, thí nghiệm liên quan đến kim cương, tia laser và một điều cực bất bất ngờ. Các nhà khoa học đã tạo ra một mẫu vật có chứa sắt, lưu huỳnh và hydro (Fe-S-H) - thứ mà họ mong đợi là đã từng tạo thành lõi sao Hỏa. Họ đặt mẫu này giữa hai viên kim cương và nén nó lại trong khi làm nóng bằng tia laser hồng ngoại, để mô phỏng nhiệt độ và áp suất ước tính tại lõi.

Việc quan sát mẫu bằng tia X và chùm tia điện tử cho phép nhóm nghiên cứu tưởng tượng những gì đang diễn ra trong quá trình nóng chảy dưới áp suất và thậm chí lập bản đồ thành phần của mẫu đã thay đổi như thế nào trong thời gian đó.

"Chúng tôi rất ngạc nhiên khi thấy một hành vi cụ thể có thể giải thích rất nhiều điều. Fe-S-H đồng nhất ban đầu tách ra thành hai chất lỏng riêng biệt với mức độ phức tạp chưa từng thấy trước đây dưới các loại áp suất này. Một là chất lỏng sắt giàu lưu huỳnh, chất lỏng kia giàu hydro và đây là chìa khóa để giải thích sự ra đời và cuối cùng là cái chết của từ trường xung quanh sao Hỏa", giáo sư Kei Hirose nói.

Theo nghiên cứu, sắt lỏng giàu hydro và nghèo lưu huỳnh, có mật độ thấp hơn, sẽ nổi lên trên sắt lỏng giàu lưu huỳnh, nghèo hydro, đậm đặc hơn, gây ra các dòng đối lưu. Những dòng điện này, tương tự như trên Trái đất, sẽ tạo ra một từ trường có khả năng duy trì hydro trong bầu khí quyển xung quanh sao Hỏa, do đó sẽ cho phép nước tồn tại ở dạng lỏng.

Tuy nhiên, nó đã không kéo dài. Không giống như các dòng đối lưu bên trong của Trái đất cực kỳ lâu dài, một khi hai chất lỏng tách ra hoàn toàn, sẽ không còn dòng nào nữa để tạo ra từ trường. Và khi điều đó xảy ra, hydro trong khí quyển bị gió mặt trời thổi ra ngoài vũ trụ, dẫn đến sự phân hủy hơi nước và cuối cùng là sự bốc hơi của các đại dương trên sao Hỏa. Tất cả điều này đã xảy ra cách đây khoảng 4 tỷ năm.

Trúc Chi (theo Giáo Dục & Thời Đại, Lao Động, Tri Thức & Cuộc Sống, VOV)