Liệu đại dương dưới mặt trăng của Sao Thổ Enceladus có chứa bất kỳ loại sự sống nào không? Các phân tử hữu cơ phức tạp mới phát hiện trong hơi nước của nó gợi ý rằng chúng ta có thể không đơn độc trong hệ mặt trời.
Hơi nước bốc lên từ mặt trăng Sao Thổ Enceladus. Hình ảnh thông qua NASA / JPL / Viện Khoa học Vũ trụ.
Sao Thổ Mặt trăng Enceladus có thể nhỏ bé, nhưng nó có khả năng giúp trả lời một trong những câu hỏi lớn nhất từ trước đến nay - chúng ta có đơn độc không? Nhiệm vụ của NASA Cass Cassini đã nghiên cứu thế giới bí ẩn này ở gần và thấy rằng nó hoạt động mạnh mẽ, ít nhất là về mặt địa chất, với những luồng hơi nước khổng lồ phun trào qua những vết nứt khổng lồ trên bề mặt, từ một đại dương toàn cầu nằm dưới lớp vỏ băng bên ngoài. Cassini thực sự đã bay qua những luồng đó, lấy mẫu chúng để phân tích. Chúng tôi đã biết rằng nó tìm thấy hơi nước, các hạt băng, muối, hydro và các hợp chất hữu cơ đơn giản. Bây giờ, phân tích mới từ Viện nghiên cứu Tây Nam (SwRI) được công bố vào ngày 27 tháng 6 năm 2018, trong tạp chí đánh giá ngang hàng Thiên nhiên - cho thấy các chuỗi cũng chứa các chất hữu cơ phức tạp hơn nhiều. Điều này không có nghĩa là bằng chứng của sự sống - nhưng - rõ ràng hơn cho thấy đại dương Enceladus đáp ứng tất cả các yêu cầu cho sự sống tồn tại.
Nhóm nghiên cứu được dẫn dắt bởi Frank Postberg và Nozair Khawaja thuộc Đại học Heidelberg, Đức. Theo ghi nhận của Postberg:
Đây là phát hiện đầu tiên về các chất hữu cơ phức tạp đến từ một thế giới nước ngoài trái đất.
Sơ đồ các bong bóng giàu hữu cơ nổi lên bề mặt từ sâu hơn trong đại dương. Hình ảnh qua ESA / F. Postberg et al (2018).
Các chất hữu cơ khá lớn và phức tạp, như Khawaja nói thêm:
Chúng tôi đã tìm thấy những mảnh phân tử lớn cho thấy các cấu trúc điển hình cho các phân tử hữu cơ rất phức tạp. Những phân tử khổng lồ này chứa một mạng lưới phức tạp thường được xây dựng từ hàng trăm nguyên tử carbon, hydro, oxy và nitơ có khả năng hình thành các cấu trúc hình vòng và dạng chuỗi.
Các nhà khoa học tại SwRI đã phân tích dữ liệu khối phổ từ Cassini. Theo giải thích của Tiến sĩ Christopher Glein, một nhà khoa học vũ trụ chuyên về hải dương học hóa học ngoài trái đất (và đồng tác giả của bài báo mới):
Chúng tôi, một lần nữa, bị Enceladus thổi bay. Trước đây, chúng tôi chỉ xác định các phân tử hữu cơ đơn giản nhất có chứa một vài nguyên tử carbon, nhưng thậm chí điều đó rất hấp dẫn. Bây giờ chúng tôi đã tìm thấy các phân tử hữu cơ có khối lượng trên 200 đơn vị khối lượng nguyên tử. Rằng nặng hơn mười lần so với mêtan. Với các phân tử hữu cơ phức tạp phát ra từ đại dương nước lỏng của nó, mặt trăng này là cơ thể duy nhất ngoài Trái đất được biết là đồng thời thỏa mãn tất cả các yêu cầu cơ bản cho sự sống như chúng ta biết.
Điều này không có nghĩa là cuộc sống đã được khám phá trên Enceladus. Nhưng điều đó có nghĩa là các điều kiện cho sự sống có thể tồn tại ở đó, trong đại dương mặt trăng ngầm.
Sơ đồ của một mặt cắt ngang bên trong lớp vỏ Enceladus, cho thấy các lỗ thông thủy nhiệt dưới đáy đại dương và các luồng hơi nước phun trào qua các vết nứt trên bề mặt. Hình ảnh thông qua NASA-GSFC / SVS / NASA / JPL-Caltech / Viện nghiên cứu Tây Nam.
Các mảnh hữu cơ nặng được phát hiện được cho là tàn dư của những mảnh lớn hơn có lẽ là hàng ngàn đơn vị khối lượng nguyên tử. Những người lớn đã bị phá vỡ thành các mảnh nhỏ hơn khi họ va chạm với công cụ phân tích bụi Cassini ở tốc độ khoảng 18.640 dặm một giờ (30.000 km mỗi giờ). Các phân tử hữu cơ lớn như vậy chỉ có thể được tạo ra bởi các quá trình hóa học phức tạp, bao gồm cả sự sống hoặc hoạt động thủy nhiệt.
Việc phát hiện ra các chất hữu cơ phức tạp như vậy rất thú vị, đặc biệt là khi chúng được tìm thấy có nguồn gốc từ một đại dương nước ấm. Các sinh vật như thế này có thể được hình thành một cách khủng khiếp, không có sự sống hoặc có thể là di tích của chính các sinh vật. Trong trường hợp của Enceladus, chúng tôi không biết đó là gì, hoặc cả hai, nhưng nó đang trêu ngươi. Cũng có bằng chứng từ Cassini về các lỗ thông hơi địa nhiệt nóng đang hoạt động dưới đáy đại dương, giống như những cái trên Trái đất. Ở đây, những lỗ thông hơi như vậy có rất nhiều sinh vật nhỏ. Điều tương tự có thể đúng với Enceladus? Nhiệm vụ Cassini có thể đã kết thúc, nhưng khoa học vẫn tiếp tục, như Glein lưu ý:
Ngay cả sau khi kết thúc, tàu vũ trụ Cassini vẫn tiếp tục dạy chúng ta về tiềm năng của Enceladus để phát triển lĩnh vực sinh vật học trong một thế giới đại dương. Bài viết này chứng minh giá trị của tinh thần đồng đội trong khoa học hành tinh. Các nhóm INMS và CDA đã hợp tác để đạt được sự hiểu biết sâu sắc hơn về hóa học hữu cơ của đại dương dưới đáy biển Enceladus, có thể chỉ với một bộ dữ liệu.
Hydro phân tử được phát hiện trước đây trong các chùm là một manh mối quan trọng khác, vì nó được cho là hình thành bởi các tương tác địa hóa giữa nước và đá trong môi trường thủy nhiệt. Theo SwRI, Tiến sĩ Hunter Waite, điều tra viên chính của INMS và là đồng tác giả của bài báo mới:
Hydrogen cung cấp một nguồn năng lượng hóa học hỗ trợ các vi khuẩn sống trong các đại dương Trái đất gần các lỗ thông thủy nhiệt. Một khi bạn đã xác định được nguồn thức ăn tiềm năng cho vi khuẩn, câu hỏi tiếp theo cần đặt ra là, bản chất của các chất hữu cơ phức tạp trong đại dương là gì? Bài báo này trình bày bước đầu tiên trong sự hiểu biết đó - sự phức tạp trong hóa học hữu cơ ngoài mong đợi của chúng ta!
Một cái nhìn toàn cầu về Enceladus. Hình ảnh thông qua NASA / JPL / Viện Khoa học Vũ trụ.
Kết quả cũng cho thấy một bộ phim mỏng giàu hữu cơ mỏng trên đỉnh đại dương. Bong bóng khí, tăng lên qua hàng chục dặm nước biển, có thể mang đến chất hữu cơ nơi họ tạo thành một màng mỏng nổi trên bề mặt đại dương ngay dưới lớp vỏ băng giá bên ngoài. Từ tóm tắt:
Ở đây chúng tôi báo cáo các quan sát về các hạt băng phát ra có chứa vật liệu hữu cơ đa phân tử tập trung và phức tạp với khối lượng phân tử trên 200 đơn vị khối lượng nguyên tử. Dữ liệu hạn chế cấu trúc phân tử của các chất hữu cơ được phát hiện trong các hạt băng và cho thấy sự hiện diện của một lớp màng giàu hữu cơ mỏng trên đỉnh mực nước đại dương, nơi các lõi tạo mầm hữu cơ được tạo ra bởi sự vỡ bong bóng cho phép thăm dò kho hữu cơ của Enceladus ở nồng độ tăng cường.
Bản thân những phát hiện này không chỉ thú vị mà còn có ý nghĩa đối với việc khám phá Enceladus trong tương lai, và các khái niệm nhiệm vụ trở lại hiện đang có trên bảng vẽ. Theo ghi nhận của Glein:
Những phát hiện trên giấy cũng có ý nghĩa lớn đối với thế hệ thám hiểm tiếp theo. Một tàu vũ trụ trong tương lai có thể bay qua các chùm khí của Enceladus và phân tích các phân tử hữu cơ phức tạp đó bằng máy quang phổ khối có độ phân giải cao để giúp chúng ta xác định cách chúng được tạo ra. Chúng ta phải thận trọng, nhưng thật thú vị khi suy nghĩ rằng phát hiện này chỉ ra rằng sự tổng hợp sinh học của các phân tử hữu cơ trên Enceladus là có thể.
Sơ đồ mô tả nội thất của Enceladus. Nước từ đại dương bên dưới, cùng với chất hữu cơ, chảy xuống bề mặt thông qua các vết nứt ở lớp băng bên ngoài. Hình ảnh thông qua NASA / JPL-Caltech / Viện khoa học vũ trụ / LPG-CNRS / Nantes-Angers / ESA.
Điểm mấu chốt: Nhờ có Cassini, Enceladus từ lâu đã được coi là một trong những nơi tốt nhất trong hệ mặt trời để tìm kiếm bằng chứng về sự sống ngoài hành tinh. Có điều gì bơi trong đại dương ấm áp nhưng tối tăm đó không? Có lẽ, và phát hiện mới này về chất hữu cơ phức tạp củng cố khả năng. Ngay cả khi chỉ là thứ gì đó như vi khuẩn, việc tìm kiếm sự sống trong đại dương Enceladus, sẽ là một trong những khám phá thú vị nhất trong lịch sử.
Nguồn: Các hợp chất hữu cơ Macromolecular từ độ sâu của Enceladus
Qua SwRI và ESA