Một nghiên cứu mới cho thấy nhiều ngoại hành tinh - thế giới quay quanh các ngôi sao xa xôi - có thể có quá nhiều khí độc trong khí quyển của chúng. Nếu vậy, điều đó sẽ làm cho sự tiến hóa của các dạng sống phức tạp trở nên khó khăn hơn.
Nghệ sĩ khái niệm về 7 hành tinh có kích thước Trái đất được biết đến trong hệ thống TRAPPIST-1. Ba trong số các hành tinh đó nằm trong vùng có thể ở được, nhưng chúng ta không biết loại khí nào trong các hành tinh khí quyển. Hình ảnh qua R. Hurt / NASA / JPL-Caltech / UC Riverside.
Sự sống phổ biến trong vũ trụ như thế nào? Chúng tôi vẫn không biết câu trả lời, nhưng nghiên cứu tiếp tục dường như cho thấy rằng Nên có nhiều hành tinh (và mặt trăng) ngoài kia có khả năng hỗ trợ một số dạng sinh học. Nhưng những gì về cuộc sống tiên tiến, đặc biệt? Một nghiên cứu mới cho thấy số lượng thế giới có các dạng sống phức tạp hơn, phát triển hơn có thể ít hơn một số người hy vọng.
Những phát hiện được đánh giá ngang hàng đến từ các nhà nghiên cứu tại Đại học California Riverside (UCR) và chỉ ra rằng nhiều hành tinh có thể tích tụ khí độc trong khí quyển khiến cho cuộc sống tiến bộ hơn khó phát triển hơn. Những kết quả này đã được công bố trong Tạp chí Vật lý thiên văn vào ngày 10 tháng 6 năm 2019.
Theo Timothy Lyons, một nhà hóa sinh học tại UCR:
Đây là lần đầu tiên giới hạn sinh lý của sự sống trên Trái đất được xem là dự đoán sự phân bố của sự sống phức tạp ở những nơi khác trong vũ trụ.
Nghiên cứu này có ý nghĩa đối với khu vực có thể ở được, đó là khu vực xung quanh một ngôi sao nơi nhiệt độ có thể cho phép nước lỏng tồn tại trên bề mặt của một hành tinh đá. Nồng độ khí độc cao có thể thu hẹp vùng đó hoặc thậm chí loại bỏ nó trong một số trường hợp. Như Lyons đã giải thích:
Hãy tưởng tượng một khu vực có thể ở được cho cuộc sống phức tạp, được định nghĩa là một khu vực an toàn nơi có thể hỗ trợ các hệ sinh thái phong phú như chúng ta thấy trên Trái đất ngày nay. Kết quả của chúng tôi chỉ ra rằng các hệ sinh thái phức tạp như của chúng ta không thể tồn tại ở hầu hết các khu vực của khu vực sinh sống như được xác định theo truyền thống.
Sơ đồ mô tả ranh giới của vùng có thể ở được truyền thống, cùng với các loại sao và một số ví dụ ngoại hành tinh đã biết. Hình ảnh qua Chester Harman / Wikipedia / CC BY-SA 4.0.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các mô hình máy tính để nghiên cứu khí hậu và quang hóa khí quyển trong nhiều điều kiện hành tinh khác nhau. Một trong những loại khí nguy hiểm nhất là carbon dioxide. Các hành tinh cách xa ngôi sao của chúng - bao gồm cả Trái đất - cần nó để duy trì nhiệt độ trên mức đóng băng, vì đây là một loại khí nhà kính tuyệt vời.
Nhưng có một cái bẫy cho các hành tinh ở xa các ngôi sao của chúng hơn Trái đất. Họ sẽ cần nhiều carbon dioxide hơn để giữ ấm cho nhiệt độ, nhưng quá nhiều khí có thể gây tử vong cho các dạng sống tiên tiến hơn như động vật và con người. Như Edward Schwieterman, tác giả chính của nghiên cứu, đã lưu ý:
Để duy trì nước lỏng ở rìa ngoài của khu vực sinh sống thông thường, một hành tinh sẽ cần lượng carbon dioxide gấp hàng chục nghìn lần so với Trái đất ngày nay. Điều đó vượt xa các cấp độ được biết là độc hại đối với đời sống của con người và động vật trên Trái đất.
Đối với đời sống động vật đơn giản hơn, mức độ carbon dioxide đó có thể thu nhỏ vùng có thể ở truyền thống xuống còn khoảng một nửa. Đối với động vật hoặc con người tiến hóa hơn, vùng có thể ở được giảm xuống dưới một phần ba.
Nghệ sĩ khái niệm về Kepler-186f, hành tinh ngoại cỡ Trái đất đầu tiên được phát hiện quay quanh quỹ đạo trong khu vực có thể ở được của ngôi sao. Những thế giới như vậy có thể hỗ trợ sự sống, nhưng khí độc có thể hạn chế sự sống đó có thể phát triển đến mức nào. Hình ảnh thông qua NASA Ames / Viện SETI / JPL-Caltech / Thiên văn học.
Một loại khí chết người khác là carbon monoxide. Có rất nhiều thứ trên Trái đất vì mặt trời tạo ra các phản ứng hóa học trong bầu khí quyển phá hủy nó. Nhưng đối với một số hành tinh quay quanh các ngôi sao lùn đỏ - nhỏ hơn và mát hơn mặt trời - bức xạ cực tím mạnh có thể tạo ra mức độ carbon monoxide độc hại trong khí quyển của chúng. Như Schwieterman đã nói:
Đây chắc chắn sẽ không phải là nơi tốt cho cuộc sống của con người hoặc động vật như chúng ta biết trên Trái đất.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tương tự đã lưu ý trước đó rằng cuộc sống của vi sinh vật có thể rất tốt trong một môi trường như vậy.
Vậy làm thế nào chúng ta có thể xác định ngoại hành tinh nào có thể phù hợp với cuộc sống và những hành tinh nào có khả năng không, do các yếu tố như khí độc? Cách duy nhất để làm điều đó hiện nay là nghiên cứu từ xa bầu khí quyển của chúng bằng kính viễn vọng. Như Christopher Reinhard, một đồng tác giả khác của bài báo mới, nói:
Những khám phá của chúng tôi cung cấp một cách để quyết định trong số vô số các hành tinh này, chúng ta nên quan sát chi tiết hơn. Chúng ta có thể xác định các hành tinh có thể ở được khác với mức độ carbon dioxide hoặc carbon monoxide có khả năng quá cao để hỗ trợ cuộc sống phức tạp.
Như có thể dự đoán, loại sự sống dễ phát hiện nhất sẽ là loại sống trên bề mặt hành tinh và điều chỉnh bầu khí quyển của nó, như trên Trái đất. Nếu một hành tinh chỉ có sự sống ở dưới bề mặt (như có thể là trường hợp với sao Hỏa hoặc mặt trăng đại dương như Europa và Enceladus), điều đó sẽ khó tìm hơn rất nhiều, đặc biệt là từ nhiều năm ánh sáng. Nếu có một cuộc sống rất tiên tiến, như trong một nền văn minh phát triển hoặc hơn cả loài người, họ có thể bị phát hiện bởi kỹ thuật của họ hoặc các tác động khác đối với môi trường của hành tinh. Nhưng cuộc sống tiên tiến đòi hỏi điều kiện hành tinh thuận lợi.
Trên trái đất, carbon dioxide rất cần thiết cho đời sống thực vật, nó hấp thụ nó từ không khí, sau đó kết hợp nó với nước và ánh sáng để tạo ra carbohydrate, quá trình được gọi là quang hợp. Nhưng quá nhiều carbon dioxide có thể gây tử vong cho các dạng sống phức tạp hơn. Hình ảnh qua Jason Samfield / Flickr / CC BY-NC-SA / Cuộc hội thoại.
Nghiên cứu mới có thể giúp đặt ra các giới hạn về loại sự sống có thể phát triển tùy thuộc vào độc tính của các hành tinh khí quyển của họ. Nó cũng là một lời nhắc nhở về việc hành tinh của chúng ta quý giá như thế nào, tràn ngập sự sống của nhiều hình thức vô cùng đa dạng. Theo ghi nhận của Schwieterman:
Tôi nghĩ rằng cho thấy hành tinh của chúng ta hiếm và đặc biệt như thế nào chỉ tăng cường trường hợp bảo vệ nó. Theo như chúng ta biết, Trái đất là hành tinh duy nhất trong vũ trụ có thể duy trì sự sống của con người.
Điểm mấu chốt: Mặc dù chúng ta chưa biết mức độ phổ biến hay không, sự sống có thể có trong vũ trụ, việc xác định hành tinh nào có khí độc dồi dào trong khí quyển sẽ giúp thu hẹp tìm kiếm, đặc biệt đối với các loại sự sống phức tạp hơn gợi nhớ đến những người trên trái đất.