Sao Hỏa là hành tinh thứ tư trong hệ Mặt trời, tính từ trong ra ngoài. Nó thường được gọi với tên khác là “Hành tinh Đỏ”, do sắt oxide có mặt rất nhiều trên bề mặt hành tinh làm cho bề mặt nó hiện lên với màu đỏ đặc trưng. Tuy được đặt tên Hỏa tinh nhưng đây lại là một trong những hành tinh có nhiệt độ lạnh nhất trong 8 anh em hệ Mặt trời.
Là một ngôi sao có khả năng đã từng tồn tại sự sống và được ghi chép trong nhiều tài liệu cổ xưa nên sao Hỏa được các nhà khoa học đặc biệt chú ý quan sát và khám phá. Mới đây, NASA đã công bố những phát hiện mới nhất, làm rung động giới thiên văn học và những người yêu thích cuộc du hành liên hành tinh.
1. Bí mật khắc sâu trong những lớp đá
Trong lịch sử cuộc hành trình khám phá dài đằng đẵng của con người với sao Hỏa, có rất nhiều khám phá mang tính bước ngoặt đã mở ra nhiều thông tin về vùng đất đỏ ngoài Trái Đất. Mới đây, robot thăm dò Perseverance của NASA đã thực hiện khoan thăm dò lớp đá cứng trên bề mặt sao Hỏa nhằm thu thập các mẫu trầm tích cổ xưa. Những mẫu hóa thạch này hứa hẹn sẽ tiết lộ tầng địa chất của một miệng núi lửa mà các nhà khoa học nghi ngờ có thể đã chứa sự sống của vi sinh vật hàng tỷ năm trước.
Cách đây bốn tỷ năm, một cơn bão Mặt Trời siêu mạnh đã thổi bay toàn bộ lớp khí quyển chứa nước trên bề mặt sao Hỏa. Tuy vậy, NASA vẫn hy vọng rằng sự sống đã từng tồn tại trên hành tinh này. Các mẫu đất đá khoan được sẽ do robot sáu bánh Perseverance lưu trữ và tiến hành phân tích bảo quản. Trong tương lai nó sẽ được gửi về Trái Đất thông qua một con tàu vũ trụ khác hoặc khi Perseverance kết thúc sứ mệnh trên sao Hỏa của mình.
Vào mùa xuân năm 2021, các nhà khoa học vũ trụ bất ngờ nhận được những bảng dữ liệu phân tích về 4 mẫu đá trong miệng núi lửa Jezero từ xe tự hành Perseverance. Thông qua những hình ảnh từ vệ tinh, các nhà khoa học đã biết rằng Jezero từng là một miệng núi lửa chứa nước cách đây hàng triệu năm. Theo lý thuyết thực tế, nơi nào có nước nơi đó sẽ có điều kiện phát triển sự sống dựa vào lượng cát đá lắng đọng và trầm tích hình thành theo thời gian.
Tuy nhiên, thay vì phát hiện ra lớp phủ trầm tích, robot Perseverance đã gây bất ngờ khi tìm được hai mẫu đá magma cổ xưa. Magma là một loại đá được hình thành từ các đợt phun trào núi lửa từ sâu trong lõi Trái Đất và nguội dần sau khi núi lửa ngừng hoạt động. Đây là kết quả tất yếu của quá trình làm lạnh chất nóng chảy.
Những hình ảnh mà tài thăm dò cung cấp đã đề ra giả thuyết những mẫu đất đá này là trầm tích lòng hồ từ khoảng 3,5 tỷ năm trước. Tuy nhiên, người trực tiếp đảm nhận phân tích hình ảnh từ Perseverance đã khẳng định: “Trên thực tế, chúng tôi không tìm thấy bằng chứng về đá trầm tích nơi Perseverance khám phá đáy miệng núi lửa, mặc dù từ dữ liệu, chúng tôi biết miệng núi lửa từng là hồ nước và trầm tích chắc hẳn đã được lắng đọng”.
Sự thiếu thốn về mẫu khoáng vật và quy trình nghiên cứu từ xa đã hạn chế các nhà khoa học của NASA tiến gần đến sự thật đằng sau những tấm ảnh. Tất cả 4 mẫu đá được lấy từ hai nơi khác nhau, một được gọi là Seitah và khu còn lại là Maaz. Tính tới tháng 8 năm nay đã có tất cả bốn bài báo công bố được viết trên tạp chí khoa học Science. Tất cả đều xoay quanh nghiên cứu về hai mẫu magma dày và cách để tia laze cắt xẻ được lớp trầm tích cứng này trên sao Hỏa.
2. Thời gian tạo nên sự thay đổi của tiểu hành tinh
Tại Trái Đất khi muốn nghiên cứu về niên đại của một hồ nước, người ta sẽ thu thập mẫu đá magma ở dưới lòng hồ. Điều này là do cấu tạo tinh thể đặc biệt của loại khoáng vật này. Quá trình đông nguội sau hoạt động phun trào của núi lửa có thể tạo ra các khoáng vật với cấu trúc kết tinh cực kỳ rõ ràng.
Tuy nhiên, cũng có những loại magma không kết tinh, chính vì thế mà các nhà khoa học đã chia chúng thành 2 loại: đá xâm nhập và phun trào. Những đường vân trên bốn mẫu magma từ sao Hỏa đã tiết lộ một cách xuất sắc điều kiện hình thành và thời gian hình thành nên chúng.
Ken Farley, một học giả thuộc Học viện Công nghệ California (Mỹ), đồng thời là nhà khoa học của dự án Perseverance cho biết: Những mẫu đá được thu thập này sẽ giúp các nhà khoa học sẽ có một cái nhìn tổng quan nhất về thời gian hình thành hồ nước trên miệng núi lửa Jezero.
Nó đã ở đó từ khi nào và tại sao ngày nay nó lại bốc hơi hoàn toàn khỏi bề mặt của hành tinh đỏ. Phát hiện này là một minh chứng rằng sao Hỏa đã từng có những điều kiện thuận lợi để phát triển sự sống như Trái Đất. Nhưng nguyên nhân nào đã biến nó trở nên hoang tàn và lạnh lùng như vậy. Tất cả sẽ được những mẫu magma tiết lộ.
Tuy nhiên, vấn đề nảy sinh là magma không phải là một loại đá lý tưởng để bảo quản các mẫu sinh vật. Tuy Perseverance đã tìm thấy các lớp đá trầm tích phong phú để góp phần bổ sung thêm vào câu chuyện về khí hậu và môi trường cổ đại của sao Hỏa, nhưng nó lại không giúp gì nhiều cho công cuộc chứng minh đã từng có sinh vật sống trên mặt đất. Trong quá trình thực hiện mệnh lệnh khám phá vùng đồng bằng châu thổ trải dài 45km trên miệng núi lửa, xe tự hành Perseverance đã phát hiện mẫu vật trên một tảng đá gọi là Wildcat Ridge.
Đây là cái tên được đặt cho các trầm tích được hình thành từ bùn và cát lắng đọng trong một hồ nước mặn trước khi nó trải qua giai đoạn bốc hơi vào hàng tỷ năm trước. Perseverance đã tiến hành cạo bỏ bề mặt của tảng đá và phân tích nó bằng một công cụ được các nhà khoa học đặt tên là SHERLOC.
Tất cả những mẫu vật được thu thập tuy còn nhiều hạn chế nhưng vẫn là một trong những khám phá gây bất ngờ lớn với giới khoa học. Hiện nay, chiến dịch “Trả mẫu vật sao Hỏa” vẫn đang được tiếp tục cùng với tham vọng đưa khoáng thạch trở về Trái Đất để nghiên cứu. Sau Obby, Perseverance là thế hệ robot khám phá thứ hai đem lại nhiều thành tựu nhất cho loài người.
3. Cuộc hành trình vẫn đang được tiếp tục
Trong bản báo cáo thứ hai được công bố hồi tháng tư năm nay trên tạp chí Science, NASA đã tiết lộ về sự tồn tại của khối đá chứa đầy khoáng chất olivin được hình thành cách đây nhiều năm. Đây là phát hiện được các tàu quỹ đạo sao Hỏa của NASA tiến hành, nó gián tiếp để lộ một diện tích gần bằng kích thước của bang Nam Carolina (Mỹ), khoảng 70.000km khoáng thạch olivin.
Tảng đá khổng lồ kéo dài từ rìa bên trong của miệng núi lửa Jezero vào đến tận các khu vực xung quanh. Theo giả thuyết được đưa ra từ nhiều năm trước, đồng bằng Jezero được phỏng đoán rằng từng là nơi có một con sông lớn đổ vào lòng hồ và hình thành nên hệ thống tầng địa chất.
Trên Trái Đất, việc có được một lượng olivin bao phủ trên diện rộng là một điều gần như không thể. Do quá trình phát triển phức tạp của các mảng kiến tạo và khí hậu tại Địa cầu, các khoáng chất như (Mg, Fe)₂SiO₄ sớm nằm dưới tầng thổ nhưỡng và phân bố đồng đều, rời rạc trên phạm vi toàn bộ hành tinh.
Sự xuất hiện của vùng khoáng thạch này trên sao Hỏa đã khiến giới nghiên cứu của NASA phải đau đầu. Chúng hình thành từ sự kiện nào: từ một đợt phun trào dữ dội, tác động từ thiên thạch hay đơn giản là lớp trầm tích từ lòng hồ. Nếu kết quả từ Perseverance là chính xác thì đây chắn chăn phải là một hồ nước cực kỳ lớn kiến tạo từ nguồn nước dồi dào. Tuy nhiên, lượng olivin cũng có thể chỉ là kết quả từ quá trình magma nguội dần – đá nóng chảy – trước khi tất cả bị xói mòn theo thời gian và để lộ lớp khoáng chất khổng lồ.
Để chứng minh các phỏng đoán của mình, NASA đang tiến hành nhờ Perseverance mài mòn một tảng đá bất kỳ tại thung lũng núi lửa để nghiên cứu cấu tạo của nó. Yang Liu – nhà khoa học thuộc phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA (JPL) ở Nam California đang theo dõi quá trình này và dần nghiêng về giả thuyết cuối cùng nhất. Lượng khoáng chất olivin dồi dào trên hành tinh đỏ là hậu quả của một trận phun trào magma. Theo thời gian các lớp đá núi lửa nguội đã bị tác nhân ngoại cảnh bào mòn và để lộ lớp khoáng chất đặc trưng bên dưới.
Nhờ định hướng của các nhà khoa học, Perseverance đã tiến hành phân tích các mẫu vật và trả lại một kết quả khá bất ngờ: Những khoáng vật olivin trong khu vực có kích thước hạt tinh thể khá lớn từ 1 đến 3 milimet. Đây là một điều hiếm thấy trong các vụ phun trào núi lửa, công nghệ Hóa thạch học tia X (PIXL) trên xe tự hành cũng đã phân tích thêm nhiều mẫu khác và vẫn cho cùng một kết quả tương tự. Điều đáng nói ở đây là quá trình làm lạnh vật liệu nóng chảy trên bề mặt hành tinh đỏ diễn ra khá nhanh. Trong khi đó để thi được các mẫu tinh thể olivin lớn như thế này thì cần một quy trình hạ nhiệt từ từ và lâu dài, vì thế lượng olivin khổng lồ này đã được giả thuyết rằng vụ phun trào xảy ra dưới mặt đất.
4. Công cụ khám phá hiện đại trên Perseverance
Cùng với robot Curiosity, Opportunity, Perseverance là thế hệ thứ tư khám phá sao hỏa. Cùng với người đồng hành biết bay, Perseverance rover đảm nhận nhiều vai trò trong sứ mệnh bắt đầu từ năm 2020. Bên cạnh việc thử nghiệm tái tạo, sản xuất oxi nhằm phục vụ cho quá trình đổ bộ lên sao Hỏa của con người, Perseverance còn thực hiện sứ mệnh tìm kiếm sự sống cổ đại trên hành tinh đỏ. Xe tự hành có người bạn biết bay được trang bị cánh tay khỏe để thu thập mẫu đá và bảo quản chúng cùng nhiều công nghệ hiện đại để phân tích, trong đó có tia laser SuperCam của Perseverance và một radar xuyên đất gọi là RIMAX.
Khi khám phá tầng địa chất của các hành tinh khác, việc xác định niên đại của các mẫu đất đá sẽ dựa hoàn toàn vào tia laser. Trong đó, để xác định được thành phần hóa học, các nhà nghiên cứu sẽ phải phân tích nó bằng cách so sánh với bảng màu quang phổ nguyên tố. Trên robot Perseverance, bộ phận có tên gọi là SuperCam sẽ thực hiện điều này.
Trên thực tế, SuperCam chỉ là một chi tiết nhỏ được gắn trên đầu cánh tay của Perseverance và được trang bị tia laser làm bay hơi đá. Nó có thể bắn trúng mục tiêu nhỏ bằng đầu bút chì từ cách xa tới 7 mét, hỗ trợ đắc lực cho quá trình tìm ra và xác định các tầng trầm tích lắng đọng tại miệng núi lửa Jezero. Tính từ khi đổ bộ lên sao Hỏa đến nay, xe tự hành NASA đã di chuyển được quãng đường 12,7 km, khám phá liên tiếp 1.450 điểm với hơn 3000 bức ảnh, giúp các nhà khoa học có căn cứ chính xác về lượng đá magma trên hành tinh mẹ.
Ngoài ra, trên SuperCam còn gắn thêm một bộ phận hồng ngoại nhằm phát hiện sự sống và tìm ra các khoáng chất bị biến đổi do nước tại đáy miệng núi lửa Jenezo. Tuy nhiên, sự biến đổi này có vẻ không chỉ dừng lại ở lòng hồ, chúng đã lan rộng trên một khu vực lớn và bị xe tự hành Perseverance thu thập được.
Roger Wiens – điều tra viên chính của SuperCam tại Đại học Purdue và Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos (Mỹ) cho biết: “Dữ liệu của SuperCam cho thấy rằng những lớp đá này đã bị cô lập khỏi nước hồ Jezero hoặc hồ tồn tại trong một khoảng thời gian giới hạn”. Chính vì thế mà sự xuất hiện và tính chất của chúng có chút phức tạp, đòi hỏi các nhà khoa học phải kiểm chứng nhiều hơn các giả thuyết và tích cực thu thập cá quan sát gián tiếp từ robot tự hành.
Bên cạnh trang bị SuperCam, xe tự hành thế hệ thứ tư còn mang theo một máy dò radar xuyên đất mang tên RIMFAX. Trước khi Perseverance xuất hiện, radar xuyên đất chỉ được trang bị cho những con tàu quỹ đạo quanh sao Hỏa. Tuy nhiên, nghiên cứu tầm xa đã hạn chế rất nhiều dữ liệu, chính vì thế mà RIMFAX đã được ứng dụng cho nguyên cứu mặt đất, nó có thể khảo sát tầng miệng núi lửa sâu tới 15 mét.
Trong hơn 3000 tấm ảnh gửi về Trái Đất, một nửa trong số đó là những tấm hình được chụp sắc nét từ radar. Các bức ảnh chụp đã tiết lộ một lớp đất đá nghiêng dọc theo lòng hồ 15 độ, thuận tiện cho việc đánh giá và quan sát. Nếu các bức ảnh vẫn đều đặn gửi về, các nhà khoa học sẽ dễ dàng xác định được niên đại và thời gian hình thành các tầng địa chất của hồ núi lửa Jenezo.
Những điều bất ngờ vẫn đang tiếp tục được lộ diện. Trong tương lai, sự hào hứng của giới khoa học sẽ dành trọn cho công cuộc phân tích các mẫu hóa thạch được gửi về từ sao Hỏa. Việc kiểm tra trực tiếp nhờ công nghệ phân tích hiện đại trên Trái Đất sẽ đưa ra những kết quả chính xác về việc sự sống có từng tồn tại trên sao Hỏa hay không, hoặc gần nhất là sao Hỏa có từng tồn tại nước trên bề mặt và tầng khí quyển của nó hay không. Tất cả sẽ được mở ra vào ngày Perseverance trở về.
Kể từ tháng 2 năm 2021, tàu thăm dò mới nhất của NASA vẫn miệt mài nghiên cứu và làm việc trong miệng núi lửa. Nó cùng người bạn đồng hành biết bay liên tục thu thập các mẫu đá nhỏ bằng ngón tay để bảo quản chờ tàu đón mẫu vật vào năm 2023.
Trong quá trình hoạt động, người bạn đi cùng Perseverance luôn luôn đảm bảo robot 6 bánh được an toàn tại các địa điểm di chuyển. Đôi bạn liên tục chụp ảnh nhau và gửi về trạm vũ trụ để giúp các nhà khoa học xác định rằng bộ đôi vẫn an toàn. Đến nay, công cuộc khám phá vùng đồng bằng trải rộng 45km gần xích đạo sao Hỏa vẫn đang được tiếp tục. Perseverance sẽ giúp nhân loại kiểm tra giả thuyết về sự xuất hiện và tồn tại một con sông lớn đã từng uốn mình chảy trên bề mặt hành tinh đỏ. Tất cả vẫn đang được tiến hành và chờ ngày bí mật cuối cùng được nhân loại vén màn.
