Nước trên Sao Hỏa đã đi đâu?

Các nhà khoa học vẫn đang cố gắng tìm câu trả lời cho câu hỏi này trông nhiều thập kỷ nay. Dường như từng có rất nhiều nước từng tồn tại trên hành tinh đỏ, và ngày nay chúng ta vẫn thấy dấu hiệu của những con sông, hồ hay thậm chí có thể là đại dương cổ đại trên bề mặt. Tuy nhiên, ngày nay, bề mặt sao Hỏa lại là một sa mạc khô lạnh, với bầu khí quyển quá mỏng để mưa có thể xuất hiện trên hành tinh này. Có một ý kiến cho rằng hầu hết nước trên hành tinh này bị rò rỉ ra ngoài không gian trong hàng tỷ năm trước, sau khi mà từ trường của nó biến mất - lúc đó bầu khí quyền của nó loãng đi. Tuy nhiên vào tháng 3 năm 2021, các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực NASA và Caltech ở Pasadena, California cho rằng khá nhiều, hay thậm chí là phần lớn nước trên Sao Hỏa - khoảng 30-99%- đã đi xuống thay vì đi lên. Họ cho biết công trình nghiên cứu chỉ ra rằng, phần nước đáng ra ở đó đã thấm vào lớp vỏ của hành tinh, mắc kẹt trong các khoáng chất.
Kết quả này được phê duyệt và công bố trên tạp chí Science và được trình bày tại Hội nghị Hoa học Hành tinh và vệ tinh lần thứ 52 vào giữa tháng 3 vừa qua.

Công trình mới dựa trên các bằng chứng địa chất, cho thấy sao Hỏa cổ Đại từng có khối lượng lớn nước ở dạng lỏng. Các nhà khoa học cho biết, các mô hình thoát hydro ra ngoài không gian trong quá khứ được hiệu chỉnh với các quan sát về vận tốc thoát hiện tại không giải thích được những gì chúng ta nhìn thấy ngày nay. Công trình mới của họ bao gồm một mô phỏng máy tính mới về nước trên Sao Hỏa kết hợp với các quan sát hạn chế từ tàu vũ trụ, tàu thăm dò. Họ cũng nói về quá trình hydrat hóa lớp vỏ (crustal hydration)- một phản ứng hóa học trong đó nước được thêm vào cấu trúc của các khoáng chất. Họ cho biết :" Trong mô hình của chúng tôi, lượng nước tham gia vào chu kỳ thủy văn (hydrologycal cycle) giảm từ 40 đến 95% trong thời kỳ Noachian ( khoảng 3.7 đến 4.1 tỷ năm trước), cho tới ngày nay. Từ 30 - 99% nước trên Sao Hỏa đã bị cô lập bởi quá hình hydrat hóa của lớp vỏ, chứng tỏ rằng quá trình phong hóa hóa học không đảo ngược có thể làm tăng sự khô cằn của các hành tinh đất đá.


Ảnh: Sao hỏa ngày nay chỉ có hơi nước, băng và một ít nước lỏng trên bề mặt. Bức ảnh là sự kết hợp của khoảng 100 hình ảnh từ tàu quỹ đạo Viking. NASA/ JPL-Caltech/ USGS

Các nghiên cứu trước đây cho thấy ít nhất một lượng nhỏ nước trên bề mặt Sao Hỏa đã rò rỉ vào không gian, nhưng những phát hiện mới đây lại cho thấy phần lớn nước trên Sao Hỏa đã đi vào lòng đất.

Liệu Sao Hỏa từng chứa đựng bao nhiêu nước?

Các ước tính hiện tại cho biết lượng nước này đủ để hình thành một đại dương với độ sâu từ 100 đến 1500 mét, gần bằng một nửa thể tích của Đại Tây Dương. Việc thực sự có tồn tại một đại dương hay không vẫn còn đang là một vẫn đề gây tranh cãi, nhưng ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy một đại dương đã từng tồn tại ở vùng trũng ở bán cầu Bắc. Tuy nhiên, qua các tàu quỹ đạo và tàu đổ bộ chúng ta đều biết rằng từng tồn tại hồ và sông trên bề mặt hành tinh đỏ.
Ngày nay, Sao Hỏa bị đóng băng, đó là một thế giới với lớp băng vĩnh cửu rộng lớn bên dưới bề mặt của nó, cũng như các chỏm băng ở vùng cực vậy. Nhưng ngoài nghiên cứu mới đang được thảo luận, giờ đây cũng có bằng chứng về các hồ nước bên dưới bề mặt sâu bên dưới cực nam của hành tinh này dưới dạng lỏng giữ bởi muối.

Làm thế nào để các nhà khoa học xác định phần lớn nước trên Sao Hỏa đã đi xuống lòng đất?

Họ đã sử dụng dữ liệu từ nhiều sứ mệnh trên Sao Hỏa cũng như công việc trong phòng thí nghiệm liên quan đến thiên thạch. Để có được cái nhìn toàn diện về lịch sử của nước trên hành tinh, các nhà nghiên cứu đã xem xét lượng nước trên hành tinh ở mọi trạng thái - hơi, lỏng và băng - từ lịch sử sơ khai của Sao Hỏa cho tới nay. Họ cũng xem xét thành phần hóa học của khí quyển và lớp vỏ hiện tại, tỷ lệ deuterium so với hydro được quan tâm đặc biệt.
Theo như chúng ta biết, nước được cấu tạo bởi các nguyên tử hydro và oxy, hầu hết các nguyên tử hydro có một proton, nhưng một số rất nhỏ 0.02% có cả proton và neutron, những nguyên tử này được gọi là Deuterium hay đơteri hoặc hydro nặng. Khi một hành tinh hoặc một thiên thể khác mất nước, các nguyên tử hydro nhẹ hơn thoát vào không gian sẽ dễ dàng hơn nhiều, tuy nhiên, các nguyên tử deuterium sẽ có xu hướng bị bỏ lại phía sau, vì chúng nặng hơn.
Nhưng khi nói đến Sao Hỏa, có một vẫn đề đó là tỉ lệ deuterium trên hydro được tìm thấy trong khí quyển không thể giải thích được bằng cách chỉ nước thoát ra trong khí quyển. Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng cần phải có một lời giải thích tốt hơn đó là có một phần nước cũng bị giữ lại trong các khoáng chất dưới lớp vỏ đồng thời cũng có một phần thoát ra ngoài bầu khí quyển.

Điều tương tự cũng xảy ra trên Trái Đất, những có một sự khác biệt lớn đó là nước trong lớp vỏ trên Sao Hỏa bị giữ lại vĩnh viễn ở đó vì hành tinh này không có kiến tạo mảng như trên Trái Đất. Trên Trái Đất, lớp vỏ cũ tan chảy vào lớp phủ, tạo thành lớp vỏ mới ở ranh giới giữa các mảng, nước liên tục được đưa trở lại qua bầu khí quyển bởi núi lửa. Theo Michael Meyer, nhà khoa học chính của chương trình thám hiểm Sao Hỏa của NASA cho biêt :"Các vật liệu ngậm nước trên hành tinh của chúng ta đang được tái chế liên tục thông qua kiến tạo mảng. Bởi vì chúng tôi có các phép đo từ nhiều tàu không gian, và có thể thấy rằng Sao Hỏa không có chu chình ấy vậy nên nước hiện bị nhốt trong lớp vỏ hoặc bị bay vào không gian."



Ảnh: Tàu thăm dò Perseverance của NASA hạ cánh hôm 18/2/2021 sẽ thu thập các mẫu đá và đất để quay trở về Trái Đất trong tương lai. Đó sẽ là những bằng chứng quý giá có giá trị về lịch sử của nước trên Sao Hỏa. NASA/ JPL-Caltech.

Các kết quả cũng có ý nghĩa đối với khả năng sinh sống tiềm năng của Sao Hỏa, đó là lý do tại sao các nhà khoa học muốn biết hành tinh này mất phần lớn nước vào khi nào và như thế nào. tàu thăm dò Perseverance của NASA đang bắt đầu tiềm kiếm những bằng chứng quý giá về sự sống của vi sinh vật trong quá khứ trong miệng núi lửa Jezero, nơi cho rằng từng là một hồ nước.

Tham khảo:

1. Earthsky.org Mars’ missing water might still be in its crust

2. Science.sciencemag.org Long-term drying of Mars by sequestration of ocean-scale volumes of water in the crust

Author: Nhung Nguyễn
Cử Nhân Vũ Trụ và Ứng Dụng USTH 2018-2021


Bài viết xem nhiều