Những đốm trắng lạ trên nền đất đỏ

Giữa bề mặt đỏ cam khô cằn, đầy bụi của sao Hỏa, những hòn đá nhỏ màu trắng trông như các đốm sáng lạc loài. Với mắt thường, đó chỉ là vài viên đá sáng màu. Nhưng với các nhà khoa học khí hậu hành tinh, chúng có thể là mảnh ghép quan trọng nhất trong câu hỏi lớn: Sao Hỏa từng ấm và ẩm đến mức nào?

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Purdue, làm việc cùng nhóm nhiệm vụ của tàu thám hiểm Perseverance của NASA, xác định những “đốm trắng” này chính là kaolinite – một loại đất sét giàu nhôm, rất quen thuộc trên Trái Đất, nhưng cực kỳ khó hình thành nếu thiếu một điều kiện then chốt: một môi trường mưa dầm, ẩm ướt, kéo dài hàng triệu năm.

Nói cách khác, những gì Perseverance nhìn thấy ở miệng hố Jezero không khớp với hình ảnh một sao Hỏa lạnh, khô, chết như hiện tại. Thay vào đó, chúng giống như vết tích của những “ốc đảo ướt” cổ xưa, nơi mưa rơi nhiều đến mức có thể so với khí hậu nhiệt đới trên Trái Đất.

Kaolinite là gì, và vì sao nó cực kỳ “đáng ngờ” trên sao Hỏa?

Trên Trái Đất, kaolinite hình thành khi:

• Đá và trầm tích bị nước mưa rửa trôi (leaching) trong thời gian rất dài,
• Tất cả các khoáng khác dần bị “tẩy” khỏi khối đá,
• Phần còn lại là đất sét trắng, giàu nhôm.

Adrian Broz, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ (postdoc) tại Purdue và là tác giả chính của công trình trên tạp chí Communications Earth & Environment, nhấn mạnh rằng:

• Môi trường điển hình của kaolinite trên Trái Đất là các vùng khí hậu nhiệt đới, rừng mưa, nơi:
• • Không khí ẩm,
  • Mưa nhiều,
  • Quá trình phong hóa hóa học diễn ra mạnh mẽ qua hàng trăm nghìn đến hàng triệu năm.

Chính vì vậy, việc thấy kaolinite ở một nơi như sao Hỏa – lạnh, khô, bề mặt hiện không có nước lỏng – là một tín hiệu cực kỳ mạnh: “Khi bạn thấy kaolinite ở một nơi như sao Hỏa, nơi nó khô, lạnh và chắc chắn không có nước lỏng trên bề mặt, nó cho ta biết rằng đã từng có nhiều nước hơn rất, rất nhiều so với bây giờ,” Broz nói.

Những mẩu kaolinite mà Perseverance phát hiện trải dài từ cỡ sỏi nhỏ đến tảng đá lớn, nằm rải rác trên đường di chuyển của tàu kể từ khi hạ cánh xuống miệng hố Jezero vào tháng 2/2021 – khu vực từng là một hồ nước cổ xưa, với kích thước ước tính gấp khoảng hai lần hồ Tahoe trên Trái Đất.

Horgan: “Bạn cần cực kỳ nhiều nước để tạo ra những thứ này”

Briony Horgan – giáo sư khoa học hành tinh tại Purdue, đồng thời là người tham gia hoạch định dài hạn cho nhiệm vụ Perseverance – nhấn mạnh tầm quan trọng của những khối đá này:

• Từ quỹ đạo, các mỏ kaolinite trên sao Hỏa đã từng được phát hiện,
• Nhưng những khối đá mà Perseverance đang “tận tay” khảo sát là bằng chứng mặt đất hiếm hoi.

Horgan nói: “Ở những nơi khác trên sao Hỏa, các đá như thế này có lẽ là một trong những trầm tích quan trọng nhất mà chúng ta từng thấy từ quỹ đạo, vì chúng rất khó hình thành. Bạn cần rất nhiều nước, đến mức chúng tôi cho rằng chúng có thể là bằng chứng của một khí hậu cổ xưa, ấm áp và ẩm ướt, nơi có mưa rơi trong hàng triệu năm.”

Điều đó khiến những mẩu đá trắng này trở thành trọng tâm mới trong cuộc tranh luận lớn: Liệu sao Hỏa thời xa xưa từng giống một Trái Đất non trẻ – ấm, ẩm, với mưa, sông và hồ – hay chỉ là một hành tinh băng giá, có chút nước thoáng qua?

Soi đá sao Hỏa bằng “mẫu chuẩn” Trái Đất

Để trả lời câu hỏi đó, nhóm Purdue không chỉ dựa vào ảnh chụp hay phân tích từ xa.

Họ dùng:

• Các dữ liệu quang phổ và hình ảnh từ hai công cụ trên Perseverance:
• • SuperCam
  • Mastcam-Z

Những dữ liệu này dùng để:

• Nhận diện thành phần kaolinite trên sao Hỏa,
• So sánh chi tiết với các mẫu kaolinite trên Trái Đất thu thập từ:
• • Khu vực gần San Diego, California,
  • Các địa điểm ở Nam Phi.

Kết quả:

• Đá từ hai hành tinh có sự tương đồng rất cao,
• Về mặt khoáng vật và dấu ấn phong hóa,
• Củng cố nhận định rằng kaolinite sao Hỏa cũng hình thành qua quá trình rửa trôi khoáng chất dài lâu bởi nước.

Tuy nhiên, vẫn còn một nhánh khả dĩ khác phải loại trừ:

• Kaolinite có thể hình thành trong hệ thống thủy nhiệt (hydrothermal) – nơi nước nóng “tẩy” đá,
• Nhưng quá trình này tạo ra dấu vân tay hóa học khác so với việc mưa ở nhiệt độ thấp rửa trôi đá trong hàng nghìn đến hàng triệu năm.

Broz cho biết nhóm đã sử dụng dữ liệu từ ba địa điểm khác nhau để:

• So sánh kịch bản thủy nhiệt với kịch bản mưa kéo dài,
• Kết luận rằng dấu hiệu hóa học ở đá Jezero phù hợp hơn với phong hóa bởi mưa ở nhiệt độ thấp, chứ không phải hệ thống thủy nhiệt nóng.

Bí ẩn nguồn gốc: Những viên đá “trôi dạt” giữa miệng hố

Câu chuyện không chỉ dừng ở việc “Sao Hỏa từng mưa rất nhiều”. Bản thân các khối kaolinite cũng mang trong mình một bí ẩn khác. Horgan cho biết:

• Dọc theo đường đi của Perseverance trong miệng hố Jezero,
• Các khối đá kaolinite trắng nằm rải rác,
• Nhưng không hề có vách đá lớn hay outcrop kaolinite rõ ràng nào gần đó để giải thích nguồn gốc.

Điều này mở ra vài khả năng:

1. Đá bị cuốn vào hồ Jezero bởi sông tạo đồng bằng châu thổ (delta):
2. • Ở thời điểm hồ tồn tại, các dòng sông có thể đã mang đá từ thượng nguồn xa xôi,
   • Rồi để lại chúng trong trầm tích đáy hồ,
   • Sau đó được phơi bày khi hồ cạn, bị xói mòn.
2. Đá bị bắn tới Jezero do một cú va chạm (impact):
3. • Một thiên thạch đâm xuống sao Hỏa,
   • Hất tung các mảnh đá kaolinite từ nơi khác,
   • Chúng rơi xuống và nằm rải rác bên trong miệng hố.

Horgan thừa nhận: “Chúng tôi chưa thực sự chắc chắn. Chúng rõ ràng đang ghi lại một sự kiện nước cực kỳ ấn tượng, nhưng nguồn gốc chính xác vẫn còn là câu hỏi mở.”

Ảnh vệ tinh cho thấy:

• Ở những vùng khác trên sao Hỏa, có các outcrop kaolinite lớn đã được xác định,
• Tuy nhiên Perseverance chưa thể tiếp cận được những khu vực đó,
• Vì vậy những hòn đá nhỏ rải rác tại Jezero hiện là bằng chứng mặt đất duy nhất mà chúng ta có trong tay.

Thời tiết kiểu… rừng mưa trên một hành tinh hiện giờ khô cằn

Nếu kết luận của Broz và Horgan là đúng, bức tranh khí hậu sao Hỏa cổ xưa sẽ hoàn toàn khác:

• Thay vì một hành tinh lạnh, khô với băng và nước thoáng qua,
• Một số khu vực có thể từng có:
• • Khí hậu ấm, ẩm,
  • Mưa rơi liên tục qua hàng triệu năm,
  • Các hồ lớn như Jezero chứa đầy nước,
  • Quá trình phong hóa hóa học chậm rãi nhưng mạnh mẽ – giống vùng nhiệt đới trên Trái Đất.

Broz nhấn mạnh rằng:

• Trên Trái Đất, rừng mưa nhiệt đới là môi trường phổ biến nhất nơi ta tìm thấy kaolinite,
• Sự xuất hiện của kaolinite ở sao Hỏa – trong bối cảnh hành tinh này hiện lạnh, khô, không có nước lỏng – là chỉ dấu mạnh rằng:“Đã từng có rất nhiều nước hơn bây giờ.”

Những khối đá này vì thế trở thành “viên nang thời gian” (time capsule):

• Lưu giữ thông tin về điều kiện môi trường cách đây hàng tỷ năm,
• Giúp chúng ta lần ngược lịch sử khí hậu sao Hỏa,
• Và lần ra câu trả lời: Vì sao từ một thế giới ẩm ướt, nó trở thành hành tinh khô cằn như hiện tại?

Ý nghĩa sống còn: Nước, khí hậu mưa và khả năng sinh sống

Tất cả các dạng sự sống mà ta biết đến đều cần nước. Vì thế, câu nói của Broz ở cuối bài báo không chỉ là một nhận xét khoa học, mà còn là một gợi mở về khả năng từng có sự sống trên sao Hỏa: “Tất cả sự sống đều sử dụng nước. Vì vậy, khi chúng ta nghĩ về khả năng những khối đá trên sao Hỏa này đại diện cho một môi trường được dẫn dắt bởi mưa, đó là một nơi cực kỳ tiềm năng cho sự sống phát triển, nếu như sự sống từng xuất hiện trên sao Hỏa.”

Một môi trường:

• Có nước lỏng ổn định,
• Có mưa,
• Có hồ lâu dài,
• Có quá trình phong hóa hóa học liên tục trong hàng triệu năm,

chính là kiểu môi trường rất “thân thiện” với sự sống vi sinh theo kiến thức địa sinh học hiện nay.

Điều này biến những khối kaolinite trắng, nhỏ bé trong miệng hố Jezero thành mục tiêu ưu tiên cao cho việc:

• Khoan – lấy mẫu – lưu trữ đá,
• Đưa mẫu về Trái Đất trong các sứ mệnh sample return tương lai,
• Phân tích chi tiết trong phòng lab với dụng cụ mà rover không thể mang đi.

Tại sao chuyện này quan trọng hơn một phát hiện khoáng vật đơn lẻ?

Trong bức tranh rộng hơn của khoa học hành tinh và tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất, phát hiện này:

1. Củng cố giả thuyết sao Hỏa từng ấm – ẩm:
2. • Không chỉ có dấu vết “nước chảy” (kênh sông, delta, fan bồi tích),
   • Mà còn có chứng cứ khoáng vật học rõ ràng cho thấy nước từng hoạt động rất lâu, rất nhiều ở một số khu vực.
2. Cho phép hiệu chỉnh các mô hình khí hậu sao Hỏa cổ:
3. • Các mô hình khí quyển, bức xạ Mặt Trời, thành phần khí…
   • Giờ đây có thêm ràng buộc cứng: phải giải thích được cách một hành tinh nhỏ, xa Mặt Trời như sao Hỏa có thể duy trì được chu kỳ mưa kéo dài.
3. Định hướng cho các sứ mệnh tiếp theo:
4. • Vị trí các mỏ kaolinite lớn quan sát từ quỹ đạo sẽ trở thành “điểm nóng” ưu tiên cho các rover tương lai,
   • Các mẫu đá từ những vùng này là ứng viên hàng đầu để tìm dấu vết hóa thạch, biosignature nếu có.

Từ góc nhìn của người đứng trên Trái Đất, những viên đá trắng lốm đốm trên nền đất đỏ sao Hỏa chỉ là chi tiết nhỏ trong một bức ảnh. Nhưng dưới con mắt của các nhà khoa học Purdue và nhóm Perseverance, chúng giống như dòng chú thích bị phai mờ của một chương khí hậu đã mất:

• Một sao Hỏa không chỉ có bụi và băng,
• Mà từng có mưa, hồ nước, phong hóa hóa học kiểu nhiệt đới,
• Và—biết đâu—những hệ sinh thái vi mô nơi sự sống có thể đã bén rễ.

Nếu một ngày các mẫu đá kaolinite Jezero được mang về phòng thí nghiệm trên Trái Đất, rất có thể chúng sẽ trả lời một trong những câu hỏi lớn nhất của khoa học hiện đại: Hành tinh đỏ có từng là một “Trái Đất xanh thứ hai” trong vũ trụ hay không?