Hai nghiên cứu mới dựa trên dữ liệu từ tàu vũ trụ Cassini của NASA đang xem xét kỹ lưỡng hoạt động hóa học phức tạp trên bề mặt mặt trăng Titan của Sao Thổ. Mặc dù hóa học phi sinh học đưa ra một lời giải thích khả dĩ, một số nhà khoa học tin rằng những dấu hiệu hóa học này củng cố lập luận về một dạng sống nguyên thủy, kỳ lạ hoặc tiền thân của sự sống trên bề mặt Titan. Theo một lý thuyết do các nhà sinh vật học vũ trụ đưa ra, các dấu hiệu đáp ứng hai điều kiện quan trọng cần thiết cho một “sự sống dựa trên metan” được giả thuyết.
Một phát hiện quan trọng đến từ một bài báo trực tuyến trên tạp chí Icarus, cho thấy các phân tử hydro di chuyển xuống qua bầu khí quyển của Titan và biến mất trên bề mặt. Một bài báo khác trực tuyến trên Tạp chí Nghiên cứu Địa vật lý lập bản đồ hydrocarbon trên bề mặt Titan và phát hiện ra sự thiếu hụt axetilen.
Sự thiếu hụt axetilen này rất quan trọng vì hóa chất đó có thể là nguồn năng lượng tốt nhất cho một sự sống dựa trên metan trên Titan, Chris McKay, một nhà sinh vật học vũ trụ tại Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA, Moffett Field, Calif., người đã đề xuất một tập hợp các điều kiện cần thiết cho loại sự sống dựa trên metan này trên Titan vào năm 2005 cho biết. Một cách giải thích dữ liệu axetilen là hydrocarbon đang được tiêu thụ làm thức ăn. Nhưng McKay cho biết dòng hydro thậm chí còn quan trọng hơn vì tất cả các cơ chế được đề xuất của họ đều liên quan đến việc tiêu thụ hydro.
“Chúng tôi đề xuất tiêu thụ hydro vì đó là loại khí rõ ràng để sự sống tiêu thụ trên Titan, tương tự như cách chúng ta tiêu thụ oxy trên Trái đất”, McKay nói. “Nếu những dấu hiệu này hóa ra là dấu hiệu của sự sống, thì điều đó sẽ thú vị gấp đôi vì nó sẽ đại diện cho một dạng sống thứ hai độc lập với sự sống dựa trên nước trên Trái đất.”
Khái niệm nghệ thuật về một hồ nước phẳng lặng như gương trên bề mặt mặt trăng Titan đầy sương mù, thể hiện sự tương tác giữa chất lỏng và môi trường xung quanh.
Cho đến nay, các dạng sống dựa trên metan chỉ là giả thuyết. Các nhà khoa học vẫn chưa phát hiện ra dạng sống này ở bất kỳ đâu, mặc dù có những vi sinh vật dựa trên nước lỏng trên Trái đất phát triển mạnh nhờ metan hoặc tạo ra nó như một sản phẩm thải. Trên Titan, nơi nhiệt độ khoảng 90 Kelvin (âm 290 độ Fahrenheit), một sinh vật dựa trên metan sẽ phải sử dụng một chất lỏng làm môi trường cho các quá trình sống của nó, nhưng không phải là nước. Nước đóng băng trên bề mặt Titan và quá lạnh để hỗ trợ sự sống như chúng ta biết.
Danh sách các ứng cử viên chất lỏng rất ngắn: metan lỏng và các phân tử liên quan như etan. Mặc dù nước lỏng được coi là cần thiết cho sự sống, nhưng đã có nhiều suy đoán được công bố trong các tài liệu khoa học rằng đây không phải là một yêu cầu nghiêm ngặt.
Những phát hiện mới về hydro phù hợp với các điều kiện có thể tạo ra một dạng sống dựa trên metan kỳ lạ, nhưng không chứng minh dứt khoát sự tồn tại của nó, Darrell Strobel, một nhà khoa học liên ngành Cassini có trụ sở tại Đại học Johns Hopkins ở Baltimore, Md., người đã viết bài báo về hydro cho biết.
Strobel, người nghiên cứu bầu khí quyển phía trên của Sao Thổ và Titan, đã phân tích dữ liệu từ máy quang phổ hồng ngoại tổng hợp và máy quang phổ khối lượng ion và trung tính của Cassini trong bài báo mới của mình. Bài báo mô tả mật độ hydro ở các phần khác nhau của bầu khí quyển và bề mặt. Các mô hình trước đây đã dự đoán rằng các phân tử hydro, một sản phẩm phụ của ánh sáng mặt trời cực tím phá vỡ các phân tử axetilen và metan trong tầng khí quyển phía trên, sẽ được phân bố khá đều khắp các lớp khí quyển.
Strobel đã tìm thấy sự khác biệt về mật độ hydro dẫn đến dòng chảy xuống bề mặt với tốc độ khoảng 10.000 nghìn tỷ nghìn tỷ phân tử hydro mỗi giây. Tốc độ này gần bằng tốc độ mà các phân tử thoát ra khỏi tầng khí quyển phía trên.
“Giống như bạn có một cái vòi và bạn đang phun hydro xuống đất, nhưng nó đang biến mất,” Strobel nói. “Tôi không mong đợi kết quả này, vì hydro phân tử cực kỳ trơ về mặt hóa học trong khí quyển, rất nhẹ và nổi. Nó sẽ ‘nổi’ lên đỉnh của khí quyển và thoát ra.”
Strobel cho biết không có khả năng hydro đang được lưu trữ trong một hang động hoặc không gian ngầm trên Titan. Bề mặt Titan cũng quá lạnh nên cần có một quá trình hóa học liên quan đến chất xúc tác để chuyển đổi các phân tử hydro và axetilen trở lại metan, mặc dù về tổng thể sẽ có sự giải phóng năng lượng ròng. Hàng rào năng lượng có thể được khắc phục nếu có một khoáng chất chưa biết nào đó hoạt động như chất xúc tác trên bề mặt Titan.
Nghiên cứu lập bản đồ hydrocarbon, do Roger Clark, một nhà khoa học của nhóm Cassini có trụ sở tại Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ ở Denver, dẫn đầu, xem xét dữ liệu từ máy quang phổ lập bản đồ hồng ngoại và hình ảnh của Cassini. Các nhà khoa học đã dự đoán sự tương tác của mặt trời với các hóa chất trong khí quyển sẽ tạo ra axetilen rơi xuống để bao phủ bề mặt Titan. Nhưng Cassini không phát hiện ra axetilen trên bề mặt.
Ngoài ra, máy quang phổ của Cassini đã phát hiện ra sự vắng mặt của băng nước trên bề mặt Titan, nhưng có rất nhiều benzen và một vật liệu khác, dường như là một hợp chất hữu cơ mà các nhà khoa học vẫn chưa thể xác định được. Những phát hiện này khiến các nhà khoa học tin rằng các hợp chất hữu cơ đang bao phủ băng nước tạo nên nền đá Titan bằng một lớp hydrocarbon dày ít nhất vài milimét đến vài cm, nhưng có thể sâu hơn nhiều ở một số nơi. Băng vẫn bị che phủ ngay cả khi metan lỏng và etan chảy khắp bề mặt Titan và lấp đầy các hồ và biển giống như nước lỏng trên Trái đất.
“Hóa học khí quyển của Titan đang tạo ra các hợp chất hữu cơ mưa xuống bề mặt nhanh đến mức ngay cả khi các dòng metan lỏng và etan trên bề mặt rửa trôi các chất hữu cơ, băng sẽ nhanh chóng được bao phủ lại”, Clark nói. “Tất cả điều đó ngụ ý Titan là một nơi năng động, nơi hóa học hữu cơ đang diễn ra ngay bây giờ.”
Sự vắng mặt của axetilen có thể phát hiện được trên bề mặt Titan rất có thể có một lời giải thích phi sinh học, Mark Allen, nhà điều tra chính của nhóm Titan thuộc Viện Sinh học vũ trụ NASA cho biết. Allen có trụ sở tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA ở Pasadena, Calif. Allen cho biết một khả năng là ánh sáng mặt trời hoặc tia vũ trụ đang biến đổi axetilen trong các sol khí băng giá trong khí quyển thành các phân tử phức tạp hơn sẽ rơi xuống đất mà không có dấu hiệu axetilen.
“Sự bảo thủ khoa học cho thấy rằng lời giải thích sinh học nên là lựa chọn cuối cùng sau khi tất cả các lời giải thích phi sinh học được giải quyết”, Allen nói. “Chúng ta có rất nhiều việc phải làm để loại trừ các lời giải thích phi sinh học có thể xảy ra. Có nhiều khả năng một quá trình hóa học, không có sinh học, có thể giải thích những kết quả này – ví dụ, các phản ứng liên quan đến chất xúc tác khoáng.”
“Những kết quả mới này thật đáng ngạc nhiên và thú vị”, Linda Spilker, nhà khoa học dự án Cassini tại JPL cho biết. “Cassini có nhiều chuyến bay ngang qua Titan hơn có thể giúp chúng ta sắp xếp những gì đang xảy ra trên bề mặt.”
Sứ mệnh Cassini-Huygens là một dự án hợp tác của NASA, Cơ quan Vũ trụ Châu Âu và Cơ quan Vũ trụ Ý. JPL, một bộ phận của Viện Công nghệ California, quản lý sứ mệnh cho Ban Giám đốc Sứ mệnh Khoa học của NASA, Washington, D.C. Tàu quỹ đạo Cassini được thiết kế, phát triển và lắp ráp tại JPL.
