Mây mù - cách thức mới phát hiện sự sống ngoài Trái đất

Các hành tinh nhiều mây có thể chứa sự sống trong khí quyển

Bầu trời nhiều mây có thể làm hỏng một chuyến dã ngoại hoặc cản trở việc quan sát các vì sao qua kính viễn vọng, nhưng các lớp mây dày trên các thế giới xa xôi thực sự có thể giúp các nhà khoa học tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất.

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Cornell đã tạo ra quang phổ phản xạ đầu tiên (một hướng dẫn mã hóa màu sắc) cho nhiều loại vi sinh vật có màu sắc rực rỡ sinh sống trong các đám mây khí quyển của Trái đất. Chưa biết liệu các vi khuẩn tương tự có tồn tại ở nơi khác trong vũ trụ hay không, hoặc có đủ nồng độ cao để kính viễn vọng phát hiện hay không; trên Trái đất, chúng không hiện diện với số lượng lớn như vậy.

Tuy nhiên, "bản đồ màu sắc" mới này giờ đây cung cấp cho các nhà thiên văn học một công cụ họ có thể sử dụng khi quét các hành tinh khác, biến lớp mây của ngoại hành tinh, cùng với bề mặt và khí quyển của nó, thành một nơi quan trọng để tìm kiếm các dấu hiệu tiềm năng của sự sống.

Cộng đồng vi sinh vật rực rỡ

"Có một cộng đồng vi sinh vật sôi động trong khí quyển của chúng ta sản xuất ra các sắc tố sinh học đầy màu sắc, điều này đã làm các nhà sinh học say mê trong nhiều năm", nhà sinh vật vũ trụ Ligia Coelho, nghiên cứu viên tại Viện Carl Sagan, cho biết.

Coelho dẫn đầu nghiên cứu "Màu sắc của sự sống trên mây: Sắc tố sinh học của vi sinh vật khí quyển như một dấu hiệu mới để phát hiện sự sống trên các hành tinh giống trái đất" vừa được công bố trên tạp chí Astrophysical Journal Letters.

Lisa Kaltenegger, Giáo sư thiên văn học và Giám đốc Viện Carl Sagan, đồng tác giả thứ hai của nghiên cứu, cho biết: "Việc tìm thấy sự sống đầy màu sắc trong khí quyển Trái đất đã mở ra một khả năng hoàn toàn mới để tìm sự sống trên các hành tinh khác. Bây giờ, chúng ta có cơ hội khám phá sự sống ngay cả khi bầu trời đầy mây trên các ngoại hành tinh. Chúng ta nghĩ mây sẽ che giấu sự sống khỏi chúng ta, nhưng đáng ngạc nhiên, chúng có thể giúp chúng ta tìm thấy sự sống".

Bà giải thích rằng quang phổ mới được tạo ra sẽ cho phép các nhà thiên văn học tìm kiếm dấu hiệu sinh học trên các ngoại hành tinh được bao phủ bởi mây dày, bao gồm cả những hành tinh có lớp mây che phủ hoàn toàn.

Vi sinh vật được sử dụng để phát triển các quang phổ này không phổ biến trong khí quyển Trái đất và đòi hỏi các phương pháp cẩn thận để thu thập. Coelho đã hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Đại học Florida, những người đã phóng một quả bóng thăm dò bằng cao su để thu thập vật liệu sinh học từ tầng bình lưu dưới ở độ cao từ 21 - 29km trên bề mặt Trái đất.

Coelho đã nuôi cấy các mẫu với thiết bị và chuyên môn từ Stephen Zinder, giáo sư danh dự vi sinh vật học tại Trường Nông nghiệp và Khoa học sự sống. Sau đó, cô phân tích quang phổ phản xạ của chúng trong phòng thí nghiệm của Bill Philpot, giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Cornell Engineering.

Coelho lưu ý rằng đơn giản là có các quang phổ vi khuẩn này đã mang lại cho các nhà khoa học một cách tiếp cận mới để xác định sự sống có thể có ở nơi khác. Các mẫu màu sắc cũng chứa đựng các manh mối bổ sung. Chúng tiết lộ các điều kiện môi trường mà vi sinh vật trải qua, vì sắc tố giúp bảo vệ sinh vật sống khỏi các mối nguy hiểm như bức xạ, khô cực đoan, hoặc nhiệt độ rất nóng và lạnh.

Nhiều sinh vật, bao gồm vi khuẩn, tạo ra sắc tố để tự bảo vệ mình khỏi tia cực tím, điều này rất cần thiết để sinh tồn ở độ cao lớn trong khí quyển Trái đất, Coelho cho biết. Điều này có ý nghĩa quan trọng: màu sắc không chỉ là dấu hiệu của sự sống, mà còn là manh mối về môi trường nơi sự sống đó tồn tại.

Tìm hiểu chìa khóa công nghệ

Bằng cách mô hình hóa các điều kiện cực đoan có thể xảy ra, các nhà nghiên cứu đã xác định rằng một hành tinh nhiều mây với vi khuẩn đầy màu sắc lan rộng trong các đám mây của nó sẽ trông rất khác so với một hành tinh không có chúng, mang lại cho vi khuẩn đầy màu sắc tiềm năng trở thành một dấu hiệu sinh học có thể phát hiện được.

Để phát triển với mật độ đủ cao để người quan sát có thể tìm thấy chúng, vi sinh vật sẽ cần sống trên các hành tinh có điều kiện ẩm ướt. Đây là một điều kiện quan trọng - không phải bất kỳ hành tinh nhiều mây nào cũng sẽ có dấu hiệu sinh học này. Các điều kiện phải đủ thuận lợi để vi sinh vật có thể sinh sôi nảy nở với số lượng đủ lớn.

Công nghệ kính viễn vọng cũng sẽ phải bắt kịp. Việc biết rằng chúng ta có thể tìm kiếm sự sống trên các thế giới nhiều mây đang định hướng thiết kế của các kính viễn vọng trong tương lai, bao gồm Đài Quan sát thế giới có thể sinh sống (Habitable Worlds Observatory) trên không gian của NASA, đang được phát triển, và các chiến lược quan sát cho Kính viễn vọng cực lớn (Extremely Large Telescope) của Đài Quan sát phía nam châu Âu, đang được xây dựng tại Chile và dự kiến bắt đầu quan sát khoa học vào những năm 2030.

Đây là một điểm quan trọng: khám phá này không chỉ mang lại công cụ mới để tìm kiếm sự sống, mà còn ảnh hưởng đến cách chúng ta thiết kế các thế hệ kính viễn vọng tiếp theo. Các kỹ sư và nhà thiên văn học giờ đây biết rằng họ cần tối ưu hóa các công cụ của mình để có thể phát hiện những dấu hiệu màu sắc tinh tế này qua lớp mây dày.

Coelho giải thích: "Sắc tố sinh học có tính chất phổ quát trên hành tinh của chúng ta. Chúng cung cấp cho chúng ta các công cụ để chống lại các áp lực như bức xạ, khô hạn và thiếu hụt tài nguyên. Chúng ta sản xuất chúng, và vi khuẩn, vi khuẩn cổ, tảo, thực vật, động vật khác cũng vậy.

Chúng là các dấu hiệu sinh học mạnh mẽ và chúng tôi đã phát hiện ra một cách mới để tìm kiếm chúng - thông qua những đám mây của các thế giới xa xôi. Và nếu sự sống trông như thế này, cuối cùng chúng ta có các công cụ để nhận ra nó".

Ý nghĩa đối với tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất

Nghiên cứu này có ý nghĩa sâu rộng đối với cuộc tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất. Trước đây, các nhà khoa học chủ yếu tập trung vào việc phân tích bề mặt và khí quyển của các hành tinh. Lớp mây thường được coi là rào cản - một thứ che giấu những gì bên dưới và làm cho việc quan sát khó khăn hơn.

Nhưng giờ đây, chính lớp mây có thể trở thành một "cửa sổ" mới để nhìn vào sự sống. Nếu một hành tinh có các vi sinh vật tạo sắc tố trong khí quyển của nó, chúng ta có thể phát hiện chúng ngay cả khi không thể nhìn thấy bề mặt. Điều này mở rộng đáng kể số lượng các thế giới mà chúng ta có thể nghiên cứu để tìm kiếm sự sống.

Tất nhiên, vẫn còn nhiều câu hỏi cần trả lời. Liệu có các hành tinh ngoài kia với các vi sinh vật trong khí quyển tương tự như trên Trái đất không? Nếu có, liệu chúng có đủ nhiều để chúng ta phát hiện từ khoảng cách xa như vậy không? Và liệu các sắc tố của chúng có tạo ra các mẫu màu sắc tương tự hay hoàn toàn khác biệt?

Những câu hỏi này sẽ chỉ được trả lời khi các kính viễn vọng thế hệ mới đi vào hoạt động và bắt đầu quan sát các ngoại hành tinh với độ chi tiết chưa từng có. Nhưng công trình của Coelho và nhóm nghiên cứu đã cung cấp cho chúng ta bản đồ để bắt đầu tìm kiếm.

Nghiên cứu này là một ví dụ tuyệt vời về cách khoa học tiến bộ bằng cách nhìn những thứ quen thuộc theo cách mới. Vi sinh vật trong khí quyển Trái đất đã được sinh học nghiên cứu trong nhiều năm. Nhưng phải đến khi các nhà sinh vật vũ trụ xem xét chúng qua lăng kính của việc tìm kiếm sự sống trên các hành tinh khác, tiềm năng thực sự của chúng mới được nhận ra.

Giờ đây, khi chúng ta hướng kính viễn vọng của mình vào các thế giới xa xôi, chúng ta sẽ không chỉ tìm kiếm khí quyển có oxy hay nước lỏng trên bề mặt. Chúng ta cũng sẽ tìm kiếm những đốm màu tinh tế trong những đám mây - dấu hiệu có thể của một cộng đồng vi sinh vật đang sống và phát triển trong bầu trời của một thế giới khác.

Và ai biết được? Có thể trong những năm tới, khi chúng ta phân tích ánh sáng từ một ngoại hành tinh xa xôi và nhìn thấy các mẫu màu sắc đặc trưng trong lớp mây của nó, chúng ta sẽ nhận ra: chúng ta không đơn độc.

Bùi Tú