Nghiên cứu mới: Vì sao sao Hỏa không thể định cư trong hàng thế kỷ tới?

Tuy nhiên, biến một hành tinh lạnh giá, khô cằn và gần như không có sự sống như sao Hỏa thành một "Trái Đất thứ hai" không chỉ là bài toán khoa học, mà còn là thách thức khổng lồ về vật chất, năng lượng và công nghệ.

Hình ảnh chân thực về sao Hỏa khi đã được cải tạo hoàn toàn. Ảnh minh họa: Daein Ballard/SciTechDaily

Một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí APS Open Science của nhà khoa học Slava Turyshev, thuộc Phòng Thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL) của NASA, đã chỉ ra rằng mặc dù việc "địa cầu hóa" sao Hỏa không phải là điều bất khả thi về mặt lý thuyết, nhưng quy mô của nhiệm vụ này vượt xa năng lực công nghệ hiện nay của nhân loại.

Theo các tính toán, phải mất nhiều thế kỷ, thậm chí lâu hơn, trước khi sao Hỏa có thể trở thành nơi con người sinh sống như trên Trái Đất.

Năm cột mốc biến sao Hỏa thành hành tinh có thể ở được

Để hiểu vì sao mục tiêu này khó khăn đến vậy, trước tiên cần hình dung những giai đoạn mà sao Hỏa phải trải qua.

Ở thời điểm hiện tại, sao Hỏa là một thế giới cực kỳ lạnh với bầu khí quyển rất mỏng. Áp suất khí quyển chỉ bằng khoảng 1% Trái Đất, khiến con người không thể tồn tại nếu không có hệ thống hỗ trợ sự sống hoàn chỉnh.

Cột mốc đầu tiên là nâng áp suất khí quyển vượt qua "điểm ba thể" của nước, tương đương khoảng 6,1 millibar ở nhiệt độ 0 độ C.

Đây là điều kiện tối thiểu để nước có thể tồn tại đồng thời ở ba trạng thái rắn, lỏng và khí. Nếu đạt được ngưỡng này, nước lỏng sẽ có thể xuất hiện ít nhất trong những khoảng thời gian nhất định.

Giai đoạn tiếp theo là xây dựng các siêu nhà kính quy mô lớn, nơi cây trồng có thể phát triển phục vụ nông nghiệp.

Ý tưởng này được gọi là paraterraforming - tạo ra những môi trường nhân tạo khép kín thay vì cải tạo toàn bộ hành tinh ngay từ đầu.

Nếu các nhà kính được mở rộng trên phạm vi toàn cầu, chúng sẽ tạo nên một "mái nhà khổng lồ" bao phủ cả sao Hỏa.

Khi áp suất khí quyển tiếp tục tăng lên khoảng 62,7 millibar, điều kiện sẽ an toàn hơn đáng kể. Ở mức này, máu của con người sẽ không còn sôi ở nhiệt độ cơ thể khi đứng trên bề mặt hành tinh - một yêu cầu tối thiểu để tiến gần tới khả năng sinh sống thực sự.

Cột mốc cuối cùng cũng là khó khăn nhất: xây dựng một bầu khí quyển có thể hít thở với lượng nitơ dồi dào cùng khoảng 210 millibar oxy, trong tổng áp suất khoảng 500 millibar.

Đồng thời, nhiệt độ trung bình toàn hành tinh cũng phải cao hơn rất nhiều so với hiện nay.

Khối lượng vật chất cần thiết vượt ngoài sức tưởng tượng

Nghe qua, những mục tiêu trên có vẻ hợp lý đối với một dự án kéo dài hàng thế kỷ.

Tuy nhiên, khi quy đổi thành khối lượng vật chất cần bổ sung, quy mô thực sự trở nên đáng kinh ngạc.

Chỉ để tăng thêm 1 millibar áp suất khí quyển, nhân loại phải bổ sung khoảng 3,89 × 10¹⁵ kg khí.

Khối lượng này gần tương đương toàn bộ vệ tinh Deimos, mặt trăng nhỏ hơn trong hai vệ tinh tự nhiên của sao Hỏa.

Nếu muốn tạo ra bầu khí quyển đủ để con người hít thở, lượng khí cần bổ sung sẽ lên tới khoảng 10¹⁸ kg, tương đương khối lượng của Janus, một vệ tinh không đều quay quanh sao Thổ.

Dù Hệ Mặt Trời có thể tồn tại hàng trăm thiên thể có kích thước tương tự, việc khai thác, vận chuyển hoặc chuyển hướng một thiên thể lớn như vậy về sao Hỏa vẫn là nhiệm vụ vượt xa khả năng kỹ thuật hiện nay.

Làm ấm sao Hỏa còn khó hơn tạo ra bầu khí quyển

Áp suất chỉ là một nửa vấn đề. Sao Hỏa còn cần được sưởi ấm đáng kể. Theo nghiên cứu, nhiệt độ trung bình của hành tinh phải tăng thêm khoảng 60 độ C để nước có thể tồn tại ổn định ở dạng lỏng trên quy mô toàn cầu.

Các nhà khoa học từng đề xuất nhiều phương án khác nhau, từ việc phát tán các hạt nano hấp thụ ánh sáng Mặt Trời vào khí quyển, giải phóng lượng lớn khí CO₂ cho đến xây dựng những tấm gương khổng lồ trong không gian nhằm phản chiếu thêm ánh sáng tới bề mặt sao Hỏa.

Tuy nhiên, tính toán của Turyshev cho thấy phương án gương phản xạ sẽ cần diện tích lên tới khoảng 70 triệu km² – lớn hơn cả nhiều lần diện tích nước Nga và vượt rất xa năng lực sản xuất công nghiệp của loài người.

Trong khi đó, để tạo ra lượng oxy đủ cho con người hô hấp, cần sản xuất khoảng 8,2 × 10¹⁷ kg oxy. Giải pháp khả thi nhất là tách oxy từ nước bằng điện phân.

Điều đáng mừng là sao Hỏa thực sự sở hữu lượng nước đóng băng đủ lớn. Chỉ khoảng 20% lượng băng bề mặt đã được xác nhận cũng đủ cung cấp lượng oxy cần thiết, đồng thời vẫn còn dư nước để hình thành sông, hồ hoặc thậm chí đại dương trong tương lai.

Điều này đồng nghĩa với việc những kịch bản cực đoan như đưa hàng loạt sao chổi giàu nước lao xuống sao Hỏa có thể không còn cần thiết, dù việc khai thác băng trên chính hành tinh này cũng là nhiệm vụ vô cùng phức tạp.

Năng lượng mới là rào cản gần như không thể vượt qua

Theo nhóm nghiên cứu, thách thức lớn nhất không nằm ở vật liệu mà ở năng lượng.

Để tạo đủ lượng oxy cho bầu khí quyển, nhân loại cần tối thiểu 1,2 × 10²⁵ Joule năng lượng.

Ngay cả khi chia đều công việc này trong suốt 1.000 năm, hệ thống vẫn phải duy trì công suất liên tục khoảng 380 terawatt.

Con số này cao gấp gần 20 lần tổng mức tiêu thụ năng lượng hằng năm của toàn bộ nền văn minh Trái Đất hiện nay.

Đây chính là nút thắt lớn nhất khiến việc cải tạo sao Hỏa vẫn chỉ dừng ở mức ý tưởng khoa học. Với trình độ công nghệ hiện tại, nhân loại chưa có cách nào sản xuất lượng năng lượng khổng lồ như vậy một cách liên tục trong nhiều thế kỷ.

Con đường thực tế nhất là xây dựng những "ốc đảo" trên sao Hỏa

Dù viễn cảnh biến sao Hỏa thành một Trái Đất mới còn rất xa, các nhà khoa học cho rằng điều đó không có nghĩa mọi nỗ lực đều vô ích.

Mục tiêu khả thi nhất trong nhiều thập kỷ tới là xây dựng các khu định cư khép kín với những nhà kính hiện đại, nơi con người có thể sinh sống và sản xuất lương thực trong môi trường được kiểm soát hoàn toàn.

Đây cũng là ý tưởng từng xuất hiện trong bộ tiểu thuyết nổi tiếng Mars Trilogy của nhà văn khoa học viễn tưởng Kim Stanley Robinson.

Có thể tác giả đã đánh giá quá lạc quan về thời gian và nguồn năng lượng cần thiết, nhưng sức hấp dẫn của Hành tinh Đỏ vẫn chưa hề suy giảm.

Với các chương trình thám hiểm đang được nhiều quốc gia và doanh nghiệp tư nhân theo đuổi, sao Hỏa vẫn sẽ là điểm đến quan trọng của nhân loại trong tương lai.

Tuy nhiên, nghiên cứu mới của NASA nhấn mạnh rằng biến sao Hỏa thành một thế giới giống Trái Đất sẽ không phải câu chuyện của vài thập kỷ, mà có thể là hành trình kéo dài qua nhiều thế hệ, khi nền văn minh nhân loại sở hữu những nguồn năng lượng và công nghệ vượt xa những gì chúng ta đang có ngày nay.

(Theo SciTechDaily, LiveScience)