Popular Posts

Tuesday, May 8, 2012

CÓ NƯỚC TRÊN HỎA-TINH KHÔNG?

CÓ NƯỚC TRÊN HỎA-TINH KHÔNG?

Trần-Đăng Hồng, PhD

Hình ảnh sông và biển trên Hỏa-Tinh?

Theo tuần báo khoa học Nature (Nature 484, 153) ngày 12/4/2012 các nhà khoa học quả quyết rằng Hỏa-Tinh (Mars) ngày nay không có nước (thể lỏng, liquid) mà cũng không có nước ở thời quá khứ cách đây 2 – 4 tỉ năm. Lời khẳng định quả quyết trên trái ngược với các nghiên cứu của cơ quan không gian Hoa Kỳ (NASA) về Hỏa-Tinh từ mấy chục năm nay rằng trong quá khứ xa xôi có một thời Hỏa-Tinh chứa rất nhiều nước mặt ở biển và sông hồ. Vậy thử tìm hiểu vấn đề như thế nào.

Để được rõ ràng, trong bài này “nước” (water) là từ ám chỉ ở dạng thể lỏng. Ở thể đặc (rắn) gồm có nước-đá hay băng-hà (ice), tuyết (snow), sương-giá (frost), và ở thể hơi như hơi-nước (water vapour).

THÁM HIỂM HỎA-TINH

Hỏa-Tinh được thành lập cách đây từ 4,5 tỉ đến 3,5 tỉ năm, cũng như nguồn gốc của Địa cầu và Thái-dương-hệ chúng ta, chúng thành hình từ khối khí cực nóng bay quanh Mặt trời văng ra. Còn được gọi là “Red Planet” là vì nhìn thấy mặt đất có màu đo đỏ, do giàu chất oxit sắt.

Vào năm 1877, nhà thiên văn Ý Giovanni Schiaparelli quan sát Hỏa-Tinh và mô tả một vùng đất mà ông gọi bằng tiếng Ý là “canali”, theo nghĩa tiếng Anh là “channels” – “biển hẹp” – nhưng thời đó dịch sai lầm là “canals” – “kênh đào”, đưa đến quyết đoán là có người Hỏa-Tinh (Martians) rất thông minh sống trên đó.

Phải chờ đến khi có vệ-tinh mang thiết bị khoa học đưa lên quỹ đạo và nhất là các con-tàu-không-gian (spacecraft) đáp xuống được để chụp hình, phân tích và đưa dữ kiện về trái đất, nhân loại mới có được kiến thức khoa học phong phú khá chính xác về Hỏa-Tinh.

Tàu không gian Mariner 9 đáp xuống Hỏa-Tinh ngày 20/5/1971 và hoàn tất nhiệm vụ 27/10/1972, gởi về 7329 tấm ảnh. Con tàu thiết kế tiếp tục công tác của Mariner 6 và 7 để vẻ bản đồ 70% diện tích Hỏa-Tinh. Ngoài ra, con tàu còn mang nhiều thiết bị khoa học để khám phá núi lửa, khí quyển, và mặt đất.

Hình ảnh một lòng sông khô cạn ngoằn nghèo ở Scamander Vallis có thể suy đoán là trước kia là một dòng sông.

Nghiên cứu những hình chụp được rất rõ cho thấy Hỏa-Tinh một thời có nước, qua hình ảnh các lòng sông, khe vực (canyon), như khe vực thuộc Valles Marineris dài 4.020 km, phong cảnh đất đá bị xoi mòn, phù sa lắng đọng v.v. Phải có nhiều nước mới có các hiện tượng này.

Tàu không gian Viking 1 đáp an toàn xuống Hỏa-Tinh ngày 20/7/1976 và hoàn tất công tác ngày 13/11/1982 (6 năm 11 ngày). Không tìm thấy nước ở nơi đáp, chỉ khám phá ít dấu vết của hơi-nước trong không khí.

Viking 1 chụp nhiều hình chứng minh là Hỏa-Tinh có nước trong thời quá khứ: những thung lũng lớn do sông tạo thành, dấu vết nước xâm thực trên đá. Ở phía nam bán cầu có một hệ thống thung lủng lớn, chứng tỏ trong thời quá khứ có mưa, tạo các dòng sông lớn. Các vách núi lửa cũng thấy dấu vết nước xoi mòn, và bùn lắng đọng ở hồ miệng núi lửa hay chân núi lửa.

Hình ảnh lòng sông (trái) và sương-giá (frost) (phải)

Kết quả khám phá của Viking chứng minh hùng hồn rằng Hỏa-Tinh ngày nay chỉ có nước-đá và sương-giá. Tuy nhiên, các hình ảnh gián tiếp chứng minh là Hỏa-Tinh trong thời đại quá khứ có rất nhiều nước. Ngoài ra, xử dụng quang-phổ GSMS (gas chromatograph-mass spectrometer) phân tích các khí thoát ra từ mẩu vật đun nóng cho thấy có hơi-nước, tuy nhiên vì mẩu vật quá nhỏ nên khó biết chính xác là có nước hay không. Phân tích khoảng 1% hóa chất trong mẩu vật cho biết là trong quá khứ có thể có nước. Vài hóa chất trong đất chứa lưu-huỳnh (S), và muối, giống như các tinh thể muối khoáng trên địa cầu khi nước biển bốc hơi. Ngoài ra, lượng lưu-huỳnh trên lớp mặt đậm đặc hơn lớp dưới, chứng tỏ là nước bốc hơi nhanh và muối khoáng ở lớp dưới hòa tan trong nước cô đặc lại khi bốc hơi ở mặt đất, giống như hiện tượng muối ở sa mạc của địa-cầu. Phân tách hóa chất trong đất cho biết 90% là sét giàu chất sắt, 10% là magnesium sulfate, Carbonate và oxit sắt, chứng tỏ gián tiếp rằng có nước trong thời quá khứ.

Tàu không gian MGS (Mars Global Suryor) của NASA phóng tháng 11/1996, gặp nhiều trở ngại, mất liên lạc một thời gian dài, tuy nhiên hoàn thành một số nhiệm vụ năm 2001, và từ 11/2006 đến tháng 1/2007 khi chấm dứt nhiệm vụ. Con tàu trang bị máy quang-phổ-phát-nhiệt (Thermal Emission spectrometer, TES) để phân tích thành phần khoáng chất trên Hỏa-Tinh, đồng thời xem là có nước trong quá khứ hay không. Máy TES phân tích bao trùm vùng Nili Fossae rộng 30 ngàn km vuông cho biết có khoáng chất olivine (silicate magnesium sắt). Ở điều kiện địa cầu, khoáng chất này được thành lập do nước bào mòn nham thạch của núi lửa, và sau đó phải trải qua một thời kỳ khô hạn rất lâu dài.

Ngày 6/12/2009, NASA trình bày thêm nhiều hình ảnh chứng minh sự hiện diện của nước tại hai miệng núi lửa Terra Sirenum và Centauri Montes trong khoảng thời gian giữa 1999 và 2001. Ngoài ra, NASA trình bày hình ảnh của hàng trăm dòng suối khô cạn hay đường rảnh do nước đào thành trong thời gian gần đây.

Con tàu Pathfinder, là một xe robot nặng 10,6 kg, đáp xuống Hỏa-Tinh ngày 4/7/1997 mang theo nhiều trang bị phân tích khí quyển, khí hậu, địa chất và thành phần cấu tạo đất đá.

Con tàu cho biết nhiệt độ trên mặt đất Hỏa-Tinh biến thiên theo ngày đêm, buổi sáng lúc mặt trời mọc lạnh -78ºC, và ấm nhất lúc trưa, khoảng -8 ºC. Như vậy, nhiệt độ nơi con tàu đáp xuống quá lạnh nên không thấy nước, nhưng có thể có trong các hợp chất của muối. Áp xuất không khí cũng biến đổi theo ngày đêm, giữa cực tiểu 6,7 millibars và cực đại 6,75 millibars. Áp xuất của không khí trên địa cầu chúng ta khoảng 1000 millibars, như vậy áp xuất trên Hỏa-Tinh quá thấp. Trong điều kiện nhiệt độ băng giá và áp xuất quá thấp này nước không thể thành lập được, nếu có chỉ là lớp nước-đá. Ngoài ra, con tàu cho biết là có mây và sương mù trên Hỏa-Tinh. Con tàu cũng gởi về nhiều hình ảnh về các lòng sông, khe vực. rảnh xoi mòn chứng tỏ có nước trong các thời đại quá khứ.

Con tàu du hành Mars Odyssey phóng lên quỷ đạo Hỏa-Tinh ngày 7/4/2001 và hiện vẫn còn hoạt động tốt. Con tàu gởi về trái đất nhiều hình ảnh dữ kiện cho biết mặt đất Hỏa-Tinh có nước-đá. Tháng 7/2003, NASA cho biết con tàu khám phá thấy nhiều nước-đá trên diện tích lớn ở gần cực, mỗi kí lô đất chứa 500 g nước-đá, nhưng khi tiến về xích đạo thì đất chỉ chứa 2 tới 10% nước-đá. Các nhà khoa học cho rằng nước ở Hỏa-Tinh nằm trong dạng liên kết hóa học với khoáng chất, lớp đất mặt chứa ít nước, nhưng có thể nhiều ở tầng đất sâu.

Qua các hình ảnh, các nhà khoa học NASA cho rằng trong thời đại quá khứ Hỏa-Tinh có chứa rất nhiều nước chảy tràn trên mặt đất, nên tạo nhiều lòng sông, khe vực và tam-giác-châu (delta).

Xe lăng Phoenix, xe robot di động, đáp xuống Hỏa-Tinh ngày 25/5/2008 mục đích nghiên cứu xem có sự-sống và có nước hay không. Con tàu khám phá là có nước-đá ở bắc bán cầu. Mây cũng tìm thấy cấu tạo bởi các tinh thể tuyết ở nhiệt độ -65ºC.

Xe lăng Mars Rovers, gồm hai xe robots di động Spirit và Opportunity, đáp xuống Hỏa-Tinh năm 2003, mục đích phân tích đá để xem Hỏa-Tinh có nước trong thời quá khứ hay không. Xe lăng Spirit đáp xuống một vùng được cho là một đáy hồ khổng lồ. Tuy nhiên đáy hồ là dung nham núi lửa, chứng tỏ trong thời quá khứ đây là một hồ chứa nước từ núi lửa chảy vào.

Trung tuần tháng 2/2005, Spirit khám phá thấy nhiều muối cấu tạo bởi phosphore, gián tiếp cho biết nơi này xưa kia có nước. Tháng 12/2007, Spirit đến một địa điểm mà các nhà khoa học cho biết là nơi có môi trường rất thích hợp cho vi-sinh-vật phát triển, đó là vị trí của suối-nước-nóng trong thời đại quá khứ. Tại miệng núi lửa ở Columbia Hills, Spirit khám phá chất goethite. Chất goethite chỉ được thành lập khi có nước ở thể lỏng, và đây là bằng chứng hùng hồn nhất chứng tỏ có nước ở thời đại quá khứ.

Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) phóng ngày 12/8/2005, vào quỷ đạo Hỏa-Tinh ngày 10/3/2006. Vào thời điểm này, trên quỷ đạo Hỏa-Tinh có 5 con-tàu-vũ-trụ hoạt động cùng lúc: Mars Global Surveyor, Mars Express, Mars Odyssey, và 2 Mars Exploration Rovers (tức Spirit và Opportunity). Đây là thời kỳ cung cấp nhiều dữ kiện và hình ảnh khoa học nhất.

MRO mang nhiều thiết bị chụp ảnh, quang-phổ, radar, v.v. mục đích phân tích địa hình, khám phá khoáng chất, nước-đá.

Kết quả gián tiếp cho thấy là trong thời quá khứ hỏa-tinh có nhiều nước, nhiều suối-nước-nóng, và có tiềm năng của sự-sống. Tường trình tháng 1/2010 của NASA trên tạp chí Icarus cho biết có bằng chứng của mưa ở thung lủng Valles Marineris, với sự hiện diện các vách núi bị xoi mòn do mưa lũ. Ở vùng gần xích đạo, thấy có dấu vết nước-đá trên các trầm-tích-thạch.

Trên tạp chí Science tháng 9/2009, NASA tường trình thấy có nước dày vài cm trong các miệng núi lửa, nhưng sau đó nước bốc hơi nhanh chóng và biến mất. Tương tự như vậy, thấy có nước ở 5 địa điểm trên Hỏa-Tinh

Hình ảnh xoi mòn bởi nước do MRO chụp

Ngoài ra, các nhà khoa học cho biết Hỏa-tinh rất giàu chlorite kim loại, carbonate, sulphates và silica.

Tóm lại, những quan sát nghiên cứu của NASA trong vài thập niên vừa qua cho biết:

- Hiện tại: Chưa tìm thấy, hay rất khó tìm thấy nước trên Hỏa-Tinh, nhất là ở thể lỏng hay thể hơi, vì điều kiện áp xuất quá thấp, và nhiệt độ quá lạnh, không hội đủ điều kiện để thành lập lớp nước dày. Chỉ có một lượng nhỏ hơi nước trong khí quyển. Nước ở thể đặc như nước-đá, sương-giá, tìm thấy ở vùng vỉ tuyến cao và cực. Có thể có phân tử nước trong thành phần cấu tạo của vài khoáng chất. Có thể có nước ngầm ở thật sâu trong lòng đất.

- Thời đại quá khứ: Ngược lại, bằng chứng hiện diện nhiều nước trong thời quá khứ rất hiển nhiên: hình ảnh biển, thung lủng, hồ, ao, sông, suối, khe rạch khô cạn, dấu vết nước xoi mòn, các trầm tích, sa thạch, v.v. gián tiếp chứng minh là Hỏa-Tinh trong thời đại quá khứ có rất nhiều nước, như ở địa cầu chúng ta.

Về nguồn gốc nước trong thời quá khứ, các nhà khoa học cho rằng núi lửa phun ra nhiều khí, trong số đó có hơi-nước và carbon dioxide. Lượng khổng lồ carbon dioxide làm hâm nóng nhiệt độ Hỏa-Tinh trong thời quá khứ, chứ không giá lạnh như hiện nay. Ngoài ra, số lượng hơi-nước này đủ tạo thành lớp nước sâu 120 m. Trong điều kiện đó, hơi nước được kết tụ thành mưa và tuyết, tạo thành sông, biển, cách đây khoảng 2 tỉ năm. Vào thời đó, có thể có sự sống trên Hỏa-Tinh.

TẠI SAO NƯỚC TRÊN HỎA-TINH NGÀY NAY BIẾN MẤT?

Cách đây trên 2 tỉ năm, Hỏa-Tinh có rất nhiều nước ở biển, sông, hồ như địa cầu chúng ta. Tại sao ngày nay nước biến mất? Theo các nhà khoa học, lý do là vì khí quyển của Hỏa-Tinh bị biến mất. Nước ở thể lỏng không thể tồn tại nếu không có áp xuất của không khí bên trên áp đặt. Nếu áp xuất giảm, nước phải đóng băng hoặc bốc hơi. Ngày nay, khí quyển Hỏa-Tinh chỉ còn một lớp mỏng, với áp xuất không khí 5-6 millibars, so với 1000 millibars trên địa cầu chúng ta. Như vậy, tại sao khí quyển Hỏa-Tinh biến mất?

Theo các thuyết hiện hành, khí quyển Hỏa-Tinh bị thổi cuốn mất vào vũ trụ do các từ-lực cấu tạo bởi các hạt có mang điện tính gọi là “gió-mặt-trời” (solar wind). Vào thời mới thành lập, Hỏa-Tinh có từ-trường (magnetic field) như địa cầu chúng ta. Từ-trường này bảo vệ khí quyển không bị “gió-mặt-trời” lôi cuốn, vì chúng xua đẩy lực “gió-mặt-trời” ra xa. Để có từ-trường này, tâm địa cầu hay Hỏa-Tinh phải có khối kim loại cực nóng. Khi mới tạo thành, trung tâm Hỏa-Tinh cực nóng như Địa cầu chúng ta ngày nay, nên có từ trường mạnh giữ được khí quyển. Tuy nhiên, Hỏa-Tinh nguội nhanh và ngày nay có nhiệt độ băng giá ở trung tâm, không còn tạo từ-lực được, từ-trường của Hỏa-Tinh yếu dần và biến mất, “gió-mặt-trời” thổi khí quyển của Hỏa-Tinh bay ra vũ trụ, mang theo hết hơi nước của Hỏa-Tinh. Hậu quả, Hỏa-Tinh ngày nay không còn tìm thấy nước ở thể lỏng, ngoài trừ một ít ở thể đặc hay thể cấu tạo.

Địa-cầu của chúng ta cũng đang nguội dần, nhưng nguội rất chậm, vì địa cầu lớn hơn Hỏa-Tinh 3 lần, phải mất nhiều tỉ năm nữa mới nguội hẳn.

PHẢN BIỆN HIỆN NAY

Mặc dầu những bằng chứng do NASA khám phá và nghiên cứu rất khoa học từ vài chục năm nay rằng trong quá khứ Hỏa-Tinh có rất nhiều nước, tạo thành biển, sông, hồ như địa cầu chúng ta hiện nay, tuy nhiên có một số khoa học gia khẳng định rằng không có nước ở Hỏa-Tinh kể từ ngày thành lập, theo như tuần san khoa học Nature phát hành ngày 12/4/2012. Các nhà khoa học này lý luận dựa vào các bằng chứng sau đây.

  1. Mô hình khí hậu thời Hỏa-Tinh thành lập cách đây trên 3,5 tỉ năm cho biết nhiệt độ không đủ cao để tạo mưa hay nước ở thể lỏng. Mặt trời thời đó yếu hơn hiện nay, và dầu khí quyển rất dày, hiệu-ứng-nhà-kiến không đủ hâm nóng nhiệt độ không khí của Hỏa-Tinh vượt quá nhiệt độ đông nước-đá (freezing temperature). Vì vậy, không có nước ở thể lỏng, chỉ có nước-đá ở vỉ tuyến cao.
  2. Như vậy, làm sao giải thích hình ảnh các vạch xoi mòn trên vách đá, hệ thống chằng chịt như sông ngòi trên Hỏa-Tinh? Các nhà khoa học này quan sát các hình ảnh của NASA cho biết các nhánh trong hệ thống sông ngòi thật sự được tạo thành trong các thời kỳ cách biệt nhau cả hàng trăm triệu năm. Nước ở thể lỏng có thể được tạo thành tạm thời ngắn hạn, chỉ ở thời kỳ núi lửa phun khối lượng lưu huỳnh khổng lồ làm gia tăng nhiệt độ, làm nước-đá tan gây lụt, tạo rảnh xoi mòn, nhưng không đủ nước để tạo biển, bởi vì sau khi núi lửa tắt, nhiệt độ trở lại lạnh dưới độ âm, một phần lớn nước thấm vào lòng đất, một phần bốc hơi biến mất, chỉ còn lại chút nước đông thành lớp nước-đá mỏng trên mặt đất ở vỉ tuyến lớn. Nước-đá cũng có thể tan thành nước lỏng tại nơi các khối thiên-thạch rơi va chạm vào Hỏa-Tinh, nhưng sau đó hóa nước-đá trở lại. Ngoài ra, một số hình ảnh chụp hệ thống sông ngòi chằng chịt mà màu sắc thay đổi theo mùa, giống như sông ngòi khi có nước khi khô cạn, thật sự chỉ là ảo giác (optical illusion).
  3. Sự thành lập đất sét cũng không thể nói rằng Hỏa-Tinh có nước vĩnh viễn kéo dài nhiều ngàn năm hay triệu năm. Các nhà khoa học ở học viện California Institute of Technology tại Pasadena lập luận rằng 80% sét kết hợp với kim loại khác do MRO khám phá được chỉ thành lập ở nhiệt độ cao, như vậy không thể thành lập được ở nhiệt độ lạnh trên mặt đất Hỏa-Tinh, mà phải được tạo thành ở lớp thật sâu trong lòng đất, nơi có nhiệt độ ấm và có nước ngầm. Ngoài ra, phần 20% sét còn lại tìm thấy ở miệng núi lửa Gale mà trước đây cho là do phù sa lắng động trong hồ ngập nước, nhưng ngày nay các nhà địa chất cho biết loại sét này cũng thành lập được trong điều kiện nước-đá.

Trong quá khứ, vì NASA đã quá vội vàng tuyên bố kết quả qua các giải thích quá chủ quan, chẳng hạn về sự sống ngoài vũ trụ nên bị nhiều phản biện khoa học khách quan hơn, NASA đã phải thay đổi cung cách và đường hướng nghiên cứu khoa học thâm sâu hơn (mời đọc Có sự-sống trong vũ trụ không ? Trần Đăng Hồng).

Nhờ các phản biện khoa học hiện nay, NASA đang chuẩn bị một chiến lược mới có tên “Follow the Water” cho các chuyến thám hiểm Hỏa-Tinh sắp tới nhằm nghiên cứu thâm sâu hơn về Hỏa-Tinh.

Để đạt những mục tiêu này, các thám hiểm tương lai phải tìm cách giải đáp những nghi vấn mới, vấn đề mới được đặt ra từ các khám phá mới. Muốn vậy, NASA cần thiết bị và kỷ thuật tối tân hơn, gởi hình ảnh rõ ràng hơn, máy đáp chính xác, máy lưu động đường dài, máy bay con thoi để gởi mẩu vật đất đá Hỏa-Tinh về Địa cầu nghiên cứu, v.v.

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÁNH:

1. Eric Hand (12/4/2012). Dreams of water on Mars evaporate. Nature 484, 153 http://www.nature.com/news/dreams-of-water-on-mars-evaporate-1.10412

2. Hamish Pritchard (4/8/2011). Mars: Nasa images show signs of flowing water. http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-14408928

3. David Batty (4/8/2011). Strongest evidence yet for water on Mars. http://www.guardian.co.uk/science/2011/aug/04/strongest-evidence-yet-water-mars

4. NASA. http://www.nasa.gov/mission_pages/odyssey/odyssey20120229.html

5. NASA. http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/news/msl20120328.html

6. Wikipedia. Water on Mars. http://en.wikipedia.org/wiki/Water_on_Mars

Reading, 5/2012

Trần-Đăng Hồng, PhD