Sự sống trên Titan có lẽ không có nước

Titan, vệ tinh lớn nhất của Thổ tinh, là một nơi thật sự hấp dẫn. Ngoài Trái đất ra, nó là nơi duy nhất trong hệ mặt trời có mưa rào và có sự trao đổi động giữa các chất lỏng trên bề mặt và sương mù trong khí quyển – ngoại trừ là methane thay cho nước. Áp suất khí quyển của nó cũng ngang ngửa với áp suất khí quyển của Trái đất, và nó là vật thể khác duy nhất trong hệ mặt trời có một bầu khí quyển đậm đặc giàu nitrogen.

Đã có thời các nhà thiên văn học và nhà khoa học hành tinh nghi ngờ rằng Titan cũng có thể có các điều kiện tiền sinh học cần thiết cho sự sống. Trong khi đó, những người khác thì cho rằng sự vắng mặt của nước trên bề mặt bác bỏ khả năng có sự sống tồn tại ở đó. Nhưng theo một nghiên cứu mới đây do một đội nghiên cứu ở trường Đại học Cornell tiến hành, các điều kiện trên bề mặt Titan cũng dung dưỡng cho sự hình thành sự sống mà không cần đến nước.

Mặt trời tỏa sáng trên các biển của vệ tinh Titan, ảnh ghép hồng ngoại gần. Ảnh: NASA/JPL-Caltech/Đại học Arizona/Đại học Idaho

Khi tìm kiếm sự sống bên ngoài Trái đất, các nhà khoa học tập trung vào các mục tiêu có các thành phần thiết yếu cho sự sống như chúng ta biết – tức là nhiệt, bầu khí quyển ở được, và nước. Đây về cơ bản là phương pháp “trái thấp trên cành”, tức là ta tìm kiếm các điều kiện tương tự như môi trường trên Trái đất này. Titan – nơi rất lạnh lẽo, khá xa Mặt trời của chúng ta, có một bầu khí quyển dày đặc, mù sương – không giống chút nào với ứng cử viên ở được, theo các điều kiện vừa nêu.

Sơ đồ cấu trúc bên trong của Titan theo mô hình đại dương đặc phân biệt rạch ròi. Ảnh: Wikipedia Commons/Kelvinsong

Tuy nhiên, theo đội nghiên cứu Cornell, đứng đầu bởi tiến sĩ Martin Rahm, Titan mang lại cho chúng ta cơ hội chứng kiến sự sống có thể xuất hiện như thế nào dưới các điều kiện khác, một nơi lạnh hơn nhiều so với Trái đất và không có nước.

Nghiên cứu của họ - mang tiêu đề “Sự đa hình thái và cấu trúc điện tử của polyimine và ý nghĩa tiềm tàng của nó đối với cơ sở hóa học tiền sinh học trên Titan” – mới được đăng tải trên Kỉ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kì (PNAS). Trong bài báo đó, Rahm và các đồng sự đã khảo sát vai trò của hydrogen cyanide, chất được cho là trung tâm nguồn gốc của nghi vấn sự sống, đối với bầu khí quyển của Titan.

Các thí nghiệm trước đây đã chứng minh rằng các phân tử hydrogen cyanide (HCN) có thể liên kết với nhau tạo thành polyimine, một polymer có thể đóng vai trò tiền thân cho amino acid và acid nucleic (cơ sở cho các tế bào protein và ADN). Các khảo sát trước đây cũng chứng minh rằng hydrogen cyanide là phân tử chứa hydrogen có dồi dào nhất trong khí quyển Titan.

Theo giáo sư Lunine – giáo sư ngạch David C. Duncan, giám đốc Trung tâm Thiên văn Vật lí và Khoa học Hành tinh Cornell, và là đồng tác giả của bài báo: “Các phân tử hữu cơ, các hồ và biển chất lỏng (nhưng là methane, chứ không phải nước) và một phần năng lượng mặt trời đi tới bề mặt Titan. Vì vậy, điều này đề xuất khả năng của một môi trường có thể chứa một dạng lạ nào đó của sự sống.”

Bầu khí quyển dày đặc, mù sương của Titan có thể che giấu các manh mối về khả năng có các điều kiện mang lại sự sống trên bề mặt của nó. Ảnh: NASA/JPL/SSI/J.Major

Sử dụng các phép tính cơ lượng tử, đội Cornell đã chứng minh được polyimine có các tính chất điện tử và cấu trúc có thể tạo thuận lợi cho cơ chế hóa học tiền sinh học dưới điều kiện rất lạnh. Trong số này có khả năng hấp thụ một phổ ánh sáng rộng, cái người ta đã dự đoán là xảy ra với những chỗ tương đối trong suốt trong khí quyển Titan.

Một tính chất nữa là polyimine có một kết cấu linh hoạt, và do đó có thể nhận nhiều cấu trúc khác nhau (tức là đa hình).  Các cấu trúc này đa dạng từ những tấm phẳng cho đến những cấu trúc cuộn lại phức tạp. Một số cấu trúc này, theo đội nghiên cứu, có thể hoạt động để xúc tác các phản ứng hóa học tiền sinh học, hoặc thậm chí tạo ra các cấu trúc có thể tác dụng như vật chủ đối với chúng.

“Polyimine có thể tạo thành tấm,” Lunine cho biết, “nó tựa như đất sét có thể giữ vai trò bề mặt xúc tác cho các phản ứng tiền sinh học. Chúng tôi cũng tìm thấy polyimine hấp thụ ánh sáng mặt trời ở nơi khí quyển Titan khá trong suốt, cái có thể giúp cấp năng lượng cho các phản ứng.”

Tóm lại, sự có mặt của polyimine có thể được hiểu là bề mặt của Titan thu năng lượng cần thiết của nó để chi phối các phản ứng quang hóa cần thiết cho sự hình thành sự sống hữu cơ, và nó thậm chí có thể hỗ trợ cho sự phát triển của sự sống đó. Nhưng tất nhiên, chưa có bằng chứng nào được tìm thấy rằng polyimine đã được tạo ra trên bề mặt Titan, nghĩa là các kết quả nghiên cứu này hiện tại vẫn chỉ là trên giấy.

Các sứ mệnh đã được đề xuất đi tới Titan bao gồm (từ trái sang) TALISE (Tàu thám hiểm Chân đẩy Phân tích mẫu Tại chỗ Hồ Titan) và Tàu thám hiểm Biển Titan của NASA. Ảnh: bisbos.com

Tuy nhiên, Lunine và đội của ông ngụ ý rằng hydrogen cyanide rất có thể đưa đến sự hình thành polyimine trên Titan, và có thể ta chưa phát hiện được là do bầu khí quyển mù sương của Titan. Họ cũng bổ sung thêm ý kiến rằng các sứ mệnh đi tới Titan trong tương lai có thể tìm kiếm các dấu hiệu của polymer trên, là một bộ phận của nghiên cứu đang diễn ra về khả năng của sự sống kì lạ ra đời ở những nơi khác thuộc Hệ mặt trời.

“Chúng ta sẽ cần một thiết bị tiên tiến đáp lên bề mặt để lấy mẫu và nghiên cứu polyimine,” Lunine nói, “hoặc có thể thực hiện bởi một quang phổ kế thế hệ mới từ trên quỹ đạo. Cả hai hướng này đều “ngoài tầm Cassini”, nghĩa là thuộc về thế hệ tiếp theo của các sứ mệnh.”

Có lẽ khi phi thuyền Juno hoàn tất khảo sát khí quyển Mộc tinh trong thời gian hai năm, NASA có thể xem xét giao cho nó nhiệm vụ bay qua Titan chăng? Xét cho cùng, Juno được thiết kế riêng để xâm nhập bên dưới mạng mây dày đặc. Chúng không dày hơn lắm so với trên Titan.

Nguồn: PNAS, Universe Today