Tàu tự hành Curiosity khám phá các “khối xây dựng của sự sống” trong thí nghiệm đầu tiên từng được thực hiện trên Sao Hỏa.
Tàu tự hành Curiosity đã tìm thấy ra tập hợp các phân tử hữu cơ đa dạng nhất từng được tìm thấy trên Sao Hỏa, bao gồm bảy loại chưa từng được phát hiện trước đây trên hành tinh đỏ.
Các hợp chất chứa carbon này chính là những “viên gạch nền tảng” đã giúp sự sống xuất hiện trên Trái Đất.
Kết quả, được công bố hôm thứ Ba trên tạp chí Nature Communications, đến từ một thí nghiệm lần đầu tiên được thực hiện trên Sao Hỏa: tàu tự hành thu thập mẫu đá và hòa tan nó trong dung dịch hóa học để khám phá thành phần của nó.
Nhóm nghiên cứu tin rằng các phân tử hữu cơ được xác định trong mẫu đá đã được bảo tồn trên Sao Hỏa suốt 3,5 tỷ năm, theo tác giả chính của nghiên cứu, Tiến sĩ Amy Williams, phó giáo sư khoa học địa chất tại Đại học Florida và là nhà khoa học tham gia sứ mệnh Curiosity.
“Những phát hiện này rất quan trọng vì chúng xác nhận rằng các vật chất hữu cơ phức tạp có thể được bảo tồn trên Sao Hỏa qua các khoảng thời gian địa chất dài, bất chấp môi trường bức xạ khắc nghiệt,” Williams cho biết. “Điều này hỗ trợ việc tìm kiếm các môi trường có thể sinh sống trên Sao Hỏa, tức là những nơi mà sự sống có thể tồn tại nếu nó từng xuất hiện.”
Kết quả này bổ sung cho các phát hiện trước đây của Curiosity về các hợp chất hữu cơ và củng cố giả thuyết rằng Sao Hỏa từng là một hành tinh có thể sinh sống hàng tỷ năm trước, thay vì sa mạc băng giá như ngày nay.
“Điều khiến tôi ngạc nhiên trong sứ mệnh này không chỉ là Sao Hỏa từng có thể sinh sống,” đồng tác giả nghiên cứu Ashwin Vasavada, nhà khoa học dự án Curiosity tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA, cho biết. “Mà là nó đã từng phù hợp với sự sống đến mức đáng kinh ngạc.”
Thí nghiệm hóa học ướt mang tính bước ngoặt này không được thiết kế để xác định liệu các phân tử đó có phải là dấu hiệu của sự sống cổ đại trên Sao Hỏa hay không, hay chúng được mang đến bởi các thiên thạch, hoặc đơn giản là kết quả của các quá trình địa chất.
Tuy nhiên, phát hiện này nhấn mạnh một điểm chung mà nhiều nhà khoa học hành tinh đồng thuận: để xác định chắc chắn liệu sự sống từng tồn tại trên Sao Hỏa hay không, cần phải đưa các mẫu đá về Trái Đất.
Tàu Curiosity hạ cánh xuống miệng hố Gale trên Sao Hỏa vào năm 2012 với mục tiêu xác định liệu hành tinh này từng có khả năng hỗ trợ sự sống hay không. Trong nhiều năm, tàu đã leo lên một cấu trúc gọi là Núi Sharp trong miệng hố, nhằm tiếp cận các lớp đất giàu đất sét mà các tàu quỹ đạo đã quan sát được.
Các lớp đất sét này có khả năng bảo tồn phân tử hữu cơ, cho thấy nước không chỉ từng tồn tại trên Sao Hỏa trong quá khứ xa xôi mà còn biến mất rồi xuất hiện trở lại theo thời gian.
Curiosity mất khoảng sáu hoặc bảy năm sau khi hạ cánh để đến được lớp đất sét ở khu vực Glen Torridon của Núi Sharp, nhưng theo Vasavada, sự chờ đợi là xứng đáng. Tàu đã tìm thấy bằng chứng về đá bùn từ các hồ cổ đại cũng như đá sa thạch nơi nước từng chảy vào các hồ.
Nhóm nghiên cứu đã cùng nhau lựa chọn vị trí tốt nhất để khoan mẫu kiểm tra vật chất hữu cơ. Do tàu chỉ có hai cốc thí nghiệm hóa học ướt, họ muốn tận dụng tối đa cơ hội. Họ chọn một địa điểm đặt tên là Mary Anning, theo tên nhà cổ sinh vật học người Anh thế kỷ 19.
Curiosity đã khoan mẫu đá sa thạch chứa khoáng sét vào năm 2020, nghiền nhỏ và đưa vào thiết bị SAM (Phân tích Mẫu trên Sao Hỏa) nằm trong thân tàu.
SAM có thể làm nóng mẫu trong một lò nhỏ và sử dụng các thiết bị khác để phát hiện khí được giải phóng khi khoáng chất phân hủy do nhiệt. Công cụ này trước đây đã giúp phát hiện nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng trên Sao Hỏa.
Tàu đã đưa mẫu vào một cốc nhỏ chứa dung dịch tetramethylammonium hydroxide (TMAH). Dung dịch này có thể phá vỡ các phân tử lớn khó nhận diện và làm lộ ra những phân tử trước đó không thể thấy được.
Nhóm nghiên cứu đã xác định được 21 phân tử chứa carbon, bao gồm cả các dị vòng nitơ mới được phát hiện — cấu trúc vòng carbon có chứa nitơ, đóng vai trò tiền thân của RNA và DNA, tức các axit nucleic mang thông tin di truyền.
“Phát hiện này rất sâu sắc vì các cấu trúc này có thể là tiền chất hóa học của những phân tử chứa nitơ phức tạp hơn,” Williams nói. “Các dị vòng nitơ chưa từng được tìm thấy trên bề mặt Sao Hỏa hay trong thiên thạch Sao Hỏa trước đây.”
Kết quả cũng cho thấy sự hiện diện của benzothiophene, một phân tử chứa carbon và lưu huỳnh thường thấy trong thiên thạch, có thể đã va chạm với các hành tinh như Trái Đất trong quá khứ.
“Những vật chất rơi xuống Sao Hỏa từ thiên thạch cũng giống như những gì rơi xuống Trái Đất, và có thể đã cung cấp các khối xây dựng của sự sống trên hành tinh chúng ta,” Williams nói.
Một phần nghiên cứu cũng bao gồm việc kiểm chứng kết quả của Curiosity bằng các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm trên Trái Đất. Các nhà nghiên cứu đã xử lý một mẫu thiên thạch Murchison bằng TMAH và nhận thấy các phân tử lớn bị phân rã thành những phân tử tương tự như trong mẫu Mary Anning, bao gồm benzothiophene.
Thiên thạch Murchison, được phát hiện tại Úc năm 1969, có tuổi hơn 4 tỷ năm và chứa các hợp chất hữu cơ.
Trả lời một câu hỏi lớn
Trong năm qua, Curiosity cũng đã phát hiện những phân tử hữu cơ lớn nhất từng thấy trên Sao Hỏa, trong khi tàu Perseverance quan sát thấy các dấu vết giống “đốm da báo” trên đá có thể do sự sống cổ đại tạo ra. Những quan sát này, kết hợp với kết quả mới, đang vẽ nên một bức tranh hấp dẫn về Sao Hỏa trong quá khứ xa xôi.
“Tôi không phải là nhà hóa học hữu cơ, nhưng việc thấy sự đa dạng của các hợp chất hữu cơ cho thấy chúng ta chỉ mới chạm tới phần nổi của tảng băng về sự đa dạng từng tồn tại,” Vasavada nói.
Thí nghiệm này cũng mở đường cho các sứ mệnh tương lai mang theo các thí nghiệm hóa học tương tự để tìm kiếm hợp chất hữu cơ trong hệ Mặt Trời.
Cả tàu ExoMars Rosalind Franklin của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu và sứ mệnh Dragonfly của NASA đến mặt trăng Titan của Sao Thổ đều sẽ mang theo thí nghiệm hóa học ướt.
“Chỉ riêng việc tìm ra cách thực hiện loại hóa học này lần đầu tiên trên Sao Hỏa đã là một thành tựu,” đồng tác giả Charles Malespin cho biết. “Giờ đây, chúng tôi đã có kinh nghiệm để thực hiện các thí nghiệm tương tự trong tương lai.”
Phát hiện này chứng minh rõ ràng rằng các đá trầm tích trên Sao Hỏa có thể bảo tồn dấu vết vật chất hữu cơ từng tồn tại trên bề mặt hành tinh hàng tỷ năm trước, theo Tiến sĩ Briony Horgan từ Đại học Purdue.
“Mặc dù chúng ta chưa thể khẳng định các chất hữu cơ này do sự sống tạo ra, nhưng chúng ta đang dần tích lũy dữ liệu để trả lời câu hỏi đó,” Horgan nói. “Để trả lời dứt khoát, chúng ta cần đưa mẫu từ Sao Hỏa về Trái Đất để nghiên cứu.”
Quốc hội Mỹ đã hủy kế hoạch đầy tham vọng nhưng tốn kém của NASA và ESA vào tháng 1 nhằm đưa mẫu từ tàu Perseverance về Trái Đất, nhưng các nhà khoa học vẫn tiếp tục nhấn mạnh tầm quan trọng của bước này để trả lời một trong những câu hỏi lớn nhất của nhân loại: liệu sự sống từng tồn tại ngoài Trái Đất hay chưa?
Vasavada tin rằng việc đưa mẫu về Trái Đất là cách duy nhất để hoàn tất hành trình tìm kiếm câu trả lời kéo dài hàng thập kỷ.
“Chương trình bắt đầu từ năm 2000 này cần kết thúc bằng một thí nghiệm quyết định để xác định liệu sự sống từng tồn tại hay không,” ông nói. “Tôi muốn câu chuyện này có hồi kết.”
