Sự sống có thực sự tồn tại được ở các hành tinh - "khu vực có thể sống được" hay không?

Mặc dù các hành tinh nằm cách xa những ngôi sao chủ nhưng chúng bắt đầu nóng dần lên và giữ nguyên nhiệt độ nóng đó. Một trong những nghiên cứu gần đây cho thấy nhiệt độ của các hành tinh thường không ổn định. Do đó, những hành tinh nóng thường có khoảng thời gian khó có thể giữ nước ở dạng chất lỏng được - ngay cả khi chúng nằm ở khu vực ôn đới xung quanh là các ngôi sao của nó, được biết đến như "khu vực có thể sống được".

Nhiệt độ của một hành tinh - và cho dù nước có thể tồn tại được ở dạng lỏng, yếu tố quan trọng đề duy trì sự sống - có thể phụ thuộc vào sự hình thành lịch sử của thế giới đó. (Nguồn ảnh: Michael S. Helfenbein / Đại học Yale)

Tác giả thực hiện nghiên cứu Jun Korenaga - một nhà địa vật lý ở trường Đại học Yale có trả lời trang báo Space.com: "Mọi sinh vật sống ở 'khu vực có thể sống được' không thể chờ đến khi hành tinh đó tiến hóa giống như Trái đất mà chúng ta đang sống được. Thậm chí, nếu bạn coi một hành tinh như Trái Đất được cấu tạo từ các thành phần hóa học - có đủ số lượng nước và hơn thế nữa – thì hành tinh đó cũng sẽ không thể trở thành 'Trái Đất thứ 2' nếu có nhiệt độ quá nóng hoặc quá lạnh".

"Đổ mồ hôi" nhiệt

Trong 60 năm qua, hầu hết các nhà khoa học cho rằng nhìn chung các hành tinh đều nằm ở khu vực có nhiệt độ "vừa phải".

Ví dụ, nhiệt từ tâm Trái Đất tăng lên thông qua các lớp vỏ bọc và được phóng qua lớp vỏ trái đất, trong quá trình đó nó có tên gọi là "lớp áo đối lưu". Bởi vì lớp áo đối lưu tăng tốc khi nhiệt độ bên trong hành tinh tăng lên, nên nhiệt phát ra có thể nhiều hơn hoặc ít hơn so với nhiệt được sản xuất trong "tâm" của một hành tinh, những suy nghĩ này đã biến mất.

Korenaga nói: "Điều này cũng giống với việc động vật máu nóng có nhiệt độ cơ thể thấp hơn khi toát mồ hôi".

Tuy nhiên, bằng cách nghiên cứu lớp vỏ của Trái đất, Korenaga nhận ra rằng một hành tinh không nhất thiết phải đạt tới điểm cân bằng này. Như những mô phỏng trên máy tính đã được cải tiến kể từ những ý tưởng được đề xuất vào năm 1960, mô hình thực tế hơn về lớp vỏ Trái đất đã tiết lộ những vấn đề về các lý thuyết ban đầu.

Korenaga nói: "Lớp vỏ Trái đất có thể tự điều chỉnh được nếu nó được làm bằng những vật liệu đơn giản như mật ngô (corn syrup)". Đó là bởi những vật liệu đơn giản này có thể chuyển hóa nhanh hơn so với các vật liệu phức tạp của chúng - được cho phép tự điều chỉnh. Ông cũng cho biết thêm: "Tuy nhiên, lớp vỏ Trái đất lại được làm bằng là những vật liệu rất phức tạp".

Korenaga nói: "Với nghiên cứu về đá của Trái Đất đã biến dạng như nào và làm thế nào lớp áo đối lưu đã tự điều chỉnh được?". Korenaga xác định rằng quá trình này không dễ làm ảnh hưởng đến nhiệt độ bên trong của các hành tinh. Vì vậy, việc tỏa nhiệt lên trên bề mặt hành tinh – hay "đổ mồ hôi" - không nhất thiết phải kết thúc bằng việc cân bằng lượng nhiệt sinh ra ở bên trong hành tinh đó. Tuy nhiên, việc làm sáng tỏ này không nhất thiết phải được phổ biến rộng rãi.

David Stevenson, một nhà khoa học nghiên cứu về các hành tinh tại Viện Công nghệ California - người không tham gia vào nghiên cứu này có nói với Space.com: "Nhà nghiên cứu Korenaga đang áp dụng một định nghĩa tương đối hẹp trong "quy định", nhưng đó là điều rất thú vị".

Các nghiên cứu mới được công bố vào tuần trước trên tạp chí Science Advances.

"Khởi đầu" nóng, bề mặt nóng

Nhiệt độ trên bề mặt của một hành tinh có tác động mạnh mẽ đến những gì có thể tồn tại được ở đó. Nếu nhiệt độ tăng lên quá cao, nước không thể tồn tại ở dạng chất lỏng được, khiến nó trở thành một thách thức lớn đối với sự sống như việc chúng ta biết nó có phát triển. Khi một hành tinh tự điều hòa, nhiệt độ có thể ổn định nhưng nếu một hành tinh không ngừng "đổ mồ hôi" thì bề mặt có thể thổi những hơi quá nóng đến nước, khiến nước bốc hơi.

Vì vậy, những thông tin chi tiết về sự hình thành và tiến hóa của một hành tinh đã đưa ra những manh mối cuối cùng về nhiệt độ của nó. Korenaga cho rằng các tài liệu đó giúp hình thành các hành tinh cùng với những tác động bất kỳ từ tiểu hành tinh lớn hoặc sao chổi có thể đã trải qua, có thể giúp xác định được nhiệt độ trên bề mặt hành tinh đó.

Korenaga nói: "Tôi đoán rằng một hành tinh có một khởi đầu nóng sẽ duy trì nhiệt độ nóng và ngược lại", mặc dù ông cũng cảnh báo thêm quá trình hình thành các hành tinh vẫn chưa được làm rõ.

Stevenson nói: "Nhưng những chi tiết đó có tầm quan trọng thứ yếu trong việc quyết định một khu vực có thể sống được hay không của một hành tinh. Trái đất hấp thụ năng lượng từ mặt trời nhiều gấp 5.000 lần so với bề mặt bên trong. Những thứ nằm bên trong đóng vai trò trực tiếp quyết định về nhiệt độ trên bề mặt đó".

Theo Stevenson, khu vực có thể sinh sống được có quan hệ mật thiết hơn với bầu không khí của hành tinh - những thứ mà ông đề cập đến có liên quan tới nhau, nhưng không cần thiết phải xác định rõ những thứ được cấu tạo ở bên trong.

Nhưng Korenaga chỉ ra rằng: "Hiểu biết của các nhà khoa học về những thứ nằm bên trong hành tinh có ảnh hưởng đến bầu khí quyển dựa trên ý tưởng lâu dài, các hành tinh tự điều chỉnh".

Korenaga nói: "Các thành phần có trong không khí hiện nay có ảnh hưởng đến những hoạt động địa chất trong vài tỷ năm và sự hiểu biết của chúng ta về mối quan hệ giữa khí quyển và nội thất bên trong phụ thuộc rất nhiều vào khái niệm tự điều tiết của lớp vỏ trái đất. Vì vậy, chúng ta cần bắt đầu từ đầu để thiết lập một mối quan hệ phù hợp giữa khí quyển và nhiệt độ bên trong".

Vì vậy, nơi cư trú của một hành tinh ở trong "khu vực có thể sinh sống được" có thể không đáp ứng đủ những điều kiện cần có của một hành tinh có tồn tại sự sống. Korenaga nói thêm: "Nhiệt độ bên trong của nó cũng phải phù hợp nữa. Ngay cả khi bắt đầu với các thành phần hóa học giống với khi bắt đầu, thì sự khác nhau về nhiệt độ ban đầu sẽ dẫn đến những thành phần trong khí quyển khác nhau, do đó tạo ra những khu vực sinh sống khác nhau".

Korenaga giải thích thêm: "Tuy nhiên, hiện giờ vẫn chưa khả thi để tiến hành nghiên cứu những thứ nằm bên trong của những hành tinh kỳ lạ đó. Tất cả những gì chúng ta có thể làm là quan sát bề mặt - khí quyển - và đoán những thứ có ở bên trong đó".