Robot Curiosity của NASA xác định các hợp chất hữu cơ mới trong miệng núi lửa cổ xưa trên sao Hỏa

Phương tiện thám hiểm Curiosity do NASA vận hành đã xác định được 21 phân tử hữu cơ riêng biệt trong một mẫu đá được thu thập từ bề mặt Sao Hỏa. Vật liệu được phân tích nằm ở khu vực được gọi là Glen Torridon, nằm bên trong miệng núi lửa Gale. Trong số các nguyên tố hóa học được tìm thấy bởi các thiết bị trên tàu, có 7 hợp chất chưa từng được ghi nhận trước đây trên hành tinh đỏ. Phát hiện này đánh dấu một cột mốc quan trọng trong việc khám phá không gian và mở rộng hiểu biết về thành phần địa chất của sao Hỏa.

Việc nhận dạng xảy ra bằng cách sử dụng kỹ thuật hóa học ướt, được áp dụng theo cách chưa từng được thực hiện trước đây trên hành tinh khác. Kết quả điều tra khoa học đã được trình bày chi tiết trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Communications. Mẫu tạo ra dữ liệu được lấy từ một khối đá có tên Mary Anning, để tưởng nhớ nhà cổ sinh vật học tiên phong người Anh trong thế kỷ 19. Phát hiện này củng cố các lý thuyết về quá khứ ẩm ướt và có khả năng sinh sống được của thiên thể lân cận Trái đất.

Khoan ở khu vực hồ cổ phát hiện vật liệu được bảo tồn

Thiết bị này đã hạ cánh xuống miệng núi lửa Gale vào năm 2012 và kể từ đó, đã liên tục leo lên Núi Sharp. Mục tiêu chính của quỹ đạo này liên quan đến việc nghiên cứu chi tiết các lớp địa chất chứa đựng bằng chứng về sự hiện diện của nước ở những thời kỳ xa xôi. Tảng đá Mary Anning nằm chính xác ở khu vực Glen Torridon, một lưu vực được hình thành bởi trầm tích tích tụ dưới đáy hồ đã khô cạn hàng tỷ năm trước.

Để có được vật liệu nghiên cứu, robot đã khoan vào một lớp sa thạch giàu khoáng sét. Sau khi khai thác cơ học, hệ thống nghiền đá và đưa bột thu được vào thiết bị phân tích bên trong xe. Thiết bị này làm nóng mẫu đến nhiệt độ cực cao và kiểm tra kỹ lưỡng khí thoát ra trong quá trình đốt có kiểm soát.

Nhóm khoa học chịu trách nhiệm thực hiện sứ mệnh nhấn mạnh rằng phương pháp được áp dụng cho phép phân hủy các phân tử lớn hơn. Sự phân mảnh hóa học này tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác định các thành phần khó phát hiện bằng các phương pháp quét thông thường. Sự thành công của hoạt động này chứng tỏ khả năng thích ứng của các thiết bị được đưa vào không gian.

Ứng dụng thuốc thử hóa học giải phóng các hợp chất cổ xưa

Phòng thí nghiệm di động của xe đã sử dụng một loại thuốc thử đặc biệt là tetramethylammonium hydroxit để xử lý bụi đá. Dung dịch này có tác dụng hòa tan mẫu và giải phóng các phân tử hữu cơ vẫn bị mắc kẹt trong cấu trúc khoáng chất hàng tỷ năm. Quy trình vật lý diễn ra vào năm 2020, nhưng sự phức tạp của dữ liệu cần nhiều năm phân tích trước khi kết quả được công bố chính thức.

Trong số các hợp chất được cảm biến phát hiện có dị vòng nitơ, cấu trúc phức tạp tạo thành các vòng carbon và nitơ. Trong sinh học trên cạn, những thành tạo này đóng vai trò là tiền thân cơ bản của axit nucleic, chẳng hạn như RNA và DNA. Một nhóm gồm bảy phân tử, bao gồm benzothiophene, lần đầu tiên xuất hiện trong các hồ sơ được gửi từ bề mặt sao Hỏa đến các trung tâm điều khiển.

Benzothiophene có carbon và lưu huỳnh trong thành phần cơ bản của nó. Nguyên tố tương tự này thường được tìm thấy trong các thiên thạch vượt qua bầu khí quyển và chạm tới đất Trái đất. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm được thực hiện với các mảnh thiên thạch Murchison, được thu hồi ở Australia vào cuối những năm 1960, cho thấy các dấu hiệu hóa học rất giống với những dấu hiệu hóa học mà robot hiện nay đã phát hiện được.

Điều kiện địa chất ở miệng núi lửa Gale thuận lợi cho những khám phá

Bức xạ mặt trời và vũ trụ tới Sao Hỏa đủ mạnh để phá hủy các hợp chất hữu cơ tiếp xúc trên bề mặt. Bất chấp môi trường khắc nghiệt này, các phân tử vẫn tồn tại được khoảng ba tỷ rưỡi năm trong các lớp nông dưới lòng đất. Yếu tố này chứng tỏ hành tinh này có khả năng bảo tồn vật chất cổ xưa trong điều kiện địa chất thuận lợi.

Việc lựa chọn địa điểm đổ bộ và thăm dò dựa trên những tiêu chí nghiêm ngặt về tiềm năng khoa học. Khu vực này có những đặc điểm độc đáo chứng minh cho việc tiếp tục tập trung nghiên cứu không gian:

• Sự hiện diện của đá bùn được hình thành do quá trình gạn liên tục trong môi trường hồ cổ.
• Sự tích tụ sa thạch do tác động cơ học của dòng nước sông.
• Việc bảo tồn bằng chứng vật lý về chu kỳ lũ lụt và hạn hán khắc nghiệt.
• Khả năng bảo tồn cao các hợp chất hóa học phức tạp trong đá.

Các nhà khoa học ước tính rằng hành tinh láng giềng đáp ứng những điều kiện cần thiết để hỗ trợ sự sống của vi sinh vật trong quá khứ xa xôi. Việc xác nhận nước ở dạng lỏng trong quá khứ, cùng với nhiều loại khoáng chất và hợp chất hữu cơ phức tạp, củng cố các giả thuyết về khả năng sinh sống. Tuy nhiên, nguồn gốc chính xác của những phân tử này vẫn chưa được xác định và chúng có thể đã xuất hiện trong chính môi trường sao Hỏa hoặc đến do tác động của các tiểu hành tinh.

Các công cụ tiên tiến hướng dẫn tương lai của việc khám phá không gian

Phòng thí nghiệm bên trong của Curiosity kết hợp các chức năng của lò nướng, máy sắc ký và máy quang phổ khối trong một không gian vật lý cực kỳ nhỏ. Hệ thống thu thập và phân tích các loại khí phát ra từ nhiệt độ cực cao hoặc các phản ứng hóa học gây ra bởi thuốc thử được vận chuyển từ Trái đất. Việc thực hiện thành công hóa học ướt trên một thiên thể khác đặt ra tiêu chuẩn công nghệ mới cho các sứ mệnh liên hành tinh trong tương lai.

Chiếc xe thám hiểm tiếp tục hành trình không ngừng nghỉ lên những sườn dốc của Núi Sharp. Máy robot thu thập dữ liệu hàng ngày về thành phần khoáng vật của đất, sự thay đổi của khí hậu cổ xưa và các dấu hiệu có thể có của hoạt động hóa học tiền sinh học được ghi lại trong đá. Kế hoạch ban đầu của cơ quan vũ trụ Bắc Mỹ chỉ yêu cầu hoạt động liên tục trong hai năm, nhưng sức cản đặc biệt của thiết bị đã kéo dài sứ mệnh trong hơn một thập kỷ.

Các chuyên gia trong lĩnh vực hàng không vũ trụ có kế hoạch tham khảo chéo các kết quả hiện tại với các mẫu được thu thập bởi phương tiện Kiên trì, hoạt động đồng thời ở một vùng địa chất khác của Sao Hỏa. Mục tiêu dài hạn của các cơ quan quốc tế liên quan đến việc phát triển và gửi các sứ mệnh phức tạp có khả năng đưa vật liệu vật chất này trở lại các phòng thí nghiệm trên Trái đất. Phân tích trên Trái đất sẽ cho phép sử dụng các thiết bị khổng lồ không thể phóng lên vũ trụ.

Phát hiện gần đây không chứng thực dứt khoát sự tồn tại của kiếp trước trên hành tinh đỏ. Nó chứng minh một cách không thể chối cãi rằng các khối xây dựng phức tạp tồn tại trong môi trường khắc nghiệt của sao Hỏa trong suốt nhiều niên kỷ địa chất. Thực tế này mở rộng quan điểm cho các giai đoạn tiếp theo của nghiên cứu không gian và hướng các nỗ lực khoa học đến các lĩnh vực cụ thể nơi việc bảo quản hóa học cho thấy nhiều hứa hẹn nhất.