Theo dự đoán của các nhà khoa học, có nhiều phản ứng hóa học đóng vai trò hỗ trợ và duy trì sự sống được tìm thấy ở sâu bên dưới đại dương của Enceladus. Những phản ứng này chỉ xảy ra khi có sự hiện diện của hydro phân tử, được sản xuất liên tục bởi sự tương tác giữa nước nóng và những tảng đá sâu dưới biển của vệ tinh này.
“Sự dư thừa khí hydro cùng carbonate có thể thấy được như trong các quan sát trước đây, cho thấy trạng thái bất thường về mặt hóa học trong các đại dương của Enceladus. Điều này cho biết một nguồn năng lượng hóa học tiềm tàng có khả năng hỗ trợ sự sống”, Jeffrey Seewald thuộc Phòng Hóa học và Địa chất biển tại Viện Hải dương học Woods, bang Massachusetts, cho biết.
Hình ảnh chụp vệ tinh Enceladus bởi tàu vũ trụ Cassini của NASA, cho thấy những vết nứt chạy dài, tại đây các mạnh nước phun nước đóng băng và những vật chất khác từ đáy biển sâu lên không gian. Ảnh: NASA/JPL.
Một thiên thể toàn nước, phun trào những mạnh nước mạnh
Với chiều dài 504 km, Enceladus là vệ tinh lớn thứ sáu của Sao Thổ. Nhưng vệ tinh này chỉ thật sự gây chú ý các nhà khoa học từ năm 2005.
Vào lúc này, phi thuyền Cassini của NASA lần đầu tiên phát hiện ra mạch nước phun lên từ những khe nứt gần cực nam của Enceladus. Các nhà khoa học sau đó đặt giả thuyết rằng những mạch nước này phun trào vật chất được hút từ đại dương khổng lồ nằm bên dưới lớp băng trên bề mặt.
Từ đó, Enceladus được cho là có nước – một trong những thành phần thiết yếu để hỗ trợ sự sống. Đại dương của Enceladus là nước lỏng, bởi lực hấp dẫn của Sao Thổ tác động lên vệ tinh này tạo ra một nguồn nhiệt thủy triều khép kín. Và nghiên cứu mới nhất còn cho thấy vệ tinh này chứa một thứ quan trọng khác: nguồn năng lượng.
Một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Hunter Waite, từ Viện nghiên cứu Tây Nam (SWRI) ở San Antonio đã phân tích dữ liệu quan sát của Cassini được thực hiện vào tháng 10.2015 vừa qua khi tàu bay vòng quanh Enceladus.
Tàu Cassini chụp hình hơn 100 mạch phun nước biển, các vật chất hữu cơ và các loại vật chất khác vào không gian tại cực nam của vệ tinh Enceladus. Ảnh: NASA/JPL.
Tàu Cassini tiếp cận Enceladus bằng nhiều cách. Cá biệt có lần tàu bay ở khoảng cách chỉ 49 km so với bề mặt của vệ tinh, đó là lần đến gần nhất trong suốt quá trình thăm dò vệ tinh này. Trên tàu có tích hợp dụng cụ đo quang phổ có cơ chế thay đổi luân phiên nhằm phù hợp cho mục đích nghiên cứu.
Qua phân tích về lượng hydro vượt mức một cách bất thường, Waite và nhóm của ông có thể tính được rằng hydro chiếm từ 0,4% đến 1,4% khối lượng của nước phun lên từ Enceladus. Ngoài ra, carbon dioxide (CO2) chiếm 0,3% và 0,8% khối lượng.
Phân tử hydro có thể được tạo ra liên tục bởi phản ứng giữa nước nóng với đá ngầm nằm trong và quanh lõi của Enceladus. Nhóm nghiên cứu đã xem xét đến trường hợp khác, như đại dương và lớp vỏ đá của Enceladus không chứa nước dễ bay hơi, quá trình phân tách H2 khỏi nước đá dường như không thể do khối lượng của nó.
Một nghiên cứu năm 2016 đưa ra giả thuyết hydrothermal (các hoạt động của nước nóng tại khu vực gần lõi Trái Đất), kết luận rằng có những hạt silic nhỏ mà được phát hiện bởi Cassini chỉ có thể được tạo ra bởi nước nóng ở một độ sâu đáng kể.
Đồ họa mô phỏng quá trình diễn ra sự tương tác giữa nước nóng và đá ngầm dưới đáy đại dương của Enceladus, quá trình này tạo ra lượng lớn khí hydro gây dư thừa. Ảnh: NASA/JPL.
Những phản ứng hóa học sâu dưới đại dương
Các lỗ thoát khí và nhiệt dưới đáy biển của Trái Đất đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra nhiều quần thể sự sống, hệ sinh thái được cung cấp bởi năng lượng hóa học thay vì năng lượng ánh sáng Mặt Trời trong những ngày đầu tiên.
“Cách thức trao đổi chất sơ khai nhất được các loài vi khuẩn sử dụng chính là việc giảm CO2 cùng H2 để tạo thành methane (CH4) trong một quá trình được gọi là methanogenesis”, Seewald cho biết thêm.
Sự hiện diện của H2 và CO2 trong lòng đại dương của Enceladus cho thấy những phản ứng tương tự như ở Trái Đất cũng sẽ xảy ra ở vệ tinh này. Thật thế, mức độ hydro được quan sát cho thấy có rất nhiều năng lượng hóa học tiềm ẩn có sẵn trong đại dương của Enceladus.
Tuy nhiên, đây không phải là khẳng định và rằng vẫn chưa phát hiện ra sự sống trên Enceladus. “Đây chỉ là phát hiện dấu hiệu tiềm năng cho việc hỗ trợ sự sống, nó tăng thêm khả năng vệ tinh này có tồn tại sự sống, nhưng chúng tôi không chắc chắn vệ tinh này hiện đã có chứa sự sống hay chưa. Câu trả lời chính xác sẽ có khi chúng ta có thể nhiều dữ liệu”, ông Glein nhấn mạnh.
“Mặc dù có những phản ứng hóa học tương đương nhau, nhưng sự dư thừa của H2 tại Enceladus không phản ánh được gì nhiều. Chúng ta còn một chặng đường dài để hiểu thêm về các quy trình trao đổi khối lượng và nhiệt, thông qua việc xác định cấu trúc bên trong của Enceladus”, Seewald cho biết thêm.
