Khai phá và định cư Sao Hỏa

(Howell, 2021) Cuộc đua tới Sao Hoả bắt đầu vào giai đoạn bình minh của cuộc đua khám phá không gian. Từ năm 1960, Liên bang Xô Viết có tới năm dự án cố gắng vươn tới Sao Hoả nhưng đều thất bại, kể cả Mỹ. Mọi chuyện sáng sủa hơn khi sứ mệnh Mariner 4 của NASA cuối cùng cũng thành công khi có thể bay ngang qua Sao Hoả và gửi 21 bức ảnh đầu tiên về Trái Đất. NASA tiếp tục với sứ mệnh Mariner 6 và 7, chụp thêm những tấm ảnh mới trên Sao Hoả. Nhưng những bức ảnh này đều chụp phải những vị trí có hố va chạm, khiến các nhà nghiên cứu lầm tưởng rằng Sao Hoả có bề mặt giống như Mặt Trăng.

Giai đoạn 1969 đến 1971 mọi sứ mệnh của Liên Xô và Mỹ đều thất bại. Sứ mệnh Mariner 9 năm 1971 cho một cái nhìn khác về Sao Hoả với những ngọn núi lửa và dãy núi dài khổng lồ. Mariner 9 cũng là sứ mệnh đầu tiên có khả năng quay quanh quỹ đạo Sao Hoả gần 1 năm và chụp hơn 7000 tấm ảnh.

Năm 1975, Viking 1 và Viking 2 được NASA gửi tới Sao Hoả và tới nơi vào năm 1976, bao gồm vệ tinh để chụp ảnh bề mặt Sao Hoả từ quỹ đạo bay quanh hành tinh và một trạm mặt đất. Đây là sứ mệnh thành công nhất khi những dữ liệu về Sao Hoả cho tới năm 2000 đều được đảm nhiệm bởi Viking. Đồng thời cũng có những dữ liệu về sự sống nhưng còn đang tranh cãi và không được công nhận chính thức. Viking cũng cho thấy thành phần trên Sao Hoả gần như tương đồng với những mẩu thiên thạch trên Trái Đất, tiết lộ nguồn gốc của một số vật thể va chạm với Trái Đất.

(Mustard, et al., 2013) Kể từ những năm 1990, NASA bắt đầu công việc khám phá sao Hỏa có hệ thống với lĩnh vực sinh học vũ trụ là một trong những yếu tố chính của tiến trình này. Bắt đầu bằng kỷ nguyên "Lần theo vết nước" (Follow the water), những cuộc đổ bộ trong giai đoạn này đã kết thúc với thành công rực rỡ bởi kết luận quan trọng: nước từng tồn tại trong quá khứ xa của Hỏa Tinh. Hiện tại vào năm 2021, NASA đang hoàn thiện kỷ nguyên "Khám phá khả năng sinh sống" (Explore Habitability). Xe tự hành Curiosity - người anh trước của Perseverance – đã tìm được những nguồn dinh dưỡng và năng lượng mà các vi sinh vật có thể đã sử dụng, đem lại cơ hội cho các nhà khoa học công nhận rằng: quả thực Sao Hỏa từng có khu vực thích hợp cho dạng sống cổ. Nhưng còn đó nhiều câu hỏi còn bỏ ngỏ: những điều kiện sống đó có từ lúc nào và ở đâu? Những dạng sống đó có từng phát triển hơn nữa? Và liệu có bằng chứng về chúng được lưu giữ lại không? Một sứ mệnh khác sẽ được thực hiện – "Tìm kiếm dấu hiệu sống" (Seek signs of Life) – để trả lời những câu hỏi trên.

Rõ ràng ngày càng nhiều bằng chứng cho thấy sự sống cổ đại đã từng tồn tại trên Sao Hoả, với khí hậu, địa hình, nước,… thay đổi cho tới như hiện tại. Sao Hoả trở thành miếng bánh ngon để các nước đua nhau tìm hiểu, khai thác. Hiện tại, một sứ mệnh mà NASA đang tiến hành – MARS 2020 – sẽ giúp xác định chắc chắn những bằng chứng về dạng sống cổ trên Sao Hoả.

Bằng chứng về nước trên Sao Hỏa

Không đơn thuần chỉ là nước đóng băng, các nhà nghiên cứu cho rằng hiện nay vẫn thật sự tồn tại dòng nước chảy ngay trên Sao Hỏa. Tuy nhiên việc kiểm chứng và tìm kiếm vị trí đó là không hề đơn giản. Những quan sát cho thấy sông, hồ và đại dương chiếm ưu thế lớn trong thời xa xưa của Sao Hỏa, nhưng do trọng lực yếu hơn và bầu khí quyển mong manh đã khiến lượng lớn nước bay hơi và thất thoát ra ngoài không gian, chỉ để lại một lượng ít ỏi nước sót lại ở đâu đó trên hành tinh (Redd, 2018).

Bằng chứng của nước xuất hiện đầu tiên năm 2000 sau khi phân tích dữ liệu thu được từ tàu Surveyor của NASA bay quanh quỹ đạo Sao Hoả. Phân tích cho thấy rãnh xói mòn vốn được hình thành bởi dòng nước chảy và để lại những vệt mảnh vụn cùng bùn. Những dấu tích này khá mới gợi ý rằng chúng chỉ mới hình thành vào khoảng thời gian gần đây. Sự thay đổi diện mạo của rãnh xói qua thời gian càng củng cố giả thiết trên (Choi, 2010).

Rãnh xói trên thành phía Bắc của một miệng hố thuộc vùng Terra Sirenium thay đổi giữa hai thời điểm từ 12/2001 tới 4/2005 phân biệt bởi vật liệu sáng màu chảy xuống sườn dốc và hình thành chất lắng (trên). Sự thay đổi tương tự diễn ra ở một miệng hố vùng Centauri Montes (dưới) (Choi, 2010).

Dấu vết khác với tên gọi "dòng chảy theo mùa trên các sườn núi" (RSL) được nhận diện vào năm 2011. Những bức hình chụp bởi Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) lưu giữ bề mặt Sao Hoả trong một vùng vĩ tuyến rộng lớn và khoảng thời gian kéo dài xấp xỉ ba năm (Sao Hoả) được thuật toán kiểm tra để tìm sự thay đổi, khác biệt qua thời gian. Kết quả cho thấy có những vết rạch dài, mỏng, hẹp, màu đen chạy dọc xuống theo sườn dốc của các hố va chạm tồn tại vào những tháng ấm áp, sau đó biến mất dần vào mùa đông rồi cứ tiếp tục xuất hiện theo chu kỳ như vậy. Những vết này chỉ rộng từ 0.5 tới 5m, hẹp hơn cả những vết xói từng phát hiện được trước đây nhưng có thể kéo dài hơn cả trăm mét trong vòng hai tháng (Trái Đất). Các nhà nghiên cứu nghi ngờ rằng nước thể lỏng liên quan tới sự hình thành những dấu vết trên (Choi, 2011). Trong một báo cáo 2015, phân tích quang phổ các RSL đã giúp kết luận rằng chúng được hình thành bởi nước mặn dạng lỏng. Theo đó bất cứ nơi nào và thời gian nào những dấu RSL lớn nhất được hình thành cũng đều tìm thấy bằng chứng quang phổ của muối hydrat hoá nơi sườn dốc có RSL hình thành. Loại muối này được cho là Peclorat (ClO-4), một hợp chất chứa Clo, có thể hạ điểm đóng băng của nước từ 0 ^oC xuống -70 ^oC, là thứ cực kỳ cần thiết để nước trên Sao Hoả lạnh lẽo ổn định dạng lỏng. Đồng thời Peclorat có thể hấp thụ nước trong khí quyển. Tuy nhiên vẫn chưa rõ nguồn nước này là từ không khí Sao Hoả, sự tan chảy của lớp băng bề mặt/dưới bề mặt hay là tuôn trào từ tầng ngậm nước gần đó (Wall, 2015).

(Choi, 2015) Từ lâu các nhà khoa học biết rằng hầu hết lượng băng đá hiện đang tập trung ở những vùng vĩ độ cao, xung quanh vùng cực. Nhưng các nghiên cứu về hố va chạm khác thường đã cho một cái nhìn khác hơn. Một hố như thế ở vùng Arcadia Planitia – nằm ở vĩ tuyến trung bình – rộng từ 328 tới 430m. Không như những hố va chạm khác thường có dạng hình chiếc tô và trơn nhẵn, vùng hố này có các dạng bậc thang trên vành. Khi một hố va chạm được hình thành bởi va chạm, sóng xung kích từ chấn động đẩy các vật liệu sâu trong lòng đất ra ngoài bề mặt, nếu ban đầu cấu trúc địa chất của Sao Hỏa có phân tầng lớp như đất, băng, đá thì các vật liệu nhẹ sẽ bị đẩy văng ra ngoài rìa dễ dàng hơn so với các vật chất nặng rắn chắn hơn, từ đó hình thành các lớp bậc thang phân các các vật liệu trong hố va chạm. Kết quả quan sát hố va chạm trên cho biết lớp băng dày khoảng 40m và nằm chỉ ngay dưới lớp đất mặt của Sao Hoả, hướng dốc xuống 38°. Điều này giống như đào đất ngoài vườn và tìm thấy một lớp băng dày cỡ toà nhà 13 tầng phủ một vùng rộng cỡ 3 lần Việt Nam. Dù lớp nước dưới bề mặt đã được đoán định từ trước rất lâu nhưng phải nhờ tới hố va chạm kì lạ trên thì mới có thể xác nhận chắc chắn.

Những sứ mệnh tiếp theo đem tới những kết luận tiếp theo cũng thú vị không kém, bao gồm một hồ nước rộng lớn ẩn giấu dưới lớp băng dày ở hai vùng cực (Wall, 2015). Chắc chắn nguồn tài nguyên nước này là rất quý giá cho sự định cư loài người sau này và cung cấp thêm thông tin về lịch sử khí hậu, địa chất của Sao Hoả.

Bằng chứng nguồn năng lượng cho dạng sống

(Mars Exploration Program and the Jet Propulsion Laboratory, 2018) Sau những bằng chứng chắc chắn về nước trên Sao Hoả, sứ mệnh dần chuyển hướng qua tìm kiếm và xác định các dạng phân tử, nguyên tử, vật chất có thể là nguồn năng lượng tiềm năng vốn đi liền với sự phát triển sự sống. Xe tự hành Curiosity đã tìm thấy phân tử hữu cơ nằm sâu trong một mẫu lớp đá trầm tích 3 tỉ năm tuổi. Dù chưa thể xác định được nguồn gốc của kết quả trên – liệu nó là bản ghi của sự sống cổ đại, "thức ăn" của sự sống hay đơn thuần là được tạo ra không bởi hoạt động sinh học – nó cũng cho ta biết hướng đi hiện tại là đúng và là gợi ý hoá học về các điều kiện, quá trình đang diễn ra trên Sao Hoả.

Curiosity của NASA phát hiện được phân tử hữu cơ cổ trong đá trầm tích 3 tỉ năm tuổi (Mars Exploration Program and the Jet Propulsion Laboratory, 2018).