Các bằng chứng ngày càng chỉ ra rằng sao Hỏa có thể đã từng là một hành tinh có khả năng tồn tại sự sống trong một khoảng thời gian dài hơn so với những gì chúng ta từng nghĩ. Trước đây, người ta cho rằng từ trường bảo vệ của Hoả Tinh đã biến mất cách đây khoảng 4,1 tỷ năm, khiến hành tinh này trở nên khô cằn và không còn dấu hiệu của sự sống. Tuy nhiên, nghiên cứu mới nhất của các nhà khoa học tại Đại học Harvard đã đưa ra một giả thuyết đầy hứa hẹn: từ trường này có thể đã tồn tại lâu hơn, cho đến khoảng 3,9 tỷ năm trước.

Kết quả này dựa trên các mô hình máy tính phức tạp, giúp các nhà khoa học tái tạo quá trình hình thành và suy giảm của từ trường Hoả Tinh. Nghiên cứu này cho thấy, trong khoảng thời gian dài hơn hàng trăm triệu năm, Hoả Tinh có thể đã sở hữu một môi trường đủ ổn định để cho phép sự sống phát triển. Việc xác định chính xác thời điểm từ trường biến mất là vô cùng quan trọng, vì nó giúp giới khoa học thu hẹp phạm vi tìm kiếm các dấu hiệu của sự sống cổ đại trên hành tinh này.

Bằng cách mô phỏng quá trình nguội lạnh và từ hóa của các miệng hố va chạm lớn trên Hoả Tinh, các nhà khoa học đã phát triển một giả thuyết mới. Những miệng hố này, vốn có từ trường rất yếu, đã dẫn các nhà nghiên cứu đến giả thuyết rằng chúng hình thành sau khi dynamo của Hoả Tinh đã ngừng hoạt đông

Hình 1: Mô phỏng quá trình nguội lạnh và từ hoá của một miệng hố với đường kính 1000km.

A. Sử dụng mô hình nhiệt hoặc mô phỏng thủy lực để xác định nhiệt độ ban đầu của miệng hố sau va chạm. 

B. Tính toán nhiệt độ của vật liệu nóng chảy sau giai đoạn đối lưu.

C. Áp dụng mô hình tiến hóa nhiệt phần tử hữu hạn để mô phỏng quá trình nguội lạnh của miệng hố.

D. Sử dụng lịch sử nhiệt của mỗi phần tử (voxel) để tính toán lịch sử từ hóa của nó. Kết hợp lịch sử từ hóa với lịch sử đảo cực ngẫu nhiên để xác định từ hóa tổng cộng của mỗi voxel.

E. Mô phỏng tác động của các vụ va chạm sau này lên từ trường của miệng hố.

F. Bằng cách tổng hợp các đóng góp của mỗi voxel vào trường từ ở độ cao 200km hoặc thấp hơn để đã tạo ra một bản đồ từ trường của miệng hố.

Nguồn:  Nature Communications| (2024) 15:6831

Giả thuyết này dựa trên nguyên lý cơ bản của địa chất học, rằng các khoáng chất sắt từ trong đá sẽ "nhớ" hướng của từ trường tại thời điểm chúng nguội lạnh. Điều này cho phép các nhà khoa học nghiên cứu các mẫu đá để hiểu về từ trường cổ đại của một hành tinh. Khi quan sát các miệng hố trên sao Hỏa, các nhà khoa học nhận thấy rằng chúng không chứa dấu hiệu của một từ trường mạnh. Từ đó, họ kết luận rằng những miệng hố này hình thành sau khi dynamo của hành tinh đã tắt, và từ trường toàn cầu không còn bảo vệ hành tinh nữa.

Hình 2: Tóm tắt các giới hạn trong lịch sử từ trường của Sao Hoả. 

Hình ảnh cung cấp một cái nhìn tổng quan về lịch sử từ trường của sao Hỏa, dựa trên các bằng chứng thu được từ việc nghiên cứu các miệng hố va chạm, núi lửa và các mẫu thiên thạch. Trục hoành biểu diễn thời gian tính bằng tỷ năm trước (Ga), từ khoảng 4.5 tỷ năm đến 3.5 tỷ năm trước. Đây là giai đoạn hình thành và phát triển ban đầu của sao Hỏa. Mỗi đường gạch ngang đại diện cho một sự kiện hoặc một đặc điểm địa chất nhất định, liên quan đến từ trường của sao Hỏa. Một số thông tin hình ảnh minh hoạ:

Từ trường sao Hỏa hoạt động mạnh mẽ trong giai đoạn đầu: Các miệng hố va chạm cổ đại (màu xanh lá cây) thường có từ hóa mạnh, cho thấy từ trường của sao Hỏa đã hoạt động mạnh mẽ trong giai đoạn đầu hình thành của hành tinh.

Từ trường suy yếu dần: Khi di chuyển về phía phải trên biểu đồ (tức là càng về sau trong lịch sử), các miệng hố va chạm và các đặc điểm địa chất có xu hướng có từ hóa yếu hơn, cho thấy từ trường của sao Hỏa đã suy yếu dần theo thời gian.

Thiên thạch ALH84001: Thiên thạch ALH84001 cung cấp thêm bằng chứng về sự tồn tại của từ trường sao Hỏa trong một khoảng thời gian nhất định. Hai nhóm dữ liệu từ thiên thạch này (ALH84001 population I và II) cho thấy từ trường có thể đã hoạt động mạnh mẽ cho đến khoảng 3.6 tỷ năm trước.

Núi lửa trẻ: Các núi lửa trẻ (màu xanh dương) cũng cung cấp thông tin về từ trường của sao Hỏa trong giai đoạn muộn hơn. 

Nguồn: Nature Communications| (2024) 15:6831

Ngược lại với quan điểm truyền thống, nhóm nghiên cứu của Đại học Harvard cho rằng từ trường của sao Hỏa có thể đã tồn tại lâu hơn nhiều so với ước tính trước đây. Họ đưa ra giả thuyết rằng những miệng hố va chạm trên sao Hỏa, vốn có từ trường yếu, hình thành trong thời kỳ đảo cực từ trường của hành tinh.

Bằng cách sử dụng mô hình máy tính, nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng quá trình đảo cực có thể giải thích tại sao những miệng hố này lại có tín hiệu từ trường yếu. Kết quả này thách thức giả thuyết cho rằng từ trường của sao Hỏa đã tắt sớm, mở ra khả năng sao Hỏa có thể đã duy trì môi trường thuận lợi cho sự sống trong một khoảng thời gian dài hơn.

Nghiên cứu của nhóm Harvard dựa trên phân tích mẫu đá thiên thạch Allan Hills 84001. Sử dụng kính hiển vi kim cương lượng tử, họ phát hiện ra rằng từ trường của sao Hỏa vẫn còn mạnh mẽ cho đến khoảng 3,9 tỷ năm trước.

Mặc dù thách thức một lý thuyết lâu đời, nhóm nghiên cứu hy vọng rằng công trình của họ sẽ mở ra những cánh cửa mới cho việc khám phá lịch sử và khả năng sinh sống của sao Hỏa. Nghiên cứu về từ trường hành tinh là một công cụ quan trọng giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá khứ của các hành tinh và tìm kiếm dấu hiệu của sự sống ngoài Trái Đất.

------------------------------

Tài liệu tham khảo: 

[1]: Weak magnetism of Martian impact basins may reflect cooling in a reversing dynamo | Nature Communications

[2]: Mars may have been habitable much more recently than thought — Harvard Gazette

Võ Nguyễn Nhật Minh 

Ban Nội Dung CLB Thiên văn USAC