Trong cuộc săn lùng sự sống ngoài Trái đất, các nhà khoa học có xu hướng sử dụng phương pháp tiếp cận trái cây treo thấp ở thành phố. Điều này bao gồm tìm kiếm các điều kiện tương tự như những gì chúng ta trải nghiệm ở đây trên Trái đất, bao gồm oxy, các phân tử hữu cơ và nhiều nước lỏng. Thật thú vị, một số nơi mà các thành phần này có mặt phong phú bao gồm nội thất của các mặt trăng băng giá như Europa, Ganymede, Enceladus và Titan.
Trong khi chỉ có một hành tinh trên mặt đất trong Hệ Mặt trời của chúng ta có khả năng hỗ trợ sự sống (Trái đất), thì có nhiều Mặt trăng Đại dương Thế giới giống như những mặt trăng này. Tiến lên một bước nữa, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard (CfA) đã tiến hành một nghiên cứu cho thấy các mặt trăng băng giá có thể ở được với các đại dương bên trong có khả năng cao hơn nhiều so với các hành tinh trên mặt đất trong Vũ trụ.
Nghiên cứu có tên là Suburface Exolife Giá, được thực hiện bởi Manasvi Lingam và Abraham Loeb thuộc Trung tâm vật lý thiên văn Harvard Smithsonain (CfA) và Viện lý thuyết và tính toán (ITC) tại Đại học Harvard. Vì mục đích nghiên cứu của họ, các tác giả đã xem xét tất cả những gì định nghĩa một khu vực có thể ở được trong hoàn cảnh (hay còn gọi là khu vực Gold Goldocks của khu vực) và khả năng có sự sống bên trong các mặt trăng với các đại dương bên trong.
Để bắt đầu, Lingam và Loeb giải quyết xu hướng nhầm lẫn giữa các khu vực có thể ở được (HZ) với khả năng cư trú hoặc coi hai khái niệm này có thể thay thế cho nhau. Chẳng hạn, các hành tinh nằm trong HZ không nhất thiết có khả năng hỗ trợ sự sống - về mặt này, Sao Hỏa và Sao Kim là những ví dụ hoàn hảo. Trong khi sao Hỏa quá lạnh và bầu không khí của nó quá mỏng để hỗ trợ sự sống, thì sao Kim phải chịu một hiệu ứng nhà kính chạy trốn khiến nó trở thành một nơi nóng bỏng, địa ngục.
Mặt khác, các cơ thể nằm ngoài HZ đã được tìm thấy có khả năng có nước lỏng và các thành phần cần thiết để làm tăng sự sống. Trong trường hợp này, các mặt trăng của Europa, Ganymede, Enceladus, Dione, Titan và một số người khác đóng vai trò là những ví dụ hoàn hảo. Nhờ sự phổ biến của nước và sưởi ấm địa nhiệt do lực thủy triều gây ra, những mặt trăng này đều có đại dương bên trong có thể hỗ trợ rất tốt cho sự sống.
Như Lingam, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại ITC và CfA và là tác giả chính của nghiên cứu, đã nói với Tạp chí Space qua email:
Quan niệm thông thường về khả năng cư trú của hành tinh là vùng có thể ở được (HZ), cụ thể là khái niệm rằng hành tinh của Hồi phải được đặt ở khoảng cách phù hợp với ngôi sao để nó có thể có nước lỏng trên bề mặt. Tuy nhiên, định nghĩa này giả định rằng sự sống là: (a) dựa trên bề mặt, (b) trên một hành tinh quay quanh một ngôi sao và (c) dựa trên nước lỏng (dưới dạng dung môi) và các hợp chất carbon. Ngược lại, công việc của chúng tôi làm giảm các giả định (a) và (b), mặc dù chúng tôi vẫn giữ lại (c).
Do đó, Lingam và Loeb mở rộng xem xét khả năng cư trú để bao gồm các thế giới có thể có sinh quyển dưới bề mặt. Những môi trường như vậy vượt xa các mặt trăng băng giá như Europa và Enceladus và có thể bao gồm nhiều loại môi trường ngầm sâu khác. Trên hết, người ta cũng đã suy đoán rằng sự sống có thể tồn tại trong các hồ metan Titan Titan (tức là các sinh vật methanogen). Tuy nhiên, thay vào đó, Lingam và Loeb chọn tập trung vào các mặt trăng băng giá.
Mặc dù chúng ta xem xét sự sống trong các đại dương dưới đáy biển dưới các phong bì băng / đá, sự sống cũng có thể tồn tại trong các tảng đá ngậm nước (tức là có nước) bên dưới bề mặt; thứ hai đôi khi được gọi là cuộc sống dưới mặt đất, Ling nói. Chúng tôi không đi sâu vào khả năng thứ hai vì nhiều kết luận (nhưng không phải tất cả trong số đó) cho các đại dương dưới đáy biển cũng được áp dụng cho các thế giới này. Tương tự, như đã lưu ý ở trên, chúng tôi không xem xét các dạng sống dựa trên các hóa chất và dung môi kỳ lạ, vì không dễ để dự đoán tính chất của chúng.
Cuối cùng, Lingam và Loeb đã chọn tập trung vào các thế giới sẽ quay quanh các ngôi sao và có khả năng chứa sự sống dưới lòng đất mà nhân loại sẽ có khả năng nhận ra. Sau đó, họ đã đi đánh giá khả năng những cơ thể như vậy có thể ở được, những lợi thế và thách thức cuộc sống sẽ phải đối phó trong những môi trường này và khả năng những thế giới đó tồn tại ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta (so với các hành tinh trên mặt đất có thể ở được).
Đối với người mới bắt đầu, thế giới Ocean Oceans có một số lợi thế khi hỗ trợ cuộc sống. Trong hệ thống Jovian (Sao Mộc và các mặt trăng của nó) bức xạ là một vấn đề lớn, đó là kết quả của các hạt tích điện bị mắc kẹt trong khối từ trường khí khổng lồ. Giữa đó và bầu không khí trăng khuyết, cuộc sống sẽ có một khoảng thời gian rất khó khăn để sống sót trên bề mặt, nhưng cuộc sống ở dưới lớp băng sẽ tốt hơn rất nhiều.
Lingam cho biết, một lợi thế lớn mà các thế giới băng giá có được là các đại dương dưới đáy biển hầu hết bị cách ly khỏi bề mặt. Do đó, bức xạ tia cực tím và tia vũ trụ (các hạt năng lượng), thường gây bất lợi cho cuộc sống trên bề mặt ở liều cao, không có khả năng ảnh hưởng đến cuộc sống giả định trong các đại dương dưới đáy biển này.
Về mặt tiêu cực, ông tiếp tục nói về sự thiếu vắng ánh sáng mặt trời vì nguồn năng lượng dồi dào có thể dẫn đến một sinh quyển có ít sinh vật (trên một đơn vị thể tích) hơn Trái đất. Ngoài ra, hầu hết các sinh vật trong các sinh quyển này có khả năng là vi sinh vật và xác suất phát triển sự sống phức tạp có thể thấp so với Trái đất. Một vấn đề khác là sự sẵn có tiềm năng của các chất dinh dưỡng (ví dụ phốt pho) cần thiết cho sự sống; chúng tôi đề nghị rằng các chất dinh dưỡng này có thể chỉ có sẵn ở nồng độ thấp hơn Trái đất trên các thế giới này.
Cuối cùng, Lingam và Loeb xác định rằng một loạt các thế giới có vỏ băng có độ dày vừa phải có thể tồn tại trong một loạt các môi trường sống trên khắp vũ trụ. Dựa trên mức độ thống kê của các thế giới như vậy, họ đã kết luận rằng các thế giới của Ocean Oceans giống như Europa, Enceladus và những thế giới khác giống như chúng phổ biến hơn khoảng 1000 lần so với các hành tinh đá tồn tại trong HZ của các ngôi sao.
Những phát hiện này có một số ý nghĩa quyết liệt đối với việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất và ngoài mặt trời. Nó cũng có ý nghĩa quan trọng đối với cách cuộc sống có thể được phân phối thông qua Vũ trụ. Như Lingam đã tóm tắt:
Chúng tôi kết luận rằng cuộc sống trên những thế giới này chắc chắn sẽ đối mặt với những thách thức đáng chú ý. Tuy nhiên, mặt khác, không có yếu tố quyết định nào ngăn cản sự sống (đặc biệt là sự sống của vi sinh vật) phát triển trên các hành tinh và mặt trăng này. Về khía cạnh panspermia, chúng tôi đã xem xét khả năng một hành tinh nổi tự do chứa exolife dưới bề mặt có thể tạm thời bị bắt bởi một ngôi sao và có lẽ nó có thể gieo mầm cho các hành tinh khác (quay quanh ngôi sao đó) với sự sống. Vì có nhiều biến số liên quan, không phải tất cả chúng đều có thể được định lượng chính xác.
Giáo sư Leob - Giáo sư Khoa học Frank B. Baird Jr. tại Đại học Harvard, giám đốc ITC, và đồng tác giả nghiên cứu - nói thêm rằng việc tìm kiếm các ví dụ về cuộc sống này đưa ra những thách thức riêng của nó. Như ông nói với Tạp chí Không gian qua email:
Rất khó để phát hiện sự sống dưới bề mặt từ xa (từ khoảng cách lớn) bằng kính viễn vọng. Người ta có thể tìm kiếm nhiệt dư thừa nhưng điều đó có thể là kết quả từ các nguồn tự nhiên, chẳng hạn như núi lửa. Cách đáng tin cậy nhất để tìm sự sống dưới bề mặt là hạ cánh trên một hành tinh hoặc mặt trăng như vậy và khoan xuyên qua lớp băng bề mặt. Đây là cách tiếp cận được dự tính cho một sứ mệnh tương lai của NASA tới Europa trong hệ mặt trời.
Khám phá những tác động của panspermia hơn nữa, Lingam và Loeb cũng đã xem xét những gì có thể xảy ra nếu một hành tinh như Trái đất từng bị đẩy ra khỏi Hệ Mặt trời. Như họ lưu ý trong nghiên cứu của mình, nghiên cứu trước đây đã chỉ ra làm thế nào các hành tinh có bầu khí quyển dày hoặc đại dương dưới đáy biển vẫn có thể hỗ trợ sự sống khi trôi nổi trong không gian giữa các vì sao. Như Loeb đã giải thích, họ cũng đã cân nhắc điều gì sẽ xảy ra nếu điều này từng xảy ra với Trái đất vào một ngày nào đó:
Một câu hỏi thú vị là điều gì sẽ xảy ra với Trái đất nếu nó bị đẩy ra khỏi hệ mặt trời vào không gian lạnh mà không bị Mặt trời sưởi ấm. Chúng tôi đã phát hiện ra rằng các đại dương sẽ đóng băng xuống độ sâu 4,4 km nhưng những khối nước lỏng sẽ tồn tại ở những vùng sâu nhất của đại dương Earth, như rãnh Mariana và sự sống có thể tồn tại ở những hồ dưới bề mặt còn lại này. Điều này ngụ ý rằng cuộc sống dưới bề mặt có thể được chuyển giao giữa các hệ thống hành tinh.
Nghiên cứu này cũng đóng vai trò như một lời nhắc nhở rằng khi loài người khám phá nhiều hơn về Hệ Mặt trời (phần lớn là để tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất), những gì chúng ta tìm thấy cũng có ý nghĩa trong việc săn tìm sự sống trong phần còn lại của Vũ trụ. Đây là một trong những lợi ích của cách tiếp cận trái cây treo trên tường thấp. Những gì chúng tôi không biết là được thông báo nhưng những gì chúng tôi làm và những gì chúng tôi tìm thấy giúp thông báo những kỳ vọng của chúng tôi về những gì chúng tôi có thể tìm thấy.
Và tất nhiên, đó là một vũ trụ rất rộng lớn ngoài kia. Những gì chúng ta có thể tìm thấy có khả năng vượt xa những gì chúng ta hiện có khả năng nhận ra!
