Nghiên cứu về bề mặt và bầu khí quyển Mars Mars đã mở khóa một số bí mật cổ xưa. Nhờ những nỗ lực của Tò mò rover và các nhiệm vụ khác, các nhà khoa học hiện nhận thức được thực tế rằng nước từng chảy trên sao Hỏa và hành tinh này có bầu khí quyển dày đặc hơn. Họ cũng đã có thể suy luận những gì cơ học dẫn đến bầu không khí này bị cạn kiệt, điều này đã biến nó thành môi trường lạnh, khô héo mà chúng ta thấy ngày nay.
Đồng thời, nó đã dẫn đến một nghịch lý khá hấp dẫn. Về cơ bản, sao Hỏa được cho là có dòng nước ấm, chảy trên bề mặt vào thời điểm Mặt trời ấm áp bằng một phần ba như ngày nay. Điều này đòi hỏi bầu khí quyển sao Hỏa có lượng carbon dioxide dồi dào để giữ cho bề mặt của nó đủ ấm. Nhưng dựa trên những phát hiện mới nhất của Curiosity rover, điều này dường như không xảy ra.
Những phát hiện này là một phần của phân tích dữ liệu được lấy bằng dụng cụ Curiosity từ hóa học và công cụ nhiễu xạ tia X (CheMin), được sử dụng để nghiên cứu hàm lượng khoáng chất của các mẫu khoan trong miệng núi lửa. Kết quả phân tích này đã được công bố gần đây trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, nơi nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng không có dấu vết của carbonate trong bất kỳ mẫu nào được lấy từ lòng hồ cổ đại.
Để phá vỡ nó, bằng chứng được thu thập bởi Tò mò (và một loạt các máy bay, tàu đổ bộ và quỹ đạo khác) đã khiến các nhà khoa học kết luận rằng khoảng 3,5 tỷ năm trước, bề mặt sao Hỏa có hồ và sông chảy. Họ cũng đã xác định, nhờ có nhiều mẫu được lấy bởi Tò mò kể từ khi nó rơi xuống miệng núi lửa Gale vào năm 2011, đặc điểm địa chất này đã từng là một lòng hồ dần dần chứa đầy các trầm tích trầm tích.
Tuy nhiên, để Sao Hỏa đủ ấm để nước lỏng tồn tại, bầu khí quyển của nó sẽ phải chứa một lượng carbon dioxide nhất định - cung cấp Hiệu ứng Nhà kính đủ để bù đắp cho sự ấm áp giảm dần của Sun Sun. Vì các mẫu đá trong Miệng núi lửa hoạt động như một hồ sơ địa chất cho những điều kiện giống như hàng tỷ năm trước, chúng chắc chắn sẽ chứa nhiều khoáng chất carbonate nếu đây là trường hợp.
Carbonate là khoáng chất kết quả từ carbon dioxide kết hợp với các ion tích điện dương (như magiê và sắt) trong nước. Vì các ion này đã được tìm thấy là nguồn cung cấp tốt trong các mẫu đá sao Hỏa, và phân tích tiếp theo cho thấy các điều kiện không bao giờ trở thành axit đến mức các cacbonat sẽ bị hòa tan, không có lý do rõ ràng tại sao chúng sẽ không xuất hiện .
Cùng với nhóm của mình, Thomas Bristow - nhà điều tra chính của công cụ CheMin về sự tò mò - đã tính toán lượng carbon dioxide trong khí quyển tối thiểu cần là bao nhiêu và mức độ này sẽ được biểu thị bằng mức độ carbonate được tìm thấy trong đá sao Hỏa ngày nay. Sau đó, họ đã sắp xếp các dữ liệu của công cụ CheMin trong nhiều năm để xem liệu có bất kỳ dấu hiệu nào của các khoáng chất này hay không.
Nhưng như ông đã giải thích trong một thông cáo báo chí gần đây của NASA, những phát hiện chỉ đơn giản là không đo được:
Sau đó, chúng tôi đặc biệt ấn tượng với sự vắng mặt của khoáng chất cacbonat trong đá trầm tích mà người đi đường đã kiểm tra. Sẽ rất khó để có được nước lỏng ngay cả khi có lượng carbon dioxide trong khí quyển gấp hàng trăm lần so với những gì bằng chứng khoáng sản trong đá nói với chúng ta.
Cuối cùng, Bristow và nhóm của ông không thể tìm thấy ngay cả lượng carbonate trong các mẫu đá mà họ đã phân tích. Ngay cả khi chỉ có vài chục milimét carbon dioxide trong khí quyển khi một hồ nước tồn tại trong miệng núi lửa Gale, nó sẽ tạo ra đủ carbonate để Curiosity chanh CheMin phát hiện. Phát hiện mới nhất này làm tăng thêm một nghịch lý đã gây khó chịu cho các nhà nghiên cứu trên sao Hỏa trong nhiều năm.
Về cơ bản, các nhà nghiên cứu đã lưu ý rằng có một sự khác biệt nghiêm trọng giữa những đặc điểm bề mặt chỉ ra về quá khứ Mars Mars và những bằng chứng hóa học và địa chất đã nói. Không chỉ có nhiều bằng chứng cho thấy hành tinh này có bầu khí quyển dày đặc hơn trong quá khứ, hơn bốn thập kỷ hình ảnh quỹ đạo (và dữ liệu bề mặt nhiều năm) đã mang lại bằng chứng địa mạo phong phú rằng sao Hỏa từng có nước mặt và chu trình thủy văn hoạt động.
Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn đang vật lộn để tạo ra các mô hình cho thấy khí hậu sao Hỏa có thể duy trì các loại điều kiện cần thiết cho trường hợp này như thế nào. Mô hình thành công duy nhất cho đến nay là một mô hình trong đó bầu khí quyển chứa một lượng đáng kể CO2 và hydro. Thật không may, một lời giải thích cho việc làm thế nào bầu không khí này có thể được tạo ra và duy trì vẫn khó nắm bắt.
Ngoài ra, bằng chứng địa chất và hóa học cho bầu không khí như vậy hàng tỷ năm trước cũng bị thiếu hụt. Trước đây, các cuộc khảo sát của các quỹ đạo không thể tìm thấy bằng chứng về khoáng chất carbonate trên bề mặt Sao Hỏa. Người ta hy vọng rằng các nhiệm vụ bề mặt, như Curiosity, sẽ có thể giải quyết điều này bằng cách lấy đất và khoan các mẫu nơi nước đã được biết là tồn tại.
Nhưng như Bristow giải thích, nghiên cứu nhóm của ông đã đóng cánh cửa này một cách hiệu quả:
Đây là một bí ẩn tại sao có rất nhiều carbonate được nhìn thấy từ quỹ đạo. Bạn có thể thoát khỏi tình trạng khó khăn bằng cách nói rằng các carbonat vẫn có thể ở đó, nhưng chúng ta chỉ có thể nhìn thấy chúng từ quỹ đạo bởi vì chúng bị che phủ bởi bụi, hoặc bị chôn vùi, hoặc chúng ta không nhìn đúng chỗ. Các kết quả tò mò mang lại nghịch lý cho một trọng tâm. Đây là lần đầu tiên chúng tôi kiểm tra carbonate trên mặt đất trong một tảng đá mà chúng tôi biết được hình thành từ các trầm tích lắng đọng dưới nước.
Có một số giải thích có thể cho nghịch lý này. Một mặt, một số nhà khoa học đã lập luận rằng Hồ miệng núi lửa có thể không phải là một khối nước mở và có lẽ được bao phủ trong băng, nó chỉ đủ mỏng để vẫn có thể cho phép các trầm tích xâm nhập. Vấn đề với lời giải thích này là rằng nếu điều này là đúng, sẽ có những dấu hiệu rõ ràng bị bỏ lại - bao gồm những vết nứt sâu trong đá hồ trầm tích mềm.
Nhưng vì những chỉ dẫn này chưa được tìm thấy, các nhà khoa học còn lại hai dòng bằng chứng không khớp. Như Ashwin Vasavada, Nhà khoa học Dự án Curiosity, đã đặt nó:
Sự tò mò của con đường đi ngang qua lòng suối, đồng bằng châu thổ và hàng trăm feet bùn thẳng đứng trong các hồ nước cổ xưa kêu gọi một hệ thống thủy văn mạnh mẽ cung cấp nước và trầm tích để tạo ra những tảng đá mà chúng ta tìm thấy. Carbon dioxide, trộn lẫn với các loại khí khác như hydro, là ứng cử viên hàng đầu cho ảnh hưởng nóng lên cần thiết cho một hệ thống như vậy. Kết quả đáng ngạc nhiên này dường như sẽ đưa nó ra khỏi hoạt động.
May mắn thay, sự không phù hợp trong khoa học là những gì cho phép các lý thuyết mới và tốt hơn được phát triển. Và khi việc thăm dò bề mặt sao Hỏa tiếp tục - sẽ được hưởng lợi từ sự xuất hiện của ExoMars và Sao Hỏa 2020 nhiệm vụ trong những năm tới - chúng ta có thể mong đợi bằng chứng bổ sung sẽ xuất hiện. Hy vọng, nó sẽ giúp chỉ ra một hướng giải quyết cho nghịch lý này, và không làm phức tạp thêm lý thuyết của chúng tôi nữa!
