Nghe có vẻ lạ thường khi tiến hành nghiên cứu tìm kiếm sự sống tại mặt trăng của sao Mộc, nhưng lại bắt đầu tại các đại dương băng giá và khắc nghiệt của vùng Nam Cực trên Trái đất. Tuy nhiên sự vĩ đại luôn bắt đầu từ những gì đơn giản nhất.
Từ năm 2014, một nhóm các kỹ sư của Georgia Tech và các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Công nghệ và Sự sống Hành tinh Britney Schmidt đã thiết kế và chế tạo một robot ngầm cho mục đích nghiên cứu của họ. Robot có tên là Icefin, nó sẽ giúp cho nhóm nghiên cứu tìm hiểu về thế giới đại dương ở các khu vực khác nhau trong hệ mặt trời, cũng như khám phá thế giới bên dưới lớp băng Nam Cực.
Môi trường sống tại các nơi có lẽ có sự tương đồng nhiều hơn so với những gì chúng ta vẫn thường nghĩ: thật ra, Trái Đất không phải là nơi duy nhất trong hệ mặt trời có các đại dương. Chúng ta đã từng biết về sự tồn tại của Europa, một trong những mặt trăng của sao Mộc.
Lần đầu tiên Europa được phát hiện bởi Galileo vào năm 1610, bề mặt băng giá của Europa lạnh đến -163 độ C (tức 110 độ Kelvin). Nhưng bởi lực hấp dẫn khổng lồ của sao Mộc ép lên Europa giống như một quả bóng căng, nhiệt lượng sinh ra do ma sát đủ để giữ cho đại dương của Europa không bị đóng băng.
Thêm vào đó, lõi đá có thành phần tương tự như Trái Đất và khả năng vận động thủy nhiệt ở đáy biển, Europa có thể chỉ là nơi sinh trưởng của các sinh vật đơn bào đơn giản, giống như cách mà sự sống có thể đã bắt đầu vào 3,5 tỷ năm trước trên Trái đất.
Ông Schmidt - người đứng đầu nhóm nghiên cứu với Icefin - cho biết: “Theo những gì chúng ta biết, Europa là hành tinh duy nhất trong hệ mặt trời có nhiều đặc tính tương tự như Trái Đất trong 4,5 tỷ năm gần đây”.
Mặc dù còn có các thế giới đại dương khác, chẳng hạn như mặt trăng của sao Thổ, Enceladus (một vệ tinh nhỏ bé tích cực phun chất lỏng chứa muối vào không gian), nhưng Europa là nơi mà các nhà khoa học tin tưởng nhất và tốt nhất trong quá trình tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất của chúng ta.
-
- Europa, mặt trăng của sao Mộc, được xem là nơi có sự sống trong các đại dương bên dưới các lớp băng trên bề mặt của nó. (Ảnh: NASA)
Tuy vậy, đại dương ở Nam Cực không hẳn là một môi trường thích hợp để nghiên cứu: Đại dương là môi trường nước nhưng lớp băng dày hàng chục kilomet thì chắc chắn không phải vậy. Đây là nơi mà Icefin sẽ đến.
Icefin có hình dạng giống như một quả ngư lôi và được thiết kế để hoạt động tự động ở vùng nước sâu và tự động ở khoảng cách xa. Với chiều dài 3.7 m nhưng chỉ rộng khoảng 25cm cho phép nó chui qua các lỗ hẹp trên băng, đây là chìa khóa để tiếp cận các đại dương trên Trái đất và Europa trong tương lai.
Lớp băng cũng mang đến các thử thách khác ngoài vấn đề tiếp cận đại dương. Nước chặn tín hiệu điều hướng, đó là lý do tại sao GPS không hoạt động dưới nước tại các đại dương đóng băng trên Trái đất. Vì vậy, Icefin sẽ phải có khả năng tự lập bản đồ trong môi trường của nó trong thời gian thực. Ở đây cũng vậy, các đại dương bên dưới các thềm băng của Nam Cực thực sự tạo nên một cuộc diễn tập thật sự giống như thật, khi tại đây và môi trường trên Europa đều tương đối biệt lập với môi trường đại dương mở ‘thông thường’ và về cơ bản đều chưa được khám phá.
Một trở ngại khác mà các nhà nghiên cứu phải đối mặt là độ trễ liên lạc ở khoảng cách lớn trong không gian - Sao Mộc khi ở vị trí gần Trái đất nhất là cách hơn 40 phút ánh sáng, điều này có nghĩa là các tín hiệu vô tuyến (truyền với tốc độ ánh sáng) sẽ mất 40 phút mỗi lần truyền đến và đi từ Trái đất.
Vì vậy, các robot được triển khai trong đại dương của Europa sẽ cần có khả năng tự tư duy mà không cần con người can thiệp liên tục cũng như tự ghi lại những gì chúng tìm thấy. Các nhà nghiên cứu đã thực hành giả lập trì hoãn các thông tin liên lạc tới Icefin để mô phỏng các điều kiện nhiệm vụ thực tế với sự tham gia hạn chế của con người, dù cho nhóm nghiên cứu thường không theo các quy luật thông thường và sử dụng bộ kết nối cáp quang cho dữ liệu thời gian thực và để đảm bảo họ có thể kéo Icefin lên lại.
Luôn có một chút căng thẳng khi triển khai Icefin, ngay cả khi nó đang hoạt động hoàn hảo; băng có độ dày và độ cứng khác nhau, độ sâu không xác định được, dòng chảy có thể không thể đoán trước và tại một số địa điểm, các nhà nghiên cứu dùng các dấu hiệu chia sẻ vị trí các lỗ khoan trên mặt lớp băng để xâm nhập xuống dưới đại dương.
-
- Các nhà nghiên cứu dùng các dấu hiệu chia sẻ vị trí các lỗ khoan trên mặt lớp băng để xâm nhập xuống dưới đại dương. (Ảnh: RISEUP/B. E. Schmidt/D. Dichek)
Tuy nhiên, có lẽ thách thức lớn nhất của nhóm là quyết định sử dụng các bộ thiết bị quan sát nào mà sứ mệnh tìm kiếm sự sống trong tương lai sẽ phải thực hiện để đưa ra kết luận rằng sự sống có tồn tại. Một trong những câu hỏi chính mà họ phải trả lời là liệu họ nên thiết kế cảm biến cho thứ gì đó giống như sự sống trên cạn mà chúng ta vẫn biết hay cho một thứ hoàn toàn khác. Các dạng sống khác có thể đã phát triển để có những dạng hoàn toàn khác và thậm chí có thể các sinh vật không sống dựa trên các chất chuyển hóa hoặc phân tử quen thuộc như DNA. Và tất nhiên, bất kỳ loại thiết bị nào họ chế tạo đều cần phù hợp với chiều rộng của robot Icefin chỉ là 25cm.
Cho đến nay, nhóm các nhà nghiên cứu đã quyết định trang bị cho Icefin một số thiết bị cần thiết cho việc tìm kiếm dưới nước: máy ảnh, thiết bị dò siêu âm và cảm biến đo nhiệt độ và độ mặn. Robot cũng sẽ có khả năng đo oxy, pH, các chất hữu cơ hòa tan hoặc sự mất cân bằng hóa học trong nước là dấu hiệu cho thấy thủy nhiệt gần đó.
Thông tin này có thể chỉ ra một cách khái quát rằng liệu một khu vực có thể tồn tại được sự sống hay không - ít nhất là đối với sự sống mà chúng ta biết - nhưng không nhất định cho biết rằng liệu có bất kỳ thứ gì thực sự sống ở đó hay không. Vì vậy, nhóm nghiên cứu hiện đang thiết kế các công cụ phức tạp hơn, chẳng hạn như bộ đếm tế bào thu nhỏ, có kích thước bằng một bộ bài và kính hiển vi nhỏ gọn có khả năng chụp ảnh 3D của các hạt trong cột nước.
May mắn thay, các nhà nghiên cứu sẽ có vài thập kỷ tiếp theo để cải tiến cả công nghệ và thiết kế trước khi phóng thiết bị lên Europa, điều này mang lại cho họ nhiều cơ hội khám phá Nam Cực. Các nghiên cứu ban đầu đã phát hiện ra những dạng sống hoàn toàn mới trong băng, với những cách thích nghi độc đáo chưa từng thấy ở bất kỳ nơi nào khác trên thế giới.
Các hệ thống robot cũng đang được cải tiến, các phương tiện dưới nước có khả năng lập bản đồ và lấy mẫu môi trường dưới băng một cách tự động. Hy vọng rằng khi hiểu biết của chúng ta về phương cách tìm kiếm sự sống trên Trái đất ngày càng phát triển, chúng ta sẽ có thể áp dụng những bài học này để quyết định hành trang cần mang theo cho chuyến đi tới Europa.
Diên Vỹ
Theo Massive Science
