Khi nhìn lên sao Hỏa từ Trái Đất, thật khó tưởng tượng rằng thế giới lạnh lẽo, khô cằn này từng có một bầu khí quyển tươi tốt. Tuy nhiên, trải qua hàng tỷ năm, bầu khí quyển của sao Hỏa đã trải qua những thay đổi đáng kể.

Từ một cái nôi tiềm năng cho sự sống đến môi trường khắc nghiệt, không thể thở được như chúng ta thấy ngày nay, việc hiểu rõ quá trình chuyển đổi này diễn ra như thế nào là vô cùng quan trọng đối với khoa học hành tinh và tương lai của việc khám phá vũ trụ.

Hãy cùng tìm hiểu câu chuyện về sự tiến hóa của khí quyển sao Hỏa.

Khí quyển ban đầu của Sao Hỏa

Cách đây hàng tỷ năm, Sao Hỏa khác xa so với hành tinh cằn cỗi mà chúng ta biết ngày nay. Bằng chứng cho thấy Sao Hỏa thời kỳ đầu có khí quyển dày hơn nhiều, có thể bao gồm carbon dioxide, nitơ và hơi nước. Khí quyển ban đầu này, kết hợp với hoạt động núi lửa và khí hậu ấm hơn, đã tạo ra các điều kiện có thể hỗ trợ sự tồn tại của nước lỏng trên bề mặt—điều cần thiết cho sự sống như chúng ta hiểu.

Các nhà khoa học tin rằng các vụ phun trào núi lửa đã giải phóng một lượng lớn khí vào khí quyển, làm cho nó dày lên và tạo ra hiệu ứng nhà kính. Điều này sẽ làm tăng nhiệt độ, có khả năng giữ cho Sao Hỏa đủ ấm để cho phép nước lỏng tồn tại trên bề mặt, hình thành các con sông và hồ.

Tại sao Sao Hỏa mất đi khí quyển của nó?

Sự biến đổi của khí quyển Sao Hỏa từ một khí quyển có khả năng hỗ trợ sự sống thành một khí quyển mỏng, lạnh mà chúng ta thấy ngày nay vẫn là một trong những câu hỏi lớn nhất trong khoa học hành tinh. Có một số giả thuyết, nhưng giả thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất liên quan đến gió mặt trời. Không giống như Trái Đất, có từ trường bảo vệ nó khỏi bức xạ Mặt Trời, Sao Hỏa thiếu một lá chắn từ trường toàn cầu. Điều này khiến bầu khí quyển của Sao Hỏa dễ bị gió Mặt Trời bào mòn.

Gió mặt trời, được tạo thành từ các hạt tích điện, có thể đã bắn phá bầu khí quyển của Sao Hỏa, dần dần làm xói mòn nó theo thời gian. Không có từ trường bảo vệ, bầu khí quyển của Sao Hỏa không thể giữ lại các khí của nó, đặc biệt là các nguyên tố nhẹ hơn như hydro và oxy; chúng đã thoát ra ngoài không gian. Trải qua hàng triệu năm, quá trình này đã dẫn đến sự mỏng đi của bầu khí quyển.

Ví dụ: Nghiên cứu từ sứ mệnh MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) của NASA cho thấy rằng trong 4 tỷ năm qua, Sao Hỏa đã mất hơn 90% bầu khí quyển ban đầu, dẫn đến hành tinh khô cằn, khắc nghiệt như chúng ta biết ngày nay.

Bầu khí quyển hiện tại: Một lớp màn mỏng

Bầu khí quyển của Sao Hỏa ngày nay mỏng hơn Trái Đất khoảng 100 lần. Nó chủ yếu bao gồm carbon dioxide (khoảng 95%), với một lượng nhỏ nitơ, argon và oxy. Bầu khí quyển mỏng này không thể hỗ trợ sự sống của con người như chúng ta biết, và nó cũng không giữ nhiệt tốt, góp phần vào nhiệt độ bề mặt lạnh giá của Sao Hỏa.

Mặc dù mỏng, bầu khí quyển của Sao Hỏa vẫn hoạt động và năng động. Bão bụi, một số có thể bao phủ toàn bộ hành tinh, rất phổ biến và có thể ảnh hưởng đáng kể đến cả bầu khí quyển và điều kiện bề mặt. Hiểu rõ những hiện tượng này rất quan trọng đối với các sứ mệnh trong tương lai, vì chúng có thể ảnh hưởng đến mọi thứ, từ việc sản xuất điện mặt trời đến sự an toàn của tàu đổ bộ và xe tự hành.

Ví dụ: Các cơn bão bụi toàn cầu trên Sao Hỏa có thể kéo dài hàng tuần hoặc thậm chí hàng tháng, tạo ra các hiện tượng thời tiết quy mô lớn ảnh hưởng đến điều kiện khí quyển và nhiệt độ. Các robot thám hiểm của NASA, như Perseverance, thường phải đối phó với những cơn bão này, khiến việc nghiên cứu khí quyển Sao Hỏa càng trở nên quan trọng hơn.

Vai trò của khí quyển Sao Hỏa trong thám hiểm tương lai

Hiểu được sự tiến hóa của khí quyển Sao Hỏa không chỉ đơn thuần là nhìn lại lịch sử của hành tinh; nó còn có ý nghĩa quan trọng đối với thám hiểm trong tương lai. NASA và các cơ quan vũ trụ khác đang khám phá khả năng cải tạo Sao Hỏa, hay biến đổi khí quyển của nó để làm cho nó dễ sống hơn đối với con người. Mục tiêu đầy tham vọng này bao gồm việc tìm cách làm dày khí quyển, tăng áp suất và làm ấm hành tinh, có khả năng cho phép nước lỏng tồn tại trên bề mặt một lần nữa.

Trong ngắn hạn, hiểu được cách thức hoạt động của khí quyển Sao Hỏa là điều cần thiết để đưa con người lên Hành tinh Đỏ. Các phi hành gia tương lai sẽ cần phải sống sót trong một môi trường khắc nghiệt không có không khí để thở. Bầu khí quyển của Sao Hỏa có thể đóng vai trò trong việc sản xuất oxy, bằng các quy trình như điện phân CO2, trong đó carbon dioxide được tách thành oxy và carbon monoxide. Điều này có thể cung cấp nguồn oxy cho các phi hành gia thở, nhưng quy trình này đòi hỏi năng lượng và cơ sở hạ tầng.

Ví dụ: Tàu thám hiểm Perseverance của NASA có một thiết bị gọi là MOXIE (Thí nghiệm ISRU sản xuất oxy trên sao Hỏa), được thiết kế để chuyển đổi carbon dioxide của sao Hỏa thành oxy. Mặc dù vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, nhưng nó cho thấy cách chúng ta có thể sản xuất oxy từ bầu khí quyển của Sao Hỏa trong tương lai.

Tương lai của nghiên cứu bầu khí quyển sao Hỏa

Việc nghiên cứu bầu khí quyển của Sao Hỏa còn lâu mới kết thúc. Với các sứ mệnh như MAVEN tiếp tục nghiên cứu tầng khí quyển trên của Sao Hỏa, các nhà khoa học đang tìm hiểu thêm về các quá trình đã định hình hành tinh này theo thời gian. Các sứ mệnh trong tương lai, bao gồm sứ mệnh Thu thập Mẫu vật từ Sao Hỏa, sẽ mang về các mẫu vật từ bề mặt Sao Hỏa, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách bầu khí quyển tương tác với địa chất và nước của hành tinh trong quá khứ. Hơn nữa, công nghệ mới trong nghiên cứu khí quyển—như tàu thám hiểm Rosalind Franklin sắp ra mắt—sẽ giúp các nhà khoa học thu thập dữ liệu chi tiết hơn nữa về thành phần khí quyển sao Hỏa và cách nó phản ứng với sự thay đổi khí hậu của hành tinh này.

Bầu khí quyển của Sao Hỏa là một mảnh ghép quan trọng trong việc hiểu quá khứ, hiện tại và tương lai của hành tinh này. Từ những ngày xa xưa khi nó có thể hỗ trợ sự sống, đến thế giới khô cằn và hoang vắng hiện nay, việc nghiên cứu bầu khí quyển Sao Hỏa mang lại cái nhìn sâu sắc về sự tiến hóa của hành tinh và các yếu tố quyết định khả năng sinh sống.

Khi chúng ta chuẩn bị cho việc thám hiểm sao Hỏa của con người, việc hiểu sâu hơn về bầu khí quyển của sao Hỏa sẽ rất quan trọng để đảm bảo sự thành công của các sứ mệnh trong tương lai và, có lẽ, một ngày nào đó, việc thuộc địa hóa Hành tinh Đỏ.