Nghiên cứu mới lật đổ lý giải về màu đỏ của sao Hỏa

Sao Hỏa là một trong những hành tinh được nghiên cứu kỹ lưỡng nhất trong hệ Mặt trời của chúng ta do nó gần Trái đất và đã được nhiều tàu vũ trụ ghé thăm trong vài thập kỷ qua. Các tàu quỹ đạo và tàu đổ bộ đã cung cấp cho giới khoa học nhiều dữ liệu cho thấy màu đỏ của sao Hỏa xuất phát từ các khoáng chất sắt gỉ sét trong lớp bụi bao phủ hành tinh.

Hai loại oxit sắt cùng tạo ra màu đỏ

Tại một thời điểm nào đó, sắt trong đá trên sao Hỏa đã phản ứng với nước hoặc với cả nước và oxy trong không khí, tạo ra oxit sắt - ​​tương tự như cách gỉ sét hình thành trên Trái đất. Trong hàng tỷ năm, oxit sắt đã phân hủy thành bụi và lắng xuống khắp hành tinh sau khi bị gió sao Hỏa đẩy đi, hiện vẫn tạo ra các cơn lốc bụi và bão bụi lớn.

Các phân tích trước đây về oxit sắt trên sao Hỏa, chỉ dựa trên các quan sát của tàu vũ trụ, không phát hiện ra bất kỳ bằng chứng nào về nước, điều này khiến các nhà nghiên cứu tin rằng dạng thù hình của oxit sắt này phải là hematit (loại quặng sắt có công thức Fe₂O₃). Khoáng chất khô, thành phần chính của quặng sắt, được cho là hình thành thông qua phản ứng với bầu khí quyển sao Hỏa trong một quá trình diễn ra trong hàng tỷ năm. Nếu đúng như vậy, hematit sẽ hình thành muộn hơn trong lịch sử sao Hỏa, sau khi người ta nghi ngờ bề mặt của nó có hồ và sông.

Tuy nhiên, nghiên cứu mới kết hợp dữ liệu từ nhiều sứ mạng vũ trụ và bụi sao Hỏa được mô phỏng đã gợi ý rằng một loại khoáng chất hình thành khi có nước mát có thể tạo ra màu đỏ, chứ không phải hematit, điều này có thể thay đổi cách các nhà khoa học hiểu về sao Hỏa hàng triệu năm trước, và liệu nó có khả năng nuôi dưỡng sự sống hay không. Một nhóm các nhà khoa học đã báo cáo những phát hiện này vào ngày 25/2 trên tạp chí Nature Communications, và loại oxit sắt mà họ tìm ra là ferrihydrite - một loại khoáng vật giàu sắt có công thức hóa học là Fe₅HO₈·4H₂O.

"Sao Hỏa vẫn là Hành tinh Đỏ. Chỉ là hiểu biết của chúng ta về lý do tại sao sao Hỏa có màu đỏ đã bị thay đổi", tác giả chính của nghiên cứu Adomas Valantinas - một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại khoa Khoa học Trái đất, môi trường và hành tinh tại Đại học Brown (Mỹ), cho biết.

Các nhà khoa học từ lâu đã thắc mắc về thành phần chính xác của oxit sắt trong bụi sao Hỏa, bởi vì hiểu được cách nó hình thành sẽ cho phép họ nhìn lại quá khứ về môi trường và khí hậu trên hành tinh này thời cổ đại như thế nào. Tuy bụi bao phủ khắp nơi trên sao Hỏa, nhưng lại rất khó nghiên cứu về nó, và cho đến nay nguồn gốc bụi vẫn là một bí ẩn.

Briony Horgan, nhà khoa học trong sứ mệnh xe tự hành Perseverance và là giáo sư khoa học hành tinh tại Đại học Purdue (bang Indiana, Mỹ) cho biết: “Các hạt (sắt bị oxy hóa) rất nhỏ (nanomet hoặc nhỏ hơn) nên chúng thực sự không có cấu trúc tinh thể xác định và không thể được gọi là khoáng chất thực sự”.

“Có những cách để hình thành sắt bị oxy hóa mà không cần nước và một số quy trình khô bao gồm quá trình oxy hóa bề mặt như lớp vỏ oxy hóa hình thành trong đá ở Thung lũng khô Nam Cực và quá trình oxy hóa bề mặt bằng cách mài mòn khi bề mặt bị thổi bằng các hạt cát trong thời gian dài. Nhưng cũng có rất nhiều cách để oxy hóa bằng nước, bao gồm cả trong đất và hồ”, ông Horgan nói.

Phân tích mới chỉ ra một loại oxit sắt khác có chứa nước gọi là ferrihydrite, hình thành nhanh trong nước lạnh, và có khả năng hình thành trên sao Hỏa khi nước vẫn có thể tồn tại trên bề mặt trước khi hành tinh này trở nên lạnh hơn và khắc nghiệt hơn. Các nghiên cứu trước đây từng gợi ý rằng ferrihydrite có thể là nguyên nhân gây ra màu đỏ của sao Hỏa, nhưng nghiên cứu mới đã kết hợp các phương pháp trong phòng thí nghiệm với dữ liệu quan sát để đưa ra bằng chứng.

Bụi sao Hỏa mô phỏng của nhóm nghiên cứu bao gồm hỗn hợp ferrihydrite và bazan được tạo ra trong phòng thí nghiệm, được xác định là phù hợp nhất với các quan sát của tàu vũ trụ về bụi sao Hỏa thực tế.

Valantinas và nhóm của ông đã sử dụng dữ liệu thu thập được từ tàu quỹ đạo Mars Express của Cơ quan Vũ trụ châu Âu, và tàu quỹ đạo ExoMars Trace Gas Orbiter, Mars Reconnaissance Orbiter của NASA và các xe tự hành Curiosity, Pathfinder và Opportunity.

Máy ảnh màu CaSSIS của Trace Gas Orbiter, còn được gọi là Hệ thống hình ảnh bề mặt màu và âm thanh nổi, đã tiết lộ kích thước và thành phần chính xác của các hạt bụi trên sao Hỏa, cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra phiên bản mô phỏng trên Trái đất.

Các nhà khoa học đã tạo ra bụi sao Hỏa của riêng họ trong phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng các loại oxit sắt khác nhau. Bụi mô phỏng được đưa qua máy nghiền chuyên dụng để tạo ra các hạt có kích thước bằng với bụi trên sao Hỏa, tương đương 1/100 độ dày sợi tóc của con người.

Nhóm nghiên cứu đã phân tích bụi bằng máy X-quang và máy quang phổ phản xạ, tương tự như các kỹ thuật mà tàu vũ trụ sử dụng để nghiên cứu sao Hỏa khi chúng bay quanh hành tinh này. Sau đó, họ so sánh dữ liệu phòng thí nghiệm với dữ liệu tàu vũ trụ.

Quá khứ ngập tràn nước

Bí ẩn về màu đỏ của sao Hỏa đã tồn tại trong hàng nghìn năm. Người La Mã đặt tên sao Hỏa theo tên vị thần chiến tranh của họ vì màu sắc của nó gợi nhớ đến máu và người Ai Cập gọi hành tinh này là "Her Desher", có nghĩa là "người đỏ".

Việc phát hiện ra rằng màu sắc của sao Hỏa có thể là do một loại khoáng chất gỉ chứa nước như ferrihydrite, trái ngược với dạng gỉ không có nước của hematit, đã khiến các nhà nghiên cứu ngạc nhiên. Nhưng tác giả của nghiên cứu, nhà khoa học Valantinas, cho biết kết quả này cung cấp những manh mối hấp dẫn về lịch sử địa chất và khí hậu của sao Hỏa.

"Vì lớp gỉ chứa nước này bao phủ hầu hết bề mặt sao Hỏa, nên nó cho thấy nước lỏng trong quá khứ xa xưa của sao Hỏa có thể đã lan rộng hơn so với suy nghĩ trước đây", ông Valantinas nói. "Điều này cho thấy sao Hỏa đã từng có môi trường có nước lỏng, đây là điều kiện tiên quyết thiết yếu cho sự sống. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy sự hình thành ferrihydrite trên sao Hỏa đòi hỏi sự hiện diện của cả oxy - từ khí quyển hoặc các nguồn khác - và nước có khả năng phản ứng với sắt".