Khái niệm về việc cải tạo sao Hỏa — biến đổi khí hậu của hành tinh để hỗ trợ sự sống như chúng ta biết — từ lâu đã thuộc về lĩnh vực khoa học viễn tưởng. Nhưng một nghiên cứu mới cho rằng đã đến lúc phải nghiêm túc thực hiện ý tưởng này.
"Ba mươi năm trước, việc cải tạo sao Hỏa không chỉ khó — mà còn là điều không thể", Erika DeBenedictis, CEO của Pioneer Labs và là tác giả chính của bài báo mới cho biết. "Nhưng công nghệ mới như Starship của [SpaceX] và sinh học tổng hợp hiện đã biến điều đó thành khả năng thực sự."
Bài báo tranh luận về các câu hỏi đạo đức phức tạp cần được xem xét nếu chúng ta muốn cải tạo sao Hỏa và đặt ra bản thiết kế cho một con đường tiềm năng phía trước.
"Những người ủng hộ lập luận rằng nhiều sự sống hơn là ít hơn, và cải tạo sao Hỏa có thể đánh dấu hành động quản lý hành tinh đầu tiên của nhân loại với tác động tích cực ròng đến môi trường", DeBenedictis cho biết.
Mặc dù việc cải tạo hoàn toàn có thể mất hàng thế kỷ, nếu không muốn nói là hàng thiên niên kỷ, nhưng mục tiêu dài hạn sẽ là một sao Hỏa có nước lỏng ổn định, oxy có thể thở được và hệ sinh thái phát triển mạnh. Trong ngắn hạn, điều này có thể chỉ có nghĩa là những mảng nhỏ của sự sống vi khuẩn; trong tương lai xa, có lẽ sẽ có những thành phố của con người trên hành tinh này.
Và nếu chúng ta đạt đến quy mô của các thành phố, có lẽ đó là bước đệm cho những cuộc thám hiểm thậm chí còn quan trọng hơn đối với loài người. "Khi chúng ta di chuyển ra ngoài thiên hà, chúng ta sẽ cần các trại căn cứ, và một trại căn cứ ở quy mô của thiên hà là một hành tinh có thể sinh sống được", Kite cho biết.
Đối với đồng tác giả Robin Wordsworth, một giáo sư khoa học môi trường và hành tinh tại Harvard, lập luận về việc cải tạo sao Hỏa vượt ra ngoài phạm vi thuộc địa hóa của con người để truyền bá sự sống nói chung.
"Tôi coi nhân loại là một phần của sinh quyển, không tách biệt khỏi nó", ông nói. "Sự sống rất quý giá — chúng ta không biết nơi nào khác trong vũ trụ này có sự sống — và chúng ta có nhiệm vụ bảo tồn sự sống trên Trái đất, nhưng cũng phải cân nhắc cách chúng ta có thể bắt đầu truyền bá sự sống đến các thế giới khác".
Nina Lanza, một nhà khoa học hành tinh tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos và là đồng tác giả của bài báo, coi sao Hỏa là một nền tảng thử nghiệm chính cho kỹ thuật hành tinh.
"Nếu chúng ta muốn tìm hiểu cách thay đổi môi trường của mình tại đây trên Trái đất, để duy trì cấu hình phù hợp với chúng ta và các dạng sống khác, có lẽ tốt hơn là thử nghiệm trên sao Hỏa và nói rằng, 'Hãy xem, điều này có hiệu quả không?'" bà nói. "Cá nhân tôi muốn bảo thủ hơn một chút với hành tinh quê hương của chúng ta. Đây là nơi duy nhất chúng ta có thể sống."
Cũng có những bài học về công nghệ cần được học.
"Cụ thể, việc phát triển và áp dụng công nghệ xanh trên Trái đất thường bị chững lại vì phải cạnh tranh với các giải pháp thay thế bẩn hơn được hưởng lợi từ nhiều thập kỷ đầu tư vào cơ sở hạ tầng và các lợi ích cố hữu", DeBenedictis cho biết. "Sao Hỏa là thị trường mục tiêu độc đáo vì nơi đây không có dầu mỏ, không có cơ sở hạ tầng hiện hữu và không có nguyên trạng. Vì lý do này, phát triển công nghệ xanh cho không gian là một chiến lược mạnh mẽ để hoàn thiện công nghệ này để sử dụng trên Trái Đất."
"Nếu chúng ta quyết định biến đổi địa hình sao Hỏa, thì chúng ta thực sự sẽ thay đổi nó theo những cách có thể hoặc không thể đảo ngược được", Lanza cho biết. "Sao Hỏa là hành tinh riêng của nó và có lịch sử riêng. Khi chúng ta cải tạo địa hình, thì về cơ bản chúng ta không còn cơ hội để nghiên cứu điều đó nữa, và chúng ta có thể mất đi kiến thức về cách các hành tinh hình thành và tiến hóa."
Đáng kể nhất là chúng ta có thể phá hủy bằng chứng tiềm năng về sự sống cổ đại trên sao Hỏa, nếu bằng chứng đó tồn tại.
"Nếu chúng ta thay đổi môi trường trên sao Hỏa, cuối cùng chúng ta sẽ thay đổi tính chất hóa học của bề mặt và của lớp đất dưới bề mặt", Lanza nói, chỉ ra rằng những hành động như vậy có thể xóa bỏ mọi dấu vết của sự sống trên sao Hỏa. "Tôi không thể nói chắc chắn. Nó rất phức tạp, nhưng đó là một rủi ro."
Đầu tiên, các nhà khoa học sẽ sử dụng các kỹ thuật kỹ thuật khí hậu phi sinh học — chẳng hạn như triển khai cánh buồm mặt trời phản xạ, phân tán các hạt nano hoặc đặt các tấm khí gel — để làm ấm bề mặt ít nhất 30 độ C (86 độ F), đủ để làm tan băng dưới bề mặt và giải phóng carbon dioxide bị giữ lại. Sự nóng lên này sẽ làm dày bầu khí quyển sao Hỏa và có khả năng hỗ trợ sự hiện diện của nước lỏng ổn định.
Giai đoạn thứ hai sẽ đưa các vi khuẩn ưa cực — có khả năng là vi khuẩn kỵ khí và biến đổi gen — có khả năng sống sót trong điều kiện khắc nghiệt của sao Hỏa và khởi động quá trình diễn thế sinh thái. Những sinh vật này sẽ bắt đầu sản xuất oxy và vật chất hữu cơ, từ từ làm thay đổi tính chất hóa học của hành tinh.
Giai đoạn thứ ba và dài nhất sẽ tập trung vào việc xây dựng một tầng sinh quyển phức tạp, tăng áp suất khí quyển và hàm lượng oxy để cuối cùng hỗ trợ sự sống của thực vật tiên tiến hơn và về lâu dài, có khả năng cho phép con người thở mà không cần hỗ trợ.
Những câu chuyện liên quan:
— Liệu chúng ta có thực sự terraform Mars?
— Ý tưởng terraforming Mars mới: các hạt nano bụi hấp thụ nhiệt được thiết kế
— Tin xấu cho terraforming: Bầu khí quyển của Sao Hỏa bị mất trong không gian
"Để trả lời câu hỏi về thời điểm và cách thức bắt đầu biến các thế giới khác thành nơi có thể sinh sống được, cần phải hiểu rõ về chi phí và lợi ích, mà chỉ có thể được đánh giá đầy đủ dựa trên sự kết hợp giữa lý thuyết và thí nghiệm, với sự tham gia của nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm vật lý, hóa học, khoa học vật liệu và sinh học", Kite cho biết.
Ngay bây giờ, chúng ta cần tiếp tục nghiên cứu Sao Hỏa. Lanza ủng hộ sứ mệnh Mars Sample Return, một chiến dịch của NASA và Cơ quan Vũ trụ Châu Âu nhằm đưa các vật liệu thu thập được trên Hành tinh Đỏ về Trái Đất bởi tàu thám hiểm Perseverance.
"Các mẫu vật được ghi chép và phân tích rất đầy đủ theo khả năng tốt nhất của chúng tôi trên sao Hỏa", bà cho biết. "Bây giờ chúng ta cần đưa những thứ đó trở lại, vì điều đó sẽ giúp chúng ta trả lời một số câu hỏi cơ bản này. Sao Hỏa được tạo thành từ gì? Có dấu vết của sự sống không?"
Và khi chúng ta tiếp tục đến thăm Hành tinh Đỏ, chúng ta có thể đưa các khái niệm cải tạo địa hình vào thực tế.
"Các sứ mệnh bề mặt sao Hỏa sắp tới vào năm 2028 hoặc 2031 nên bao gồm các thí nghiệm quy mô nhỏ để giảm rủi ro cho các chiến lược cải tạo địa hình, chẳng hạn như làm ấm các khu vực cục bộ", DeBenedictis cho biết.
Sau đó, tất nhiên, chúng ta cần tiếp tục đổi mới các công nghệ mới cho phép chúng ta cải tạo địa hình sao Hỏa trong tương lai.
Tất cả những điều này muốn nói rằng, mặc dù việc cải tạo địa hình sao Hỏa hoàn toàn có thể mất nhiều thế hệ, nhưng các quyết định bắt đầu ngay bây giờ.
"Đây là cách chúng ta đi từ trí tưởng tượng và khái niệm đến một số thực tế đã hoàn toàn thay đổi thế giới của chúng ta", Lanza cho biết. "Chúng ta thực sự nên tiếp tục làm khoa học — nó mang tính chuyển đổi."
nghiên cứu mới đã được công bố vào tháng trước trên tạp chí Nature Astronomy.
"Ba mươi năm trước, việc cải tạo sao Hỏa không chỉ khó — mà còn là điều không thể", Erika DeBenedictis, CEO của Pioneer Labs và là tác giả chính của bài báo mới cho biết. "Nhưng công nghệ mới như Starship của [SpaceX] và sinh học tổng hợp hiện đã biến điều đó thành khả năng thực sự."
Bài báo tranh luận về các câu hỏi đạo đức phức tạp cần được xem xét nếu chúng ta muốn cải tạo sao Hỏa và đặt ra bản thiết kế cho một con đường tiềm năng phía trước.
"Những người ủng hộ lập luận rằng nhiều sự sống hơn là ít hơn, và cải tạo sao Hỏa có thể đánh dấu hành động quản lý hành tinh đầu tiên của nhân loại với tác động tích cực ròng đến môi trường", DeBenedictis cho biết.
Tại sao phải cải tạo sao Hỏa?
Nói một cách ngắn gọn, "các hành tinh sống tốt hơn các hành tinh chết", đồng tác giả nghiên cứu Edwin Kite, phó giáo sư tại Đại học Chicago cho biết. "Chúng ta hiện biết rằng sao Hỏa từng có thể sinh sống được trong quá khứ, từ dữ liệu do xe tự hành trên sao Hỏa trả về, vì vậy việc xanh hóa sao Hỏa có thể được coi là thách thức phục hồi môi trường cuối cùng".Mặc dù việc cải tạo hoàn toàn có thể mất hàng thế kỷ, nếu không muốn nói là hàng thiên niên kỷ, nhưng mục tiêu dài hạn sẽ là một sao Hỏa có nước lỏng ổn định, oxy có thể thở được và hệ sinh thái phát triển mạnh. Trong ngắn hạn, điều này có thể chỉ có nghĩa là những mảng nhỏ của sự sống vi khuẩn; trong tương lai xa, có lẽ sẽ có những thành phố của con người trên hành tinh này.
Và nếu chúng ta đạt đến quy mô của các thành phố, có lẽ đó là bước đệm cho những cuộc thám hiểm thậm chí còn quan trọng hơn đối với loài người. "Khi chúng ta di chuyển ra ngoài thiên hà, chúng ta sẽ cần các trại căn cứ, và một trại căn cứ ở quy mô của thiên hà là một hành tinh có thể sinh sống được", Kite cho biết.
Đối với đồng tác giả Robin Wordsworth, một giáo sư khoa học môi trường và hành tinh tại Harvard, lập luận về việc cải tạo sao Hỏa vượt ra ngoài phạm vi thuộc địa hóa của con người để truyền bá sự sống nói chung.
"Tôi coi nhân loại là một phần của sinh quyển, không tách biệt khỏi nó", ông nói. "Sự sống rất quý giá — chúng ta không biết nơi nào khác trong vũ trụ này có sự sống — và chúng ta có nhiệm vụ bảo tồn sự sống trên Trái đất, nhưng cũng phải cân nhắc cách chúng ta có thể bắt đầu truyền bá sự sống đến các thế giới khác".
Còn Trái đất thì sao?
Không phải tất cả đều là về việc nhìn ra ngoài ranh giới của Trái đất; Những người ủng hộ cho biết việc cải tạo sao Hỏa cũng có thể giúp chúng ta giải quyết các thách thức về khí hậu và tính bền vững tại quê nhà.Nina Lanza, một nhà khoa học hành tinh tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos và là đồng tác giả của bài báo, coi sao Hỏa là một nền tảng thử nghiệm chính cho kỹ thuật hành tinh.
"Nếu chúng ta muốn tìm hiểu cách thay đổi môi trường của mình tại đây trên Trái đất, để duy trì cấu hình phù hợp với chúng ta và các dạng sống khác, có lẽ tốt hơn là thử nghiệm trên sao Hỏa và nói rằng, 'Hãy xem, điều này có hiệu quả không?'" bà nói. "Cá nhân tôi muốn bảo thủ hơn một chút với hành tinh quê hương của chúng ta. Đây là nơi duy nhất chúng ta có thể sống."
Cũng có những bài học về công nghệ cần được học.
"Cụ thể, việc phát triển và áp dụng công nghệ xanh trên Trái đất thường bị chững lại vì phải cạnh tranh với các giải pháp thay thế bẩn hơn được hưởng lợi từ nhiều thập kỷ đầu tư vào cơ sở hạ tầng và các lợi ích cố hữu", DeBenedictis cho biết. "Sao Hỏa là thị trường mục tiêu độc đáo vì nơi đây không có dầu mỏ, không có cơ sở hạ tầng hiện hữu và không có nguyên trạng. Vì lý do này, phát triển công nghệ xanh cho không gian là một chiến lược mạnh mẽ để hoàn thiện công nghệ này để sử dụng trên Trái Đất."
Tại sao không biến đổi địa hình sao Hỏa?
Nhưng chúng ta nên rút ra một vài bài học từ "Công viên kỷ Jura" khi nghĩ về việc biến đổi địa hình, một số nhà khoa học cho biết: Trước khi hỏi "Chúng ta có thể làm được không?", chúng ta cần hỏi "Chúng ta có nên làm không?""Nếu chúng ta quyết định biến đổi địa hình sao Hỏa, thì chúng ta thực sự sẽ thay đổi nó theo những cách có thể hoặc không thể đảo ngược được", Lanza cho biết. "Sao Hỏa là hành tinh riêng của nó và có lịch sử riêng. Khi chúng ta cải tạo địa hình, thì về cơ bản chúng ta không còn cơ hội để nghiên cứu điều đó nữa, và chúng ta có thể mất đi kiến thức về cách các hành tinh hình thành và tiến hóa."
Đáng kể nhất là chúng ta có thể phá hủy bằng chứng tiềm năng về sự sống cổ đại trên sao Hỏa, nếu bằng chứng đó tồn tại.
"Nếu chúng ta thay đổi môi trường trên sao Hỏa, cuối cùng chúng ta sẽ thay đổi tính chất hóa học của bề mặt và của lớp đất dưới bề mặt", Lanza nói, chỉ ra rằng những hành động như vậy có thể xóa bỏ mọi dấu vết của sự sống trên sao Hỏa. "Tôi không thể nói chắc chắn. Nó rất phức tạp, nhưng đó là một rủi ro."
Cách cải tạo địa hình sao Hỏa
Việc cải tạo sao Hỏa sẽ đòi hỏi những thay đổi lớn, cụ thể là sự nóng lên của hành tinh để hỗ trợ cả vi khuẩn tạo ra oxy và nước lỏng. Mặc dù tất cả các công nghệ để cải tạo sao Hỏa vẫn chưa có sẵn, các tác giả của bài báo đề xuất ba giai đoạn phát triển.Đầu tiên, các nhà khoa học sẽ sử dụng các kỹ thuật kỹ thuật khí hậu phi sinh học — chẳng hạn như triển khai cánh buồm mặt trời phản xạ, phân tán các hạt nano hoặc đặt các tấm khí gel — để làm ấm bề mặt ít nhất 30 độ C (86 độ F), đủ để làm tan băng dưới bề mặt và giải phóng carbon dioxide bị giữ lại. Sự nóng lên này sẽ làm dày bầu khí quyển sao Hỏa và có khả năng hỗ trợ sự hiện diện của nước lỏng ổn định.
Giai đoạn thứ hai sẽ đưa các vi khuẩn ưa cực — có khả năng là vi khuẩn kỵ khí và biến đổi gen — có khả năng sống sót trong điều kiện khắc nghiệt của sao Hỏa và khởi động quá trình diễn thế sinh thái. Những sinh vật này sẽ bắt đầu sản xuất oxy và vật chất hữu cơ, từ từ làm thay đổi tính chất hóa học của hành tinh.
Giai đoạn thứ ba và dài nhất sẽ tập trung vào việc xây dựng một tầng sinh quyển phức tạp, tăng áp suất khí quyển và hàm lượng oxy để cuối cùng hỗ trợ sự sống của thực vật tiên tiến hơn và về lâu dài, có khả năng cho phép con người thở mà không cần hỗ trợ.
Những câu chuyện liên quan:
— Liệu chúng ta có thực sự terraform Mars?
— Ý tưởng terraforming Mars mới: các hạt nano bụi hấp thụ nhiệt được thiết kế
— Tin xấu cho terraforming: Bầu khí quyển của Sao Hỏa bị mất trong không gian
Các bước tiếp theo
Các tác giả của nghiên cứu đồng ý: Nếu chúng ta muốn có bất kỳ cơ hội nào để terraforming Sao Hỏa, chúng ta phải tiến lên trên nhiều mặt trận cùng một lúc."Để trả lời câu hỏi về thời điểm và cách thức bắt đầu biến các thế giới khác thành nơi có thể sinh sống được, cần phải hiểu rõ về chi phí và lợi ích, mà chỉ có thể được đánh giá đầy đủ dựa trên sự kết hợp giữa lý thuyết và thí nghiệm, với sự tham gia của nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm vật lý, hóa học, khoa học vật liệu và sinh học", Kite cho biết.
Ngay bây giờ, chúng ta cần tiếp tục nghiên cứu Sao Hỏa. Lanza ủng hộ sứ mệnh Mars Sample Return, một chiến dịch của NASA và Cơ quan Vũ trụ Châu Âu nhằm đưa các vật liệu thu thập được trên Hành tinh Đỏ về Trái Đất bởi tàu thám hiểm Perseverance.
"Các mẫu vật được ghi chép và phân tích rất đầy đủ theo khả năng tốt nhất của chúng tôi trên sao Hỏa", bà cho biết. "Bây giờ chúng ta cần đưa những thứ đó trở lại, vì điều đó sẽ giúp chúng ta trả lời một số câu hỏi cơ bản này. Sao Hỏa được tạo thành từ gì? Có dấu vết của sự sống không?"
Và khi chúng ta tiếp tục đến thăm Hành tinh Đỏ, chúng ta có thể đưa các khái niệm cải tạo địa hình vào thực tế.
"Các sứ mệnh bề mặt sao Hỏa sắp tới vào năm 2028 hoặc 2031 nên bao gồm các thí nghiệm quy mô nhỏ để giảm rủi ro cho các chiến lược cải tạo địa hình, chẳng hạn như làm ấm các khu vực cục bộ", DeBenedictis cho biết.
Sau đó, tất nhiên, chúng ta cần tiếp tục đổi mới các công nghệ mới cho phép chúng ta cải tạo địa hình sao Hỏa trong tương lai.
Tất cả những điều này muốn nói rằng, mặc dù việc cải tạo địa hình sao Hỏa hoàn toàn có thể mất nhiều thế hệ, nhưng các quyết định bắt đầu ngay bây giờ.
"Đây là cách chúng ta đi từ trí tưởng tượng và khái niệm đến một số thực tế đã hoàn toàn thay đổi thế giới của chúng ta", Lanza cho biết. "Chúng ta thực sự nên tiếp tục làm khoa học — nó mang tính chuyển đổi."
nghiên cứu mới đã được công bố vào tháng trước trên tạp chí Nature Astronomy.
