Các nhà khoa học đã tìm thấy manh mối địa chấn cho thấy nước lỏng có thể ẩn bên dưới bề mặt sao Hỏa.
Bằng cách lắng nghe tiếng vọng của "marsquakes" — sóng địa chấn lan tỏa khắp lớp vỏ sao Hỏa — các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra dấu hiệu của nước còn sót lại ở phần đáy của lớp vỏ trên cùng của hành tinh này, nằm ở độ sâu từ 3,4 đến 5 dặm (5,4 đến 8 km) bên dưới bề mặt.
"Trong hệ mặt trời của chúng ta, sao Hỏa luôn đi đầu trong cuộc tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất", Weijia Sun, giáo sư tại Viện Địa chất và Địa vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và là một trong những tác giả của nghiên cứu, cho biết với Space. "Sự hiện diện của nước lỏng được coi là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong nỗ lực này."
Người ta cho rằng nước lỏng từng chảy tự do trên sao Hỏa trong thời kỳ Noachian và Hesperian của hành tinh này — một kỷ nguyên kéo dài từ khi hành tinh này hình thành cho đến khoảng 3 tỷ năm trước. Tuy nhiên, khi sao Hỏa bước vào thời kỳ Amazonian, khí hậu của nó đã thay đổi đáng kể. Nước mặt biến mất, để lại quang cảnh lạnh lẽo, khô cằn mà chúng ta thấy ngày nay.
"Mặc dù sự hiện diện của nước chảy trên sao Hỏa hiện không thể chối cãi, nhưng thể tích và cơ chế biến mất của nó vẫn là chủ đề gây tranh cãi", Sun cho biết.
Một giả thuyết cho rằng sao Hỏa đã mất nước vào không gian khi gió mặt trời cuốn nó ra khỏi bầu khí quyển — một quá trình được hỗ trợ bởi tỷ lệ đồng vị trên Hành tinh Đỏ hoặc các loại nguyên tố hóa học riêng biệt, được thấy ngày nay. Một giả thuyết khác cho rằng nước không biến mất mà chìm xuống lớp vỏ. Điều này cho thấy có những túi nước trong các tầng chứa nước ngầm sâu. Trong khi một số mô hình dự đoán nước lỏng có thể tồn tại ở lớp vỏ giữa, thì phạm vi của nó vẫn chưa chắc chắn do thiếu dữ liệu cấu trúc chi tiết từ độ sâu đó.
NASA và các cơ quan vũ trụ khác đã gửi các xe tự hành và tàu quỹ đạo được trang bị radar xuyên đất để khám phá bên dưới bề mặt sao Hỏa — nhưng những công cụ này chỉ có thể nhìn thấy ở độ sâu vài dặm. Đó là vì tín hiệu điện từ nhanh chóng mờ dần khi bạn đi sâu hơn vào lớp vỏ.
Nhưng Sun và nhóm của ông đã có một cách tiếp cận khác. Thay vì radar, họ khai thác dữ liệu sóng địa chấn do hai vụ va chạm thiên thạch lớn (S1000a và S1094b) và trận động đất sao Hỏa lớn nhất được ghi nhận (S1222a). "Mặc dù các nghiên cứu tính toán trước đây đã gợi ý về sự hiện diện tiềm tàng của nước lỏng trên sao Hỏa, nhưng những dự đoán này lại thiếu sự hỗ trợ quan sát mà địa chấn học cung cấp", ông cho biết.
Bằng cách phân tích cách những con sóng này di chuyển qua lớp vỏ, họ có thể lập bản đồ cấu trúc tinh tế của nó — và tìm kiếm các bất thường có thể gợi ý về nước lỏng. "Chúng tôi đã sử dụng một kỹ thuật gọi là 'hàm thu', biểu diễn các dấu hiệu của sóng địa chấn khi chúng phản xạ và vang vọng giữa các lớp vỏ, tương tự như tiếng vang lập bản đồ hang động", Hrvoje Tkalčić, giáo sư tại Đại học Quốc gia Úc và là đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết với Space.com. "Những dấu hiệu này cho phép xác định chính xác độ dày của các lớp và độ sâu của ranh giới nơi các tính chất của đá thay đổi."
"Không giống như các kỹ thuật chức năng thu truyền thống, chúng tôi giới thiệu khái niệm hình ảnh biên độ thực, một phương pháp được điều chỉnh từ lĩnh vực thăm dò dầu khí, giúp cải thiện đáng kể độ phân giải và cho phép phát hiện các cấu trúc nhỏ hơn nhiều", Sun cho biết. "Chức năng thu biên độ thực hoạt động như một kính lúp, tăng cường độ rõ nét của các đặc điểm bên dưới bề mặt."
Phân tích của nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một vùng bất thường sâu dưới lòng đất ở độ sâu khoảng 3 đến 5 dặm (5 đến 8 km), nơi sóng địa chấn chậm lại. Ban đầu, người ta cho rằng đây là kết quả của một lớp đá trầm tích bị nứt, nơi độ cứng giảm và độ tuân thủ tăng khiến đá kém khả năng truyền năng lượng của sóng. Tuy nhiên, dựa trên vị trí của nó trong lớp vỏ, không có khả năng lớp này được tạo thành từ trầm tích.
"Nhìn chung, sóng địa chấn lan truyền nhanh hơn đáng kể qua đá khô so với qua đá bão hòa nước", Sun cho biết. Thay vào đó, nhóm nghiên cứu cho rằng lớp "vận tốc thấp" này thực sự có thể chứa đầy nước lỏng vì đá trong khu vực này, được gọi là bazan biến chất, có độ xốp cao, có thể cho phép chúng giữ nước.
"Thông qua phân tích toàn diện, chúng tôi suy ra rằng lớp vận tốc thấp có thể là do sự hiện diện của nước lỏng, nơi nhiệt độ vượt quá điểm đóng băng trong phạm vi độ sâu được chỉ định", Sun cho biết.
Dựa trên dữ liệu của mình, họ ước tính sự tồn tại của khoảng 569 đến 853 yard (520–780 mét) Lớp tương đương toàn cầu (GEL) — một phép đo được sử dụng để định lượng thể tích nước khi phân bố đồng đều trên toàn bộ bề mặt của một hành tinh hoặc mặt trăng. Con số này gần như trùng khớp với GEL từ 776 đến 1.006 (710 đến 920 mét), không thể tính đến trong kho nước hiện tại của sao Hỏa.
Các bài viết liên quan:
— Tàu thăm dò sao Hỏa chụp bức ảnh đầu tiên về tàu thám hiểm Curiosity đang di chuyển trên Hành tinh Đỏ (ảnh)
— Tàu thám hiểm sao Hỏa Curiosity của NASA phát hiện bằng chứng về những gợn sóng từ một hồ nước cổ đại trên Hành tinh Đỏ (hình ảnh)
— Tàu thám hiểm sao Hỏa Perseverance tìm thấy 'kho báu độc nhất vô nhị' trên Núi Bạc của Hành tinh Đỏ
"Sự hiện diện của nước ngầm trên sao Hỏa có ý nghĩa quan trọng đối với các sứ mệnh của con người trong tương lai và tiềm năng tồn tại sự sống ngoài Trái đất", ông cho biết Tkalčić. "Tuy nhiên, việc khoan hoặc khai thác nước từ sâu dưới lòng đất đòi hỏi công nghệ tiên tiến và nguồn năng lượng đáng kể."
Mặc dù nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết quan trọng về chu trình nước trên sao Hỏa và sự tiến hóa của môi trường, các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng ước tính của họ chỉ dựa trên dữ liệu thu thập được từ một hồ sơ cục bộ bên dưới tàu đổ bộ InSight, nằm ở khu vực Elysium Planitia, cách đường xích đạo sao Hỏa khoảng 4,5 độ về phía bắc.
Điều này có nghĩa là những phát hiện này chỉ dành riêng cho khu vực cụ thể này và có thể không đại diện đầy đủ cho toàn bộ bề mặt của hành tinh. "Hạn chế này có thể được giải quyết bằng các sứ mệnh trong tương lai được trang bị máy đo địa chấn trên sao Hỏa", Tkalčić kết luận.
Nghiên cứu đã được công bố vào ngày 25 tháng 4 trên tạp chí National Science Review.
Bằng cách lắng nghe tiếng vọng của "marsquakes" — sóng địa chấn lan tỏa khắp lớp vỏ sao Hỏa — các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra dấu hiệu của nước còn sót lại ở phần đáy của lớp vỏ trên cùng của hành tinh này, nằm ở độ sâu từ 3,4 đến 5 dặm (5,4 đến 8 km) bên dưới bề mặt.
"Trong hệ mặt trời của chúng ta, sao Hỏa luôn đi đầu trong cuộc tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất", Weijia Sun, giáo sư tại Viện Địa chất và Địa vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và là một trong những tác giả của nghiên cứu, cho biết với Space. "Sự hiện diện của nước lỏng được coi là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong nỗ lực này."
Người ta cho rằng nước lỏng từng chảy tự do trên sao Hỏa trong thời kỳ Noachian và Hesperian của hành tinh này — một kỷ nguyên kéo dài từ khi hành tinh này hình thành cho đến khoảng 3 tỷ năm trước. Tuy nhiên, khi sao Hỏa bước vào thời kỳ Amazonian, khí hậu của nó đã thay đổi đáng kể. Nước mặt biến mất, để lại quang cảnh lạnh lẽo, khô cằn mà chúng ta thấy ngày nay.
"Mặc dù sự hiện diện của nước chảy trên sao Hỏa hiện không thể chối cãi, nhưng thể tích và cơ chế biến mất của nó vẫn là chủ đề gây tranh cãi", Sun cho biết.
Một giả thuyết cho rằng sao Hỏa đã mất nước vào không gian khi gió mặt trời cuốn nó ra khỏi bầu khí quyển — một quá trình được hỗ trợ bởi tỷ lệ đồng vị trên Hành tinh Đỏ hoặc các loại nguyên tố hóa học riêng biệt, được thấy ngày nay. Một giả thuyết khác cho rằng nước không biến mất mà chìm xuống lớp vỏ. Điều này cho thấy có những túi nước trong các tầng chứa nước ngầm sâu. Trong khi một số mô hình dự đoán nước lỏng có thể tồn tại ở lớp vỏ giữa, thì phạm vi của nó vẫn chưa chắc chắn do thiếu dữ liệu cấu trúc chi tiết từ độ sâu đó.
NASA và các cơ quan vũ trụ khác đã gửi các xe tự hành và tàu quỹ đạo được trang bị radar xuyên đất để khám phá bên dưới bề mặt sao Hỏa — nhưng những công cụ này chỉ có thể nhìn thấy ở độ sâu vài dặm. Đó là vì tín hiệu điện từ nhanh chóng mờ dần khi bạn đi sâu hơn vào lớp vỏ.
Nhưng Sun và nhóm của ông đã có một cách tiếp cận khác. Thay vì radar, họ khai thác dữ liệu sóng địa chấn do hai vụ va chạm thiên thạch lớn (S1000a và S1094b) và trận động đất sao Hỏa lớn nhất được ghi nhận (S1222a). "Mặc dù các nghiên cứu tính toán trước đây đã gợi ý về sự hiện diện tiềm tàng của nước lỏng trên sao Hỏa, nhưng những dự đoán này lại thiếu sự hỗ trợ quan sát mà địa chấn học cung cấp", ông cho biết.
Bằng cách phân tích cách những con sóng này di chuyển qua lớp vỏ, họ có thể lập bản đồ cấu trúc tinh tế của nó — và tìm kiếm các bất thường có thể gợi ý về nước lỏng. "Chúng tôi đã sử dụng một kỹ thuật gọi là 'hàm thu', biểu diễn các dấu hiệu của sóng địa chấn khi chúng phản xạ và vang vọng giữa các lớp vỏ, tương tự như tiếng vang lập bản đồ hang động", Hrvoje Tkalčić, giáo sư tại Đại học Quốc gia Úc và là đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết với Space.com. "Những dấu hiệu này cho phép xác định chính xác độ dày của các lớp và độ sâu của ranh giới nơi các tính chất của đá thay đổi."
"Không giống như các kỹ thuật chức năng thu truyền thống, chúng tôi giới thiệu khái niệm hình ảnh biên độ thực, một phương pháp được điều chỉnh từ lĩnh vực thăm dò dầu khí, giúp cải thiện đáng kể độ phân giải và cho phép phát hiện các cấu trúc nhỏ hơn nhiều", Sun cho biết. "Chức năng thu biên độ thực hoạt động như một kính lúp, tăng cường độ rõ nét của các đặc điểm bên dưới bề mặt."
Phân tích của nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một vùng bất thường sâu dưới lòng đất ở độ sâu khoảng 3 đến 5 dặm (5 đến 8 km), nơi sóng địa chấn chậm lại. Ban đầu, người ta cho rằng đây là kết quả của một lớp đá trầm tích bị nứt, nơi độ cứng giảm và độ tuân thủ tăng khiến đá kém khả năng truyền năng lượng của sóng. Tuy nhiên, dựa trên vị trí của nó trong lớp vỏ, không có khả năng lớp này được tạo thành từ trầm tích.
"Nhìn chung, sóng địa chấn lan truyền nhanh hơn đáng kể qua đá khô so với qua đá bão hòa nước", Sun cho biết. Thay vào đó, nhóm nghiên cứu cho rằng lớp "vận tốc thấp" này thực sự có thể chứa đầy nước lỏng vì đá trong khu vực này, được gọi là bazan biến chất, có độ xốp cao, có thể cho phép chúng giữ nước.
"Thông qua phân tích toàn diện, chúng tôi suy ra rằng lớp vận tốc thấp có thể là do sự hiện diện của nước lỏng, nơi nhiệt độ vượt quá điểm đóng băng trong phạm vi độ sâu được chỉ định", Sun cho biết.
Dựa trên dữ liệu của mình, họ ước tính sự tồn tại của khoảng 569 đến 853 yard (520–780 mét) Lớp tương đương toàn cầu (GEL) — một phép đo được sử dụng để định lượng thể tích nước khi phân bố đồng đều trên toàn bộ bề mặt của một hành tinh hoặc mặt trăng. Con số này gần như trùng khớp với GEL từ 776 đến 1.006 (710 đến 920 mét), không thể tính đến trong kho nước hiện tại của sao Hỏa.
Các bài viết liên quan:
— Tàu thăm dò sao Hỏa chụp bức ảnh đầu tiên về tàu thám hiểm Curiosity đang di chuyển trên Hành tinh Đỏ (ảnh)
— Tàu thám hiểm sao Hỏa Curiosity của NASA phát hiện bằng chứng về những gợn sóng từ một hồ nước cổ đại trên Hành tinh Đỏ (hình ảnh)
— Tàu thám hiểm sao Hỏa Perseverance tìm thấy 'kho báu độc nhất vô nhị' trên Núi Bạc của Hành tinh Đỏ
"Sự hiện diện của nước ngầm trên sao Hỏa có ý nghĩa quan trọng đối với các sứ mệnh của con người trong tương lai và tiềm năng tồn tại sự sống ngoài Trái đất", ông cho biết Tkalčić. "Tuy nhiên, việc khoan hoặc khai thác nước từ sâu dưới lòng đất đòi hỏi công nghệ tiên tiến và nguồn năng lượng đáng kể."
Mặc dù nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết quan trọng về chu trình nước trên sao Hỏa và sự tiến hóa của môi trường, các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng ước tính của họ chỉ dựa trên dữ liệu thu thập được từ một hồ sơ cục bộ bên dưới tàu đổ bộ InSight, nằm ở khu vực Elysium Planitia, cách đường xích đạo sao Hỏa khoảng 4,5 độ về phía bắc.
Điều này có nghĩa là những phát hiện này chỉ dành riêng cho khu vực cụ thể này và có thể không đại diện đầy đủ cho toàn bộ bề mặt của hành tinh. "Hạn chế này có thể được giải quyết bằng các sứ mệnh trong tương lai được trang bị máy đo địa chấn trên sao Hỏa", Tkalčić kết luận.
Nghiên cứu đã được công bố vào ngày 25 tháng 4 trên tạp chí National Science Review.
