Vệ tinh Callisto của Sao Mộc – Phần 3: Khả năng tồn tại sự sống

Callisto được Galileo Galilei phát hiện năm 1610, là vệ tinh lớn thứ hai của Sao Mộc. Trong hệ Mặt Trời, Callisto là vệ tinh lớn thứ ba, sau Ganymede cũng của Sao Mộc và vệ tinh Titan của Sao Thổ.

Sự hình thành

Như phần trên đã đề cập, cấu tạo của Callisto không được phân tầng hoàn toàn mà chỉ được phân tầng một phần (suy ra từ mômen quán tính của vệ tinh) cho thấy trong lịch sử hình thành, Callisto chưa bao giờ đủ nóng để làm tan chảy băng của nó. Vì thế, mô hình hợp lý nhất cho sự hình thành của Callisto là một quá trình tích tụ dài lâu của vật chất xung quanh Sao Mộc. Trước đó xung quanh Sao Mộc là một vành đai bụi và khí có mật độ thấp. Nếu như quá trình hình thành quá nhanh thì với lượng nhiệt thu được từ các vụ va chạm, phân rã các chất phóng xạ và sự co tinh thể, Callisto đã đủ nóng để làm tan băng và phân tầng hoàn toàn. Thời gian hình thành của Callisto, mặc dù vậy, không quá lớn so với tuổi của chính nó, chỉ khoảng từ 0,1 đến 10 triệu năm.

Bề mặt lồi lõm của Callisto

Sau khi quá trình tích tụ kết thúc là quá trình cân bằng nhiệt xảy ra với nguồn nhiệt phóng xạ, thông qua dẫn nhiệt ở lớp bề mặt và trao đổi nhiệt đối lưu ở lớp chất rắn hoặc bán rắn (trạng thái hỗn hợp của băng và chất lỏng) ở lớp trong cùng. Quá trình đối lưu đó cụ thể ra sao vẫn là một câu hỏi về các thiên thể băng trong hệ Mặt Trời. Hiện chúng ta chỉ biết rằng quá trình như vậy diễn ra rất gần nhiệt độ tan chảy của băng. Sự đối lưu trong thiên thể băng là một quá trình chậm với tốc độ chuyển dịch chỉ cỡ khoảng 1 cm/năm. Tuy nhiên, khi xem xét trong thời gian hình thành hàng tỉ năm thì đây vẫn là một quá trình đủ sức làm nguội thiên thể. Tổng kết lại, một thiên thể băng sẽ trải qua quá trình làm lạnh với lớp rắn ngoài cùng dẫn nhiệt không có đối lưu và lớp phía trong truyền nhiệt qua quá trình đối lưu bán rắn. Cụ thể, đối với Callisto, lớp dẫn nhiệt là tầng quyển đá lạnh và rắn dày cỡ 100 km. Phần phía trong của Callisto cũng hình thành những lớp đối lưu khác nhau do tinh thể băng dưới những áp suất khác nhau có những trạng thái khác nhau (với Callisto là từ băng trạng thái I gần bề mặt đến băng trạng thái VII ở tâm vệ tinh). Quá trình đối lưu bán rắn trong lõi xảy ra quá sớm trong lịch sử hình thành là nguyên nhân chính khiến cho Callisto, thay vì có cấu tạo lõi đá và bề mặt băng, thì đã có cấu tạo rất đặc thù như đã nói ở trên. Sự phân lớp trong lõi Callisto kéo dài hàng tỉ năm và có thể vẫn còn tiếp tục cho đến hiện tại .

Từ những hiểu biết về sự hình thành của Callisto, người ta đưa ra giả thuyết về một đại dương tồn tại như một lớp chất lỏng bên trong Callisto. Nguyên nhân được suy ra từ tính chất của băng trạng thái I. Đây là loại băng nằm ở trên cùng các lớp băng, có nhiệt độ tan chảy là 251 K dưới áp suất 2070 bar. Áp suất càng tăng, nhiệt độ tan chảy của băng càng giảm. Bên dưới tầng quyển đá trên cùng, với độ sâu từ 100 đến 200 km, áp suất gần như tương đương và nhiệt độ là gần bằng hoặc cao hơn một chút so với nhiệt độ và áp suất nói trên. Vì thế khả năng bên trên lớp băng trạng thái I là một lớp nước là hoàn toàn có thể. Nếu như bên trong băng của Callisto còn có một lượng nhỏ amoniac, dù chỉ cỡ 1 – 2 %, thì giả thuyết trên sẽ được khẳng định vì amoniac khiến cho nhiệt độ tan chảy của băng còn thấp hơn nữa.

Callisto, mặc dù kích cỡ gần như Ganymede, có lịch sử địa chất đơn giản hơn hẳn. Bề mặt Callisto hầu như được tạo thành bởi những vụ va chạm thiên thạch và các tác nhân khác đến từ không gian. Trong khi Ganymede có những vết cắt trên bề mặt do hoạt động địa chất, Callisto hầu như không có những thay đổi về địa chất như vậy. Lịch sử địa chất khác biệt và rất đơn giản của Callisto là một đối chứng quan trọng cho các nhà hành tinh học trong quá trình nghiên cứu các thiên thể khác.

Khả năng tồn tại sự sống

Giống như Europa và Ganymede, Callisto được cho là có khả năng tồn tại sự sống ngoài Trái Đất. Có thể có những dạng sống vi sinh vật tồn tại trong đại dương bên dưới bề mặt của Callisto. Mặc dù vậy, khả năng tồn tại sự sống trên Callisto không nhiều như Europa. Nguyên nhân căn bản là do lớp đại dương này có thể không có những vật liệu rắn cần thiết cho sự sống cũng như thiếu đi nguồn trao đổi nhiệt từ vùng lõi của Callisto. Nhà nghiên cứu Torrence Johnson, so sánh khả năng tồn tại sự sống trên Callisto và các vệ tinh khác của Sao Mộc như sau:

Từ những suy luận như vậy, người ta cho rằng trong số 4 vệ tinh lớn của Sao Mộc, Europa là vệ tinh có khả năng tồn tại sự sống lớn nhất.

Những dự án khám phá Callisto

Viễn cảnh về việc xây dựng những cơ sở định cư trên Callisto

Các tàu thám hiểm Sao Mộc Pioneer 10 và Pioneer 11 của những năm 70 thế kỉ trước chỉ cung cấp rất ít thông tin về Callisto so với những điều đã biết về vệ tinh này trước đó từ những đài quan sát mặt đất. Những phát hiện quan trọng chỉ diễn ra khi 2 tàu thám hiểm Voyager 1 và 2 bay qua Callisto vào năm 1979 và 1980. Chúng đã chụp được ảnh một nửa bề mặt Callisto với độ phân giải khá tốt, từ 1 đến 2 km và xác định chính xác nhiệt độ bề mặt, khối lượng và hình dáng của nó. Sau đó, từ 1994 đến 2003, tàu Galileo đã 8 lần bay ngang qua Callisto, lần cuối cùng vào năm 2001 đã vào rất gần vệ tinh này, chỉ cách bề mặt của nó 138 km. Nó đã chụp được ảnh toàn bộ bề mặt Callisto và đối với những vùng nhất định, chụp được ảnh với độ phân giải lên tới 15 m. Vào năm 2000, tàu thám hiểm Cassini trên hành trình đến Sao Thổ cũng đã khảo sát quang phổ hồng ngoại các vệ tinh lớn của Sao Mộc với độ phân giải cao. Tháng 2 – 3 năm 2007, đến lượt tàu New Horizons trên hành trình tới sao Diêm vương cũng đã chụp những bức ảnh mới về bề mặt và quang phổ của Callisto.

Trong tương lai, một dự án mang tên Europa Jupiter System Mission (EJSM) (dự án nghiên cứu Sao Mộc và các vệ tinh, chủ yếu là Europa) liên kết giữa 2 trung tâm khoa học vũ trụ NASA và ESA có thể được thực hiện vào năm 2020. Vào tháng 2/2009, 2 trung tâm này đã xác định đây là mục tiêu quan trọng có mức ưu tiên cao hơn dự án Titan Saturn System Mission (dự án khám phá vệ tinh Titan của Sao Thổ). Mặc dù vậy, đóng góp của phía ESA vẫn đang bị đặt dấu hỏi do vấn đề tài chính. Dự án này có thể gồm một vệ tinh bay quanh Sao Mộc của ESA, một vệ tinh bay quanh Europa của NASA và một vệ tinh nghiên cứu từ trường Sao Mộc của JAXA.

Tiềm năng định cư

Từ năm 2003, NASA đã thực hiện một chương trình nghiên cứu mang tên HOPE (Human Outer Planets Exploration) (Con người thám hiểm những hành tinh khác) phác ra viễn cảnh con người sẽ định cư trên các thiên thể khác của hệ Mặt Trời. Cụ thể người ta đưa ra ý tưởng về một căn cứ trên Callisto với một nhà máy có thể sản xuất nhiên liệu cho những cuộc hành trình xa hơn vào không gian. Ưu điểm của việc đặt một trạm dừng chân như vậy ở Callisto là do bức xạ từ Sao Mộc tại Callisto là tương đối thấp, và do cấu tạo địa chất ổn định của vệ tinh này. Bên cạnh đó, việc xây dựng một căn cứ tại Callisto cũng giúp con người có cơ sở để tiếp tục khám phá vệ tinh Europa, cũng như có thể lợi dụng lực hấp dẫn từ Sao Mộc để tăng tốc cho các tàu vũ trụ hướng xa hơn ra bên ngoài hệ Mặt Trời.

Theo Wikipedia