Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 14)

TIẾP CẬN ĐIỂM TỚI HẠN – ĐIỂM BÙNG PHÁT

Những đề xuất này tất cả nỗ lực để mang bầu không khí sao Hỏa đến điểm bùng phát nơi mà sự nóng lên sẽ trở nên tự duy trì. Nâng nhiệt độ lên 6 độ C là đủ để kích thích quá trình nóng chảy. Các khí nhà kính phát ra từ các nắp băng sẽ làm nóng bầu không khí. Carbon dioxide đã hấp thụ vào sa mạc từ rất lâu trước đây cũng sẽ được giải phóng và góp phần làm ấm hành tinh, gây ra sự tan chảy nhanh hơn nữa. Do đó, sự nóng lên của sao Hỏa sẽ tiếp tục mà không cần sự can thiệp thêm từ bên ngoài. Một hành tinh ấm hơn, hơi nước và khí nhà kính nhiều hơn được giải phóng, thứ mà quay ra làm ấm hành tinh lên thậm chí nhiều hơn. Quá trình này có thể thực hiện gần như vô thời hạn và sẽ làm tăng áp suất khí quyển của sao Hỏa.

Khi nước lỏng bắt đầu chảy trong lòng sông cổ của sao Hỏa, người định cư có thể bắt đầu nông nghiệp quy mô lớn. Thực vật thích carbon dioxide, vì vậy các cây trồng ngoài trời đầu tiên có thể được nâng lên, và các sản phẩm chất thải của chúng có thể được sử dụng để tạo ra một lớp đất mặt. Một vòng phản hồi tích cực khác sẽ được bắt đầu: nhiều cây trồng sẽ tạo ra nhiều đất hơn, có thể được sử dụng để nuôi dưỡng các loại cây trồng bổ sung. Đất bản địa của sao Hỏa cũng chứa các chất dinh dưỡng có giá trị như magie, natri, kali và clo giúp cây trồng thành công. Khi thực vật bắt đầu sinh sôi nảy nở, chúng cũng sẽ tạo ra oxy và thành phần thiết yếu để biến đổi sao Hỏa.

Nhà khoa học đã tạo ra các nhà kính mô phỏng các điều kiện khắc nghiệt trên sao Hỏa để xem liệu thực vật và vi khuẩn có thể tồn tại ở đó hay không. Trong năm 2014, Viện khái niệm tiên tiến của NASA (Insitute for Advanced Concepts) đã hợp tác với Techshot để xây dựng các nhà vòm sinh học (biodomes) với môi trường được kiểm soát để phát triển vi khuẩn lam (cyanobacteria) và tảo tạo oxy (algae). Các xét nghiệm sơ bộ chỉ ra rằng các dạng sống nhất định có thể thực sự phát triển ở đó. Năm 2012, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Mô phỏng Mars, được Trung tâm Hàng không vũ trụ Đức duy trì, đã phát hiện ra địa y (lichen), tương tự như rêu (moss), có thể tồn tại ở đó trong ít nhất một tháng. Vào năm 2015, các nhà khoa học tại Đại học Arkansas đã chỉ ra rằng bốn loài vi khuẩn và vi sinh vật tạo metan (methanogens, microorganism), có thể tồn tại trong môi trường sống giống như sinh thái ở sao Hỏa.

Thậm chí còn tham vọng hơn nữa là dự án Mars Ecopoiesis Test Bed của NASA, một dự án nhằm gửi các vi khuẩn và thực vật khỏe mạnh, chẳng hạn như tảo quang hợp cực đoan và vi khuẩn cyanobacteria, trải rộng khắp sao Hỏa trên những chuyến xe lang thang. Những dạng sống này sẽ được đặt trong các hộp kim loại, thứ có thể được khoan vào trong đất của sao Hỏa. Nước sẽ được thêm vào các hộp, và sau đó các công cụ cơ khí sẽ tìm kiếm sự hiện diện của oxy, thứ mà từ đó sẽ cho thấy quang hợp hoạt động. Nếu thí nghiệm này thành công, sao Hỏa có thể một ngày nào đó được bao phủ bởi các trang trại thuộc loại này để tạo ra oxy và thực phẩm.

Vào đầu thế kỷ XXI, các công nghệ lõi của làn sóng cách mạng lần thứ tư - Nanotech, Biotech, và A.I - nên đủ chín muồi để có tác động sâu sắc đến sự chuyển đổi sao Hỏa.

Một số nhà sinh học đã nghiên cứu và đi đến kết luận rằng kỹ thuật di truyền có thể dẫn đến kết quả cho ra một loài tảo mới được thiết kế để tồn tại trên sao Hỏa, có lẽ trong hỗn hợp hóa học đặc biệt của đất hoặc trong các hồ mới hình thành. Tảo này sẽ phát triển mạnh trong bầu không khí giàu carbon dioxide, lạnh, và thải ra một lượng ôxy phong phú như một sản phẩm chất thải. Nó sẽ có thể ăn được và có thể được điều chỉnh kĩ thuật sinh học để bắt chước hương vị tìm thấy trên Trái đất. Ngoài ra, nó sẽ được thiết kế để sản xuất một loại phân bón lý tưởng.

Trong bộ phim "Star Trek II: The Wrath of Khan", một công nghệ mới tuyệt vời được gọi là Genesis Device đã được giới thiệu. Nó có khả năng làm biến đổi hành tinh đã chết thành những thế giới tươi tốt, dễ sống gần như ngay lập tức. Nó sẽ phát nổ như một quả bom và giải phóng một luồng ADN sinh học cao. Khi siêu DNA này lan đến tất cả các góc của hành tinh, các tế bào sẽ cắm rễ xuống và các khu rừng dày đặc sẽ hình thành cho đến khi toàn bộ hành tinh bị biến đổi trong vòng vài ngày.

Vào năm 2016, Claudius Gros, một giáo sư tại Đại học Goethe ở Frankfurt, Đức, đã xuất bản một bài báo trên tạp chí "Vật lý thiên văn và Khoa học Vũ trụ" nêu chi tiết một cuộc sống thực của thiết bị được gọi tên trong phim khoa học viễn tưởng kia, Genesis Devive có thể trông như thế nào trong thực tế. Ông dự đoán rằng một phiên bản đầu tiên sẽ có thể trong năm mươi đến một trăm năm tới. Đầu tiên, các nhà khoa học trên trái đất sẽ phải phân tích kỹ lưỡng sinh thái của hành tinh không có sự sống. Nhiệt độ, hóa học đất và khí quyển sẽ xác định loại DNA nào nên được đề xuất. Sau đó, các hạm đội máy bay không người lái robot sẽ được gửi đến hành tinh này để gửi hàng triệu viên nang có kích cỡ nano mang một danh sách những DNA. Khi những viên nang giải phóng cái nó chứa bên trong, DNA, được thiết kế chính xác để phát triển mạnh trong điều kiện môi trường của hành tinh, sẽ bám chặt vào đất và bắt đầu nảy mầm. Những gì chứa trong các viên nang này được thiết kế để tái tạo bằng cách tạo ra hạt và bào tử trên hành tinh cằn cỗi và sử dụng các khoáng chất được tìm thấy ở đó để tạo ra thảm thực vật.

Tiến sĩ Gros tin rằng cuộc sống trên hành tinh mới được gieo hạt sẽ phải phát triển theo cách cũ, bởi sự tiến hóa. Ông cảnh báo rằng "thiên tai sinh thái quy mô toàn cầu" có thể xảy ra nếu chúng ta cố gắng vội vàng quá trình này, đặc biệt nếu một loại hình sống kết cục với sự sinh sôi nhanh đến mức nó cuốn phẳng những hình thái sống khác.

CUỐI CÙNG RỒI SẼ CHUYỂN ĐỔI?

Nếu chúng ta thành công trong việc chuyển đổi sao Hỏa, điều gì ngăn cản nó quay trở lại trạng thái cằn cỗi ban đầu của nó? Điều tra vấn đề này đưa chúng ta trở lại với một câu hỏi quan trọng đã và đang làm phiền hà và đau đầu các nhà thiên văn học và địa chất học trong nhiều thập kỷ: Tại sao sao Kim, Trái đất, và sao Hỏa phát triển rất khác nhau?

Khi hệ mặt trời hình thành, ba hành tinh này tương tự nhau theo nhiều cách. Chúng có hoạt động núi lửa, theo đó giải phóng một lượng lớn khí carbon dioxide, hơi nước và các khí khác vào khí quyển của chúng. (Đây là lý do tại sao, ngay cả ngày nay, khí quyển của Sao Kim và Sao Hỏa hầu như chỉ chứa khí carbon dioxide). Hơi nước ngưng tụ thành mây, và mưa đã giúp khắc họa ra sông và hồ. Nếu chúng gần mặt trời hơn, đại dương của chúng sẽ bị luộc sôi cho bay hơi đi; và nếu chúng xa hơn, đại dương của chúng sẽ bị đóng băng. Nhưng cả ba đều nằm trong hoặc rất gần với "vùng Goldilocks", là dải xung quanh một ngôi sao cho phép nước ở dạng lỏng. Nước lỏng là "dung môi phổ quát", trong đó hóa chất hữu cơ đầu tiên được tạo thành.

Venus (Sao Kim) và Trái đất gần như giống hệt nhau về kích thước. Chúng là cặp song sinh thiên thể, và đúng ra hay có lẽ, chúng nên đã theo cùng lịch sử tiến hóa. Các nhà văn khoa học viễn tưởng đã từng hình dung ra sao Kim là một thế giới xanh tươi sẽ tạo nên một kỳ nghỉ hoàn hảo cho các phi hành gia mệt mỏi. Vào những năm 1930, Edgar Rice Burroughs đã giới thiệu một loại nhân vật gọi là những gã côn đồ không gian – swashbuckler liên hành tinh khác, Carson Napier, trong "Pirates of Venus – Những Gã Côn hay Cướp Biển ở Sao Kim", mô tả hành tinh này như một vùng đất hoang dã, đầy mạo hiểm và nguy hiểm. Nhưng ngày nay, các nhà khoa học nhận ra rằng sao Kim và sao Hỏa không giống Trái Đất chút nào. Một cái gì đó đã xảy ra hàng tỉ năm trước đã đưa ba hành tinh này đi trên những con đường rất khác biệt.

Vào năm 1961, khi khái niệm lãng mạn về một bức tranh thế giới không tưởng ở Sao Kim/Venus vẫn thống trị trí tưởng tượng của công chúng, Cart Sagan đã đưa ra ước đoán (bằng mô hình quan sát khoa học) gây tranh cãi rằng Venus bị ảnh hưởng từ hiệu ứng nhà kính và cực kỳ nóng bỏng. Lý thuyết mới lạ và đáng lo ngại của ông là carbon dioxide hoạt động như một con đường một chiều cho ánh sáng mặt trời. Ánh sáng có thể dễ dàng đi qua carbon dioxide trong bầu khí quyển của sao Kim bởi vì khí này thì trong suốt. Nhưng một khi ánh sáng bật ra khỏi mặt đất, nó biến đổi thành bức xạ nhiệt hoặc hồng ngoại, không thể dễ dàng thoát khỏi bầu khí quyển. Bức xạ trở nên bị mắc kẹt, trong một quá trình tương tự như cách một nhà kính chụp ánh sáng mặt trời trong mùa đông hoặc cách bên trong những chiếc xe nóng lên trong ánh mặt trời mùa hè. Quá trình này xảy ra trên trái đất, nhưng nó được tăng tốc rất nhiều trên sao Kim vì nó gần gũi hơn với mặt trời, và hiệu ứng nhà kính ở đây lồng lên như một chú ngựa bất kham chính là kết quả.

Sagan đã được chứng minh chính xác vào năm sau khi đầu dò (probe) Mariner 2 bay qua sao Kim và tiết lộ điều gì đó thực sự gây sốc: nhiệt độ là chín trăm độ F, đủ nóng để tan chảy, chì và kẽm. Thay vì là một thiên đường nhiệt đới, thì sự thật cho thấy Venus là một hố địa ngục giống như một lò nung nhiệt độ cao. Ảnh chụp không gian tiếp theo đã xác nhận tin xấu này. Và cũng không có sự cứu trợ khi trời mưa, vì mưa bao gồm axít sulfuric có tính ăn mòn. Ví von rằng Venus được liên đới với nữ thần Hy Lạp của tình yêu và vẻ đẹp, thì thật mỉa mai rằng vẻ đẹp ăn mòn da kia chính là thứ gọi là axit sulfuric này, thứ phản ứng hóa học mạnh, là lý do tại sao Venus tỏa sáng rực rỡ trên bầu trời đêm.

Ngoài ra, áp suất khí quyển của sao Kim đã được tìm ra là gần gấp 100 lần Trái đất. Hiệu ứng nhà kính giúp giải thích tại sao. Hầu hết khí carbon dioxide trên Trái đất được tái chế, hòa tan trong các đại dương và trong đá. Nhưng trên sao Kim, nhiệt độ trở nên quá cao khiến các đại dương bị bốc hơi cả. Và thay vì hòa tan trong đá, khí được nung ra từ chúng. Càng nhiều carbon dioxide phát ra từ các tảng đá, thì hành tinh càng nhận được càng, thiết lập một vòng phản hồi.

Do áp suất khí quyển cao của hành tinh, sự sống nếu tồn tại trên bề mặt của sao Kim thì tương đương sự sống ở dưới sâu mặt đại dương của Trái đất hơn 3000 mét. Bạn sẽ bị nghiền nát như vỏ trứng. Nhưng nếu bạn có thể tìm ra cách để vượt qua điều này và nhiệt độ khô nóng, bạn vẫn sẽ phải đối mặt với một cảnh giống như Địa Ngục của Dante (Dante’s Inferno). Không khí quá dày đặc, khi đi trên bề mặt, bạn sẽ có cảm giác đi qua mật đường, và mặt đất dưới chân bạn sẽ cảm thấy mềm và nhẫy nhẫy giống máu bởi vì nó được làm bằng kim loại nóng chảy. Những cơn mưa axit sẽ ăn qua những khe lỗ nhỏ nhất trong bộ đồ không gian của bạn, và một động tác thất bại và bạn có thể chìm vào một thùng magma nóng chảy.

Đưa ra những hình ảnh khó chịu này, để rằng việc có nên chuyển đổi Venus hay không vào những lúc này không phải là một câu hỏi.

ĐIỀU GÌ ĐÃ XẢY RA VỚI ĐẠI DƯƠNG CỦA SAO HỎA?

Nếu người anh chị em sinh đôi của chúng ta, Venus, trở ra khác đi bởi vì nó gần mặt trời hơn, làm sao chúng ta giải thích sự tiến hóa của sao Hỏa?

Điều quan trọng là sao Hỏa không chỉ xa mặt trời hơn, nhưng nó cũng nhỏ hơn nhiều và do đó đã nguội đi nhanh hơn Trái Đất. Lõi của nó không còn nóng chảy nữa. Từ trường của một hành tinh được tạo ra bởi chuyển động của kim loại trong lõi chất lỏng, tạo ra dòng điện. Và vì lõi của sao Hỏa được làm bằng đá rắn, nên nó không thể tạo ra từ trường đáng tin cậy. Ngoài ra, người ta tin rằng việc bị bắn bởi những sao băng nặng vào khoảng ba tỷ năm trước đã là nguyên nhân tạo ra quá nhiều hỗn loạn đến nỗi từ trường ban đầu bị gián đoạn. Điều này có thể giải thích tại sao sao Hỏa lại mất đi bầu không khí và nước của nó. Không có từ trường để bảo vệ nó chống lại các tia và bão từ mặt trời, bầu không khí dần dần bị thổi bay vào không gian bên ngoài bởi gió mặt trời. Khi áp suất khí quyển giảm xuống, các đại dương sôi mất đi.

Một quá trình khác làm tăng tốc độ mất đi bầu không khí của nó. Phần lớn khí carbon dioxide ban đầu trên sao Hỏa hòa tan vào đại dương và biến thành các hợp chất cacbon, sau đó được lắng đọng trên đáy đại dương. Hoạt động kiến tạo trên trái đất định kỳ tái chế các lục địa và cho phép carbon dioxide tăng lên bề mặt một lần nữa. Nhưng bởi vì cốt lõi của sao Hỏa có lẽ là rắn chắc, nó không có hoạt động kiến tạo đáng kể, và carbon dioxide của nó đã bị khóa vĩnh viễn. Khi nồng độ carbon dioxide bắt đầu giảm, hiệu ứng nhà kính ngược lại đã diễn ra và hành tinh này đã bị đóng băng sâu.

Sự tương phản kịch tính giữa sao Hỏa và sao Kim có thể giúp chúng ta đánh giá cao lịch sử địa chất của Trái Đất. Cốt lõi của Trái đất có thể đã hạ nhiệt xuống hàng tỷ năm trước. Nhưng nó vẫn còn nóng chảy, bởi vì không giống như lõi sao Hỏa, nó chứa nhiều khoáng chất phóng xạ như uranium và thori với chu kỳ bán rã hàng tỷ năm. Bất cứ khi nào chúng ta phải đối mặt với sức mạnh tuyệt vời của vụ nổ núi lửa, hoặc sự tàn phá gây ra bởi một trận động đất lớn, chúng ta đang chứng kiến năng lượng của lõi phóng xạ của Trái Đất điều khiển các sự kiện trên bề mặt và giúp duy trì sự sống.

Nhiệt sinh ra do phóng xạ sâu bên trong Trái Đất làm cho lõi sắt chuyển động và tạo ra từ trường. Trường này bảo vệ không khí khỏi gió mặt trời và làm chệch hướng bức xạ chết người từ không gian. (Chúng ta thấy điều này dưới dạng hiệu ứng ánh sáng ở Bắc Cực – Northern Lights, được tạo ra khi bức xạ mặt trời chiếu vào từ trường của Trái đất. Trường xung quanh Trái Đất giống như một phễu khổng lồ, tạo rãnh cho bức xạ từ không gian bên ngoài hướng về phía cực, vì thế hầu hết bức xạ bị chệch hướng hoặc hấp thụ bởi khí quyển.) Trái đất lớn hơn sao Hỏa, vì vậy nó không hạ nhiệt nhanh chóng. Trái đất cũng không bị sụp đổ từ trường của nó do các tác động của thiên thạch khổng lồ gây ra.

Bây giờ chúng ta có thể xem lại câu hỏi trước đây của chúng ta về cách giữ cho sao Hỏa quay trở lại trạng thái trước của nó sau khi nó đã bị biến dạng. Một phương pháp đầy tham vọng là tạo ra một từ trường nhân tạo xung quanh sao Hỏa. Để làm điều này, chúng ta sẽ phải đặt những cuộn dây siêu dẫn cực lớn quanh xích đạo sao Hỏa. Sử dụng định luật điện từ, chúng ta có thể tính toán lượng năng lượng và vật liệu cần thiết để tạo ra dải siêu dẫn này. Nhưng một công việc to lớn như vậy vượt quá khả năng của chúng ta trong thế kỷ này.

Những người định cư trên sao Hỏa, tuy nhiên, sẽ không nhất thiết coi mối đe dọa này là một vấn đề cấp bách. Bầu không khí bị biến dạng có thể vẫn tương đối ổn định trong một thế kỷ hoặc thậm chí lâu hơn, do đó các điều chỉnh có thể được thực hiện chậm trong nhiều thế kỷ. Việc gìn giữ hiện trạng đang có cũng như phát triển thêm, có thể là một mối phiền toái và có những thiệt hại, nhưng sẽ là một mức giá nhỏ để trả tiền cho tiền đồn mới của nhân loại trong không gian.

Terraforming Mars – chuyển đổi sao Hỏa, là mục tiêu chính trong thế kỷ XXI. Nhưng các nhà khoa học đang nghiên cứu và nhìn xa hơn cả mục tiêu sao Hỏa. Những triển vọng thú vị nhất có thể là mặt trăng của những gã khổng lồ khí, bao gồm Europa, một mặt trăng của sao Mộc - Jupiter, và Titan, một mặt trăng của sao Thổ - Saturn. Mặt trăng của những gã khổng lồ khí đã từng được cho là những tảng đá cằn cỗi giống nhau, nhưng bây giờ chúng được quan sát thấy là vùng đất thần tiên độc đáo, mỗi trong số chúng đều có nhiều mạch nước phun, đại dương, hẻm núi và đèn khí quyển. Các mặt trăng này hiện đang được xem là môi trường sống trong tương lai cho đời sống con người.

TƯƠNG LAI NHÂN LOẠI - MICHIO KAKU
Bản dịch của ĐỖ BÁ HUY
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Downlaod video thí nghiệm

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 60)
11/11/2019
Định luật Coulomb về Tĩnh điện 1785 Charles-Augustin Coulomb (1736–1806) “Chúng ta gọi ngọn lửa của đám mây đen ấy là
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 59)
11/11/2019
Lỗ đen 1783 John Michell (1724-1793), Karl Schwarzschild (1873-1916), John Archibald Wheeler (1911-2008), Stephen William Hawking (1942-2018) Các nhà
Chuyển động của các hành tinh đặt ra giới hạn mới lên khối lượng graviton
11/11/2019
Có thể dùng chuyển động của các hành tinh để đưa ra ước tính tốt nhất cho giới hạn trên của khối lượng graviton – một
Đi tìm nguồn gốc của khái niệm du hành thời gian
10/11/2019
Giấc mơ du hành xuyên thời gian vốn đã xưa cũ và ở đâu cũng có. Thế nhưng niềm hứng khởi của con người đối với sự du
Thorium decahydride siêu dẫn ở 161 K
09/11/2019
Một nhóm nhà khoa học, dưới sự chỉ đạo của Artem Oganov ở Skoltech và Viện Vật lí và Công nghệ Moscow, và Ivan Troyan ở Viện
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 92)
09/11/2019
Các kiểu máy tính lượng tử Các nhà vật lí đang phát triển máy tính lượng tử không kì vọng chế tạo được ngay một mẫu
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 91)
09/11/2019
Điện toán lượng tử Máy tính lượng tử hứa hẹn làm thay đổi thế giới theo những cách mà chúng ta không thể hình dung nổi.
Định luật Coulomb về tĩnh điện (Phần 2)
08/11/2019
Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806), nhà vật lí Pháp nổi tiếng với định luật mô tả lực tương tác giữa hai điện tích

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com