Khoa học về thuộc địa hóa sao Hỏa

Con người có thể biến đổi sao Hỏa thành một Trái đất thứ hai hay không? Liệu chúng ta có thể cải tạo cảnh quan cằn cỗi của sao Hỏa thành một thế giới thân thiện với sự sống? Đây là những câu hỏi đầy thú vị mà các nhà khoa học và kỹ sư đang cố gắng tìm lời giải.

Các nhu cầu thiết yếu

Sau Mặt trăng, sao Hỏa là sự lựa chọn hợp lý tiếp theo để con người sinh sống ngoài Trái đất. Nếu muốn sống trên sao Hỏa, con người sẽ cần nước lỏng, thực phẩm, nơi trú ẩn, một bầu khí quyển có đủ lượng oxy để hít thở và đủ dày để giữ nhiệt, bảo vệ con người tránh khỏi bức xạ Mặt trời.

Tuy nhiên, khí quyển sao Hỏa có thành phần chủ yếu là carbon dioxide (CO2) và gần như không có oxy. Nó cũng rất mỏng, với mật độ chỉ bằng khoảng 1% trên Trái đất. Chúng ta biết rằng khí quyển càng loãng thì nhiệt lượng mà nó giữ lại càng ít, nguyên nhân là do hiệu ứng nhà kính hoạt động kém hiệu quả hơn. Vì vậy, nhiệt độ trên sao Hỏa vào ban đêm thường xuyên giảm sâu xuống mức -101°C.

Vậy cách tốt nhất để tạo ra bầu khí quyển cho sao Hỏa là gì?

Mặc dù sao Hỏa không có núi lửa đang hoạt động, các nhà khoa học có thể kích hoạt những vụ phun trào núi lửa thông qua vụ nổ hạt nhân. Các khí bị mắc kẹt sâu trong núi lửa sẽ thoát ra ngoài và bay vào không khí. Nhưng kế hoạch này khá điên rồ, bởi vì vụ nổ cũng sẽ giải phóng những chất phóng xạ nguy hiểm.

Một ý tưởng khác hay hơn là chuyển hướng các sao chổi và tiểu hành tinh chứa nhiều nước đâm vào sao Hỏa. Khi va chạm, chúng sẽ giúp giải phóng các loại khí bị mắc kẹt bên dưới bề mặt sao Hỏa vào khí quyển, đồng thời giải phóng nước có trong sao chổi, làm tăng thêm độ ẩm cho hành tinh này.

Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) đã chứng minh rằng ý tưởng chuyển hướng các tiểu hành tinh là hoàn toàn khả thi. Vào tháng 9/2022, tàu vũ trụ Thử nghiệm chuyển hướng tiểu hành tinh kép (DART) của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) đã đâm vào tiểu hành tinh Dimorphos bay cách Trái đất 11 triệu km. Dimorphos có chiều rộng khoảng 160m. Tiểu hành tinh này là một phần của hệ thống tiểu hành tinh kép. Nó quay xung quanh một tiểu hành tinh lớn hơn mang tên Didymos (rộng 390m).

Sau hai tuần phân tích dữ liệu từ vụ va chạm, NASA xác nhận vận tốc của tiểu hành tinh Dimorphos giảm xuống khoảng 1%. Ngoài ra, chu kỳ quỹ đạo của nó cũng giảm xuống khoảng 32 phút, tốt hơn mức kỳ vọng của NASA là 10 phút. Vụ va chạm khiến tiểu hành tinh Dimorphos tiến lại gần Didymos, vì vậy quỹ đạo của nó đã bị rút ngắn.

Tuy nhiên để tạo bầu khí quyển cho sao Hỏa, chúng ta cần chuyển hướng nhiều tiểu hành tinh có kích thước tương đối lớn. Đây là một nhiệm vụ không chỉ phức tạp về mặt kỹ thuật mà còn đòi hỏi chi phí khổng lồ.

Làm ấm sao Hỏa

Chúng ta có nhiều cách để làm ấm sao Hỏa. Ví dụ, chúng ta có thể xây dựng những tấm gương khổng lồ trong không gian. Chúng bay trên quỹ đạo quanh sao Hỏa, phản chiếu ánh sáng Mặt trời xuống bề mặt hành tinh và làm ấm nó.

Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Astronomy vào tháng 7/2019, các nhà khoa học tại NASA và Đại học Edinburgh (Vương quốc Anh) đề xuất rằng những người khai phá sao Hỏa trong tương lai có thể phủ aerogel – một vật liệu rắn siêu nhẹ – lên mặt đất. Aerogel sẽ hoạt động như một vật liệu giữ nhiệt khi có ánh sáng Mặt trời chiếu vào, làm cho bề mặt sao Hỏa trở nên ấm hơn. Cách làm này có thể thực hiện trên khắp sao Hỏa, bao gồm cả những chỏm băng vùng cực, nơi aerogel sẽ giúp làm tan băng và tạo ra nước lỏng.

Để trồng cây lương thực, bạn cần có đất. Trên Trái đất, đất bao gồm năm thành phần chính: khoáng chất, chất hữu cơ, sinh vật sống, khí và nước. Nhưng sao Hỏa được bao phủ bởi một lớp vật liệu xốp, giống như bụi gọi là regolith. Chúng ta có thể tưởng tượng nó giống như cát trên sao Hỏa. Regolith có rất ít chất dinh dưỡng, không đủ để cung cấp cho cây phát triển khỏe mạnh. Thậm chí regolith còn chứa những hóa chất độc hại, ví dụ như perchlorates – thành phần được sử dụng để làm pháo hoa và chất nổ trên Trái đất.

Việc làm sạch lớp regolith và biến nó thành một thứ có thể sử dụng là điều không hề dễ dàng. Đất trên sao Hỏa cần một loại phân bón đặc biệt, được bổ sung thêm những vi sinh vật “nhập khẩu” từ Trái đất có khả năng sống sót ngay cả trong những điều kiện khắc nghiệt nhất. Chúng ta thậm chí có thể dùng các sinh vật chỉnh sửa gene để mang lại hiệu quả tốt hơn.

Thông qua quá trình quang hợp, các vi sinh vật bắt đầu chuyển đổi khí carbon dioxide (CO2) thành oxy (O2). Cuối cùng, khi môi trường trên sao Hỏa trở nên thân thiện hơn với sự sống, các phi hành gia có thể đưa thêm nhiều loại cây phức tạp hơn và thậm chí là động vật lên hành tinh đỏ.

Việc cung cấp oxy, nước, và thức ăn ở mức độ cân bằng và phù hợp để duy trì sự sống là điều không hề đơn giản. Trên Trái đất, các nhà khoa học đã cố gắng mô phỏng điều này trong Biosphere 2, một hệ sinh thái khép kín bao gồm các môi trường biển, nhiệt đới và sa mạc. Mặc dù tất cả các môi trường trong Biosphere 2 đều được kiểm soát chặt chẽ, các nhà khoa học vẫn gặp khó khăn trong việc duy trì sự cân bằng. Thiên nhiên thực sự rất tài tình trong việc duy trì các hệ sinh thái và vận hành mọi thứ một cách hoàn hảo.

Nhà ở trên Sao Hỏa

Con người có thể sử dụng công nghệ in 3D để xây dựng các tòa nhà trên sao Hỏa. Ban đầu, những tòa nhà này cần được tăng áp và trang bị lớp bảo vệ cho đến khi sao Hỏa có nhiệt độ và không khí giống Trái đất. Chương trình Công nghệ Xây dựng Tự động từ Mặt trăng đến sao Hỏa (MMPACT)của NASA đang nghiên cứu cách thực hiện chính xác điều này.

Việc xây dựng môi trường sống trên sao Hỏa còn nhiều thách thức khác nữa. Ví dụ, sao Hỏa không có từ quyển giống Trái đất – thứ bảo vệ hành tinh tránh khỏi tác hại của gió Mặt trời và bức xạ vũ trụ. Nếu không có từ trường, một lượng lớn bức xạ sẽ chiếu xuống mặt đất, khiến các sinh vật không thể sống khỏe mạnh.

Mặc dù các thiết bị trong phim “Star Trek III” có thể biến đổi một hành tinh chỉ trong vài phút, nhưng việc cải tạo sao Hỏa ngoài đời thực sẽ mất hàng thế kỷ hoặc thậm chí hàng thiên niên kỷ.

Khi các nhà khoa học sáng tạo công nghệ để biến đổi sao Hỏa, họ cũng áp dụng những sáng chế đó nhằm cải thiện cuộc sống trên Trái đất. Ví dụ, công nghệ in 3D giúp xây dựng nơi cư trú trên sao Hỏa đang được ứng dụng để xây nhà trên Trái đất, giúp giải quyết tình trạng thiếu nhà ở một cách nhanh chóng với chi phí thấp hơn.

Theo: Theconversation