Perseverance phát hiện nước đã ba lần ngấm vào cùng một khối đá sao Hỏa

Những tảng đá mà tàu Perseverance của NASA đã lái tới ở rìa trong của miệng núi lửa Jezero được cho là một bờ hồ cổ đại. Hóa ra chúng là đá núi lửa đã bị nước thấm qua, hòa tan và kết dính lại ít nhất ba lần riêng biệt: đầu tiên là nước ngầm giàu carbon, sau đó là nước hồ của chính miệng núi lửa, và cuối cùng là các dung dịch nóng đẩy qua các vết nứt mới và để lại các mạch fluorite và canxi sunfat.

Trình tự đó quan trọng vì mỗi loại nước là một môi trường sống khác nhau. Nước ngầm thấm qua đá giàu olivine, nước hồ tĩnh lặng và dòng tuần hoàn ngầm ấm áp đều là những môi trường nơi vi khuẩn phát triển mạnh trên Trái Đất, và Margin Unit, như dải đá này được gọi, đã ghi lại cả ba loại ở một nơi. Nhóm nghiên cứu đứng sau công trình nay mô tả địa điểm này như một ngã tư của các hệ thống nước chứ không phải một bờ hồ đơn thuần.

Ba lõi đá này được niêm phong trong các ống bên trong tàu thăm dò. Không ai có kế hoạch được tài trợ để mang chúng về nhà.

Cách SuperCam đọc 185 tảng đá từ khoảng cách lên tới 6,5 mét

Công trình này dựa trên SuperCam, thiết bị được gắn trên cột buồm của Perseverance cách mặt đất khoảng hai mét. Nó bắn tia laser vào một tảng đá từ xa tới 6,5 mét, làm bốc hơi một điểm rộng vài phần mười milimet thành một chùm plasma nhỏ. Ánh sáng mà plasma phát ra khi nguội đi cho thấy các nguyên tố có trong đá, và một máy quang phổ thứ hai đọc các khoáng chất từ ánh sáng phản xạ. Một máy ảnh màu nhỏ chụp ảnh từng điểm để các nhà địa chất có thể thấy kích thước hạt và kết cấu.

Perseverance đã sử dụng tia laser đó trên hơn 185 mục tiêu đá gốc trên khắp Margin Unit, leo lên khoảng 265 mét độ cao dọc theo vách miệng núi lửa. Tác giả chính Candice Bedford, nhà khoa học nghiên cứu tại Đại học Purdue, và các đồng nghiệp đã phân loại kết quả thành các họ hóa học và đối chiếu chúng với hình dạng của các tảng đá khi nhìn gần. Sau đó, họ lập bản đồ vị trí xuất hiện của từng họ so với mực nước cổ của hồ miệng núi lửa, mà các nghiên cứu trước đây đã tái dựng từ các bậc thang có thể nhìn thấy từ quỹ đạo.

Bước cuối cùng đó chính là chìa khóa mở ra câu chuyện. Cao trên sườn dốc, trên khoảng 2.350 mét dưới mức tham chiếu của sao Hỏa, đá là một khối tinh thể giàu olivine nguội chậm, hầu như không có dấu hiệu của nước. Thấp hơn, bên dưới bậc thang thứ hai của hồ, cùng loại đá đó đã bị biến đổi, nứt vỡ và lấp đầy.

Ba loại nước trong cùng một tảng đá, theo thứ tự

Loại nước đầu tiên đến từ bên dưới. Nước ngầm trung tính đến kiềm giàu carbon dioxide di chuyển qua các vết nứt trong đá gốc và phản ứng với olivine, một khoáng chất núi lửa màu xanh lục, lắng đọng carbonate trong các vết nứt. Xói mòn sau đó bào mòn phần đá mềm hơn xung quanh các chất lấp đầy đó và để chúng nổi lên như các dải núi. “Các vết nứt giống như đường ống, và carbonate là ‘cặn vôi’ trên sao Hỏa cuối cùng đã làm tắc nghẽn các ‘đường ống’ đó,” Bedford nói.

Loại nước thứ hai có tính axit hơn và có lẽ mát hơn. Nó hòa tan một phần carbonate đó, mở ra các lỗ nhỏ trong đá và lấp đầy chúng bằng silica. Các tảng đá giàu silica chỉ xuất hiện ở những phần của Margin Unit nằm dưới đường bờ thứ hai của hồ, đó là lý do tại sao đồng tác giả Eleni Ravanis của Đại học Hawaiʻi tại Mānoa và nhóm nghiên cứu liên kết giai đoạn này với chính hồ, hoặc với nước ngầm đã trải qua thời gian dài phản ứng với đá.

Loại nước thứ ba nóng. Các dung dịch muộn chảy qua các vết nứt trẻ hơn và kết tủa một mạch canxi sunfat và fluorite dày khoảng 25 cm. Fluorite có thể hình thành trong nước ngầm lạnh trên sao Hỏa như một khoáng chất vết, nhưng một mạch có kích thước đó trông giống như các mỏ thủy nhiệt trên Trái Đất. Các tác giả chỉ ra một cấu trúc núi lửa khả dĩ ở rìa Jezero và tỉnh núi lửa Syrtis Major gần đó là nguồn nhiệt có khả năng.

Tại sao ngã tư carbonate lại quan trọng ngoài Jezero

Jezero là một miệng núi lửa rộng 45 km từng chứa một hồ được cung cấp nước bởi một con sông, và Perseverance được gửi đến đó vì các tàu quỹ đạo đã phát hiện carbonate dọc theo vành miệng núi lửa. Trên Trái Đất, carbonate và silica là một trong những khoáng chất tốt nhất để lưu giữ các dấu vết hóa học và vi mô của sự sống cổ đại. Một bờ hồ carbonate là kịch bản đã khiến mảng vách miệng núi lửa này trở thành mục tiêu hàng đầu.

“Trước khi chúng tôi đến Margin Unit, giả thuyết chính là các carbonate này hình thành từ tương tác với hồ tồn tại trong miệng núi lửa Jezero, nhưng giờ chúng tôi biết rằng địa điểm này đã trở thành một loại ngã tư cho các hệ thống nước,” Bedford nói.

Phát hiện này cũng vượt ra ngoài miệng núi lửa. Jezero nằm bên trong một trong những vùng lộ carbonate lớn nhất trên sao Hỏa, một lớp giàu olivine chạy ngang qua khu vực Nili Fossae rộng lớn hơn. Các quang phổ quỹ đạo từ bên ngoài miệng núi lửa đã trông giống với Margin Unit, gợi ý về nguồn gốc nước ngầm hoặc thủy nhiệt ở đó nữa. Nếu cùng câu chuyện đó đúng trên toàn khu vực, nước ngầm chứ không phải hồ mở có thể giải thích phần lớn carbonate nhìn thấy từ quỹ đạo.

Có thêm một lý do nữa khiến các nhà sinh học vũ trụ quan tâm. Khi nước phản ứng với olivine trên Trái Đất, phản ứng có thể giải phóng hydro, một nhiên liệu hóa học mà một số vi khuẩn sống nhờ. Các tảng đá cho thấy loại hóa học nước-đá này đã xảy ra ở đây, nhiều lần.

Những điều các tảng đá chưa giải quyết được

Không có điều nào trong số này là bằng chứng về sự sống. Nghiên cứu lập bản đồ khoáng chất và hóa học; nó không báo cáo phân tử hữu cơ hay dấu hiệu sinh học nào từ Margin Unit.

Phương pháp có giới hạn. Tia laser của SuperCam đo các nguyên tố trong các điểm có kích thước một phần milimet, và tỷ lệ khoáng chất được suy ra từ hóa học đó cộng với hình ảnh, không được đo trực tiếp trong phòng thí nghiệm. Nguồn gốc của loại nước thứ hai vẫn chưa được giải quyết: các tác giả viết rằng các dung dịch lắng đọng silica “có khả năng được cung cấp bởi chính hồ cổ Jezero hoặc bởi nước ngầm” đã tiến hóa qua tiếp xúc lâu dài với đá, và dữ liệu của tàu thăm dò không thể phân biệt hai nguồn đó. Nhiệt đằng sau giai đoạn thứ ba cũng là một suy luận. Cấu trúc núi lửa trên rìa miệng núi lửa là một ứng cử viên, không phải một lỗ phun được xác nhận.

Thời gian là khoảng trống lớn nhất. Trình tự là tương đối: nước ngầm trước, hồ hoặc nước ngầm tiến hóa thứ hai, dung dịch nóng cuối cùng. Nghiên cứu không đưa ra niên đại tuyệt đối cho bất kỳ giai đoạn nào, vì vậy nó không thể nói liệu các giai đoạn này cách nhau hàng nghìn năm hay hàng trăm triệu năm. Câu trả lời đó cần xác định niên đại trong phòng thí nghiệm của chính các lõi đá.

Các mẫu đã được niêm phong, và vẫn còn trên sao Hỏa

Perseverance đã khoan hai lõi từ phần thấp của Margin Unit, có tên Pelican Point và Lefroy Bay, cộng với một lõi thứ ba, Comet Geyser, xa hơn dọc theo hành trình. Chúng được thu thập cho một sứ mệnh mang mẫu về Trái Đất, nơi các phòng thí nghiệm có khả năng xác định niên đại và tìm kiếm vi hóa thạch trong chúng.

Sứ mệnh đó không còn được tài trợ. Quốc hội Mỹ đã từ chối cấp ngân sách cho chiến dịch Mars Sample Return chung giữa NASA và ESA trong ngân sách năm tài chính 2026, được ký vào tháng 1 năm 2026. Sứ mệnh Tianwen-3 của Trung Quốc dự kiến phóng vào năm 2028 và mang về các mẫu sao Hỏa của riêng mình vào khoảng năm 2031, từ một địa điểm khác.

Tàu thăm dò đã hạ cánh xuống Jezero vào tháng 2 năm 2021 và di chuyển qua Margin Unit trong khoảng một năm bắt đầu từ tháng 9 năm 2023. Nghiên cứu, được công bố trên Communications Earth & Environment vào ngày 21 tháng 9 năm 2026, đến từ hành trình đó. “Nếu có một điều tôi học được sau 10 năm làm việc với các tàu thăm dò sao Hỏa, đó là sao Hỏa liên tục gây bất ngờ cho bạn,” Bedford nói.

Các câu hỏi thường gặp về lịch sử nước của miệng núi lửa Jezero

Perseverance có tìm thấy nước trên sao Hỏa không?

Không phải nước lỏng ngày nay. Nó tìm thấy các khoáng chất chỉ hình thành khi nước phản ứng với đá, cho thấy nước ngầm, một hồ và sau đó là dung dịch nóng đều đã đi qua cùng một tảng đá núi lửa trong miệng núi lửa Jezero hàng tỷ năm trước.

Margin Unit trong miệng núi lửa Jezero là gì?

Đó là một dải đá giàu olivine dọc theo rìa trong của vành Jezero. Dữ liệu quỹ đạo cho thấy nó là một bờ hồ cổ đại lót carbonate. Perseverance cho thấy nó là đá magma đã bị nước biến đổi ít nhất ba lần.

Tại sao carbonate trên sao Hỏa lại quan trọng trong việc tìm kiếm sự sống?

Trên Trái Đất, các khoáng chất carbonate và silica có thể bảo tồn dấu vết hóa học và vi mô của vi khuẩn trong hàng tỷ năm. Các tảng đá giàu cả hai là một trong những nơi tốt nhất để tìm kiếm dấu hiệu của sự sống cổ đại trên sao Hỏa.

Các mẫu của Perseverance có bao giờ được mang về Trái Đất không?

Hiện tại không có sứ mệnh nào được tài trợ để thu thập chúng. Chiến dịch mang mẫu về của NASA và ESA đã mất nguồn tài trợ vào năm 2026, và các lõi vẫn được niêm phong trên tàu thăm dò.

Tham khảo: Bedford et al., “Lake- and groundwater-associated alteration of the olivine-rich Margin unit in Jezero crater, Mars,” Communications Earth & Environment, 2026. DOI: 10.1038/s43247-026-03997-9

Thẻ: nasa, Jezero Crater, Mars, nước trên sao Hỏa, Perseverance, thám hiểm sao Hỏa