Đột phá mới trong công nghệ tạo nước trên sao Hoả

Giấc mơ biến đổi sao Hỏa (terraforming) để trở thành ngôi nhà thứ hai của nhân loại vừa có một bước tiến đáng chú ý về mặt lý thuyết.

Thay vì sử dụng bom hạt nhân như những ý tưởng trước đây, một nhóm nghiên cứu quốc tế phát hiện ra rằng việc giải phóng các hạt khí dung (aerosol) nhân tạo vào bầu khí quyển có thể giúp nhiệt độ hành tinh đỏ tăng lên đủ để duy trì nước ở dạng lỏng.

Sao Hỏa hiện tại là một môi trường vô cùng khắc nghiệt đối với con người.

Nhiệt độ trung bình bề mặt ở mức -55 độ C và thậm chí có thể rớt xuống -125 độ C trong các trận bão bụi kéo dài nhiều tháng.

Khí quyển tại đây rất mỏng với thành phần gần như toàn là carbon dioxide (CO2), toàn bộ lượng nước đều bị đóng băng, và bề mặt luôn hứng chịu bức xạ tử ngoại nguy hiểm do không có tầng ozone bảo vệ.

Trước đây, tỷ phú Elon Musk từng đề xuất sử dụng các vụ nổ hạt nhân liên tục để tạo ra "Mặt Trời nhân tạo" nhằm làm tan chảy các chỏm băng CO2, từ đó tạo hiệu ứng nhà kính.

Tuy nhiên, các phân tích khoa học năm 2018 chỉ ra rằng phương pháp này chỉ có thể làm tăng nhiệt độ bề mặt thêm tối đa 10 độ C. Con số này hoàn toàn không đủ mức tăng 30 độ C cần thiết để nước lỏng có thể tồn tại ổn định trên bề mặt.

Gần đây, giới khoa học đã chuyển hướng sang một phương pháp mới khả thi hơn: giải phóng các hạt khí dung nhân tạo nhằm tạo ra lực ép bức xạ hồng ngoại để làm ấm bề mặt.

Trong nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Geophysical Research Letters, một nhóm các nhà khoa học từ Mỹ, Anh và Brazil do Mark I. Richardson dẫn đầu đã tạo ra một mô hình 3D toàn cầu để theo dõi quá trình khuếch tán của các hạt này.

Khác với các mô hình đơn giản trước đây thường giả định các hạt đứng yên, mô hình mới đã tính toán được sự chuyển động, tương tác động lực học và cách chúng phát tán ra toàn cầu.

Nhóm nghiên cứu đã đưa vào mô phỏng hai loại hạt: các đĩa graphene (có đường kính khoảng 250 nanomet) và các thanh nhôm (dài khoảng 8 micromet, đường kính 60 nanomet).

Cả hai loại hạt này đều có khả năng hấp thụ và tán xạ mạnh mẽ bức xạ hồng ngoại nhiệt bốc lên từ bề mặt hành tinh đỏ, làm tốt hơn hẳn so với việc tương tác với ánh sáng mặt trời.

Kết quả mô phỏng cho thấy một kịch bản vô cùng hứa hẹn. Nếu liên tục bơm các hạt nhôm này vào khí quyển từ thời điểm điểm phân mùa xuân ở bán cầu bắc với tốc độ 3 lít/giây trong suốt 5 năm sao Hỏa, sau đó tăng lên 60 lít/giây, một sự biến đổi ngoạn mục sẽ diễn ra.

Chỉ sau khoảng 8 năm sao Hỏa (tương đương 15 năm Trái Đất), nhiệt độ bề mặt sẽ tăng vọt thêm khoảng 25 độ C so với mức nhiệt ban đầu.

Đến năm thứ 15, mức tăng nhiệt độ sẽ ổn định ở khoảng 35 độ C. Sự ấm lên đáng kể này hoàn toàn đủ để cho phép nước lỏng xuất hiện trên bề mặt sao Hỏa.

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, nếu quá trình giải phóng hạt nhân tạo này bị ngừng lại ngay trước thời điểm nhiệt độ tăng mạnh, bầu khí quyển sao Hỏa sẽ nhanh chóng quay trở lại trạng thái lạnh giá ban đầu chỉ trong vòng khoảng 4 năm sao Hỏa.

Mặc dù kết quả mang tính đột phá, các nhà nghiên cứu thừa nhận phương pháp này vẫn còn những rào cản cần giải quyết. Các tác giả lưu ý trong bài báo: "Nghiên cứu này chỉ giải quyết một số khía cạnh của câu hỏi về việc giải phóng các hạt hoạt tính với tia hồng ngoại có thể sửa đổi khí hậu sao Hỏa như thế nào: các quá trình khí quyển vốn dĩ phức tạp, và nhiều câu hỏi mở vẫn còn đó."

Những ẩn số này bao gồm tác động qua lại của chu trình nước trên sao Hỏa. Khi bầu khí quyển tầng thấp vượt qua điểm đóng băng của nước, lượng hơi nước (vốn cũng là một khí nhà kính) sẽ tăng lên và khiến hành tinh ấm hơn nữa.

Mặt khác, bản thân các hạt khí dung nhân tạo cũng có thể đóng vai trò như các hạt nhân ngưng tụ băng hoặc mây, khiến chúng bị kéo rụng khỏi bầu khí quyển.

Những vòng lặp tương tác phức tạp này sẽ đòi hỏi giới khoa học phải tiếp tục tiến hành thêm nhiều nghiên cứu sâu rộng hơn trong tương lai./.