fbpx

Khí quyển Mêtan – Mặt trời với nhiệt lượng thấp nhưng ngoại hành tinh vẫn ấm áp

Ở một nơi nào đó trong thiên hà của chúng ta, một ngoại hành tinh có thể đang quay quanh một ngôi sao lạnh hơn mặt trời của chúng ta, nhưng thay vì đóng băng ở thể rắn, hành tinh này có thể trở nên ấm áp nhờ hiệu ứng nhà kính do khí quyển Mêtan của nó gây ra. Cùng tinhvan.net tìm hiểu nhé.

khí quyển Mêtan

Các nhà thiên văn học NASA từ Viện Công nghệ Georgia đã phát triển một mô hình mới toàn diện cho thấy cách hóa học hành tinh có thể biến điều đó thành hiện thực. Mô hình, được công bố trong một nghiên cứu mới trên tạp chí Nature Geoscience, dựa trên một kịch bản có thể xảy ra trên Trái đất cách đây ba tỷ năm và thực sự được xây dựng xung quanh hóa học địa chất và sinh học có thể có của nó.

Các nhà khoa học đưa ra giả thuyết về mặt trời khi đó tạo ra ít ánh sáng và nhiệt hơn một phần tư so với bây giờ, nhưng Trái đất vẫn ở trạng thái ôn hòa và khí quyển Mêtan có thể đã cứu hành tinh của chúng ta khỏi tình trạng đóng băng sâu kéo dài hàng chục năm, các nhà khoa học đưa ra giả thuyết. Nếu không, chúng ta và hầu hết cuộc sống phức tạp khác có lẽ sẽ không có ở đây ngày hôm nay.

Mô hình mới kết hợp nhiều quá trình trao đổi chất của vi sinh vật với các hoạt động núi lửa, đại dương và khí quyển, có thể khiến nó trở thành mô hình toàn diện nhất cho đến nay. Nhưng trong khi nghiên cứu quá khứ xa xôi của Trái đất, các nhà nghiên cứu Georgia Tech đã nhắm mục tiêu mô hình của họ cách xa hàng năm ánh sáng, mong muốn một ngày nào đó nó sẽ giúp giải thích các điều kiện trên các hành tinh ngoài hành tinh được phát hiện gần đây.

Các nhà nghiên cứu thiết lập các tham số của mô hình một cách rộng rãi để chúng có thể áp dụng không chỉ cho hành tinh của chúng ta mà còn có thể áp dụng cho các anh chị em của nó với kích thước, địa chất và dạng sống khác nhau của chúng.

Khí quyển Mêtan với Trái đất và anh chị em của nó

Chris Reinhard, nhà điều tra chính của nghiên cứu và là trợ lý giáo sư tại Trường Khoa học Khí quyển và Trái đất thuộc Công ty Công nghệ Georgia, cho biết: “Chúng tôi thực sự để mắt đến việc sử dụng các hành tinh ngoài trong tương lai. “Có thể các mô hình khí quyển Mêtan mà chúng tôi đang khám phá cho Trái đất sơ khai đại diện cho các điều kiện phổ biến đối với các bầu sinh quyển trên khắp thiên hà của chúng ta vì chúng không đòi hỏi một giai đoạn tiến hóa tiên tiến như chúng ta đang có trên Trái đất hiện nay.”

khí quyển Mêtan

Các mô hình trước đây đã kiểm tra sự pha trộn của các khí trong khí quyển cần thiết để giữ cho Trái đất ấm áp bất chấp nhiệt lượng thấp trước đây của mặt trời, hoặc nghiên cứu các chuyển hóa của vi sinh vật cô lập có thể tạo ra khí mêtan cần thiết. Reinhard nói: “Riêng biệt, mỗi quá trình trao đổi chất đã không tạo ra các mô hình năng suất chiếm nhiều khí mê-tan như vậy.

Các nhà nghiên cứu Georgia Tech đã kết hợp các hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật bị cô lập đó, bao gồm quá trình quang hợp cổ đại, với hóa học địa chất để tạo ra một mô hình phản ánh sự phức tạp của toàn bộ hành tinh sống. Và việc sản xuất khí mê-tan của mô hình tăng vọt.

“Điều quan trọng là phải suy nghĩ về các cơ chế kiểm soát mức độ khí nhà kính trong khí quyển trong khuôn khổ của tất cả các chu trình sinh địa hóa trong đại dương và khí quyển,” tác giả đầu tiên Ozaki, một trợ lý sau tiến sĩ cho biết.

Carl Sagan và Mặt trời mờ nhạt để tạo khí quyển Mêtan

Mô hình Georgia Tech củng cố một giả thuyết hàng đầu cố gắng giải thích một bí ẩn được gọi là “nghịch lý Mặt trời trẻ mờ” được chỉ ra bởi nhà thiên văn học quá cố Carl Sagan và đồng nghiệp George Mullen tại Đại học Cornell vào năm 1972.

khí quyển Mêtan

Từ lâu, các nhà thiên văn quan sát qua các ngôi sao kính thiên văn và nghiên cứu chúng đã nhận thấy rằng các ngôi sao cháy sáng hơn khi chúng trưởng thành và yếu hơn khi còn trẻ. Họ tính toán rằng khoảng hai tỷ năm trước, mặt trời của chúng ta phải chiếu sáng mờ hơn khoảng 25% so với ngày nay.

Điều đó sẽ quá lạnh đối với bất kỳ loại chất lỏng nào tồn tại trên Trái đất, nhưng nghịch lý thay, bằng chứng mạnh mẽ nói rằng chất lỏng đã tồn tại. Reinhard nói: “Dựa trên quan sát hồ sơ địa chất, chúng tôi biết rằng chắc chắn đã có nước ở thể lỏng, và trong một số trường hợp, chúng tôi biết rằng nhiệt độ tương tự như ngày nay, nếu không muốn nói là ấm hơn một chút”.

Sagan và Mullen đã mặc định rằng bầu khí quyển Mêtan của Trái đất hẳn đã tạo ra hiệu ứng nhà kính để cứu nó. Hồi đó, họ nghi ngờ amoniac có tác dụng, nhưng về mặt hóa học, ý tưởng đó kém khả thi hơn.

Reinhard nói: “Khí mê-tan đã đóng một vai trò quan trọng trong giả thuyết này. “Khi oxy và mêtan xâm nhập vào khí quyển, chúng hủy bỏ lẫn nhau về mặt hóa học theo thời gian trong một chuỗi phản ứng hóa học phức tạp. Bởi vì thời đó có rất ít ôxy trong không khí, nó sẽ cho phép mêtan tăng lên mức cao hơn nhiều so với hôm nay.”

Quang hợp và rỉ sét

Cốt lõi của mô hình là hai kiểu quang hợp khác nhau. Nhưng ba tỷ năm trước, kiểu quang hợp thống trị mà chúng ta biết ngày nay là bơm ra oxy thậm chí còn chưa tồn tại.

Thay vào đó, hai quá trình quang hợp rất nguyên thủy khác của vi khuẩn có thể là yếu tố cần thiết cho sinh quyển cổ đại của Trái đất. Một loại đã biến đổi sắt trong đại dương thành rỉ sét, và loại kia quang hợp hydro thành formaldehyde.

Ozaki nói: “Mô hình dựa trên rất nhiều hoạt động núi lửa phun ra hydro”. Các vi khuẩn khác lên men formaldehyde và các vi khuẩn khác, biến sản phẩm lên men thành metan.

Hai quá trình quang hợp đóng vai trò là lò xo đồng hồ của kim đồng hồ của mô hình, kéo theo 359 phản ứng sinh hóa được thiết lập trước đó trên đất liền, trên biển và không khí.

3.000.000 lần chạy và khí quyển Mêtan hoàn thành

Mô hình này không phải là kiểu mô phỏng tạo ra video hoạt hình về quá trình hóa sinh cổ xưa của Trái đất. Thay vào đó, mô hình phân tích toán học các quá trình và kết quả đầu ra là các con số và đồ thị.

Ozaki đã chạy mô hình hơn 3 triệu lần, với nhiều thông số khác nhau và nhận thấy rằng nếu mô hình chứa cả hai hình thức quang hợp hoạt động song song, thì 24% số lần chạy đó tạo ra đủ khí mê-tan để tạo ra sự cân bằng cần thiết trong khí quyển Mêtan để duy trì hiệu ứng nhà kính. và giữ cho Trái đất cổ đại, hoặc có thể là một ngoại hành tinh, ở vùng ôn đới.

Reinhard cho biết: “Điều đó có nghĩa là xác suất khoảng 24% rằng mô hình này sẽ tạo ra một khí hậu ổn định, ấm áp trên Trái đất cổ đại với một mặt trời mờ nhạt hoặc trên một hành tinh ngoại giống Trái đất xung quanh một ngôi sao mờ hơn,” Reinhard nói. “Các mô hình khác đã xem xét các quá trình chuyển hóa quang hợp này một cách cô lập có khả năng tạo ra đủ khí mêtan để giữ cho khí hậu ấm áp thấp hơn nhiều.”

Ông nói: “Chúng tôi tin tưởng rằng cách tiếp cận thống kê khá độc đáo này có nghĩa là bạn có thể đưa những hiểu biết cơ bản về mô hình mới này cho ngân hàng.

Các giải thích khác cho “nghịch lý Mặt trời trẻ mờ nhạt” có tính chất đại hồng thủy hơn và có lẽ ít thường xuyên hơn về động lực của chúng. Chúng bao gồm các ý tưởng về các cuộc tấn công của tiểu hành tinh thường xuyên khuấy động hoạt động địa chấn, do đó tạo ra nhiều khí mê-tan hơn, hoặc về việc mặt trời liên tục bắn ra các vụ phóng khối lượng năng lượng vào Trái đất, làm nóng nó lên.

Xem Thêm

Tìm sự sống ngoài hành tinh như thế nào?

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *