Sao Hỏa có thể từng sở hữu một đại dương rộng lớn đến mức bao phủ khoảng một phần ba hành tinh, trước khi bốc hơi cách đây hàng tỷ năm và để lại dấu vết đặc trưng: một dải địa hình phẳng bao quanh khu vực đại dương cổ — tương tự “vành” còn lại trong một chiếc bồn tắm sau khi rút nước.
Nếu được xác nhận bằng quan sát trực tiếp, “thềm ven biển” này — cách các nhà nghiên cứu gọi — có thể cung cấp bằng chứng quan trọng cho cuộc tranh luận khoa học kéo dài lâu nay, theo một nghiên cứu mới. Dù các mạng lưới sông khô cạn, châu thổ và lòng hồ cổ cho thấy Sao Hỏa từng có nước, các nhà khoa học vẫn chưa thống nhất liệu hành tinh này đã từng có một đại dương lớn hay không — điều vốn sẽ khiến Sao Hỏa giống Trái Đất hơn nhiều so với hiện nay.
“Câu hỏi là: Nếu từng có một đại dương trên Sao Hỏa và nó đã biến mất, thì nó để lại những dấu vết gì?” Michael Lamb, tác giả chính của nghiên cứu công bố tuần trước trên tạp chí Nature, nói. “Chúng tôi tìm kiếm một dải địa hình bao quanh vị trí đường bờ cổ, giống như một bậc thềm phẳng — bởi đó chính là những gì chúng ta thấy trên Trái Đất, gọi là thềm lục địa.”
Lamb, giáo sư địa chất tại Viện Công nghệ California, cùng tác giả chính Abdallah Zaki — nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Texas ở Austin — đã sử dụng mô phỏng máy tính để “làm khô” các đại dương trên Trái Đất nhằm xác định những dấu tích địa chất còn lại. Kết quả cho thấy thềm lục địa là đặc điểm rõ ràng nhất, tồn tại bền vững theo thời gian và qua các biến động mực nước biển.
Nhóm nghiên cứu sau đó tìm kiếm đặc điểm tương tự trên Sao Hỏa bằng dữ liệu từ thiết bị đo cao laser quỹ đạo Sao Hỏa (MOLA) của NASA, vốn lập bản đồ bề mặt hành tinh bằng tia laser. “Chúng tôi tìm một đặc điểm tương tự trên Sao Hỏa và phát hiện một số bằng chứng cho thấy nó có thể tồn tại,” Lamb nói. “Tuy nhiên, nó không hoàn toàn giống thềm lục địa trên Trái Đất, nên mới chỉ có một phần bằng chứng, chưa phải toàn bộ bức tranh.”
Bằng chứng ngày càng tăng
Ý tưởng về một đại dương cổ trên Sao Hỏa xuất hiện từ thập niên 1970, khi các sứ mệnh Viking 1 và Viking 2 của NASA phát hiện những dấu hiệu mà một số nhà khoa học cho là đường bờ biển — hẹp hơn nhiều so với “thềm ven biển” mới được đề xuất — cùng một vùng trũng ở bán cầu bắc gợi ý về đáy biển cổ.
Tuy nhiên, các bằng chứng này chưa từng được xem là kết luận cuối cùng. “Đường bờ đó có vấn đề,” Lamb nói. “Nó không duy trì độ cao ổn định như một đường bờ biển điển hình, mà dao động lên xuống.”
Một giả thuyết là các hoạt động núi lửa có thể đã làm biến dạng lớp vỏ Sao Hỏa và khiến đường bờ bị biến đổi. “Nhưng rất khó chứng minh điều đó, nên vẫn còn tranh cãi liệu đây có thực sự là đường bờ biển hay không,” Lamb cho biết.
Một vấn đề khác là đường bờ biển thường rất hẹp. “Nếu muốn tìm dấu vết của những đại dương tồn tại lâu dài, cần một cấu trúc lớn hơn đường bờ — và chúng tôi cho rằng đó là thềm ven biển,” Zaki, người cùng thực hiện nghiên cứu với Lamb, nhận định.
Theo nghiên cứu mới, thềm ven biển có nhiều ưu điểm so với dữ liệu đường bờ trước đây. Cấu trúc dốc thoải này dễ nhận diện hơn và có kích thước lớn hơn nhiều, rộng khoảng 200–400 mét, nên có khả năng chống xói mòn tốt trong hàng tỷ năm. Nó được hình thành do trầm tích từ sông đổ ra biển, cùng với sự thay đổi mực nước. “Trên Trái Đất, thềm lục địa là nơi tích tụ trầm tích lớn nhất, nhờ vật liệu từ sông và sự bồi đắp của sóng và dòng chảy,” Zaki nói.
Xe tự hành Zhurong của Trung Quốc, hạ cánh xuống Sao Hỏa năm 2021, cũng phát hiện dấu hiệu bãi biển cổ trong các lớp trầm tích dưới lòng đất ở vùng đồng bằng phía bắc — khu vực mà Zaki và Lamb cho là có dấu vết của thềm ven biển. Các tàn tích địa chất của châu thổ sông càng củng cố giả thuyết này.
Hiện Sao Hỏa vẫn còn nước, chủ yếu ở các chỏm băng, nhưng có thể còn nhiều hơn dưới lòng đất — đủ để hình thành một đại dương, theo dữ liệu từ tàu đổ bộ InSight của NASA. Hành tinh đỏ đã mất phần lớn nước khi khí quyển dần mỏng đi, cho phép các phân tử nước thoát ra không gian. Một số ước tính gần đây cho rằng nước bề mặt có thể tồn tại trên Sao Hỏa cho đến khoảng 2 tỷ năm trước.
“Vành bồn tắm” này có thể sớm được quan sát trực tiếp. Xe tự hành Rosalind Franklin của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), dự kiến phóng vào cuối năm 2028 và hạ cánh xuống Sao Hỏa năm 2030, sẽ thăm dò bán cầu bắc với khả năng khảo sát cả bề mặt lẫn dưới lòng đất. “Nó sẽ cho chúng ta câu trả lời dứt khoát,” Zaki nói.
Việc xác nhận một đại dương cổ trên Sao Hỏa sẽ giúp hiểu rõ hơn về hành tinh đỏ, đồng thời làm sáng tỏ lý do vì sao nó đã thay đổi mạnh mẽ theo thời gian và liệu từng tồn tại bất kỳ dạng sự sống nào hay không.
“Có rất nhiều dấu hiệu cho thấy Sao Hỏa từng có nước lỏng trên bề mặt, nhưng điều chúng ta thực sự chưa biết là trạng thái nước lỏng đó ổn định trong bao lâu,” Lamb nói. “Khí hậu Sao Hỏa hiện nay rất lạnh và khô, khác biệt đáng kể so với quá khứ. Việc hiểu được bằng cách nào và vì sao Sao Hỏa từng ấm và ẩm, trong bao lâu, cũng như điều gì đã dẫn tới sự thay đổi mang tính ‘thảm khốc’ khiến hành tinh này trở thành như hiện nay vẫn là một thách thức khoa học.”
Một giả thuyết có thể kiểm chứng
Nghiên cứu đưa ra một cách tiếp cận mới đáng chú ý đối với câu hỏi liệu các đại dương từng tồn tại trên Sao Hỏa hay không, theo James W. Head, giáo sư khoa học Trái Đất, môi trường và hành tinh tại Đại học Brown, người không tham gia nghiên cứu. Tuy nhiên, ông cho rằng do Sao Hỏa không có kiến tạo mảng, việc hình thành một ranh giới rõ nét như “thềm ven biển” vẫn còn gây tranh cãi. Cần thêm quan sát để xác định liệu cấu trúc tương tự thềm lục địa trên Trái Đất này có phải là dấu hiệu đáng tin cậy hay không.
“Xét cho cùng, vẫn còn hai câu hỏi lớn,” ông kết luận. “Lượng nước khổng lồ đó đến từ đâu? Và nó đã biến mất đi đâu? Cả hai vẫn chưa có lời giải thỏa đáng.”
Brian Hynek, giáo sư khoa học địa chất tại Đại học Colorado Boulder, cũng đồng tình rằng dù nghiên cứu củng cố thêm bằng chứng về một đại dương trong quá khứ, nhưng hình thái thềm lục địa trên Trái Đất phần nào được tạo ra bởi kiến tạo mảng — điều Sao Hỏa không có. “Điều này, cùng với sự khác biệt dự kiến về thủy triều và dòng hải lưu, khiến phép so sánh có phần ‘khập khiễng’,” Hynek nói qua email. Ông cũng không tham gia nghiên cứu.
Lamb thừa nhận sự khác biệt trong quá trình hình thành giữa thềm ven biển trên Sao Hỏa và thềm lục địa trên Trái Đất, nhưng cho rằng một số yếu tố tạo nên thềm trên Trái Đất — như sông, sóng và biến động mực nước biển — nhiều khả năng cũng từng tồn tại trên Sao Hỏa.
Bryony Horgan, giáo sư khoa học Trái Đất, khí quyển và hành tinh tại Đại học Purdue (Mỹ), cho biết việc Sao Hỏa có từng có một đại dương lớn hay không là câu hỏi then chốt, vì nó liên quan trực tiếp đến khí hậu cổ, địa chất và khả năng tồn tại sự sống trên hành tinh đỏ. “Nhưng đây vẫn là một trong những tranh cãi kéo dài nhất trong khoa học về Sao Hỏa, đến mức nhiều nhà khoa học trẻ còn ngần ngại đề cập tới giả thuyết này,” bà nói.
Tranh cãi xuất phát từ việc Sao Hỏa dường như từng có những giai đoạn khí hậu ôn hòa với mưa, làm biến đổi sâu sắc đá bề mặt, cùng với hệ thống sông ngòi và hồ nước tồn tại có thể trong hàng triệu năm. “Rất khó hình dung một chu trình nước phát triển như vậy lại tồn tại mà không có một đại dương lớn lấp đầy lưu vực sâu và rộng nhất ở vùng thấp phía bắc. Nhưng đến nay, chúng ta vẫn chưa có bằng chứng trực tiếp đủ mạnh về một đại dương như vậy, nên tranh luận vẫn tiếp diễn,” Horgan nói thêm.
Việc sử dụng Trái Đất làm đối chiếu là cách tiếp cận hợp lý, và xe tự hành Rosalind Franklin của ESA sẽ giúp giải quyết tranh cãi này, bà kết luận. “Tôi đánh giá cao việc nghiên cứu đưa ra một giả thuyết có thể kiểm chứng rõ ràng — giờ đây chúng ta có thể tiến hành khảo sát chi tiết khoáng vật học và địa chất của các khu vực phía trên, bên trong và bên dưới thềm biển giả định để xem liệu chúng có củng cố giả thiết về sự tồn tại của một đại dương cổ hay không.”
Quang cảnh từ khu vực “Kimberley” trên Sao Hỏa do xe tự hành Curiosity của NASA ghi lại. Một phần ba hành tinh đỏ có thể từng bị bao phủ bởi đại dương. Ảnh: NASA
Hình minh họa của NASA cho thấy Sao Hỏa có thể trông như thế nào cách đây hàng tỷ năm, khi một đại dương lớn bao phủ khoảng một phần ba bề mặt. Ảnh: NASA
Hình vẽ mô phỏng xe tự hành Rosalind Franklin của ESA, thuộc sứ mệnh ExoMars, dự kiến phóng năm 2028. Ảnh: ESA
Ảnh do tàu Mars Express của ESA chụp cho thấy Echus Chasma, một cao nguyên nổi bật trên Sao Hỏa có thể từng có các thác nước khổng lồ. Ảnh: ESA
