Giả thuyết Trái Đất hiếm: Sự phát triển dạng sống phức tạp ở thế giới khác là điều vô cùng hiếm có

Cha đẻ của giả thuyết này, Peter Ward và Donal Bronlee, giải thích lý do tại sao họ nghĩ rằng sự phát triển của dạng sống phức tạp ở những thế giới khác là điều vô cùng hiếm có.

Tàu không gian đầu tiên được dùng để khám phá ngoài Trái đất là Pioneer 4 vào năm 1959. 25 năm sau, vào năm 1984, nhà thiên văn học Carl Sagan và Jill Tarter đã thành lập SETI (Search for Extraterrestrial Intenligence/Tìm kiếm trí thông minh ngoài Trái đất), một chương trình tìm kiếm những dấu hiệu của sự sống ngoài Trái đất kể từ thời điểm đó.

Tuy nhiên, cho đến nay, từ những nghiên cứu mặt đất cho tới những thiết bị tự động được gửi vào không gian đều chưa từng tìm thấy một dấu vết nào của sự sống ngoài Trái đất.

Thật vậy, trong khi những khám phá của chúng ta về Hệ Mặt trời không còn thu được những hình ảnh hay dữ liệu khoa học nào đáng kinh ngạc nữa, thì những thế giới bên ngoài Trái đất mà chúng ta đã ghé thăm đều hiện lên một sự trống trơn hoàn toàn.

Ngay cả nhà nghiên cứu tận tâm nhất của SETI cũng phải thừa nhận rằng, cho đến nay, những nỗ lực cho việc tìm kiếm sự sống ở một nơi khác trong vũ trụ chỉ thu về sự im lặng đến khó chịu. Nhưng tại sao lại như thế?

Giả thuyết Trái đất hiếm

Vào năm 2000, Peter Ward và Donald Brownlee đã xuất bản một cuốn sách trong đó có đưa ra một lời giải thích khả thi cho sự đơn độc rõ ràng của giống loài chúng ta.

Cuốn sách có tên là “Trái đất hiếm: Tại sao dạng sống phức tạp lại không phổ biến ở trong vũ trụ” (Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe). Ward, một nhà cổ sinh vật học và Broenlee, một nhà thiên văn học đã kết hợp các yếu tố lại để xây dựng nên một thứ gọi là giả thuyết Trái đất hiếm.

Nói một cách đơn giản, giả thuyết Trái đất hiếm cho rằng những điều kiện độc nhất của Trái đất đã cho phép dạng sống phức tạp được hình thành và phát triển là điều vô cùng hiếm có – và những điều đó khó có thể xảy ra rộng rãi trong toàn vũ trụ được.

Ward và Brownlee đã công nhận rằng nhiều đặc điểm ngẫu nhiên của Trái đất, của Mặt trời và Hệ Mặt trời đã tạo nên một hệ sinh thái vô cùng phù hợp và ổn định một cách đáng kinh ngạc. Trong khi một số đặc điểm trong này đã được thảo luận rộng rãi trong giới thiên văn học trước đây, một số khác thì lại hiếm khi được đề cập đến.

Giả thuyết Trái đất hiếm tập trung vào nhiều khía cạnh của Trái đất và môi trường của nó đã đóng vai trò như thế nào để những dạng sống phức tạp có thể phát triển.

Những yếu tố chính mà Ward và Brownlee thấy quan trọng cho sự hình thành dạng sống phức tạp hơn bao gồm: Là một hành tinh nằm trong vùng thuận lợi của thiên hà đúng loại, nơi có một lượng đáng kể các nguyên tố nặng và nằm rất xa các nguồn bức xạ. Có quỹ đạo quay quanh một ngôi sao có thời gian tồn tại lâu dài (hàng tỷ năm) nhưng lại không phát ra quá nhiều bức xạ tử ngoại.

Khoảng cách của quỹ đạo cho phép nước có thể tồn tại ở thể lỏng khi ở trên hoặc ở gần bề mặt hành tinh. Khoảng cách của quỹ đạo đủ xa để hành tinh không bị khóa thủy triều với ngôi sao chủ.

Quỹ đạo ổn định quanh ngôi sao chủ theo thang thời gian vũ trụ. Độ nghiêng của hành tinh làm thay đổi khí hậu theo mùa ở mức độ nhẹ, không nghiêm trọng;

Trong Hệ Mặt trời có những hành tinh khí khổng lồ với khả năng ngăn chặn những mảnh vỡ đi vào vòng trong của Hệ Mặt trời, làm giảm những tác động lớn từ vũ trụ mà sau đó gây nên những vụ tuyệt chủng hàng loạt; Hành tinh có khối lượng đủ lớn để vừa giữ được bầu khí quyển và cả những đại dương có nước dạng lỏng;

Có một vệ tinh đủ lớn để giúp ổn định độ nghiêng của trục hành tinh; Hành tinh có lõi nóng chảy, tạo ra một từ trường quan trọng, bảo vệ gần như toàn bộ bề mặt khỏi bức xạ Mặt trời; Sự có mặt của oxy, và hướng khí oxy thích hợp, vào đúng thời điểm thích hợp cho sự sống phức tạp có thể sử dụng; Sự tồn tại của kiến tạo mảng, hình thành nên những vùng đất, tạo ra những hệ sinh thái đa dạng, chu trình carbon đi vào và đi ra khỏi khí quyển, ngăn chặn hiệu ứng nhà kính và giúp ổn định nhiệt độ bề mặt trên toàn thế giới.

Chúng ta thực sự cô độc?

Trong hai thập kỷ kể từ khi cuốn sách nêu trên xuất bản, ngày càng có thêm nhiều hơn sự chú ý cho ý tưởng này. Trong cuộc trao đổi vào năm ngoái, Ward đã kể lại quá trình mà toàn bộ những ý tưởng về giả thuyết Trái đất hiếm lại bắt nguồn từ những cuộc nói chuyện về phim ảnh với Brownlee.

“Khi đó chúng tôi đang nói với nhau về cảnh phòng bar trong Star Wars nực cười như thế nào”, Waed nói. “Và đó là nơi bắt đầu của mọi thứ. Nhìn những sinh vật ngoài Trái đất đó kìa. Bạn biết không, tôi chỉ nghĩ là những ý niệm về sinh vật ngoài Trái đất đã trở nên phổ biến rộng rãi trong xã hội”.

Ward và Brownlee đã đi ngược lại những ý niệm phổ biến ủng hộ cho ý tưởng rằng có những dạng sống phức tạp ngoài kia đang chờ được tìm thấy. Ví dụ trong khi mà nhà thiên văn học Carl Sagan thường cho rằng Mặt trời của chúng ta là một ngôi sao không có gì đặc biệt, trên thực tế, khoảng 80 đến 95% các ngôi sao mang những khác biệt rất lớn với ngôi sao của chúng ta, về kích thước, khối lượng, độ sáng, thời gian tồn tại và nhiều yếu tố khác nữa.

Hơn nữa, các nhà nghiên cứu trước đây đã cố gắng trả lời cho câu hỏi tại sao sự sống trên Trái đất thì rất phong phú nhưng lại vô cùng ít ỏi ngoài vũ trụ, họ đã không hề nghĩ đến sự kiến tạo mảng.

Thật vậy, có nguyên một chương rất dài trong cuốn “Trái đất hiếm” viết về chủ đề này, giải thích vai trò của kiến tạo mảng trong việc định hình Trái đất, trở thành một nơi hoàn hảo cho sự sống. Như chúng ta đã biết, Trái đất là thiên thể duy nhất trong Hệ Mặt trời có sự kiến tạo mảng. Và hành tinh này còn nhiều những đặc điểm thuận lợi cho sự sống khác mà chúng ta chưa từng thấy ở bất cứ nơi nào khác trong vũ trụ.

Dạng sống đơn giản có quan trọng không?

Một điều quan trọng cần phải nhớ là giả thuyết Trái đất hiếm chỉ áp dụng cho sự xuất hiện của dạng sống phức tạp. Ward và Brownlee tin rằng, dạng sống đơn giản như là vi khuẩn thì lại trải rộng khắp vũ trụ – suy cho cùng thì ngay cả những môi trường sống khắc nghiệt nhất trên Trái đất vẫn tồn tại vi khuẩn.

Mặc dù vậy, hai người này cho rằng dạng sống phức tạp, những động vật đa bào như là những con thú và chúng ta chẳng hạn, lại vô cùng ít.

“Nếu bạn tìm thấy sự sống ở một nơi khác, đó có thể là vi sinh vật”, Brownlee nói. “Bạn biết đấy, Trái đất sẽ tồn tại khoảng 12 tỷ năm, nhưng động vật đa bào chỉ có thể sống sót trong môi trường có giới hạn sinh thái ngắn hơn (so với vi khuẩn)”. Điều đó có nghĩa là khoảng thời gian mà môi trường của một hành tinh có lợi cho dạng sống đơn giản lâu hơn nhiều so với khoảng thời gian có lợi cho dạng sống phức tạp.

“Khoảng thời gian mà chúng ta có oxy trong khí quyển, khí carbonic cho thực vật và khí oxy cho động vật có lẽ chỉ bằng 10 – 20% tuổi thọ của Trái đất. Vì vậy, nếu bạn đáp xuống hành tinh của chúng ta vào một thời điểm bất kỳ trong suốt tiến trình lịch sử, bạn có thể sẽ chẳng thấy gì cả”.

Đón nhận những bằng chứng phản bác

Chỉ vì Ward và Brownlee không tin rằng có những dạng sống phức tạp xuất hiện phổ biến ở trong vũ trụ, không có nghĩa rằng họ không muốn tìm thấy được điều đó.

Bộ đôi này luôn đón nhận những dữ liệu mới từ những đài quan sát tiên tiến, ví dụ như Kính thiên văn Không gian James Webb, đang tìm kiếm những chi tiết bên trong bầu khí quyển của các ngoại hành tinh. Và có những dấu ấn bên trong bầu khí quyển có thể sẽ tiết lộ rất nhiều điều.

“Tôi nghĩ rằng có điều còn quan trọng hơn việc tìm kiếm khí oxy trong khí quyển, đó là tìm kiếm những phản xạ chỉ điểm cho diệp lục. Bạn sẽ chỉ có một vài cách để tạo nên những phân tử cụ thể này”, Ward nói.

“Quay trở lại một thực tế mà David Catling (nhà khoa học về hành tinh của Đại học Washington) đã nói, bất cứ loài động vật nào đều cần oxy, cần rất nhiều. Bạn không thể có được những sinh vật di chuyển nhanh và tư duy nhanh (tư duy cũng là một dạng vận động) mà lại không có oxy trong khí quyển. Bạn sẽ không thấy người nào sống được bằng khí carbonic ngoài kia đâu”, ông nói thêm.

Tuy rằng khá thuyết phục, nhưng giả thuyết Trái đất hiếm vẫn có những người phản đối, nhiều yếu tố môi trường mà Ward và Brownlee nêu ra trong cuốn sách của họ đã bị công kích suốt 20 năm qua.

Yếu tố điều kiện sống cho dạng sống phức tạp bị công kích nhiều nhất đó là một hành tinh lớn như sao Mộc giúp vòng trong của Hệ Mặt trời tránh được những mảnh vỡ nguy hiểm.

Một số nhà nghiên cứu phản bác rằng chính những hành tinh như vậy mới thực sự làm tăng tần suất gây ra tác động tới các hành tinh. Những nhà phê bình khác lại chỉ ra vấn đề sự cần thiết của từ trường và kiến tạo mảng.

Đối với những lời nhận xét này, Ward hiểu rõ và khuyến khích mọi người cùng phản bác. Khoa học sẽ luôn có hai chiều, nhưng điều quan trọng nhất đó là nó làm kích động các nhà khoa học, làm họ trở nên phẫn nộ. Một vài người tức giận đến mức phải đi ra ngoài và làm điều gì đó.

Giả thuyết về Trái đất hiếm vẫn chưa được chứng minh, nhưng không thể bỏ qua được nhiều dữ liệu mà Ward và Brownlee đã tổng hợp để củng cố cho quan điểm của họ.

Bề mặt cằn cỗi và khắc nghiệt của sao Thủy, sao Kim và sao Hỏa như một lời nhắc nhở rằng Trái đất quả là một thiên đường may mắn nếu mang ra so sánh. Và cho dù có hiếm hay không thì đó vẫn là ngôi nhà duy nhất mà chúng ta có.

Trái đất của chúng ta là một hành tinh có quỹ đạo chuyển động quanh Mặt trời – một ngôi sao nằm trên dãy chính của biểu đồ quang phổ. Bản thân Mặt trời chỉ là một trong số ít nhất là 100 tỷ sao của một thiên hà có tên là Milky Way.

Và theo ước tính tương đối chính xác của các nhà khoa học cho tới thời điểm này, số thiên hà trong vùng vũ trụ nhìn thấy của chúng ta là không dưới 2 nghìn tỷ. Điều đó đồng nghĩa với số lượng các hành tinh trong vũ trụ là một con số khổng lồ. Rất nhiều trong số đó là các hành tinh khí khổng lồ và không thể sống được – như 4 hành tinh nhóm ngoài của Hệ Mặt trời (từ sao Mộc đến sao Hải Vương), còn lại là các hành tinh đá như Trái đất.

Nhiều hành tinh đá nằm quá gần hoặc quá xa ngôi sao của nó, khiến sự sống nếu có xuất hiện cũng lập tức bị thiêu cháy hoặc đóng băng. Chỉ những hành tinh có khoảng cách vừa đủ để nước – dung môi không thể thiếu của sự sống sinh học – tồn tại ở thể lỏng. Giới hạn khoảng cách phù hợp đó được các nhà khoa học gọi là “vùng sống được”.

Nhưng ngay cả một hành tinh đá nằm trong vùng sống được cũng có thể có một bầu khí quyển độc hại như sao Kim hay thậm chí có thể không có khí quyển, hoặc đơn giản hơn nữa là vì một lý do nào đó mà tốc độ tự quay quá chậm hoặc quá nhanh cũng khiến sự sống khó mà tồn tại được. Rõ ràng, khả năng để một hành tinh nào đó có thể phù hợp cho sự sống là rất nhỏ.

Lifehub tổng hợp