Mưa trên sao Hỏa cổ đại có thể đã đưa các thành phần hóa học của sự sống đến những khu vực cụ thể

Bản đồ những nơi hóa học cổ đại trên sao Hỏa có thể khởi nguồn

Mưa trên sao Hỏa cổ đại có thể đã đưa đến một thành phần hóa học cần thiết cho các khối cấu tạo của sự sống, với lượng mưa thay đổi khoảng 100 lần giữa các khu vực, theo những mô phỏng về hành tinh này vào khoảng 3,8 đến 3,6 tỷ năm trước. Mức trung bình toàn cầu ước tính vào khoảng 5 miligam formaldehyde trên mỗi mét vuông mỗi năm, trong khi các khu vực quanh núi Tharsis và Elysium đạt khoảng 50 miligam.

Nghiên cứu xác định một mối liên hệ khả dĩ giữa hóa học khí quyển, lượng mưa và những nơi các phân tử hữu cơ có thể tích tụ. Nghiên cứu không chứng minh sự sống từng tồn tại trên sao Hỏa, cũng không cho thấy lượng formaldehyde được dự đoán vẫn còn tồn tại đến ngày nay. Thay vào đó, nghiên cứu đưa ra dự đoán về mặt địa lý để các nhà nghiên cứu có thể đối chiếu với những phép đo trên đá cổ.

Nhóm nghiên cứu gồm các nhà khoa học từ Đại học Tohoku, Viện Khoa học Sự sống Trái đất và Viện Khoa học Tokyo. Thông báo nghiên cứu của Đại học Tohoku, đề ngày 1 tháng 10 năm 2026, cho biết công trình có tên Global distribution of atmospheric formaldehyde deposition correlated with water vapor on a warm early Mars, được đăng trên The Planetary Science Journal ngày 30 tháng 9 năm 2026. DOI của bài báo là 10.3847/PSJ/ae9942.

Vì sao formaldehyde quan trọng trong tìm kiếm nguồn gốc sự sống

Formaldehyde, có công thức hóa học H2CO, gây kích ứng mạnh và độc hại. Tuy nhiên, nghiên cứu này quan tâm đến một đặc tính khác của chất này: trong nước, nó có thể tham gia các phản ứng dẫn đến sự hình thành đường, axit amin và những hợp chất hữu cơ khác gắn với sự sống.

Điều đó khiến formaldehyde trở thành một thành phần khởi đầu khả dĩ cho hóa học tiền sinh học, tức các phản ứng hóa học diễn ra trước khi sự sống xuất hiện. Phát hiện hay dự đoán sự hiện diện của một thành phần như vậy không đồng nghĩa với việc tìm thấy sinh vật sống. Các phân tử hữu cơ có thể hình thành qua những quá trình hóa học không liên quan đến sinh học.

Các nghiên cứu trước đó đã cho thấy formaldehyde có thể hình thành trong khí quyển sao Hỏa cổ đại ấm áp. Câu hỏi mới là chất này sẽ rơi xuống bề mặt ở đâu và với lượng bao nhiêu. Một bầu khí quyển có khả năng tạo ra phân tử hữu ích không nhất thiết phân phối phân tử đó đồng đều đến các hồ, sông hay những nơi khác có thể diễn ra các phản ứng tiếp theo.

Cách các nhà nghiên cứu kết nối hóa học với khí hậu

Nhóm nghiên cứu kết hợp mô hình quang hóa với mô hình khí hậu toàn cầu. Quang hóa mô tả các phản ứng do ánh sáng thúc đẩy, trong trường hợp này gồm bức xạ cực tím làm biến đổi các phân tử trong khí quyển sao Hỏa. Mô hình khí hậu tính toán hoàn lưu khí quyển, nhiệt độ, hơi nước, mây và lượng mưa trên toàn hành tinh.

Trước tiên, các nhà nghiên cứu tính toán lượng formaldehyde được tạo ra trong những tổ hợp khác nhau giữa nhiệt độ bề mặt, hơi nước, áp suất khí quyển và cường độ tia cực tím. Họ tổng hợp kết quả thành một bảng tham chiếu để mô hình khí hậu có thể ước tính lượng hóa chất được tạo ra trong điều kiện tại các khu vực khác nhau.

Phương pháp này vượt ra ngoài các phép tính trước đây, vốn mô tả khí quyển bằng một chiều thẳng đứng duy nhất và giá trị trung bình toàn hành tinh. Những phép tính đó có thể khảo sát liệu formaldehyde có thể hình thành hay không, nhưng không thể thể hiện sự khác biệt về địa lý của độ ẩm và mưa cần thiết để lập bản đồ lượng chất được đưa xuống mặt đất.

Các mô phỏng giả định môi trường ấm trong giai đoạn khoảng 3,8 đến 3,6 tỷ năm trước. Bằng chứng địa chất và khoáng vật cho thấy từng có những thời kỳ nước lỏng tồn tại trên bề mặt sao Hỏa. Mô hình khảo sát lượng hóa chất có thể được đưa xuống trong những điều kiện đó; nó không chứng minh toàn bộ hành tinh luôn ấm và ẩm trong suốt giai đoạn này.

Nước giúp tạo ra phân tử và đưa nó xuống bề mặt

Hơi nước đóng vai trò ở hai giai đoạn. Thứ nhất, tia cực tím phá vỡ các phân tử nước, giải phóng hydro có hoạt tính tham gia vào các phản ứng khí quyển tạo ra formaldehyde. Vì vậy, những khu vực có nhiều hơi ẩm hơn trong khí quyển có điều kiện thuận lợi để hình thành phân tử này.

Thứ hai, mưa hòa tan formaldehyde và đưa chất này xuống bề mặt. Độ ẩm tác động đến cả quá trình tạo ra hóa chất lẫn quá trình đưa nó xuống, góp phần lý giải vì sao phân bố được dự đoán lại không đồng đều như vậy.

Sự phân biệt này giữ vai trò cốt yếu trong các phát hiện. Lượng chất được cung cấp cho một địa điểm không chỉ phụ thuộc vào lượng formaldehyde được tạo ra phía trên. Lượng mưa cũng quyết định mức độ hiệu quả của quá trình khí quyển chuyển hóa chất này vào nước bề mặt. Bản đồ kết quả liên hệ chu trình nước trên sao Hỏa với những nơi các thành phần cần thiết cho những phản ứng hóa học hữu cơ tiếp theo có thể đã đến.

Núi và vùng nước phía bắc nhận được lượng lớn hơn

Các mô phỏng dự đoán lượng formaldehyde được đưa xuống tương đối cao trên đại dương phía bắc giả định và trong lòng chảo Hellas. Lượng trung bình ở bán cầu bắc cao gấp vài lần bán cầu nam, dù các kết quả được trình bày ở đây không nêu tỷ lệ chính xác.

Địa hình núi tạo ra một kiểu phân bố khác. Quanh Tharsis và Elysium, không khí bốc lên dọc theo sườn núi thúc đẩy mưa, tạo nên những khu vực cục bộ có lượng formaldehyde được đưa xuống cao. Đây là tác động của địa hình: khi không khí ẩm bốc lên, sự lạnh đi có thể thúc đẩy hình thành mây và mưa.

Ước tính tối đa khoảng 50 miligam trên mỗi mét vuông mỗi năm cao gấp khoảng 10 lần mức trung bình toàn cầu 5 miligam. Phép so sánh này khác với mức chênh lệch khoảng 100 lần được ghi nhận giữa các khu vực. Con số thứ nhất so sánh lượng chất cao nhất với mức trung bình toàn hành tinh; con số thứ hai mô tả phạm vi biến thiên địa lý rộng hơn. Không con số nào đo lượng formaldehyde hiện có trong đất sao Hỏa.

Kết quả cũng cảnh báo không nên xem cả một bán cầu là đồng nhất về mặt hóa học. Dù lượng trung bình ở phía bắc cao hơn, lòng chảo Hellas cũng là một khu vực có nguồn cung tương đối dồi dào. Khả năng hiện diện của nước tại địa phương và địa hình cũng quan trọng bên cạnh sự khác biệt rộng hơn giữa phía bắc và phía nam.

Vì sao một lòng chảo gần đó có thể là nơi tích tụ hóa chất tốt hơn

Những nơi nhận được nhiều mưa nhất không nhất thiết cũng là nơi formaldehyde đạt nồng độ cao nhất. Các nhà nghiên cứu cho rằng những lòng chảo gần khu vực ẩm ướt là địa điểm đáng chú ý, vì nước có thể đưa vật chất đến đó rồi bốc hơi.

Lượng chất được đưa xuống và nồng độ là hai khái niệm khác nhau. Lượng chất được đưa xuống là lượng chất đến bề mặt trên một diện tích và trong một khoảng thời gian nhất định. Nồng độ là lượng một chất hiện diện so với lượng nước chứa chất đó. Một lượng lớn chất đi vào nơi có nhiều nước vẫn có thể bị pha loãng, trong khi sự mất nước do bốc hơi có thể làm cô đặc phần vật chất còn lại.

Theo kịch bản được đề xuất, mưa đưa formaldehyde đến một khu vực ẩm ướt, sông hoặc các dòng chảy khác gom chất này vào lòng chảo, rồi sự bốc hơi làm tăng nồng độ. Môi trường như vậy có thể tạo điều kiện cho các phản ứng hình thành những phân tử hữu cơ phức tạp hơn.

Đây vẫn chỉ là một khả năng, chứ không phải lịch sử hóa học đã được chứng minh của một lòng chảo cụ thể. Bản đồ ước tính lượng chất được khí quyển cung cấp. Để xác định điều gì xảy ra sau khi chất được đưa xuống, cần hiểu rõ quá trình vận chuyển, phản ứng, phân hủy và bảo tồn trên bề mặt.

Cách các phép đo của xe tự hành có thể kiểm nghiệm bản đồ

Một phép kiểm nghiệm được đề xuất là so sánh các lớp đá cổ ở những khu vực được dự đoán đã nhận lượng formaldehyde khác nhau. Các nhà nghiên cứu có thể khảo sát cả độ phong phú của các hợp chất hữu cơ lẫn dấu hiệu đồng vị carbon của chúng. Đồng vị là những dạng của cùng một nguyên tố nhưng có số neutron khác nhau; tỷ lệ tương đối giữa chúng có thể giúp tìm hiểu nguồn gốc hóa học.

Các nghiên cứu trước đây của nhóm cho rằng đặc điểm đồng vị carbon gắn với formaldehyde trong khí quyển có thể giúp lý giải vật chất hữu cơ được phát hiện trong quá trình thám hiểm sao Hỏa. Những dự đoán địa lý mới đem lại thêm một cách khảo sát mối liên hệ khả dĩ này, thay vì chỉ dựa vào thành phần hóa học.

Shungo Koyama, nhà nghiên cứu kiêm tác giả công trình, mô tả cách có thể đối chiếu phân bố dự đoán với các quan sát của xe tự hành:

Bằng cách so sánh bản đồ của chúng tôi với những phát hiện từ các xe tự hành, chúng ta có thể bắt đầu kiểm nghiệm xem những nơi nhận được nhiều H₂CO hơn có thuận lợi hơn cho hóa học liên quan đến sự sống sơ khai hay không", Tiến sĩ Koyama nói. "Nếu các quan sát trong tương lai xác nhận mối liên hệ này, bản đồ của chúng tôi có thể giúp xác định những địa điểm tiềm năng cho các sứ mệnh sao Hỏa trong tương lai.

Mối tương quan giữa lượng chất được dự đoán đưa xuống và hóa học hữu cơ được bảo tồn sẽ củng cố giả thuyết về đóng góp của khí quyển. Tuy nhiên, chỉ riêng điều đó không thể chứng minh nguồn gốc sinh học. Các nhà nghiên cứu vẫn cần tính đến những gì đã xảy ra với các hợp chất trong lịch sử lâu dài của chúng bên trong đá sao Hỏa.

Những câu hỏi nghiên cứu chưa giải đáp

Điểm chưa chắc chắn lớn nhất là khoảng cách giữa lượng chất được mô hình dự đoán đã được đưa xuống từ hàng tỷ năm trước và vật chất có thể đo được ngày nay. Các ước tính không cho biết bao nhiêu formaldehyde tích tụ lâu dài, bao nhiêu đã phản ứng thành các hợp chất khác hoặc bao nhiêu đã bị phân hủy. Chúng cũng không xác nhận điều kiện thuận lợi cho nguồn gốc sự sống từng hình thành ở một địa điểm cụ thể nào.

Nhóm dự định phát triển các mô hình kết nối trực tiếp hóa học khí quyển với khí hậu trong không gian ba chiều. Đây sẽ là bước mở rộng phương pháp hiện tại, vốn sử dụng các phép tính hóa học được sắp xếp trong một bảng tham chiếu bên trong mô phỏng khí hậu toàn cầu.

Nhóm cũng dự định tiến hành các thí nghiệm về sự phân hủy và bảo tồn vật chất hữu cơ. Những thí nghiệm này có thể giúp liên hệ lượng chất đầu vào cổ đại được dự đoán với các dấu vết hóa học mà hoạt động thám hiểm có thể tìm thấy. Chưa có thời điểm công bố kết quả, và nghiên cứu cũng không thông báo địa điểm hạ cánh đã chọn hay sứ mệnh nào được lên lịch để kiểm nghiệm bản đồ.

Các mốc thời gian phân biệt môi trường cổ đại được mô phỏng với thời điểm công bố hiện đại:

• Khoảng 3,8 đến 3,6 tỷ năm trước: giai đoạn được mô phỏng trong các kịch bản sao Hỏa ấm.
• Ngày 30 tháng 9 năm 2026: ngày công bố nghiên cứu theo thông tin của Đại học Tohoku.
• Ngày 1 tháng 10 năm 2026: ngày Đại học Tohoku đăng thông báo nghiên cứu.

Đóng góp của nghiên cứu là đưa ra bức tranh địa lý có thể kiểm nghiệm về nguồn cung hóa chất. Thay vì xác định nơi sự sống từng tồn tại, nghiên cứu chỉ ra những địa điểm có thể đã nhận được lượng lớn hơn các thành phần từ khí quyển và nơi nước có thể đã gom chúng lại để tiếp tục tham gia các phản ứng.

Điểm chính

• Lượng formaldehyde được mô hình dự đoán đưa xuống khác nhau khoảng 100 lần giữa các khu vực trên sao Hỏa cổ đại.
• Mức trung bình toàn cầu vào khoảng 5 miligam trên mỗi mét vuông mỗi năm, với mức tối đa cục bộ gần 50 miligam quanh Tharsis và Elysium.
• Hơi nước hỗ trợ quá trình tạo formaldehyde trong khí quyển, còn mưa đưa chất này xuống bề mặt.
• Các lòng chảo gần khu vực ẩm ướt có thể đã gom và cô đặc hóa chất nhờ dòng chảy và sự bốc hơi.
• Việc đối chiếu các hợp chất hữu cơ cổ và đồng vị carbon có thể kiểm nghiệm phân bố được dự đoán.
• Các phát hiện liên quan đến hóa học có thể diễn ra trước sự sống, chứ không phải bằng chứng sao Hỏa từng có sự sống hay phép đo lượng formaldehyde còn lại ngày nay.