Vì sao Trái đất là hành tinh hoàn hảo cho sự sống?

Trái đất có khoảng cách tối ưu với Mặt trời để có nước ở dạng lỏng và có nhiệt độ vừa phải, có nguồn năng lượng cho sự sống phát triển và từ trường bảo vệ.

Có những hành tinh từng được mô tả là “giống Trái đất” vì có lực hấp dẫn gần giống, có khoảng cách đến ngôi sao chủ tương đương với khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời để được giữ ấm nhưng không quá nóng, và có thể có chất lỏng. Nhưng thực tế, Trái đất còn sở hữu một loạt đặc điểm khác khiến nó đặc biệt thích hợp cho sự sống.

Yếu tố đầu tiên

“Đầu tiên, cần một loại chất lỏng, môi trường mà các phân tử có thể phản ứng", Sara Seager, nhà khoa học hành tinh tại MIT, nói với OurAmazingPlanet. Chất lỏng là nơi để các thành phần ban đầu, chẳng hạn như DNA và protein, có thể bơi và tương tác với nhau, thực hiện các phản ứng tạo ra sự sống.

Và loại chất lỏng tiềm năng nhất, cũng là nguồn gốc cho sự sống trên Trái đất, là nước. Nước là một dung môi tuyệt vời nhờ khả năng hòa tan nhiều chất. Nó cũng nổi khi bị đóng băng, không giống như nhiều chất lỏng khác, và giúp cho lớp bên dưới không bị đóng băng thêm.

Nước ở dạng lỏng là yếu tố đầu tiên tạo điều kiện cho sự sống trên Trái đất. (Ảnh: Reuters).

Giả sử nước chìm xuống khi bị đóng băng, một lớp nước khác trên bề mặt sẽ tiếp tục đóng băng và chìm xuống, và cuối cùng tất cả nước sẽ bị đóng băng, chặn đứng các phản ứng hóa học phát sinh sự sống.

Các nhà thiên văn học tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất thường tập trung vào các hành tinh nằm trong "vùng có thể ở được" quanh các ngôi sao chủ. Trong vùng này, các hành tinh sẽ không quá nóng cũng không quá lạnh, và nước lỏng có thể tồn tại trên bề mặt.

Trái đất là điển hình cho vị trí "vàng", nằm trong vùng có thể ở được quanh Mặt trời. Nếu quỹ đạo của Trái đất xa hơn hoặc gần hơn, thì hành tinh sẽ là một sa mạc lạnh giá như Hỏa tinh hoặc một lò lửa như Kim tinh và sự sống sẽ không phát sinh.

Tất nhiên, sự sống ngoài hành tinh có thể đi theo những quy luật khác với trên Trái đất. Ngày càng nhiều nhà sinh vật học vũ trụ cho rằng nhìn rộng hơn các vị trí "vàng" thông thường. Ví dụ, nước lỏng hiện không tồn tại trên bề mặt Hỏa tinh hoặc Kim tinh, nhưng có thể đã từng tồn tại. Sự sống có thể đã tiến hóa vào thời điểm đó, và sau đó chạy trốn đến những nơi an toàn hơn, chẳng hạn như dưới lòng đất, hoặc dần thích nghi với môi trường khi hành tinh trở nên khắc nghiệt hơn, giống như một số sinh vật cực đoan có trên Trái đất.

Trái đất nằm trong vùng vị trí lý tưởng so với ngôi sao chủ để có nhiệt độ không quá nóng cũng không quá lạnh. (Ảnh: Reuters).

Ngoài ra, các dung môi khác có thể chứa sự sống. "Mặt trăng Titan của Thổ tinh có khí methane và ethane lỏng", Seager nói.

Những tính năng kèm theo của Trái đất

Thứ hai, sự sống cần năng lượng. Nguồn năng lượng rõ ràng nhất là ngôi sao chủ. Với Trái đất, ánh sáng Mặt trời thúc đẩy quá trình quang hợp ở thực vật. Tiếp đó, các chất dinh dưỡng được tạo ra bởi quá trình quang hợp lại là năng lượng cho phần lớn sự sống trên Trái đất.

Tuy nhiên, nhiều sinh vật trên Trái đất cũng tồn tại nhờ các nguồn năng lượng khác, chẳng hạn như hóa chất từ các lỗ thông hơi thủy nhiệt dưới đáy biển sâu, vì vậy năng lượng không phải yếu tố khan hiếm như dung môi.

Với đầy đủ các thành phần, sự sống tiếp tục cần thời gian. Các hành tinh cần những ngôi sao chủ có thể sống, cung cấp nhiệt và năng lượng ít nhất vài tỷ năm, đủ lâu để sự sống tiến hóa, như trường hợp của Trái đất.

Một số ngôi sao chỉ sống vài triệu năm trước khi chết. "Tuy nhiên, sự sống có thể bắt đầu rất nhanh, vì vậy tuổi tác của ngôi sao không quá quan trọng", Jim Kasting, nhà sinh vật học vũ trụ tại Đại học bang Pennsylvania, cho biết. Ví dụ, Trái đất khoảng 4,6 tỷ năm tuổi. Sinh vật lâu đời nhất được biết đến lần đầu tiên xuất hiện trên Trái đất khoảng 3,5 tỷ năm trước, có nghĩa là sự sống đã tiến hóa trong 1,1 tỷ năm hoặc ít hơn.

Tardigrade, hay gấu nước, là một sinh vật cho thấy sự sống có thể hình thành ở điều kiện khắc nghiệt và cực đoan. (Ảnh: Shutterstock).

Các dạng sống phức tạp hơn vẫn cần nhiều thời gian. Đến khoảng 600 triệu năm trước, những động vật đa bào đầu tiên mới xuất hiện trên Trái đất. Bởi vì cả hành tinh và Mặt trời tồn tại đủ lâu, các bậc sống cao hơn, bao gồm cả con người, mới có thời gian để tiến hóa.

Còn có các chi tiết khác đã góp phần tạo ra sự sống trên Trái đất, chẳng hạn như độ ổn định của bức xạ của Mặt trời so với các ngôi sao chủ khác, và từ trường bảo vệ hành tinh khỏi các cơn bão hạt tích điện từ Mặt trời. Các vụ nổ bức xạ dữ dội của ngôi sao chủ có thể quét sạch sự sống mong manh trong giai đoạn đầu.

"Dù vậy giới nghiên cứu liên tục suy nghĩ lại về những yếu tố này và tầm quan trọng thực sự của chúng. Chúng tôi đang cố gắng cởi mở hơn và tìm ra những vùng xám mà sự sống có thể phát sinh", Seager nói.

Trái đất vẫn là hành tinh duy nhất được biết đến có sự sống, do sự kết hợp độc đáo của nhiều yếu tố. Tuy nhiên, một ngày nào đó con người có thể tìm ra những hành tinh khác có cùng thuộc tính hoặc tìm ra những cách thức khác mà sự sống có thể phát sinh trong vũ trụ.

• Những bí ẩn vũ trụ khiến khoa học "bó tay"
• Tại sao vỏ đạn thường làm bằng đồng chứ không phải thép hay, nhôm, chì?
• NASA phát hiện hành tinh có sự sống như trái đất