SINH VẬT HỌC THIÊN VĂN: LỊCH SỬ, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ TẦM QUAN TRỌNG - SINH HỌC - 2026

Sinh học chiêm tinh hay ngoại sinh học là một nhánh của sinh học liên quan đến nguồn gốc, sự phân bố và động lực của sự sống trong bối cảnh của cả hành tinh của chúng ta, cũng như toàn bộ vũ trụ. Khi đó, chúng ta có thể nói rằng, như một khoa học thiên văn học là vũ trụ, sinh học là gì đối với hành tinh Trái đất.

Do phạm vi hoạt động rộng rãi của sinh học thiên văn, các ngành khoa học khác hội tụ trong đó như: vật lý, hóa học, thiên văn học, sinh học phân tử, lý sinh, hóa sinh, vũ trụ học, địa chất học, toán học, máy tính, xã hội học, nhân chủng học, khảo cổ học, v.v.

Hình 1. Diễn giải nghệ thuật về mối liên hệ giữa cuộc sống và khám phá không gian. Nguồn: NASA / Cheryse Triano

Thiên văn học quan niệm sự sống như một hiện tượng có thể là "phổ quát". Nó giải quyết các bối cảnh hoặc kịch bản có thể có của họ; yêu cầu của nó và các điều kiện tối thiểu của nó; các quá trình liên quan; các quy trình mở rộng của nó; trong số các chủ đề khác. Nó không chỉ giới hạn trong cuộc sống thông minh, nhưng khám phá mọi loại cuộc sống có thể có.

Lịch sử sinh vật học chiêm tinh

Lịch sử của thiên văn học có lẽ bắt nguồn từ sự khởi đầu của loài người với tư cách là một loài và khả năng tự vấn về vũ trụ và sự sống trên hành tinh của chúng ta. Từ đó nảy sinh ra những khải tượng và giải thích đầu tiên vẫn còn tồn tại trong thần thoại của nhiều dân tộc ngày nay.

Tầm nhìn của Aristotle

Tầm nhìn của Aristotle coi Mặt trời, Mặt trăng, phần còn lại của các hành tinh và ngôi sao, là những quả cầu hoàn hảo quay quanh chúng ta, tạo thành những vòng tròn đồng tâm xung quanh chúng ta.

Tầm nhìn này đã tạo thành mô hình địa tâm của vũ trụ và là quan niệm đánh dấu loài người trong thời Trung cổ. Có lẽ không thể có ý nghĩa vào thời điểm đó, câu hỏi về sự tồn tại của "cư dân" bên ngoài hành tinh của chúng ta.

Cảnh Copernicus

Vào thời Trung cổ, Nicolás Copernicus đã đề xuất mô hình nhật tâm của mình, trong đó đặt Trái đất như một hành tinh nữa, quay xung quanh mặt trời.

Cách tiếp cận này đã tác động sâu sắc đến cách chúng ta nhìn phần còn lại của vũ trụ và thậm chí là nhìn vào bản thân mình, vì nó đặt chúng ta vào một nơi có lẽ không "đặc biệt" như chúng ta đã nghĩ. Sau đó là khả năng tồn tại của các hành tinh khác tương tự như của chúng ta và cùng với đó là sự sống khác với hành tinh mà chúng ta biết.

Hình 2. Hệ thống nhật tâm của Copernicus. Nguồn: Miền công cộng, qua Wikimedia Commons

Những ý tưởng đầu tiên về sự sống ngoài Trái đất

Nhà văn và nhà triết học người Pháp, Bernard le Bovier de Fontenelle, vào cuối thế kỷ 17 đã đề xuất rằng sự sống có thể tồn tại trên các hành tinh khác.

Vào giữa thế kỷ 18, nhiều học giả liên quan đến Khai sáng đã viết về sự sống ngoài Trái đất. Ngay cả các nhà thiên văn học hàng đầu thời đó như Wright, Kant, Lambert và Herschel, cũng cho rằng các hành tinh, mặt trăng và thậm chí cả sao chổi đều có thể có người ở.

Đây là cách mà thế kỷ 19 bắt đầu với phần lớn các nhà khoa học hàn lâm, triết gia và thần học, chia sẻ niềm tin về sự tồn tại của sự sống ngoài Trái đất trên hầu hết các hành tinh. Đây được coi là một giả định đúng đắn vào thời điểm đó, dựa trên sự hiểu biết khoa học ngày càng tăng về vũ trụ.

Sự khác biệt lớn giữa các thiên thể trong hệ mặt trời (về thành phần hóa học, bầu khí quyển, trọng lực, ánh sáng và nhiệt của chúng), đã bị bỏ qua.

Tuy nhiên, khi sức mạnh của kính thiên văn tăng lên và với sự ra đời của quang phổ, các nhà thiên văn học đã có thể bắt đầu hiểu được tính chất hóa học của bầu khí quyển hành tinh gần đó. Do đó, có thể loại trừ rằng các hành tinh lân cận là nơi sinh sống của các sinh vật tương tự như trên cạn.

Đối tượng nghiên cứu của thiên văn học

Astrobiology tập trung vào nghiên cứu các câu hỏi cơ bản sau:

• Cuộc sống là gì?
• Sự sống đã hình thành trên Trái đất như thế nào?
• Cuộc sống tiến hóa và phát triển như thế nào?
• Có sự sống ở nơi khác trong vũ trụ không?
• Tương lai của sự sống trên Trái đất và các nơi khác trong vũ trụ, nếu nó tồn tại?

Nhiều câu hỏi khác nảy sinh từ những câu hỏi này, tất cả đều liên quan đến đối tượng nghiên cứu của sinh học chiêm tinh.

Sao Hỏa như một hình mẫu để nghiên cứu và khám phá không gian

Hành tinh đỏ, sao Hỏa, là pháo đài cuối cùng của các giả thuyết về sự sống ngoài Trái đất trong hệ mặt trời. Ý tưởng về sự tồn tại của sự sống trên hành tinh này ban đầu xuất phát từ những quan sát của các nhà thiên văn học vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20.

Họ lập luận rằng các dấu vết trên bề mặt sao Hỏa thực sự là các kênh được xây dựng bởi một quần thể sinh vật thông minh. Những mẫu này hiện nay được coi là sản phẩm của gió.

Nhiệm vụ

Các tàu thăm dò không gian Mariner minh chứng cho thời đại không gian bắt đầu vào cuối những năm 1950. Thời đại này giúp nó có thể trực tiếp hình dung và kiểm tra bề mặt hành tinh và mặt trăng trong hệ mặt trời; do đó loại trừ tuyên bố về các dạng sống ngoài Trái đất đa tế bào và dễ nhận biết trong hệ Mặt trời.

Năm 1964, sứ mệnh Mariner 4 của NASA đã gửi những bức ảnh cận cảnh đầu tiên về bề mặt sao Hỏa, cho thấy một hành tinh về cơ bản là sa mạc.

Tuy nhiên, các sứ mệnh tiếp theo tới sao Hỏa và các hành tinh bên ngoài đã cho phép xem chi tiết các thiên thể đó và các mặt trăng của chúng, đặc biệt là trong trường hợp của sao Hỏa, hiểu được một phần lịch sử ban đầu của chúng.

Trong các môi trường ngoài Trái đất khác nhau, các nhà khoa học nhận thấy môi trường không khác nhiều so với môi trường có người sinh sống trên Trái đất.

Kết luận quan trọng nhất của các sứ mệnh không gian đầu tiên này là việc thay thế các giả định suy đoán bằng các bằng chứng hóa học và sinh học, cho phép nghiên cứu và phân tích nó một cách khách quan.

Có sự sống trên sao Hỏa không? Nhiệm vụ

Trong trường hợp đầu tiên, kết quả của các sứ mệnh Mariner ủng hộ giả thuyết về sự không tồn tại của sự sống trên sao Hỏa. Tuy nhiên, chúng ta phải xem xét rằng sự sống vĩ mô đang được tìm kiếm. Các nhiệm vụ tiếp theo đã đặt ra nghi ngờ về sự vắng mặt của sự sống vi mô.

Hình 3. Tàu thăm dò quỹ đạo và mặt đất của sứ mệnh Viking. Nguồn: Don Davis, qua Wikimedia Commons

Ví dụ, trong số ba thí nghiệm được thiết kế để phát hiện sự sống, được thực hiện bởi tàu thăm dò mặt đất của sứ mệnh Viking, hai thí nghiệm dương tính và một thí nghiệm tiêu cực.

Mặc dù vậy, hầu hết các nhà khoa học tham gia vào các thí nghiệm thăm dò Viking đều đồng ý rằng không có bằng chứng về sự sống của vi khuẩn trên sao Hỏa và kết quả chính thức là không thể thuyết phục.

Hình 4. Tàu thăm dò hạ cánh (Lander) của sứ mệnh Viking. Nguồn: NASA / JPL-Caltech / Đại học Arizona, qua Wikimedia Commons

Nhiệm vụ

Sau kết quả gây tranh cãi của các sứ mệnh Viking, Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) đã khởi động sứ mệnh Mars Express vào năm 2003, được thiết kế đặc biệt cho các nghiên cứu ngoại sinh vật và địa hóa.

Nhiệm vụ này bao gồm một tàu thăm dò mang tên Beagle 2 (đồng âm với con tàu nơi Charles Darwin đã du hành), được thiết kế để tìm kiếm các dấu hiệu của sự sống trên bề mặt nông của sao Hỏa.

Tàu thăm dò này không may bị mất liên lạc với Trái đất và không thể thực hiện sứ mệnh của mình một cách mỹ mãn. Số phận tương tự đã xảy ra với tàu thăm dò của NASA "Mars Polar Lander" vào năm 1999.

Sứ mệnh

Sau những nỗ lực thất bại này, vào tháng 5 năm 2008, sứ mệnh Phoenix của NASA đã đến được sao Hỏa, thu được kết quả phi thường chỉ sau 5 tháng. Mục tiêu nghiên cứu chính của ông là ngoại sinh học, khí hậu và địa chất.

Cuộc thăm dò này đã có thể chứng minh sự tồn tại của:

• Tuyết rơi trong bầu khí quyển của sao Hỏa.
• Nước ở dạng băng dưới các lớp trên của hành tinh này.
• Đất cơ bản có độ pH từ 8 đến 9 (ít nhất là ở khu vực gần gốc).
• Nước lỏng trên bề mặt sao Hỏa trong quá khứ

Cuộc thám hiểm sao Hỏa vẫn tiếp tục

Ngày nay, công việc thám hiểm sao Hỏa vẫn tiếp tục, với các công cụ robot công nghệ cao. Các sứ mệnh Rovers (MER-A và MER-B) đã cung cấp bằng chứng ấn tượng rằng có hoạt động của nước trên sao Hỏa.

Ví dụ, bằng chứng về nước ngọt, suối nước sôi, bầu khí quyển dày đặc và chu trình nước hoạt động đã được tìm thấy.

Hình 5. Bản vẽ Rover MER-B (Cơ hội) trên bề mặt Sao Hỏa. Nguồn: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, qua Wikimedia Commons

Trên sao Hỏa, người ta đã thu được bằng chứng cho thấy một số loại đá đã được tạo thành khi có nước lỏng, chẳng hạn như Jarosite, được phát hiện bởi MER-B (Opportunity) Rover, hoạt động từ năm 2004 đến 2018.

Rover MER-A (Curiosity) đã đo sự dao động theo mùa của khí mê-tan, luôn liên quan đến hoạt động sinh học (dữ liệu được công bố vào năm 2018 trên tạp chí Khoa học). Ông cũng đã tìm ra các phân tử hữu cơ như thiophene, benzen, toluen, propan và butan.

Hình 6. Sự dao động theo mùa của mức mêtan trên sao Hỏa, được đo bằng tàu Rover MER-A (Curiosity). Nguồn: NASA / JPL-Caltech

Có nước trên sao Hỏa

Mặc dù bề mặt của sao Hỏa hiện tại là không sinh sống, nhưng có bằng chứng rõ ràng rằng trong quá khứ xa xôi, khí hậu sao Hỏa cho phép nước lỏng, một thành phần thiết yếu cho sự sống như chúng ta biết, tích tụ trên bề mặt.

Dữ liệu của Rover MER-A (Curiosity) tiết lộ rằng hàng tỷ năm trước, một hồ nước trong miệng núi lửa Gale chứa tất cả các thành phần cần thiết cho sự sống, bao gồm các thành phần hóa học và nguồn năng lượng.

Thiên thạch sao Hỏa

Một số nhà nghiên cứu coi các thiên thạch trên sao Hỏa là nguồn thông tin tốt về hành tinh, thậm chí còn cho rằng chúng chứa các phân tử hữu cơ tự nhiên và thậm chí là vi khuẩn. Những cách tiếp cận này là chủ đề của cuộc tranh luận khoa học.

Hình 7. Hình ảnh hiển vi của cấu trúc bên trong của thiên thạch ALH84001, cho thấy các cấu trúc tương tự như trực khuẩn. Nguồn: NASA, qua Wikimedia Commons

Những thiên thạch này từ sao Hỏa rất hiếm và là mẫu vật duy nhất có thể phân tích trực tiếp của hành tinh đỏ.

Panspermia, thiên thạch và sao chổi

Một trong những giả thuyết ủng hộ việc nghiên cứu thiên thạch (và cả sao chổi), được gọi là panspermia. Điều này bao gồm giả định rằng trong quá khứ đã xảy ra quá trình thuộc địa hóa Trái đất do các vi sinh vật đến bên trong các thiên thạch này.

Ngày nay cũng có những giả thuyết cho rằng nước trên cạn đến từ các sao chổi đã bắn phá hành tinh của chúng ta trong quá khứ. Ngoài ra, người ta tin rằng những sao chổi này có thể mang theo các phân tử nguyên thủy, cho phép phát triển sự sống hoặc thậm chí là sự sống đã phát triển bên trong chúng.

Gần đây, vào tháng 9 năm 2017, Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) đã hoàn thành xuất sắc sứ mệnh Rosseta, được phóng vào năm 2004. Nhiệm vụ này bao gồm việc thăm dò sao chổi 67P / Churyumov-Gerasimenko bằng tàu thăm dò Philae đã tiếp cận và quay quanh nó, để sau đó giảm dần. Kết quả của nhiệm vụ này vẫn đang được nghiên cứu.

Tầm quan trọng của sinh học chiêm tinh

Nghịch lý Fermi

Có thể nói, câu hỏi ban đầu thúc đẩy việc nghiên cứu Aastrobiology là: Liệu chúng ta có đơn độc trong vũ trụ?

Chỉ riêng trong Dải Ngân hà đã có hàng trăm tỷ hệ thống sao. Thực tế này, cùng với tuổi của vũ trụ, cho thấy rằng sự sống nên là một hiện tượng phổ biến trong thiên hà của chúng ta.

Xung quanh chủ đề này, câu hỏi mà nhà vật lý từng đoạt giải Nobel Enrico Fermi đặt ra: "Mọi người ở đâu?", Câu hỏi mà ông đặt ra trong bối cảnh một bữa ăn trưa, nơi mà thực tế là thiên hà nên đầy ắp được thảo luận. của cuộc sống.

Câu hỏi cuối cùng dẫn đến Nghịch lý mang tên ông và được phát biểu theo cách sau:

Chương trình SETI và Tìm kiếm Trí thông minh Ngoài Trái đất

Một câu trả lời khả dĩ cho nghịch lý Fermi có thể là những nền văn minh mà chúng ta nghĩ đến thực sự có ở đó, nhưng chúng ta chưa tìm kiếm chúng.

Năm 1960, Frank Drake cùng với các nhà thiên văn học khác bắt đầu chương trình Tìm kiếm Trí thông minh Ngoài Trái đất (SETI).

Chương trình này đã có những nỗ lực chung với NASA, trong việc tìm kiếm các dấu hiệu của sự sống ngoài Trái đất, chẳng hạn như tín hiệu vô tuyến và vi sóng. Những câu hỏi về việc tìm kiếm những dấu hiệu này như thế nào và ở đâu đã dẫn đến những tiến bộ vượt bậc trong nhiều ngành khoa học.

Hình 8. Kính thiên văn vô tuyến được SETI sử dụng ở Arecibo, Puerto Rico. Nguồn: JidoBG, từ Wikimedia Commons

Năm 1993, Quốc hội Hoa Kỳ đã hủy bỏ tài trợ cho NASA vì mục đích này, do nhận thức sai lầm về ý nghĩa của cuộc tìm kiếm. Ngày nay, dự án SETI được tài trợ bởi các quỹ tư nhân.

Dự án SETI thậm chí còn tạo ra những bộ phim Hollywood, chẳng hạn như Contact, với sự tham gia của nữ diễn viên Jodie Foster và lấy cảm hứng từ cuốn tiểu thuyết cùng tên do nhà thiên văn học nổi tiếng thế giới Carl Sagan viết.

Phương trình Drake

Frank Drake đã ước tính số lượng nền văn minh có kỹ năng giao tiếp, sử dụng biểu thức mang tên ông:

N = R * xf _p xn _e xf _l xf _i xf _c x L

Trong đó N đại diện cho số lượng nền văn minh có khả năng giao tiếp với Trái đất và được biểu thị dưới dạng hàm của các biến khác như:

• R *: tỷ lệ hình thành các ngôi sao tương tự như mặt trời của chúng ta
• f _p : phần nhỏ của các hệ sao này với các hành tinh
• n _e : số lượng hành tinh giống Trái đất trên mỗi hệ hành tinh
• f _l : phần nhỏ của những hành tinh này nơi sự sống phát triển
• f _i : phần mà trí thông minh phát sinh
• f _c : phần nhỏ của các hành tinh phù hợp với giao tiếp
• L: tuổi thọ "tuổi thọ" của các nền văn minh này.

Drake đã xây dựng phương trình này như một công cụ để "kích thước" vấn đề, chứ không phải là một yếu tố để đưa ra các ước tính cụ thể, vì nhiều thuật ngữ của nó cực kỳ khó ước lượng. Tuy nhiên, có sự đồng thuận rằng số lượng nó có xu hướng ném ra là lớn.

Các tình huống mới

Chúng ta cần lưu ý rằng khi phương trình Drake được xây dựng, có rất ít bằng chứng về các hành tinh và mặt trăng bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta (hành tinh ngoại). Đó là vào những năm 1990, bằng chứng đầu tiên về các hành tinh ngoài hành tinh đã xuất hiện.

Hình 9. Kính thiên văn Kepler. Nguồn: NASA, qua Wikimedia Commons

Ví dụ, sứ mệnh Kepler của NASA đã phát hiện ra 3.538 ứng cử viên ngoại hành tinh, trong đó có ít nhất 1.000 ứng viên được coi là nằm trong "vùng sinh sống" của hệ đang được xem xét (khoảng cách cho phép tồn tại nước lỏng).

Sinh vật học thiên văn và khám phá tận cùng Trái đất

Một trong những giá trị của sinh học chiêm tinh là nó đã truyền cảm hứng, ở một mức độ lớn, mong muốn khám phá hành tinh của chúng ta. Điều này với hy vọng hiểu được bằng cách loại suy vận hành của cuộc sống trong các môi trường khác.

Ví dụ, việc nghiên cứu các miệng phun thủy nhiệt dưới đáy đại dương đã cho phép chúng ta lần đầu tiên quan sát thấy sự sống không gắn liền với quá trình quang hợp. Đó là, những nghiên cứu này đã cho chúng ta thấy rằng có thể có những hệ thống mà sự sống không phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời, vốn luôn được coi là một yêu cầu tất yếu.

Điều này cho phép chúng ta giả định các kịch bản có thể xảy ra đối với sự sống trên các hành tinh nơi có thể tìm thấy nước lỏng, nhưng dưới lớp băng dày, ngăn cản sự xuất hiện của ánh sáng đối với các sinh vật.

Một ví dụ khác là nghiên cứu các thung lũng khô hạn ở Nam Cực. Ở đó, họ đã thu được vi khuẩn quang hợp sống sót được trú ẩn bên trong đá (vi khuẩn nội phân tử).

Trong trường hợp này, tảng đá vừa đóng vai trò là điểm tựa vừa là vật bảo vệ khỏi những điều kiện bất lợi của nơi này. Chiến lược này cũng đã được phát hiện ở các bãi muối và suối nước nóng.

Hình 10. Thung lũng khô McMurdo ở Nam Cực, một trong những nơi trên Trái đất giống với sao Hỏa nhất. Nguồn: Bộ Ngoại giao Hoa Kỳ từ Hoa Kỳ, qua Wikimedia Commons

Quan điểm sinh vật học thiên văn

Cuộc tìm kiếm khoa học về sự sống ngoài Trái đất cho đến nay vẫn chưa thành công. Nhưng nó ngày càng trở nên phức tạp hơn khi nghiên cứu sinh vật học thiên văn tạo ra những hiểu biết mới. Thập kỷ tiếp theo của khám phá sinh học thiên văn sẽ thấy:

• Những nỗ lực lớn hơn để khám phá Sao Hỏa và các mặt trăng băng giá của Sao Mộc và Sao Thổ.
• Một khả năng chưa từng có để quan sát và phân tích các hành tinh ngoài hệ mặt trời.
• Tiềm năng lớn hơn để thiết kế và nghiên cứu các dạng sống đơn giản hơn trong phòng thí nghiệm.

Tất cả những tiến bộ này chắc chắn sẽ làm tăng khả năng chúng ta tìm thấy sự sống trên các hành tinh giống Trái đất. Nhưng có lẽ, sự sống ngoài trái đất không tồn tại hoặc phân tán khắp thiên hà đến nỗi chúng ta gần như không có cơ hội tìm thấy.

Ngay cả khi kịch bản sau là đúng, nghiên cứu về sinh vật học thiên văn ngày càng mở rộng quan điểm của chúng ta về sự sống trên Trái đất và vị trí của nó trong vũ trụ.

Người giới thiệu

1. Chela-Flores, J. (1985). Tiến hóa như một hiện tượng tập thể. Tạp chí Sinh học Lý thuyết, 117 (1), 107-118. doi: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
2. Eigenbrode, JL, Lệnh triệu tập, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R.,… Coll, P. (2018). Chất hữu cơ được bảo quản trong đá bùn 3 tỷ năm tuổi tại miệng núi lửa Gale, sao Hỏa. Khoa học, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
3. Goldman, AD (2015). Sinh vật học thiên văn: Tổng quan. Trong: Kolb, Vera (eds). ASTROBIOLOGY: Một phương pháp tiếp cận tiến hóa CRC Press
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Gần đến giới hạn khô cằn lạnh giá của đời sống vi sinh vật trong lớp băng vĩnh cửu của một thung lũng khô phía trên, Nam Cực. Tạp chí ISME, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Krasnopolsky, VA (2006). Một số vấn đề liên quan đến nguồn gốc của khí mêtan trên sao Hỏa. Icarus, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, GV & STRAAT, PA (1976). Thí nghiệm sinh học phóng thích được gắn nhãn Viking: Kết quả tạm thời. Khoa học, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / science.194.4271.1322
7. Ten Kate, IL (2018). Các phân tử hữu cơ trên sao Hỏa. Khoa học, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10.1126 / science.aat2662
8. Webster, CR, Mahaffy, PR, Atreya, SK, Moores, JE, Flesch, GJ, Malespin, C.,… Vasavada, AR (2018). Mức khí mêtan trong bầu khí quyển của sao Hỏa cho thấy sự thay đổi mạnh mẽ theo mùa. Khoa học, 360 (6393), 1093-1096. doi: 10.1126 / science.aaq0131
9. Whiteway, JA, Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J.,… Smith, PH (2009). Mây nước-băng trên sao Hỏa và lượng mưa. Khoa học, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / khoa hoc.1172344