Khám phá không gian và tìm kiếm sự sống ngoài trái đất luôn mê hoặc nhân loại. Trong nhiệm vụ này, các nhà khoa học đã xác định được sáu nguyên tố thiết yếu quan trọng cho sự sống như chúng ta hiểu: carbon, hydro, nitơ, oxy, lưu huỳnh và phốt pho.
Xem thêm: Bột sắt: Nguồn năng lượng cho du hành không gian.
Trong số các nguyên tố này, phốt pho đóng một vai trò quan trọng trong DNA, RNA, ATP và màng tế bào. Tuy nhiên, việc xác định mức độ phổ biến của nó trong vũ trụ và các vị trí tiềm năng của nó vẫn là một sự theo đuổi đầy thử thách.
Thật thú vị, một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nature đã làm sáng tỏ sự phong phú của phốt pho trong vũ trụ. Dữ liệu được thu thập từ sứ mệnh Cassini 2 của NASA đã tiết lộ rằng Enceladus, một trong những mặt trăng băng giá của Sao Thổ, sở hữu một lượng phốt pho dồi dào trong đại dương dưới bề mặt của nó.
Phát hiện đáng chú ý này không chỉ làm sâu sắc thêm hiểu biết của chúng ta về Enceladus mà còn thắp lên hy vọng về sự hiện diện của các điều kiện có thể ở được và có thể là sự sống ngoài trái đất.
Enceladus là gì và tại sao nó lại thú vị?
Enceladus là mặt trăng lớn thứ sáu của Sao Thổ, với đường kính khoảng 500 km. Nó có bề mặt sáng, trắng và băng giá, phản chiếu gần như toàn bộ ánh sáng mặt trời chiếu vào nó. Bên dưới lớp vỏ băng giá của nó là một đại dương chứa nước lỏng bao phủ lõi đá. Đại dương được giữ ấm nhờ lực thủy triều từ Sao Thổ và có thể nhờ hoạt động địa nhiệt trong lõi.
Enceladus còn được biết đến với những mạch nước phun ngoạn mục phun hơi nước và các hạt băng vào không gian từ các vết nứt gần cực nam của nó. Những đám mây này tạo thành một phần của vành đai E của Sao Thổ, một vành đai bụi và băng khuếch tán quay quanh hành tinh này. Tàu vũ trụ Cassini đã khám phá Sao Thổ và các mặt trăng của nó từ năm 2004 đến 2017, đã bay qua những đám khói này nhiều lần và phân tích thành phần của chúng bằng các thiết bị của nó.
Làm thế nào mà các nhà khoa học tìm thấy phốt pho trên Enceladus?
Một trong những thiết bị trên Cassini là Máy phân tích bụi vũ trụ (CDA), thiết bị đo khối lượng và tốc độ của các hạt bụi va vào tấm kim loại của nó. Bằng cách phân tích quang phổ của những tác động này, các nhà khoa học có thể suy ra thành phần hóa học của các loại hạt.
CDA đã phát hiện ra hàng trăm hạt băng có nguồn gốc từ đại dương của Enceladus và bị đẩy ra bởi các đám mây của nó. Trong số các loại nguyên tố, chín loại có khối lượng phân tử cho thấy có sự hiện diện của natri photphat. Đây là những muối có chứa các nguyên tử phốt pho và natri liên kết với nhau.
Để xác nhận phát hiện của họ, các nhà nghiên cứu đã thực hiện các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm để mô phỏng tác động của các hạt băng có chứa natri photphat lên một tấm kim loại. Họ phát hiện ra rằng quang phổ do các thí nghiệm này tạo ra khớp với quang phổ do Cassini ghi lại.
Tại sao phốt pho lại quan trọng đối với sự sống?
Phốt pho là một thành phần quan trọng cho sự sống vì nó tạo thành một phần của nhiều phân tử sinh học lưu trữ và truyền năng lượng, thông tin và cấu trúc. Ví dụ:
ADN và ARN là axit nuclêic lưu trữ thông tin di truyền và tổng hợp prôtêin. Chúng được tạo thành từ các nucleotide có chứa một nhóm phốt phát gắn với một loại đường và một bazơ nitơ.
ATP (adenosine triphosphate) là một phân tử đóng vai trò là nguồn năng lượng chính cho các tế bào sống. Nó bao gồm một bazơ adenine, một đường ribose và ba nhóm phốt phát. Khi một nhóm phốt phát bị phá vỡ, năng lượng được giải phóng và ATP trở thành ADP (adenosine diphosphate).
Màng tế bào là lớp mỏng ngăn cách bên trong và bên ngoài tế bào. Chúng bao gồm các phospholipid, có một đầu ưa nước (ưa nước) với nhóm phốt phát và hai đuôi kỵ nước (ghét nước) với các axit béo.
Phốt pho phổ biến như thế nào trong vũ trụ?
Phốt pho là một trong những nguyên tố ít phong phú nhất trong vũ trụ. Nó được hình thành bởi phản ứng tổng hợp hạt nhân trong các ngôi sao lớn và được giải phóng bởi các vụ nổ siêu tân tinh. Tuy nhiên, phần lớn nó vẫn bị khóa trong các hạt bụi hoặc đá khó hòa tan hoặc vận chuyển.
Trên trái đất, phốt pho chủ yếu được tìm thấy trong các khoáng chất phốt phát như apatit, tập trung trong đá trầm tích hoặc hòa tan trong nước biển. Chu trình phốt pho giữa các sinh vật sống và môi trường thông qua các quá trình sinh học như quang hợp, hô hấp và phân hủy.
Trên các hành tinh hoặc mặt trăng khác, phốt pho có thể khan hiếm hoặc không thể tiếp cận được đối với sự sống. Ví dụ, sao Hỏa có hàm lượng phốt pho thấp trong đất và bầu khí quyển. Europa, một mặt trăng băng giá khác có đại dương dưới bề mặt, có thể có lượng phốt pho hạn chế do đáy biển lạnh.