Nửa đầu năm nay, chúng ta biết thêm gì về Trái đất và các Vì sao?

Kể từ khi Kính thiên văn không gian James Webb (JWST) được phóng vào quỹ đạo, con người đã được mở rộng tầm mắt và suy tư về vũ trụ của chúng ta. Là "kính thiên văn vũ trụ mạnh nhất trong lịch sử," JWST có thể thu được những ánh sáng cổ xưa nhất của vũ trụ, đã du hành hơn 13 tỷ năm trong không gian cho đến khi đến được với con người. Kết quả của những quan sát này giúp chất vấn những lý thuyết vũ trụ học hiện tại về sự hình thành và tốc độ giãn nở của vũ trụ.

Bên cạnh những thành tựu lịch sử của JWST giúp khuấy động niềm quan tâm của công chúng với khoa học vũ trụ, với lịch sử hình thành của thế giới vật chất từ khởi nguyên cho đến khi có con người, trong nửa năm trở lại đây, các nghiên cứu đến từ nhiều ngành khoa học tự nhiên khác vừa mở rộng biên giới hiểu biết, vừa cho ta những cảnh báo đáng sợ.

1. Hồ nước đánh dấu Thế nhân sinh

Ngay hôm 11/7, một nhóm các nhà địa chất học và khoa học Trái đất đã công bố những bằng chứng rõ ràng nhất về tác động của nhân loại đến hành tinh xanh nằm ở hồ Crawford - Milton, Ontario. Nhấn mạnh vào cách hoạt động của con người đã tạo ra một chương mới trong lịch sử địa chất của Trái đất, các nhà nhân văn có đồng thuận lớn về thế Nhân sinh (Anthropocene), hay kỷ nguyên của loài người. Nhưng phải cho đến khám phá của nhóm nghiên cứu về hồ Crawford, chúng ta mới có thể xác định liệu con người có biến đổi hành tinh đủ để tạo ra một thế mới trong thời gian địa chất hay không.

Trầm tích nhiều lớp dưới hồ chứa thông tin nhiều triệu năm về lịch sử môi trường, bao gồm cả tác động nhân tạo bắt đầu từ khoảng giữa thế kỷ 20. Từ khoảng thời điểm đó, hoạt động đốt nhiên liệu hoá thạch, thử nhiệm vũ khí hạt nhân, chặt phá rừng và phát triển thương mại toàn cầu đã để lại những tác động không thể xoá nhoà tới lịch sử địa chất của hành tinh.

Theo trưởng nhóm nghiên cứu hồ Crawford, giáo sư Francine McCarthy - khoa Khoa học Trái đất thuộc trường Đại học Brock, Canada - hồ Crawford có những đặc điểm thú vị giúp bảo quản một cách tuyệt vời các thành phần ở trong lòng nó, và không làm mọi thứ bị xáo trộn. Ngoài bụi phóng xạ, hồ còn chứa dấu hiệu của ô nhiễm công nghiệp, sự tuyệt chủng của các loài và biến đổi khí hậu toàn cầu. Có thể nói, hồ Crawford là nơi tốt nhất để chứng minh sự tồn tại của Thế nhân sinh.

Nhưng để thêm Thế nhân sinh vào niên đại 4,6 tỷ năm của Trái đất, cần có sự xem xét của cộng đồng địa chất học. Một số lo ngại khi xác định giữa thế kỷ 20 là khởi đầu của Thế nhân sinh là nó có thể làm cho người ta xem nhẹ những tác động của con người trước thời gian đó. Hay việc Thế nhân sinh đang được cho rằng là hậu quả của hoạt động của toàn bộ nhân loại, trong khi chỉ có một thiểu số của loài người gây ra những tác động tiêu cực như vậy đến Trái đất.

2. Các hệ sinh thái chuyển dịch hoặc diệt vong nhanh hơn dự kiến

Đó là vấn đề được đặt ra trên một bài viết của tờ The Conversation, xuất phát từ kết quả của một nghiên cứu được đăng trên tạp chí Nature Sustainability. Các khu rừng nhiệt đới đang trở thành xa van và đất nông nghiệp, xa van thì đang khô dần và biến thành sa mạc, các lãnh nguyên băng giá thì đang tan chảy... Sự thay đổi này đang được ghi nhận ở trên 20 hệ sinh thái khác nhau. Trên toàn thế giới, hơn 20% hệ sinh thái đang có nguy cơ chuyển dịch hoặc suy tàn thành một chế độ khác.

Khi những áp lực do hoạt động của con người tạo ra kết hợp với sự gia tăng của thời tiết khắc nghiệt do biến đổi khí hậu, thời gian dẫn tới ngày mà điểm tới hạn bị vượt qua có thể sẽ được đẩy nhanh tới 80%, theo The Conversation. Điều thực sự đáng lo ngại là các hiện tượng khí hậu cực đoan có thể ảnh hưởng đến các hệ sinh thái vốn đã bị "căng thẳng," từ đó chuyển những áp lực mới sang một số hệ sinh thái khác. Một hệ sinh thái sụp đổ có thể có tác động dây chuyền đến các hệ sinh thái lân cận thông qua các vòng phản hồi liên tiếp - một kịch bản "vòng lặp diệt vong sinh thái" (Ecological doom-loops) với những hậu quả thảm khốc.

3. Các hành tinh giống Trái đất phổ biến hơn ta nghĩ 100 lần

Chứng minh được sự tồn tại của Thế nhân sinh và nhận ra các hậu quả của "vòng lặp diệt vong sinh thái" có thể khiến con người có ý thức trong việc khai thác thiên nhiên. Hoặc họ có thể nhìn lên bầu trời đêm và tìm kiếm cách hành tinh có thể có các điều kiện sinh tồn giống Trái đất. Còn rất lâu nữa, các cuộc di cư ra ngoài không gian mới có thể trở thành hiện thực, song số lượng các ngoại hành tinh giống với Trái đất có thể nhiều hơn ta tưởng, theo một nghiên cứu về nước thể lỏng trên các ngoại hành tinh lạnh được công bố gần đây.

Theo tiến sĩ Lujendra Ojha, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, trước đây người ta ước tính rằng cứ trong 100 ngôi sao thì sẽ có một hành tinh đá tồn tại nước ở thể lỏng. Nhưng theo mô hình mới, với điều kiện phù hợp, tỉ lệ có thể là gần 1 hành tinh trên mỗi ngôi sao sẽ tồn tại nước ở thể lỏng. Như vậy các hành tinh giống Trái đất có thể phổ biến hơn ta nghĩ 100 lần.

Các ngoại hành tinh giống trái đất (các hành tinh quay quanh các ngôi sao khác ngoài Mặt trời của chúng ta) có đại dương, hồ và sông được cho là khó xảy ra, nhưng công trình nghiên cứu cho thấy nhiều ngôi sao sẽ chứa các điều kiện địa chất phù hợp để có nước lỏng dưới bề mặt hành tinh.

4. Phát hiện sóng hấp dẫn dài hàng nghìn tỷ km

Các công cụ khoa học tân tiến dẫn tới những phát hiện ngày càng xa hơn so với hành tinh của chúng ta. Cuối tháng 6 năm nay, National Geographic đưa tin đài quan sát Sóng hấp dẫn Nanohertz Bắc Mỹ (NANOGrav) đã phát hiện sóng hấp dẫn khổng lồ đến từ hố đen siêu khối lượng sáp nhập, mỗi hố đen lớn gấp hàng tỷ lần Mặt Trời.

Khi bất kỳ vật thể nào có khối lượng tăng tốc, nó tạo ra biến dạng gọi là sóng hấp dẫn di chuyển ở vận tốc ánh sáng, kéo căng và đè ép không-thời gian (spacetime) dọc đường đi. Sóng hấp dẫn được dự đoán bởi Albert Einstein năm 1916. Các nhà khoa học phát hiện bằng chứng đầu tiên của sóng hấp dẫn với Đài quan trắc sóng hấp dẫn bằng giao thoa kế laser (LIGO) năm 2015.

Những phát hiện về sóng hấp dẫn cho ta biết nhiều hơn về bản chất của không gian. Nhà vật lý học cổ điển Isaac Newton hình dung không gian chỉ là một nền tảng thụ động, vĩnh cửu và bất biến. Mọi sự kiện diễn ra trong không gian không hề ảnh hưởng tới nó. Ngược lại, không gian cũng không tác động lại bất kỳ sự kiện nào. Quỹ đạo chuyển động của các thiên thể trong không gian đó được quy định bởi lực hấp dẫn - là lực hút được tạo ra giữa hai thiên thể có khối lượng.

Với thuyết tương đối rộng, Albert Einstein trình bày một kiến giải khác về lực hấp dẫn. Vào năm 1916, ông nói những tác động hấp dẫn có được là do không-thời gian bị uốn cong. Nói cách khác, không gian không hề bất biến mà giống như một tấm vải mềm được căng ra các phía. Và các hành tinh trong không gian sẽ tạo nên các vết lõm xung quanh nó. Điều đó có nghĩa, một đối tượng di chuyển trong không gian - thời gian, nó phải tạo ra những gợn sóng biến dạng lăn tăn của không thời gian. Người ta gọi đây là sóng hấp dẫn.

5. Kính James Webb phát hiện hố đen già nhất còn hoạt động

Vào ngày 10/7 vừa qua, kính James Webb đã phát hiện hố đen siêu khối lượng đang hoạt động ở vị trí xa nhất từng ghi nhận, theo Live Science. Đây là một trong những hố đen có nhỏ nhất tồn tại ở vũ trụ sơ khai, chỉ gấp khoảng 9 triệu lần khối lượng Mặt trời.

Hố đen này nằm ở thiên hà CEERS 1019, tồn tại từ khi vũ trụ mới khoảng 570 triệu năm tuổi. Ngày nay, vũ trụ được cho là khoảng 13,8 tỷ năm tuổi. Sự tồn tại của hố đen này là điều khó lý giải đối với các nhà nghiên cứu, do quá trình phát triển của các hố đen siêu khối lượng, dù bằng cách hợp nhất các hố đen hay nuốt chửng vật chất xung quanh, thường cần nhiều thời gian hơn mức 570 triệu năm.