Thuộc loạt bài Lịch sử khoa học viễn tưởng.
Tóm tắt trong năm phút
Terraforming nghĩa là định hình lại một hành tinh để con người có thể sống trên bề mặt giữa không khí thoáng. Từ này ghép từ tiếng Latin terra (“đất”, “Trái Đất”) với “forming” (“tạo hình”), nên nghĩa đen là “làm cho giống Trái Đất”. Trên thực tế, việc này đồng nghĩa với làm ấm bề mặt, làm dày bầu khí quyển, đưa nước lỏng trở lại và cuối cùng mới là bổ sung oxy có thể thở được.
Sao Hỏa là mục tiêu quen thuộc, và “cải tạo sao Hỏa” cũng là cụm từ nhiều người gõ vào ô tìm kiếm nhất. Hành tinh này lạnh, khô và chỉ có khoảng 38 phần trăm lực hấp dẫn của Trái Đất. Tuy nhiên, một ngày trên đó dài khoảng 24 giờ 37 phút, gần bằng ngày của chúng ta, và nó có băng ở hai cực lẫn dưới lòng đất. Sao Kim là ứng viên còn lại, với vấn đề ngược lại: quá nóng và bầu khí quyển dày đến mức nghiền nát.
Tình hình thực tế như sau. Chưa ai cải tạo được bất cứ thứ gì, và không cơ quan vũ trụ nào có chương trình terraforming. Hiện chỉ có các phép tính, vài thí nghiệm nhỏ và rất nhiều tiểu thuyết. Bài viết này tách bạch ba thứ đó.
Thuật ngữ “terraforming” bắt nguồn từ đâu
Từ này do một nhà văn đặt ra, không phải nhà khoa học. Jack Williamson dùng “terraforming” trong truyện ngắn “Collision Orbit”, đăng trên tạp chí Astounding Science-Fiction năm 1942 dưới bút danh Will Stewart. Khi ấy ông viết truyện phiêu lưu giải trí và không hề biết mình vừa đặt tên cho một lĩnh vực nghiên cứu.
Phần khoa học đến sau. Năm 1961, nhà thiên văn Carl Sagan đề xuất trên tạp chí Science rằng vi sinh vật thả vào các đám mây của sao Kim có thể phân hủy carbon dioxide và làm hành tinh nguội đi. Các tàu thăm dò sau đó cho thấy sao Kim khắc nghiệt hơn Sagan tưởng, nhưng ý tưởng kỹ thuật hóa cả một thế giới đã đi vào các cuộc thảo luận nghiêm túc. Năm 1973, Sagan chuyển sang sao Hỏa và viết về việc làm ấm băng ở hai cực. Năm 1993, Christopher McKay và Robert Zubrin công bố bản phân tích về công nghệ sao Hỏa cần đến, và năm 1995 cuốn Terraforming: Engineering Planetary Environments của Martyn Fogg đã hệ thống hóa lĩnh vực này. Trong khoảng nửa thế kỷ, một từ của tạp chí truyện giải trí đã trở thành đề tài nghiên cứu.
Về lý thuyết, cải tạo sao Hỏa sẽ diễn ra thế nào
Các nhà nghiên cứu thường mô tả kế hoạch gồm bốn giai đoạn, và thứ tự rất quan trọng.
- Làm ấm hành tinh. Nhiệt độ trung bình trên sao Hỏa vào khoảng âm 60 °C. Các đề xuất gồm gương quỹ đạo hội tụ ánh sáng Mặt Trời, rải bụi sẫm màu lên các chỏm băng cực để chúng hấp thụ nhiệt, và xây nhà máy thải khí nhà kính mạnh.
- Làm dày bầu khí quyển. Khí quyển sao Hỏa chủ yếu là carbon dioxide, với áp suất chỉ khoảng 0,6 phần trăm áp suất bề mặt Trái Đất. Khi hành tinh ấm lên, carbon dioxide đóng băng ở các cực và nằm trong đất sẽ được giải phóng, làm hành tinh ấm thêm. Vòng phản hồi này là cốt lõi của hầu hết các kế hoạch.
- Đưa nước trở lại. Khi nhiệt độ tăng, băng tan và nước lỏng có thể tụ lại trên bề mặt.
- Bổ sung oxy. Thực vật và vi sinh vật, có thể là loại được biến đổi gen, sẽ từ từ biến carbon dioxide thành oxy. Trên Trái Đất, quá trình này mất hàng tỷ năm. Dù có hỗ trợ, đây vẫn được dự đoán là giai đoạn chậm nhất.
Điều này giải thích một bất ngờ thường gặp: một sao Hỏa ấm và có nước vẫn sẽ có không khí mà con người không thở được. Đi ra ngoài mà không đeo mặt nạ là bước cuối cùng, không phải bước đầu.
Khoa học thực tế: điều đã biết và chưa biết
Có thể không đủ carbon dioxide
Năm 2018, Bruce Jakosky và Christopher Edwards đã tính lượng carbon dioxide dự trữ trong các chỏm băng cực, đất và khoáng vật của sao Hỏa, rồi công bố kết quả trên tạp chí Nature Astronomy. Ngay cả khi giải phóng được toàn bộ, áp suất vẫn thấp hơn nhiều so với một phần mười áp suất Trái Đất, và phần lớn lượng này rất khó lấy ra. Kết luận của họ là không thể cải tạo sao Hỏa bằng công nghệ hiện có hoặc công nghệ có thể thấy trước trong tương lai gần.
Từ trường và bức xạ
Sao Hỏa không có từ trường toàn cầu như Trái Đất. Gió Mặt Trời đã thổi bay một phần khí quyển của nó suốt hàng tỷ năm, và tàu quỹ đạo MAVEN của NASA đã đo được sự mất mát này. Tuy nhiên, tốc độ mất khá chậm, nên một bầu khí quyển dày hơn có thể tồn tại lâu. Năm 2017, nhà khoa học Jim Green của NASA đề xuất đặt một lá chắn từ trường giữa sao Hỏa và Mặt Trời. Tính khả thi của ý tưởng này vẫn còn tranh luận. Đất sao Hỏa cũng chứa perchlorate là chất độc, nên không thể đơn giản dùng làm đất canh tác.
Tạo oxy: một bước nhỏ đầu tiên
Tháng 4 năm 2021, thiết bị MOXIE trên xe tự hành Perseverance đã tạo ra oxy từ carbon dioxide của sao Hỏa. Lần chạy đầu cho khoảng 5 gam, đủ cho một phi hành gia thở trong chừng mười phút. Điều này chứng minh một kỹ thuật có tác dụng, nhưng còn xa mới đạt quy mô thay đổi cả một hành tinh.
Sao Kim
Bề mặt sao Kim nóng khoảng 465 °C và áp suất gấp khoảng 90 lần Trái Đất. Các ý tưởng gồm tấm chắn nắng khổng lồ và loại bỏ phần lớn bầu khí quyển, nhưng quy mô là quá lớn. Một đề xuất khiêm tốn hơn nhận thấy ở độ cao khoảng 50 km trong các tầng mây, áp suất và nhiệt độ dễ chịu hơn nhiều, và gợi ý xây các khu cư trú bay lơ lửng ở đó.
Sống được mà không đổi cả hành tinh
Một hướng khác, đôi khi gọi là paraterraforming, bỏ qua việc thay đổi toàn hành tinh. Người ta xây các mái vòm kín hoặc dùng ống dung nham dưới lòng đất làm không gian sống. Cách này thực tế hơn nhiều so với việc xây lại cả bầu khí quyển.
Thời gian và đạo đức
Ước tính thời gian để cải tạo hoàn toàn dao động từ vài thế kỷ đến nhiều nghìn năm, và chưa có con số thống nhất. Cũng có một câu hỏi đạo đức: nếu sao Hỏa có vi sinh vật bản địa, việc thay đổi môi trường có thể hủy diệt chúng, và đó là lý do các quy tắc bảo vệ hành tinh có ý nghĩa.
Terraforming trong tiểu thuyết
Tiểu thuyết đã đi trước. Truyện của Williamson cho chúng ta thuật ngữ này. The Sands of Mars (1951) của Arthur C. Clarke hình dung một khu định cư, nơi kế hoạch biến mặt trăng Phobos thành một “Mặt Trời nhỏ” thứ hai là một phần của việc làm sao Hỏa ấm lên. The Big Rain (1954) của Poul Anderson nói về việc cải tạo sao Kim. Dune (1965) của Frank Herbert cho thấy một dự án dài hơi nhằm biến hành tinh sa mạc Arrakis thành xanh tươi, cùng cái giá phải trả.
Tác phẩm chi tiết nhất là bộ ba tiểu thuyết về sao Hỏa của Kim Stanley Robinson: Red Mars (1992), Green Mars (1993) và Blue Mars (1996). Bộ truyện theo chân những người định cư qua nhiều thế hệ, với phần kỹ thuật được mô tả rất cụ thể. Nó cũng tranh luận về chính lựa chọn này, khi các nhân vật chia thành hai phe: người muốn biến đổi sao Hỏa và người muốn giữ nguyên. Thuật ngữ này thậm chí đã đến với văn hóa đại chúng Nhật Bản, là gốc của tên bộ manga Terra Formars.
Những hiểu lầm phổ biến
- “Cứ ném bom hạt nhân vào hai cực.” Đây là ý tưởng nổi tiếng, nhưng phép tính năm 2018 cho thấy lượng carbon dioxide nằm trong băng và đất không đủ để cách này hiệu quả.
- “Terraforming biến hành tinh thành bản sao Trái Đất.” Các kế hoạch được chia theo giai đoạn. Kết quả đầu tiên sẽ là một hành tinh ấm hơn, ẩm hơn, có vi sinh vật hoặc thực vật, chứ không phải bản sao của Trái Đất.
- “The Martian nói về terraforming.” Tiểu thuyết của Andy Weir kể về một phi hành gia sống sót trên một sao Hỏa không hề thay đổi. Nó không biến đổi hành tinh.
- “Chúng ta đang terraforming Trái Đất.” Đôi khi người ta gọi biến đổi khí hậu là terraforming vô tình. Đó là một hình ảnh ẩn dụ, không phải kế hoạch, vì không ai lái nó đến một mục tiêu.
- “Chỉ là chuyện tiền bạc.” Nghiên cứu năm 2018 chỉ ra việc thiếu nguyên liệu, không phải thiếu kinh phí.
Đọc tiếp
- Thang máy vũ trụ: mọi dự án lớn ngoài Trái Đất đều cần cách rẻ hơn để đưa vật liệu thoát khỏi trọng lực Trái Đất, và đây là ý tưởng nổi tiếng nhất cho việc đó.
- Lịch sử khoa học viễn tưởng: trang tổng hợp của loạt bài này, cho thấy Williamson, Clarke, Herbert và Robinson đứng ở đâu trong câu chuyện của thể loại.
