Cải tạo hành tinh (terraforming) là ý tưởng thay đổi khí quyển, nhiệt độ và bề mặt của một hành tinh khác để nó giống Trái Đất, đủ cho sinh vật Trái Đất, và xa hơn là con người, sống ngoài trời. Hiện nay đây vẫn là đề tài nghiên cứu lý thuyết: chưa có hành tinh nào được cải tạo, chưa có công nghệ nào làm được ở quy mô hành tinh, và các ước tính thời gian dao động từ hàng trăm tới hàng chục nghìn năm hoặc hơn. Sao Hoả là ứng viên được bàn nhiều nhất, sau đó là sao Kim.
Chữ "terraforming" từ đâu ra
Chữ này ra đời trong khoa học viễn tưởng: nhà văn Jack Williamson dùng nó trong truyện "Collision Orbit", đăng trên tạp chí Astounding năm 1942. Gốc từ là tiếng Latin terra (đất, Trái Đất) ghép với forming (tạo hình): "tạo cho giống Trái Đất". Trong tiếng Việt thường dịch là "cải tạo hành tinh" hoặc "địa cầu hoá".
Ý tưởng đi vào khoa học nghiêm túc năm 1961, khi Carl Sagan đăng bài "The Planet Venus" trên tạp chí Science, đề xuất gieo tảo lên mây sao Kim. Từ đó tới nay, đề tài này nằm ở giao điểm của khoa học hành tinh, khí quyển, sinh học và kỹ thuật.
Những cột mốc trong khoa học
- 1961: Carl Sagan, "The Planet Venus", Science — gieo tảo để hạ hiệu ứng nhà kính sao Kim.
- 1973: Sagan viết "Planetary Engineering on Mars" trên tạp chí Icarus, bàn việc làm tối chỏm băng cực sao Hoả để nó hấp thụ nhiệt, giải phóng CO₂.
- 1984: James Lovelock và Michael Allaby xuất bản sách "The Greening of Mars", kể theo lối giả tưởng nhưng dựa trên ý tưởng dùng khí CFC làm ấm sao Hoả.
- 1991: Christopher McKay, Owen Toon và James Kasting đăng "Making Mars habitable" trên Nature, phân tích một cách có hệ thống các bước và giới hạn.
- 1995: Martyn Fogg xuất bản "Terraforming: Engineering Planetary Environments", sách chuyên khảo đầu tiên về chủ đề.
- 2018: Bruce Jakosky và Christopher Edwards, Nature Astronomy: sao Hoả không có đủ CO₂ dễ giải phóng để tự làm dày khí quyển.
- 2019–2024: các nghiên cứu về cải tạo cục bộ (lớp aerogel silica) và làm ấm bằng hạt nano được công bố, chuyển hướng sang những cách ít tốn tài nguyên hơn.
Cải tạo hành tinh cần làm những gì
Nếu lấy Trái Đất làm đích, một hành tinh cần ít nhất:
- Áp suất đủ: để nước lỏng tồn tại và con người không cần đồ áp suất. Dưới khoảng 6,3 kPa (giới hạn Armstrong), nước trong cơ thể người sôi ở nhiệt độ cơ thể.
- Nhiệt độ phù hợp: trung bình trên điểm đóng băng của nước ở nhiều vùng.
- Thành phần khí thở được: đủ oxy, CO₂ thấp (CO₂ nhiều gây độc dù oxy đủ), có khí đệm như nitơ để giảm nguy cơ cháy nổ.
- Nước: lượng lớn, ở dạng lỏng.
- Che chắn bức xạ: tầng ozone chặn tia cực tím, khối khí dày giảm tia vũ trụ.
Mỗi hành tinh thiếu những thứ khác nhau. Sao Hoả thiếu áp suất, nhiệt và nitơ. Sao Kim thừa khí, thừa nhiệt, thiếu nước. Vì vậy chiến lược cho hai hành tinh gần như ngược nhau.
Ba mức tham vọng
| Mức | Mục tiêu | Ví dụ ý tưởng |
|---|---|---|
| Cải tạo cục bộ (para-terraforming) | Làm một vùng nhỏ sống được: mái vòm, lớp phủ, hang ngầm | Mái vòm kín, lớp aerogel silica giữ ấm mặt đất |
| Tạo sinh thái (ecopoiesis) | Làm hành tinh đủ ấm, đủ áp suất để vi sinh vật và cây đơn giản sống ngoài trời; người vẫn cần mặt nạ thở | Làm ấm sao Hoả bằng khí nhà kính nhân tạo |
| Cải tạo hoàn toàn | Khí quyển người thở được ngoài trời | Thêm oxy và nitơ, giảm CO₂ — cần thời gian rất dài |
Chữ "ecopoiesis" (tạo dựng sinh thái) do Robert Haynes đề xuất năm 1990, để phân biệt bước đầu khả thi hơn với mục tiêu "Trái Đất thứ hai".
Mất bao lâu
Không có con số chắc chắn, chỉ có ước tính với rất nhiều giả định. Trong bài năm 1991, McKay và cộng sự ước tính làm ấm sao Hoả, nếu có đủ CO₂, có thể diễn ra trong khoảng thời gian cỡ một tới vài thế kỷ. Nhưng tạo khí quyển giàu oxy nhờ quang hợp thì chậm hơn nhiều: cỡ hàng chục nghìn tới khoảng một trăm nghìn năm. Phải nhớ rằng con số "vài thế kỷ" dựa trên giả định sao Hoả có đủ CO₂ dự trữ, điều mà nghiên cứu năm 2018 cho thấy là không có. Còn với sao Kim, các kịch bản đều tính bằng hàng trăm tới hàng nghìn năm chỉ để làm nguội.
Để so sánh: trên Trái Đất, oxy mất hơn hai tỷ năm để tích tụ tới mức hiện nay, với cả một sinh quyển làm việc liên tục.
Ngoài sao Hoả và sao Kim
Các thiên thể khác cũng từng được bàn, nhưng ít nghiêm túc hơn:
- Mặt Trăng: quá nhỏ, trọng lực chỉ khoảng một phần sáu Trái Đất. Khí quyển nhân tạo sẽ mất dần, dù tính toán cho thấy quá trình mất kéo dài hàng nghìn năm trở lên.
- Titan: có khí quyển nitơ dày khoảng 1,5 bar, gần như sẵn sàng về áp suất, nhưng lạnh khoảng −180 °C và cách Mặt Trời quá xa.
- Các mặt trăng băng của sao Mộc: có nước dồi dào nhưng nằm trong vành đai bức xạ mạnh của sao Mộc, và không đủ trọng lực giữ khí lâu dài.
Vì thế, khi nói cải tạo hành tinh trong khoa học, người ta gần như luôn nói về sao Hoả trước, sao Kim sau.
Khoa học thật và viễn tưởng khác nhau ở đâu
- Quy mô năng lượng: làm ấm một hành tinh, dời hàng nghìn tỷ tấn khí cần năng lượng vượt xa tổng năng lượng nhân loại dùng hiện nay. Viễn tưởng thường bỏ qua chuyện này.
- Thời gian: phim có thể cải tạo hành tinh trong vài phút hoặc vài chục năm. Khoa học nói về thế kỷ và thiên niên kỷ.
- Tài nguyên: sao Hoả thiếu nitơ và CO₂ dễ giải phóng; nhập từ sao chổi hay tiểu hành tinh là ý tưởng mà chưa ai có cách thực hiện.
- Giữ được hay không: khí quyển nhân tạo có thể lại mất dần ra vũ trụ, dù rất chậm. Duy trì cũng tốn công như tạo ra.
Góc nhìn hôm nay
Cải tạo hành tinh hữu ích nhất ở chỗ nó buộc ta hiểu sâu bầu khí quyển Trái Đất: vì sao nó có nitơ, vì sao có oxy, cái gì giữ nó ấm. Mỗi bài toán "may khí quyển" cho sao Hoả là một bài học về những thứ Trái Đất đã làm sẵn cho ta. Muốn đọc thêm, sách "Terraforming" của Martyn Fogg là chuyên khảo đầy đủ; bài "Making Mars habitable" (Nature, 1991) là điểm xuất phát kinh điển; các trang của NASA về ý tưởng cải tạo sao Hoả tóm lại kết quả năm 2018 dễ hiểu.
Câu hỏi thường gặp
Terraforming là gì?
Terraforming là ý tưởng thay đổi một hành tinh khác, chủ yếu là khí quyển và nhiệt độ, để nó giống Trái Đất và sinh vật Trái Đất sống được ngoài trời. Tiếng Việt thường gọi là cải tạo hành tinh. Hiện đây vẫn là đề tài lý thuyết, chưa có hành tinh nào được cải tạo.
Ai đặt ra chữ terraforming?
Nhà văn khoa học viễn tưởng Jack Williamson, trong truyện "Collision Orbit" đăng trên tạp chí Astounding năm 1942. Ý tưởng bước vào khoa học năm 1961 với bài báo về sao Kim của Carl Sagan.
Cải tạo sao Hoả mất bao lâu?
Không có con số chắc chắn. Ước tính năm 1991 cho rằng làm ấm có thể mất cỡ một tới vài thế kỷ nếu đủ CO₂, còn tạo khí quyển giàu oxy cần hàng chục nghìn năm hoặc hơn. Nghiên cứu năm 2018 cho thấy sao Hoả không đủ CO₂ dễ giải phóng, nên kịch bản đó khó hơn nhiều.
Hành tinh nào dễ cải tạo nhất?
Sao Hoả thường được xem là ứng viên đầu tiên vì nhiệt độ và ngày đêm gần giống Trái Đất, có băng nước. Nhưng nó thiếu áp suất, nitơ và từ trường. Sao Kim có trọng lực gần Trái Đất nhưng quá nóng, quá dày khí và gần như không có nước.
Cải tạo cục bộ là gì?
Là làm cho một vùng nhỏ sống được thay vì cả hành tinh, ví dụ bằng mái vòm kín hay lớp vật liệu giữ ấm phủ lên mặt đất. Cách này cần ít tài nguyên hơn nhiều và được xem là bước thực tế hơn trong tương lai gần.
