Có hàng tỷ hành tinh giống Trái đất trong vũ trụ. Tại sao chúng ta không thể tìm thấy chúng?

Bình luận Ánh Dương • 09:06, 28/06/20

Một ước tính mới cho thấy Dải Ngân hà của chúng ta là ngôi nhà của khoảng 6 tỷ hành tinh giống Trái đất. Cho đến nay, chúng ta chỉ tìm thấy một ứng cử viên tiềm năng duy nhất.

Trong năm 2009, kính viễn vọng không gian Kepler liên tục theo dõi khoảng 200.000 ngôi sao ở góc dải Ngân hà của chúng ta. Nó đang tìm kiếm những hành tinh mà ở đó có thể có sự sống tồn tại. Nó quan sát rất kỹ các hành tinh nhỏ trong các vùng vũ trụ ôn hòa của những mặt trời vàng, ấm áp để hy vọng có thể tìm thấy những hành tinh có điều kiện khí hậu tương tự như Trái đất trong vũ trụ rộng lớn này. Năm 2013, một sự hỏng hóc về mặt kỹ thuật cơ học đã làm gián đoạn cuộc khảo sát mới được bắt đầu của Kepler từ năm 2009.

Rất nhiều các công nghệ mới nghiên cứu các ngoại hành tinh đã được đầu tư để thực hiện nhiệm vụ vĩ đại đó, nhưng cho đến nay hầu như họ vẫn không đạt được gì. Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra chỉ một hành tinh có vẻ giống Trái đất trong tập dữ liệu của Kepler gửi về.

Cho đến hiện nay, qua phân tích dữ liệu thu được từ Kepler, các nhà nghiên cứu cuối cùng cũng có một số câu trả lời cho câu hỏi được nêu ra ngay từ đầu nhiệm vụ. Các hành tinh giống trái đất có lẽ rất hiếm, nhưng có lẽ không phải là cực kỳ quá khan hiếm đến mức như thế.

Theo một phân tích mới về dữ liệu Kepler, được công bố vào tháng 5 trên The Astronomical Journal (Tạp chí Thiên văn học), một trong năm ngôi sao vàng có thể có một hành tinh có điều kiện tương tự như Trái đất. Nếu kết luận của các nhà nghiên cứu là chính xác, điều đó có nghĩa là Dải Ngân hà của chúng ta có thể là ngôi nhà của gần 6 tỷ hành tinh tương tự Trái đất. Tuy nhiên, trong số 4.000 ngoại hành tinh có khả năng đáp ứng điều kiện, chỉ có một hành tinh trông có phần nào đó hơi giống với hành tinh của chúng ta. Vậy những hành tinh còn lại giống với Trái đất của chúng ta đang ở đâu?

Dirk Schulze-Makuch, một nhà sinh vật học vũ trụ tại Đại học Kỹ thuật Berlin, Đức, người đã không tham gia vào nghiên cứu cho biết, “những hành tinh giống như trái đất thật sự không tự che giấu được, chỉ là độ nhạy của kính thiên văn của chúng ta chưa đủ tốt để tìm thấy chúng’’.

Nếu các nhà thiên văn học muốn tìm thấy ‘Trái đất thứ hai’, thì nghiên cứu tính toán độ nhạy đối với sự xuất hiện thường xuyên của các thế giới như vậy sẽ mang lại cho các kính viễn vọng trong tương lai cơ hội thành công cao nhất.

Trong bối cảnh hiện tại của các ngoại hành tinh, cụm từ “giống như Trái đất’’ hiện không có nghĩa là một dấu chấm màu xanh nhạt mà kính viễn vọng nhìn thấy được như thế. Từ góc nhìn của kính viễn vọng, ở đó không có bất cứ dấu chấm nào - chỉ là một ngôi sao bị mờ đi khi một hành tinh đi ngang qua nó, chặn một phần ánh sáng nhỏ bé của nó đến kính viễn vọng. Tuy nhiên, từ sự nhấp nháy này, các nhà nghiên cứu tận dụng nó để có thể trích xuất một vài sự kiện quan trọng cho các nghiên cứu của mình. Ví dụ, sự nhấp nháy sâu cho thấy đó là một hành tinh khổng lồ. Và nếu ngôi sao bị mờ đi rất nhanh thì đó là dấu hiệu của một hành tinh nhỏ đang quay nhanh trong quỹ đạo của nó.

Một hành tinh sẽ được đánh giá với biệt danh giống Trái đất nếu nó có những đặc điểm mà đặt nó trong khu vực gọi là “có thể sinh sống’’ của một ngôi sao, đó là một dải quỹ đạo cân bằng, trong đó sự tính toán đơn giản cho thấy sự ấm áp của ngôi sao sẽ cho phép nước có thể tồn tại ở trạng thái lỏng.

Michelle Kunimoto, nhà khoa học ngoại hành tinh, người dẫn đầu phân tích gần đây, đã áp dụng một định nghĩa tiêu chuẩn về hành tinh giống Trái đất là: một hành tinh có độ lớn từ 3/4 đến 1,5 lần so với Trái đất của chúng ta, quay quanh một ngôi sao (loại G) giống như mặt trời, ở khoảng cách từ 0,99 đến 1,7 lần khoảng cách quỹ đạo của chúng ta đối với Mặt trời. Chỉ có Trái đất thỏa mãn những tiêu chí đó trong hệ mặt trời của chúng ta, sao Hỏa thì quá nhỏ và sao Kim thì quay quanh quá gần Mặt trời để có thể có được sự sống.

Các hành tinh đang được kiểm tra gần như chắc chắn không thể đáp ứng được cả ba điều kiện đó, đó là công việc của Kunimoto, cô đã nhận được bằng tiến sĩ của Đại học British Columbia, và đã đưa ra gợi ý đó. Nhưng rất khó để có thể nhận ra những hành tinh đó là như thế nào. Sự mờ đi của các hành tinh nhỏ là khó nhìn thấy. Thêm vào đó, chúng chỉ có thể đi qua ngôi sao của mình một lần nữa sau vài trăm ngày, và các nhà thiên văn học cần ít nhất ba lần đi qua đi lại như thế để có thể tự tin tuyên bố phát hiện của mình. Điều tồi tệ hơn nữa là, mặt trời màu vàng rất hiếm khi bắt gặp, chỉ chiếm 7% trong số 400 tỷ ngôi sao trên đường đi của hệ Ngân hà. Phần lớn các ngôi sao của thiên hà là những ngôi sao lùn đỏ mờ, có thể tắm các hành tinh gần nó trong những ngọn lửa chết chóc.

Các nhà hoạch định nhiệm vụ đã gần như không biết những điều này khi cho ra mắt kính viễn vọng, Kepler gần như không có cơ hội hoàn thành sứ mệnh tìm kiếm như dự định ban đầu. Để có thể thấy được 3 lần đi qua của các hành tinh quay chậm quanh rìa ngoài của vùng có thể sinh sống của mặt trời của chúng, kính viễn vọng sẽ cần phải nhìn thẳng vào cùng một bầu trời trong hơn 7 năm. Tuy nhiên, bộ máy cơ khí định điểm của Kepler đã bị hỏng sau 4 năm, chỉ đủ thời gian để quan sát các hành tinh trong khoảng một nửa bên trong các vùng ôn đới của ngôi sao của nó.

Hơn nữa, Kepler được thiết kế với tư duy về mặt trời của chúng ta. Tuy nhiên ngôi sao của chúng ta hóa ra lại đặc biệt theo nhiều cách. “Mặt trời có xu hướng khá yên tĩnh’’, cô Kunimoto nói, trong khi các ngôi sao mà Kepler theo dõi thì luôn có tiếng kêu lách tách từ sự đốt cháy bên trong chúng. “Về cơ bản, rất khó để có thể tìm thấy các hành tinh giống Trái đất mà các nhà thiết kế nhiệm vụ đã mong đợi’’.

Kepler đã chuyển giao các thông tin khoa học dưới dạng một lượng lớn gồm hàng ngàn ngoại hành tinh, chủ yếu là những hành tinh khổng lồ đang quay quanh các ngôi sao chủ của chúng. Nhưng các nhà nghiên cứu đã cố gắng luận ra những thế giới ít sử thi hơn, quen thuộc hơn mà Kepler không thể tìm kiếm được kể từ đó. Hành tinh được cho là giống Trái đất nhất hiện nay là Kepler 452b, lớn hơn 10% so với Trái đất và chu kỳ quỹ đạo quay một năm quanh Mặt trời của nó chỉ dài hơn Trái đất của chúng ta ba tuần, đây là một ngoại lệ nổi bật giống như Trái đất.

Kích thước và phạm vi của vùng có thể ở được của Kepler-452 gần giống với mặt trời, nhưng lớn hơn một chút vì Kepler-452 có phần già hơn,
Kích thước và phạm vi của vùng có thể ở được của Kepler-452 gần giống với mặt trời, nhưng lớn hơn một chút vì Kepler-452 có phần già hơn, to hơn và sáng hơn. Kích thước quỹ đạo của Kepler-452b gần bằng với Trái đất ở mức 1,05 quỹ đao Trái đất. Kepler-452b quay quanh ngôi sao của nó cứ sau 385 ngày. (Ảnh: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt)

Năm 2018, một nhà thiên văn học tại bang Pennsylvania là Danley Hsu đã xây dựng một phương pháp mới để tìm kiếm hành tinh giống Trái đất. Trước đây, nhiều nhà nghiên cứu cho rằng sẽ có sự lan rộng về kích thước và quỹ đạo của hành tinh, nhưng khi số lượng ngoại hành tinh tăng lên, một số loại thế giới dường như phổ biến hơn những thế giới khác. Chẳng hạn, đối với các hành tinh có chu kỳ quỹ đạo ngắn hơn 100 ngày (theo thời gian của Trái đất), thì có nhiều hành tinh chỉ lớn bằng khoảng 50% thể tích của Trái đất và cũng có nhiều hành tinh lớn hơn 150%, nhưng có rất ít số hành tinh mà có chu vi gấp 2 lần hành tinh của chúng ta. Để phù hợp với những điều kỳ quặc không giải thích được này, Hsu và Kunimoto đều đã chia dữ liệu của Kepler thành nhiều loại kích thước và quỹ đạo khác nhau và phân tích tất cả chúng theo cách độc lập hơn. Kunimoto đã tiến một bước xa hơn và tạo ra danh sách các ứng cử viên ngoại hành tinh của riêng mình, không dựa vào danh mục chính thức.

Cuối cùng, Kunimoto phát hiện ra rằng trong khoảng năm ngôi sao giống như Mặt trời của chúng ta thì sẽ có một hành tinh có chu kỳ quỹ đạo giống Trái đất. Cô nhấn mạnh rằng con số này đại diện cho một giới hạn trên, tuy nhiên cũng có thể sẽ hiếm số hành tinh giống Trái đất hơn. Kết quả của cô đại diện cho một sự đồng thuận mới rằng tỷ lệ hành tinh giống Trái đất trong số các ngôi sao giống Mặt trời của Dải Ngân hà của chúng ta sẽ ở trong khoảng 1:10. Con số đó vẫn còn hơi thô, Kunimoto thừa nhận, nhưng nó chặt chẽ hơn các phạm vi rộng hơn đã từng được công bố trước đây, điều mà đã cho rằng giữa 50 ngôi sao (tương tự như Mặt trời của chúng ta) sẽ có một hành tinh tương tự Trái đất, đến mỗi một ngôi sao (Mặt trời) sẽ có 2 hành tinh tương tự Trái đất.

Schulze-Makuch gọi ước tính này là hợp lý và nói rằng nghiên cứu này cho chúng ta một cái nhìn có giá trị về câu trả lời cho những câu hỏi không thể biết khác, chẳng hạn như, “liệu hệ mặt trời của chúng ta là điển hình hay là một hệ thống kỳ dị’’.

Tuy nhiên, ông cũng cảnh báo về một trí tưởng tượng phát điên với hình ảnh của một thiên hà bị ngập trong hàng tỷ quả cầu màu xanh nước biển, xanh lá cây và có mây bao phủ. Các tiêu chí hạn chế về quỹ đạo, kích thước của hành tinh và loại mặt trời mà nó quay xung quanh nói rất ít về việc các hành tinh có khí quyển bảo vệ và che chắn từ tính, nước hay các vật liệu cần thiết cho sự sống xuất hiện.

Các ước tính như của Kunimoto, cũng có thể định hình các nhiệm vụ trong tương lai và cho chúng ta nhiều cơ hội tìm thấy những hành tinh giống Trái đất hơn Kepler đã làm. Các hành tinh này càng phổ biến, các nhà hoạch định sứ mệnh sẽ càng có thể tập trung vào việc thiết kế các công cụ nghiên cứu kỹ lưỡng các thế giới riêng lẻ, trái ngược với các cuộc tìm kiếm rộng lớn hiện nay.

Chẳng hạn, Schulze-Makuch hy vọng rằng Keplers của tương lai sẽ mang theo “các bóng mờ’’ ngăn chặn ánh sáng của các ngôi sao để chụp các ngoại hành tinh dưới dạng các pixel đơn lẻ, những biến đổi của chúng có thể để lộ ra sự đi qua của các mùa hoặc sự hiện diện của những tảng băng. Những đổi mới sáng tạo như vậy có thể thu hẹp các định nghĩa của các nhà nghiên cứu về ý nghĩa của một hành tinh giống Trái đất, nhưng ông dự đoán khám phá rõ ràng về một ‘Trái đất thứ hai’ - nơi thực sự có sự sống - vẫn là con đường rất dài.

“Nếu chúng ta chỉ sử dụng công nghệ mà chúng ta có hiện nay’’, ông ấy nói, “thì đó là cảm giác như các hành tinh đó đang cách chúng ta vài năm ánh sáng vậy’’.

Ánh Dương

Theo PopularScience