Tiến gần tới việc phát hiện anh em sinh đôi của Trái Đất

Những nhà nhà săn tìm hành tinh cho biết chỉ là vấn đề thời gian trước khi họ tìm thấy anh em sinh đôi của Trái Đất. Hành tinh tương tự Trái Đất này chắc chắn đang ẩn náu đâu đó trong thiên hà của chúng ta.

Tuần trước, các nhà thiên văn học công bố rằng họ đã phát hiện 3 siêu Trái Đất – những hành tinh lớn hơn chúng ta và được hình thành từ đá – quay quanh một ngôi sao. Hàng chục hành tinh như vậy với độ lớn tương tự đã được tìm thấy quanh các ngôi sao khác.

Alan Boss, nhà lý luận thuọc Học viện Carnegie Washington, Washington, D.C., cho biết: “Việc phát hiện 3 hành tinh có độ lớn tương đương Trái Đất quanh một ngôi sao cho thấy số lượng những hành tinh như Trái Đất tồn tại quanh các ngôi sao nhiều hơn chúng ta tưởng”.

Từ đầu những năm 1990s, khi hành tinh đầu tiên bên ngoài thái dương hệ được phát hiện quay quanh ẩn tinh PSR 1257, các nhà thiên văn học đã phát hiện khoảng 300 hành tinh tương tự. Tuy nhiên, hầu hết là những hành tinh khí khổng lồ gọi là Mộc tinh quay gần sao mẹ, đơn giản là vì chúng dễ phát hiện hơn.

Một trong những nhà săn tìm hành tinh, Geoff Marcy thuộc Đại học California, Berkeley cho biết: “Cho đên nay chúng ta đã tìm thấy Mộc tinh và Thổ tinh, và công nghệ hiện nay hiện đại đến mức có thể dò tìm những hành tinh nhỏ hơn, có kích cỡ tương đương Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh, thậm chí nhỏ hơn”.

Marcy, Boss và các nhà khoa học khác tin tưởng rằng trong vòng 5 năm tới, các báo sẽ tràn ngập với tiêu đề một hành tinh giống hệt Trái Đất tồn tại ở một thái dương hệ khác.

Boss phát biểu trên SPACE.com: “Điều đáng kinh ngạc là từ hàng nghìn năm, con người nhìn lên những ngôi sao, tự hỏi liệu có một hành tinh tương tự Trái Đất tồn tại ở đâu đó hay không. Những bây giờ chúng ta có thể nói rằng chắc chắn có những hành tinh như Trái Đất quay quanh rất nhiều sao. Chúng ta không thể nhìn thấy chúng, nhưng chắc chắn chúng tồn tại”.

Tìm kiếm những hành tinh nhỏ bé

Có hai phương pháp hiện đã trở thành tiêu chuẩn cho việc tìm kiếm các hành tinh khác. Hầu hết các hành tinh được biết đến rộng rãi, được phát hiện bằng phương pháp vận tốc xuyên tâm. Các nhà thiên văn học quan sát rung động nhỏ trong chuyển động của sao vì sức hút trọng lực của hành tinh quay quanh nó. Phương pháp này hiệu quả trong việc dò tìm các hành tinh rất lớn và gần với sao mẹ.

Với phương pháp vận động vật thể, các nhà thiên văn học quan sát phần ánh sáng mờ đi khi một hành tinh đi qua mặt trước của một ngôi sao. Phương pháp này hiệu quả khi các kính viễn vọng quét ánh sáng từ hàng trăm đến hàng nghìn sao cùng một lúc.

Cả hai phương pháp đều hạn chế vì khả năng tạo ra bóng đen của hành tinh lên sao mẹ. Ví dụ, mặt trời lớn gấp 100 lần, có trọng lượng gấp 300,000 lần và sáng gấp 10 tỷ lần Trái Đất. “Dò tìm Trái Đất trong ánh sáng phản chiếu giống như việc tìm một con đom đóm trong một quầng sáng dài 2,400 dặm”, một nhóm các nhà thiên văn học viết trong báo cáo của Lực lượng tìm kiếm hành tinh ngoài Trái Đất.

Với sự nâng cấp quang phổ kế và máy ảnh số được gắn với các kính viễn vọng, các nhà thiên văn học có trong tay những thiết bị nhạy cảm hơn đối với rung động rất nhỏ của sao (được xác định bằng sự thay đổi bước sóng của ánh sáng) và phần ánh sáng mờ bị che khuất bởi hành tinh nhỏ.

Phát hiện siêu Trái Đất công bố tuần trước phản ánh bước nhảy vọt về công nghệ này.

David Charboneua thuộc Trung tâm Vật lý học thiên thể Harvard-Smithsonian tại Massachusetts cho biết: “Tôi nghĩ lý do các nhà thiên văn học thực sự phấn khích [về phát hiện siêu Trái Đất] là nó cho thấy nền tảng công nghệ đã hoàn thiện do đó họ có thể phát hiện những rung động cực nhỏ do những hành tinh có khối lượng nhỏ tạo ra. Những rung động đo được đều từ những sao khá lớn. Nếu họ có thể có được sự chính xác tương tự đối với những sao nhỏ hơn, họ sẽ tìm được những hành tinh nhỏ hơn, tương tự như Trái Đất”. 

Theo dấu vết

Để tận dụng hơn nữa những công nghệ hiện hành, Charbonneau nhận định các nhà thiên văn học nên tìm kiếm hành tinh quanh những sao nhỏ.

Trên thực tế ông và các đồng nghiệp đang tìm kiếm những hành tinh quay quanh sao M, hoặc sao đỏ, mờ hơn 50% và có khối lượng thấp hơn so với Mặt Trời. Sao đỏ cũng được cho là loại sao phổ biến nhất trong vũ trụ.

Charbonneau cho biết: “Tôi cho răng đây là cơ hội để nghiên cứu những sao có khối lượng thấp, vì chúng ta đang tìm kiếm những hành tinh rất nhỏ. Khó khăn là tỷ lệ giữa khối lượng của hành tinh và khối lượng của sao, hay kích thước của hành tinh và kích thước của sao phụ thuộc vào phương pháp dò tìm”.

Khối lượng và độ sáng thấp có nghĩa là bất cứ thay đổi của sao do hành tinh có khối lượng tương tự Trái Đất tạo ra có thể dễ dàng nhận biết.

James Kasting, người nghiên cứu khí quyển hành tinh và những vùng có thể tồn tại được của những hành tinh ngoài Trái Đất cho biết: “Một sao M nhỏ gấp 10 lần Mặt Trời. Vì vậy nếu Trái Đất đi qua mặt trước của một sao M sẽ tạo ra 1% tín hiệu. Nó giống như việc Mộc tinh đi qua mặt trước của Mặt Trời. Với phương pháp này chúng ta có thể phát hiện một hành tinh giống hệt Trái Đất trong vòng 5 đến 10 năm tới”.

Các nhóm nghiên cứu khác đã sẵn sang cho cuộc săn lung những hành tinh như Trái Đất quay quanh những sao mẹ như Mặt Trời. Đài thiên văn Kepler của NASA sẽ đi vào hoạt động tháng 2 năm 2009. Sau thời điểm đó, kính viễn vọng năng lượng cao của đài thiên văn này sẽ quan sát khoảng 100000 sao trong Milky Way để tìm kiếm những phần ánh sáng mờ đi do hành tinh đi qua mặt trước của sao mẹ.

Tàu vũ trụ COROT của Pháp đã được phóng lên không gian với nhiệm vụ tương tự.

Săn tìm

Mục tiêu cuối cùng của những dự án săn tìm hành tinh là tìm kiếm an hem sinh đôi của Trái Đất.

“Chúng ta đang tìm kiếm an hem sinh đôi của Trái Đất, một hành tinh có tất cả đặc điểm giống Trái Đất”, Marcy nói trong cuộc phỏng vấn điện thoái. Ông hiện đang tìm kiếm siêu Trái Đất tại Đài thiên văn Keck, Hawaii.

Một hành tinh như vậy sẽ có thành phần hóa học tương Trái Đất, và quay quanh vùng có thể tồn tại của sao mẹ.

Vùng có thể tồn tại là khoảng cách mà một hành tinh phải quay quanh sao mẹ để nước lỏng có thể tồn tại trên bề mặt của nó – không quá nóng như Kim tinh, không quá lạnh như Hải Vương tinh hoặc Diêm Vương tinh.

Các nhà thiên văn học đã từng tìm thấy những hành tinh quay khá gần vùng có thể tồn tại của sao mẹ.

Marcy cho biết: “Tôi cho rằng có những hành tinh như Trái Đất với ao hồ, sông suối, thác nước và hẻm núi băng giá tuyệt đẹp”.

Sự sống ngoài Trái Đất

Tìm kiếm một hành tinh trong vùng có thể tồn tại được là bước đầu tiên tiến tới tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất.

Boss cho biết: “Khi chúng tôi nói đó là một hành tinh có thể sinh sống, nghĩa là hành tinh đó có khả năng ẩn chứa sự sống. Để đi xa hơn thế, tìm kiếm một hành tinh mà bạn thực sự có thể sống trên đó, thì bạn phải nghiên cứu khí quyển của hành tinh”.

Kính viễn vọng James Webb Space, đi vào hoạt động năm 2013, là để phục vụ cho mục đích này.

Nhà khoa học Trái Đất và hành tinh Diana Valencia thuộc Đại học Harvard cho biết: “Có thể có một tín hiệu trong khí quyển cho thấy có những kiến tạo địa tầng trên hành tinh”.

Mô hình máy tính của bà cho thấy kiến tạo địa tầng, lực dịch chuyển các lục địa và nâng các dãy núi khổng lồ, là chìa khóa sự sống trên Trái Đất, và có thể là sự sống trên các hành tinh khác. Địa tầng đá cấu thành lớp vỏ bên ngoài của hành tinh giải phóng cácbon điôxit. Khí nhà kính này giữ cho nghiệt độ của hành tinh vừa phải, không quá nóng. Một tín hiệu như khói có thể cho thấy nồng độ nhất định của cácbon điôxit, và hành tinh này, giống như Trái Đất, dựa vào kiến tạo địa tầng để tái tạo cácbon.

Marcy cho biết: “Chắc chắn có những hành tinh như Trái Đất tồn tại, vì số lượng sao và thiên hà cực lớn trong vũ trụ. Tuy nhiên, có một câu hỏi sâu hơn, liệu những hành tinh giống như Trái Đất có phổ biến hay không? Liệu những hành tinh như Trái Đất có hàng tá, hoặc chúng khá hiếm, một trong một nghìn, hoặc một trong một triệu?”