Có thể có sự sống ẩn núp trên các hành tinh khác, nhưng bị mắc kẹt trên đó, làm sao chúng ta có thể chắc chắn rằng nó tồn tại? Một ý tưởng hay là tìm kiếm ở những thế giới khác những hợp chất được biết đến là thành phần chính tạo nên sự sống như chúng ta biết. Việc phát hiện ra những dấu hiệu sinh học này, những hợp chất hóa học được biết là do các sinh vật sống tạo ra, sẽ là bằng chứng mạnh mẽ cho thấy một hành tinh nào đó có thể chứa sự sống. Nhưng việc chiết xuất hóa chất từ những hành tinh xa xôi như vậy và lựa chọn hợp chất phù hợp để tìm kiếm lại rất phức tạp. Giáo sư Ignas Snellen của Đại học Leiden ở Hà Lan đã hoàn thiện các kỹ thuật kết hợp dữ liệu từ các kính thiên văn mặt đất lớn nhất với hình ảnh có độ tương phản cao.
Các sứ mệnh chụp ảnh này có thể phát hiện ra các vật thể mờ như hành tinh và kính thiên văn sử dụng phương pháp quang phổ có độ chính xác cao để kiểm tra các bước sóng ánh sáng khác nhau mà chúng phát hiện được từ không gian. Điều này được thực hiện bằng cách lọc ra càng nhiều ánh sáng thực tế của các ngôi sao càng tốt, giúp mọi thông tin có thể thu được từ các ngoại hành tinh trở nên hữu hình. Bằng cách quan sát ánh sáng đi qua bầu khí quyển của một hành tinh và đến Trái Đất, chúng ta có thể xác định được những loại khí có trong đó. Trong khi kính thiên văn vẫn chưa đủ lớn để quan sát quang phổ của các hành tinh có kích thước bằng Trái Đất, các nhà khoa học đang khám phá các ngoại hành tinh lớn hơn, hoàn thiện phương pháp trên các hành tinh được gọi là Sao Mộc nóng, là những hành tinh quá nóng để có thể duy trì sự sống như chúng ta biết. Đây là những ngoại hành tinh khí khổng lồ quay quanh rất gần ngôi sao mẹ của chúng.
Hệ thống ngoại hành tinh
Trên thực tế, chúng ở rất gần nhau đến mức bị khóa thủy triều, và giống như Mặt Trăng của Trái Đất, ngoại hành tinh này chỉ quay một lần trong mỗi quỹ đạo quanh ngôi sao của nó. Vì một mặt của những hành tinh này luôn có ánh sáng và mặt còn lại luôn tối, nên mặt sáng sẽ nóng đến mức bầu khí quyển có thể sôi lên, tạo ra luồng gió thổi vật chất ra khỏi hành tinh, giống như đuôi sao chổi. Trong dự án EXOPLANETBIO, Giáo sư Snellen và nhóm nghiên cứu của ông đã sử dụng phương pháp quang phổ có độ chính xác cao lần đầu tiên để xác nhận hàm lượng heli trong bầu khí quyển của các sao Mộc nóng bằng kính viễn vọng mặt đất, có thể tiết lộ quá trình này diễn ra như thế nào.
Đây là một bước đột phá đối với các Sao Mộc nóng này, những loại đuôi ngoài tầng khí quyển này đã được biết đến, nhưng chúng rất khó quan sát vì chúng chỉ có thể được nhìn thấy bằng cách phát hiện hydro, thứ không thể phát hiện qua bầu khí quyển của Trái Đất, do đó Kính viễn vọng Không gian Hubble đã được sử dụng. Hiện nay, với đường ống khí heli mạnh hơn, việc này có thể được thực hiện rất tốt từ mặt đất bằng kính thiên văn. Việc hiểu được liệu Sao Mộc nóng có mất đi bầu khí quyển hay không và mất bao lâu để làm được điều đó có thể giải thích cách bầu khí quyển của tất cả các ngoại hành tinh thay đổi theo thời gian. Những quá trình thoát khí quyển như vậy hiện nay không còn quan trọng nữa, nhưng chúng rất quan trọng vào những ngày đầu của Hệ Mặt trời khi Mặt trời hoạt động mạnh hơn nhiều.
Khí hậu của các ngoại hành tinh
Bằng cách sử dụng các kỹ thuật mới này, nhóm nghiên cứu cũng có thể đạt được thành tựu đầu tiên khác, phát hiện tốc độ quay (tốc độ quay của một hành tinh) và vận tốc quỹ đạo của một ngoại hành tinh. Tốc độ quay trên các sao Mộc nóng thường khá thấp vì chúng thường bị khóa thủy triều, điều này có thể tiết lộ một số thông tin về khí hậu và thời tiết liên quan trên các ngoại hành tinh. Khi một hành tinh quay nhanh hơn, nó sẽ có các cấu trúc vành đai như Sao Mộc, Trái Đất quay chậm hơn và có một số cấu trúc vành đai nhưng vẫn bị chi phối bởi các hệ thống áp suất thấp. Bây giờ, nếu bạn có một Sao Mộc nóng quay chậm hơn nhiều, bạn sẽ không có bất kỳ cấu trúc vành đai nào, nhưng thay vào đó bạn sẽ có một hệ thống thời tiết rất khác.
Người ta quan sát thấy gió ở tầng cao của bầu khí quyển các hành tinh này khi năng lượng từ phía ban ngày nóng hơn, vĩnh cửu chuyển sang phía ban đêm mát hơn. Bản nâng cấp cho thiết bị CRIRES (Máy quang phổ hồng ngoại độ phân giải cao ở nhiệt độ cực thấp) sẽ được kết nối mạng trên Kính viễn vọng cực lớn của Đài quan sát Nam Âu (ESO) vào năm tới sẽ có thể phát hiện các hợp chất như mê-tan trên các hành tinh lạnh hơn, vốn có thể là một thành phần của sự sống nếu được tìm thấy trên một hành tinh có kích thước bằng Trái Đất. Các nhà thiên văn học hiện đang tìm hiểu các phương pháp có thể áp dụng cho các hành tinh giống Trái Đất trong tương lai, và Kính thiên văn cực lớn của ESO dự kiến sẽ sẵn sàng vào năm 2026, thời điểm chúng ta có thể bắt đầu phát hiện các hành tinh giống Trái Đất.
Dấu hiệu của sự sống
Tuy nhiên, ngay cả với những mẫu vật tốt từ các hành tinh đá có kích thước bằng Trái Đất, làm sao bạn biết được liệu một hợp chất có thực sự là dấu hiệu của sự sống hay không? Kevin Heng, giáo sư tại Đại học Bern ở Thụy Sĩ, cho biết: Địa chất rất giỏi trong việc tạo ra những thứ trông giống sự sống, chẳng hạn như mê-tan. Nếu muốn xem xét các dấu hiệu sinh học, chúng phải đáp ứng nhiều điều kiện khác nhau, chúng không thể được mô phỏng về mặt địa chất, chúng phải tồn tại trong khí quyển trong một thời gian dài, điều đó có nghĩa là chúng rất ổn định hoặc được bổ sung theo một cách nào đó và chúng phải có thể phát hiện được. Là một phần của dự án EXOKLEIN, Giáo sư Heng đang nghiên cứu các hợp chất như thế này;
Ví dụ, liệu metyl clorua và amoniac có thể tồn tại đủ lâu trong bầu khí quyển của một ngoại hành tinh để nghiên cứu hay không thông qua mô hình các tiểu hành tinh quay quanh các ngôi sao lùn. Đây là một thách thức đặc biệt đối với các hành tinh có kích thước bằng Trái Đất vì bầu khí quyển của chúng có thể thay đổi theo thời gian. Nếu bạn nhìn vào một hành tinh như Sao Mộc... chúng trông hơi giống mặt trời. Chúng được tạo thành từ hydro và chứa một lượng nhỏ các nguyên tố kim loại, v.v. Dựa trên sự khác biệt giữa hành tinh và ngôi sao, các nhà thiên văn học có thể tìm ra cách nó hình thành và sẽ lưu giữ hồ sơ hóa thạch về cách nó hình thành.
Nhưng đối với các hành tinh nhỏ hơn, bầu khí quyển thay đổi đáng kể theo thời gian, chẳng hạn như do các yếu tố như chu trình cacbon. Nghiên cứu này kéo dài từ 8 đến 10 năm để tìm hiểu cách sử dụng các mô hình khí hậu được thiết kế cho Trái Đất (các hành tinh ngoài hệ mặt trời) và cách điều chỉnh và sửa đổi chúng. Khi các thiết bị có thể đo các hành tinh nhỏ hơn, các mô hình này sẽ được sử dụng để cung cấp các lời giải thích tiềm năng cho dữ liệu thu thập được để hiểu liệu các hợp chất đó có thực sự là dấu hiệu sinh học hay có thể được giải thích là đặc điểm địa chất. Những đặc điểm phi thường đòi hỏi những tiêu chuẩn chứng minh phi thường, vì vậy nếu điều gì đó phù hợp với việc không cần đến sinh học thì có nghĩa là không có sinh học.
Chúng tôi cũng đang lập mô hình các hành tinh có thể có số phận bi thảm hơn. Để các tiểu hành tinh quanh các ngôi sao đỏ có thể hỗ trợ sự sống, chúng cần phải có quỹ đạo cực kỳ hẹp khiến chúng bị khóa thủy triều giống như Sao Mộc nóng. Điều này có nghĩa là phía ban đêm thực sự lạnh, có lẽ lạnh đến mức các khí trong khí quyển ngưng tụ thành băng. Vì vậy, bạn sẽ thấy sự ngưng tụ không kiểm soát được, không có bầu khí quyển -- bầu khí quyển sụp đổ. Sự sụp đổ như vậy sẽ khiến hành tinh này trở nên lạnh lẽo và không có sự sống, giống như sao Hỏa. Mặc dù nghiên cứu hiện chỉ mang tính lý thuyết, các sứ mệnh sắp tới, chẳng hạn như vệ tinh Cheops của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu và Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA, có thể tạo ra dữ liệu phù hợp với lý thuyết.
Bokeyuan｜www.bokeyuan.net
Vườn Boco｜Văn bản: Ethan Bilby/Horizon
Tạp chí tham khảo Nghiên cứu và Đổi mới của EU
BoKeYuan｜Khoa học, công nghệ, nghiên cứu, khoa học phổ thông
