Từ lâu, các hành tinh bên ngoài Hệ Mặt Trời của chúng ta đã luôn là mối bận tâm của các nhà khoa học và cả những người hay mơ mộng. Ngay khi loài người lần đầu tiên khám phá ra rằng những ngôi sao lung linh trên bầu trời đêm cũng tương tự như Mặt Trời, thì trí tưởng tượng của chúng ta đã bắt đầu bay xa về những thế giới có thể đang quay quanh chúng.
Liệu những hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời kia có phải là các hành tinh đá giống Trái Đất? Chúng có nước ở dạng lỏng không? Sự hiện diện của nguồn sống quý giá này trên các thế giới khác có nghĩa là sự sống ngoài kia không chỉ có một mình chúng ta?
“Trong hàng ngàn năm, con người đã luôn đặt ra câu hỏi liệu chúng ta có cô đơn trong vũ trụ hay không. Và gắn liền với câu hỏi đó là liệu có hành tinh nào khác ở ngoài kia không?”, Nikku Madhusudhan, giáo sư vật lý thiên văn và khoa học hành tinh tại Viện Thiên văn học, Đại học Cambridge, chia sẻ. “Bởi thế nên việc đặt ra câu hỏi về hành tinh khác tồn tại hay không là một bản năng vô cùng cơ bản của con người.”
Điều đáng ngạc nhiên là trước những năm 1990, các nhà thiên văn học còn chưa chắc chắn liệu các ngôi sao ngoài Hệ Mặt Trời có các hành tinh đi kèm hay không.
Không có bằng chứng nào cho thấy các ngoại hành tinh, hay hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời, không tồn tại. Cũng không có dấu hiệu nào cho thấy Hệ Mặt Trời của chúng ta là duy nhất trong dải Ngân Hà. Nhưng cho đến tận cuối thế kỷ 20, các nhà thiên văn vẫn chán nản vì thiếu bằng chứng trực tiếp về sự tồn tại các thế giới ngoài tầm ảnh hưởng của Mặt Trời.
Điều này là do việc phát hiện các ngoại hành tinh khó vô cùng. Trong quá khứ, các phương pháp phát hiện ngoại hành tinh thành công nhất dựa vào việc suy ra những tác động rất nhỏ mà các hành tinh có lên ngôi sao mẹ của chúng, chẳng hạn như việc cường độ ánh sáng giảm nhẹ hoặc dao động không đáng kể trong chuyển động.
“Cho đến khoảng 30 năm trước, chúng ta chưa biết về bất kỳ hành tinh nào bên ngoài Hệ Mặt Trời. Tất cả những gì chúng ta biết chỉ là các hành tinh trong Hệ Mặt Trời mà thôi,” Madhusudhan nói. “Nhưng ngay khi ngoại hành tinh được phát hiện, điều đó đã mở ra một cửa sổ hoàn toàn mới về Vũ trụ và các hệ hành tinh khác.”
Kể từ đó, công nghệ cải tiến và các kỹ thuật phát hiện tinh vi đã tạo ra một danh mục ngoại hành tinh đồ sộ với hơn 4.800 thế giới xa xôi.
“Cột mốc quan trọng đầu tiên trong nghiên cứu ngoại hành tinh là nhận ra rằng thật ra chúng rất phổ biến,” Madhusudhan, người đã phát triển kỹ thuật lấy mẫu khí quyển để suy ra thành phần của ngoại hành tinh, cho biết. “Nhưng đồng thời, các ngoại hành tinh đó cũng cực kỳ đa dạng. Ngoại hành tinh có đủ loại khối lượng, kích cỡ, nhiệt độ.”
Sẽ thấy ngay là cách ta gọi tên những thiên thể này chịu ảnh hưởng không nhỏ từ những gì chúng ta đã biết về Hệ Mặt Trời. Thế nên, những thế giới ngoài kia được dán nhãn là “Siêu Trái Đất”, “Sao Mộc nóng” hay “Sao Hải Vương nhỏ”. Tuy nhiên, điều này cũng nói lên rằng Hệ Mặt Trời của chúng ta rất đỗi bình thường, gần như là độc nhất vậy.
Gợi ý từ biên tập:
Khám phá đầu tiên
Nghiên cứu về các hành tinh bên ngoài hệ Mặt Trời của chúng ta đã cho thấy vũ trụ rộng lớn này chứa đầy bất ngờ. Hành tinh ngoài hệ Mặt Trời (exoplanet) đầu tiên được tìm thấy lại thuộc một kiểu hoàn toàn chưa hề tồn tại trong Thái Dương Hệ: đó là một hành tinh đá quay quanh tàn tích sao lùn trắng và sao xung (pulsar) trong chòm sao Cự Giải bởi Aleksander Wolszczan và Dale Frail vào tháng 1 năm 1992. Cặp đôi đã đặt tên cho chúng là Poltergeist và Phobetor.
Những hành tinh này thuộc họ “Siêu Trái Đất” – có khối lượng lớn hơn Trái Đất nhưng nhỏ hơn các hành tinh băng khổng lồ như Sao Hải Vương, Sao Thiên Vương. Đừng hiểu nhầm rằng “Siêu Trái Đất” sẽ có điều kiện sống giống hành tinh của chúng ta – cái tên chỉ nói lên khối lượng chứ không đề cập môi trường bề mặt hay khả năng sống. Ví dụ, Poltergeist và Phobetor không thể hỗ trợ sự sống vì chúng bị bức xạ khắc nghiệt từ ngôi sao xung của chúng thiêu đốt.
Năm 1995, Michel Mayor và nghiên cứu sinh Didier Queloz đã phát hiện ra hành tinh 51 Pegasi b – một “Sao Mộc nóng” đầu tiên. Đây là những hành tinh khí khổng lồ quay quanh ngôi sao của chúng ở khoảng cách rất gần, bị nung nóng với nhiệt độ khủng khiếp. Khám phá này khiến các nhà thiên văn thay đổi suy nghĩ về tính đa dạng của các hệ hành tinh. 51 Pegasi b thậm chí đã giúp Mayor và Queloz giành giải Nobel Vật lý năm 2019.
Từ đó đến nay, công cuộc khám phá vũ trụ không ngừng phát hiện thêm hàng loạt hành tinh kì lạ như thế. Sao Mộc nóng, thậm chí cả các hành tinh nhỏ hơn Sao Hải Vương với thành phần kì dị, dường như rất phổ biến trong Ngân Hà. Đến bây giờ, tìm ra các dấu hiệu sự sống, đặc biệt là nước trên khí quyển của các ngoại hành tinh nhỏ chính là mục tiêu tiếp theo của các nhà khoa học đấy!
Dấu hiệu sự sống trên các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời
Chắc bạn cũng biết, khi một hành tinh đi ngang qua ngôi sao chủ của nó, các nhà thiên văn học không chỉ dùng hiện tượng đó để phát hiện hành tinh (do ngôi sao có vẻ “mờ” đi đôi chút), mà còn có thể phân tích bầu khí quyển của hành tinh đó.
Nguyên lý thế này: mỗi loại nguyên tử hay phân tử sẽ hấp thụ ánh sáng ở những bước sóng đặc trưng. Bằng cách quan sát khoảng “trống” trong phổ ánh sáng của ngôi sao khi chiếu xuyên bầu khí quyển hành tinh, các nhà thiên văn có thể biết hành tinh đó có các thành phần khí gì.
Năm 1999, Greg Henry và David Charbonneau sử dụng phương pháp này để thám sát một ngoại hành tinh (hành tinh ngoài hệ Mặt Trời) đi ngang mặt ngôi sao HD 209458. Kết quả cho thấy: hành tinh HD 209458 b này có oxy, nitơ, cacbon, và đáng chú ý nhất là nước trong khí quyển. Thậm chí hành tinh này còn có cả một “cái đuôi” khí bị tước đi, tương tự như sao chổi nữa.
Theo chuyên gia Madhusudhan, kể từ năm 1999, đặc biệt là thập kỷ gần đây, công nghệ quan sát khí quyển của ngoại hành tinh đã phát triển tột bậc, với những số liệu chặt chẽ đầu tiên về hơi nước trong khí quyển một số hành tinh.
Nhưng đáng tiếc, giống HD 209458 b, phần lớn các phát hiện này khó mà cho phép ta kết luận gì về khả năng tồn tại sự sống ở những hành tinh đó.
“Các hành tinh khổng lồ nóng bỏng là nơi ta hay tìm thấy dấu vết của nước, chủ yếu dưới dạng hơi. Và rõ ràng là không thể có sự sống trên những hành tinh đó rồi,” Madhusudhan khẳng định.
May mắn thay, tình hình đang khả quan dần lên. Madhusudhan, biên tập viên trang Exofrontiers (tập hợp những thành tựu khoa học về ngoại hành tinh) chỉ ra rằng, chúng ta đã cải tiến kỹ thuật đo đạc khí quyển đến mức có thể tìm thấy nguyên tố trên các hành tinh bé hơn rất nhiều.
Bao gồm cả những hành tinh trong vùng “Sự sống” (hay “Goldilocks”: không quá nóng cũng không quá lạnh cho sự tồn tại của nước lỏng) của các ngôi sao.
“Chúng ta đã có thể phát hiện các hành tinh nhỏ, cỡ Trái Đất, nằm trong vùng sự sống quanh các ngôi sao gần Hệ Mặt Trời. Đặc biệt phải nhắc đến các hành tinh nhỏ loại sao lùn đỏ M” – Madhusudhan nhấn mạnh, gợi nhắc đến hệ hành tinh TRAPPIST-1.
Phát hiện vào năm 2017, hệ TRAPPIST-1 có tới 7 hành tinh đá, tất cả đều nằm ở khoảng cách đến ngôi sao lùn đỏ đủ để nước tồn tại trên bề mặt. “Đây đều là những hành tinh nhỏ, nhiều đá, tương tự Trái Đất, ở khoảng cách thích hợp để có sự sống.”
Nghiên cứu hệ TRAPPIST-1 vào năm 2018 cho thấy một số hành tinh này thậm chí có nhiều nước cùng đại dương rộng lớn hơn Trái Đất.
Nhờ vậy, hệ sao này thành mục tiêu hàng đầu để đo đạc khí quyển bằng các kính viễn vọng tương lai, điển hình là James Webb (JWST).
Kính viễn vọng James Webb mở ra kỷ nguyên khám phá mới
Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) – với thiết kế hiện đại bậc nhất cho phép quan sát qua ánh sáng hồng ngoại – không chỉ mang tới những khám phá vũ trụ tuyệt đẹp cho nhân loại. Nó còn đang mở ra kỷ nguyên mới trong việc truy tìm sự sống ngoài Trái Đất.
Vào những năm 1980, khi JWST còn nằm trên ý tưởng, con người còn chưa hề phát hiện hành tinh nào ngoài hệ Mặt Trời. Kính thiên văn Hubble sau đó đã có công lớn trong những phát hiện đầu tiên, nhưng phải đến JWST, chúng ta mới thật sự tiến đến gần hơn bao giờ hết khả năng xác định một hành tinh có sự sống hay không.
Tiến sĩ Nikku Madhusudhan, người sẽ dẫn dắt sứ mệnh phân tích khí quyển các ngoại hành tinh (hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời) bằng JWST, khẳng định: “Chúng ta đang ở thời kỳ hoàng kim của khoa học ngoại hành tinh, trên ngưỡng cửa của bước chuyển mình lớn trong thiên văn học hiện đại”.
Dù chiếc kính viễn vọng đắt giá này không thể tự khẳng định hành tinh đó có sự sống hay không, nó được trang bị để phát hiện những phân tử “ám chỉ” điều đó. Thành quả này sẽ đặt nền móng cho nhiều sứ mệnh khám phá đầy hứa hẹn trong tương lai.
“Chúng ta là thế hệ may mắn berkesempatanbđể chứng kiến sự sống ngoài kia được tìm ra. Một giấc mơ ngàn năm của nhân loại cuối cùng cũng sắp thành hiện thực trong thời đại này. Đối với tôi, đó là một điều vĩ đại”, Madhusudhan bộc bạch.
Hiện JWST đang nhắm đến việc khám phá hệ thống sao TRAPPIST 9 vốn sở hữu nhiều hành tinh đá tiềm năng. Điểm đặc biệt là tiến sĩ Madhusudhan cũng tham gia nghiên cứu về thế giới hycean – các hành tinh giàu nước, hầu như bị đại dương bao phủ với khí quyển chứa nhiều hydro. Chúng có thể mở rộng đáng kể “vùng giới hạn sự sống” mà chúng ta đang áp dụng.
2023 còn mang đến tin sốt dẻo khi các nhà thiên văn học dường như đã tìm thấy dấu vết đầu tiên của một ngoại hành tinh nằm ngoài dải Ngân Hà. Hành tinh cỡ Sao Thổ này cách Trái Đất đến 28 triệu năm ánh sáng, thuộc thiên hà Messier 51. Đây sẽ là minh chứng cho sự bao la và luôn ẩn chứa bất ngờ của vũ trụ.
“Thậm chí chúng ta mới chỉ chạm bề nổi của việc khám phá. Ngày nay, cứ hai sao thì gần như có một sao mang theo hành tinh quay xung quanh. Với hàng trăm tỷ sao chỉ riêng trong Ngân Hà, và còn hàng tỷ thiên hà khác… sự đa dạng của các thế giới ngoài kia vượt xa trí tưởng tượng của con người. Mỗi phát hiện mới về hệ thống sao và ngoại hành tinh đều khiến chúng ta kinh ngạc”, tiến sĩ Rosanne Allart chia sẻ.
Dù vậy, tiến sĩ Allart nhấn mạnh tầm quan trọng của việc bảo vệ “hành tinh B” không tồn tại: “Giữa muôn vàn ngoại hành tinh, Trái Đất vẫn thật đặc biệt. Hãy luôn ý thức về trách nhiệm gìn giữ ngôi nhà duy nhất của chúng ta”.
