các thành phần của cuộc sống trải rộng khắp vũ trụ. Trong khi Trái đất là nơi duy nhất được biết đến trong vũ trụ có sự sống tồn tại, thì việc phát hiện ra sự sống ngoài Trái đất là Mục tiêu chính Từ thiên văn học hiện đại Và khoa học hành tinh.

Chúng tôi là hai học giả nghiên cứu hành tinh bên ngoài Và thiên văn học. Phần lớn nhờ vào các kính thiên văn thế hệ tiếp theo như James Webb, các nhà nghiên cứu như chúng tôi sẽ sớm có thể đo thành phần hóa học trong bầu khí quyển của các hành tinh xung quanh các ngôi sao khác. Hy vọng rằng một hoặc nhiều hành tinh trong số này sẽ có dấu vân tay hóa học cho sự sống.

Hành tinh bên ngoài có thể sống được

đời sống Nó có thể tồn tại trong hệ mặt trời Nơi có nước lỏng – chẳng hạn như các tầng chứa nước trên sao Hỏa hoặc trong đại dương của mặt trăng Europa của sao Mộc. Tuy nhiên, việc tìm kiếm sự sống ở những nơi này rất khó khăn, vì việc tiếp cận và phát hiện sự sống rất khó khăn đòi hỏi phải gửi một thiết bị thăm dò để trả lại các mẫu vật lý.

Nhiều nhà thiên văn học tin rằng có một tệp Cơ hội tốt về sự sống trên các hành tinh quay quanh các ngôi sao khácVà đây có thể là nơi Cuộc sống sẽ được tìm thấy trước.

Tính toán lý thuyết chỉ ra rằng có một cái gì đó gần 300 triệu hành tinh có khả năng sinh sống Trong Dải Ngân hà một mình và Nhiều hành tinh có thể sinh sống được có kích thước bằng Trái đất Chỉ cách Trái đất 30 năm ánh sáng – về cơ bản là hàng xóm của loài người trong thiên hà. Cho đến nay, các nhà thiên văn học Khám phá hơn 5.000 ngoại hành tinhbao gồm hàng trăm cái có thể sinh sống được, đang sử dụng phương pháp gián tiếp đo lường cách một hành tinh ảnh hưởng đến ngôi sao lân cận của nó. Các phép đo này có thể cung cấp cho các nhà thiên văn thông tin về khối lượng và kích thước của một hành tinh ngoại, nhưng không hơn thế nữa.

Tìm kiếm chữ ký sinh học

Để khám phá sự sống trên một hành tinh xa xôi, các nhà thiên văn học sẽ nghiên cứu ánh sáng của các vì sao hiện có Tương tác với bề mặt hoặc bầu khí quyển của hành tinh. Nếu bầu khí quyển hoặc bề mặt bị thay đổi bởi sự sống, ánh sáng có thể mang một đầu mối gọi là ‘dấu hiệu sinh học’.

Trong nửa đầu của sự tồn tại, Trái đất có bầu khí quyển không có oxy, mặc dù nó có sự sống đơn bào đơn giản. Dấu chân quan trọng của Trái đất rất mờ nhạt trong thời kỳ đầu này. Điều đó đột ngột thay đổi 2,4 tỷ năm trước Khi một họ tảo mới phát triển. Tảo đã sử dụng quá trình quang hợp để tạo ra oxy tự do – oxy không liên kết hóa học với bất kỳ nguyên tố nào khác. Kể từ thời điểm đó, bầu khí quyển chứa đầy oxy của Trái đất đã để lại một dấu ấn quan trọng mạnh mẽ và dễ phát hiện đối với ánh sáng truyền qua nó.

Khi ánh sáng bật ra khỏi bề mặt vật liệu hoặc đi qua chất khí, một số bước sóng nhất định có nhiều khả năng bị giữ lại trong khí hoặc bề mặt vật liệu hơn những bước sóng khác. Sự phù hợp có chọn lọc này của các bước sóng ánh sáng là lý do tạo ra các màu sắc khác nhau của các vật thể. Lá có màu xanh lục vì chất diệp lục đặc biệt tốt trong việc hấp thụ ánh sáng có bước sóng màu đỏ và xanh lam. Khi ánh sáng chiếu vào tờ giấy, các bước sóng màu đỏ và xanh lam bị hấp thụ, để lại phần lớn ánh sáng xanh lục dội lại vào mắt bạn.

Dạng ánh sáng bị mất được xác định bởi thành phần cụ thể của vật liệu mà ánh sáng tương tác. Vì lý do này, các nhà thiên văn học có thể tìm hiểu điều gì đó về thành phần của bầu khí quyển hoặc bề mặt của một hành tinh ngoại bằng cách đo màu cụ thể của ánh sáng đến từ một hành tinh.

Phương pháp này có thể được sử dụng để xác định sự hiện diện của một số khí trong khí quyển liên quan đến sự sống – chẳng hạn như oxy hoặc mêtan – vì những khí này để lại những tín hiệu rất cụ thể trong ánh sáng. Nó cũng có thể được sử dụng để phát hiện màu sắc lạ trên bề mặt của một hành tinh. Ví dụ trên Trái đất, chất diệp lục của thực vật và các sắc tố khác và tảo được sử dụng trong quá trình quang hợp sử dụng các bước sóng ánh sáng cụ thể. Những loại thuốc nhuộm này Sản xuất màu sắc khác biệt Nó có thể được phát hiện bằng cách sử dụng một camera hồng ngoại nhạy cảm. Nếu bạn nhìn thấy màu sắc này phản chiếu từ bề mặt của một hành tinh xa xôi, nó có thể cho thấy sự hiện diện của chất diệp lục.

Kính thiên văn trong không gian và trên Trái đất

Cần có một kính thiên văn cực kỳ mạnh mẽ để phát hiện những thay đổi tinh tế này về ánh sáng từ một hành tinh ngoài hành tinh có thể sinh sống được. Hiện tại, chiếc kính thiên văn duy nhất có khả năng làm được kỳ tích như vậy là chiếc kính thiên văn mới Kính viễn vọng không gian James Webb. như nó là Các hoạt động khoa học bắt đầu Vào tháng 7 năm 2022, James Webb đã thực hiện một bài đọc dễ thương Hành tinh khí khổng lồ WASP-96b. Quang phổ cho thấy sự hiện diện của nước và mây, nhưng một hành tinh nóng và lớn như WASP-96b khó có thể có sự sống.

Tuy nhiên, những dữ liệu ban đầu này cho thấy James Webb có thể phát hiện ra các tín hiệu hóa học mờ nhạt trong ánh sáng từ các hành tinh ngoài hành tinh. Trong những tháng tới, Webb được thiết lập để quay gương của cô ấy về phía TRAPPIST-1emột hành tinh có kích thước bằng Trái đất có thể sinh sống được chỉ cách Trái đất 39 năm ánh sáng.

Webb có thể tìm kiếm sinh trắc học bằng cách nghiên cứu và chụp các hành tinh khi chúng đi qua trước các ngôi sao chủ của chúng Ánh sao chiếu xuyên qua bầu khí quyển của hành tinh. Nhưng Webb không được thiết kế để tìm kiếm sự sống, vì vậy kính thiên văn chỉ có thể khảo sát một số thế giới có khả năng sinh sống gần nhất. Nó cũng có thể phát hiện những thay đổi được thực hiện đối với Mức độ carbon dioxide, methane và hơi nước trong khí quyển. Trong khi một số kết hợp nhất định của các khí này Nó có thể gợi ý cuộc sốngWebb không thể phát hiện sự hiện diện của oxy không liên kết, đây là dấu hiệu mạnh nhất của sự sống.

Các khái niệm tiên phong cho kính viễn vọng không gian trong tương lai, và thậm chí còn mạnh hơn, bao gồm kế hoạch chặn ánh sáng chói của ngôi sao chủ của Trái đất để phát hiện ánh sáng sao phản chiếu từ hành tinh. Ý tưởng này tương tự như dùng tay của bạn để chặn ánh sáng mặt trời để nhìn rõ hơn một thứ gì đó từ xa. Các kính viễn vọng không gian trong tương lai có thể sử dụng các mặt nạ nhỏ trong nhà hoặc một tàu vũ trụ bên ngoài lớn, giống như chiếc dù để làm điều này. Một khi ánh sáng của ngôi sao bị chặn, việc nghiên cứu ánh sáng dội ra từ một hành tinh sẽ dễ dàng hơn nhiều.

Ngoài ra còn có ba kính thiên văn khổng lồ đặt trên mặt đất hiện đang được xây dựng có thể tìm kiếm dấu vân tay sinh trắc học: Kính viễn vọng Magellan khổng lồCác Kính viễn vọng ba mươi mét và kính thiên văn rất lớn của châu Âu. Mỗi kính thiên văn này mạnh hơn nhiều so với kính thiên văn trên Trái đất, và mặc dù bị che khuất bởi bầu khí quyển của Trái đất, làm biến dạng ánh sáng sao, những kính thiên văn này có thể khám phá bầu khí quyển của những thế giới gần nhất của oxy.

Nó là sinh học hay địa chất?

Ngay cả khi sử dụng những kính thiên văn mạnh nhất trong những thập kỷ tới, các nhà thiên văn học sẽ chỉ có thể phát hiện ra những đặc điểm sinh học mạnh mẽ được tạo ra bởi những thế giới bị thay đổi hoàn toàn bởi sự sống.

Thật không may, hầu hết các khí thải ra từ cuộc sống trên cạn cũng có thể được tạo ra thông qua các quá trình phi sinh học – bò và núi lửa giải phóng khí mê-tan. Quá trình quang hợp tạo ra oxy, nhưng ánh sáng mặt trời cũng làm như vậy khi nó phân tách các phân tử nước thành oxy và hydro. ở đó Một cơ hội tốt để các nhà thiên văn học phát hiện ra một số dương tính giả Khi tìm kiếm cuộc sống xa xôi. Để giúp loại trừ dương tính giả, các nhà thiên văn học sẽ cần hiểu rõ về một hành tinh thú vị đủ để hiểu nó có phải là hành tinh đó hay không. Các quá trình địa chất hoặc khí quyển có thể bắt chước chữ ký sinh học.

Thế hệ tiếp theo của các nghiên cứu về hành tinh ngoài hành tinh có tiềm năng vượt qua mức độ Bằng chứng bất thường Cần chứng minh sự tồn tại của sự sống. Việc phát hành dữ liệu đầu tiên từ Kính viễn vọng Không gian James Webb cho chúng ta cảm nhận về tiến trình thú vị sắp diễn ra.

Chris EmbiGiáo sư thiên văn học xuất sắc của trường đại học, Đại học Arizona Và Daniel AbayGiáo sư thiên văn học và khoa học hành tinh, Đại học Arizona

Bài viết này đã được xuất bản lại từ Cuộc hội thoại Theo Giấy phép Creative Commons. Đọc bài báo gốc.