Tháng này sẽ đánh dấu một chương mới trong việc tìm kiếm sự sống ngoài trái đất, khi kính viễn vọng không gian mạnh nhất chưa được chế tạo bắt đầu do thám các hành tinh quay quanh các ngôi sao khác. Các nhà thiên văn hy vọng rằng Kính viễn vọng Không gian James Webb sẽ tiết lộ liệu một số hành tinh trong số này có bầu khí quyển có thể hỗ trợ sự sống hay không.

Xác định bầu không khí trong một hệ mặt trời khác sẽ đủ mát. Nhưng có một cơ hội – dù nhỏ – rằng một trong những bầu khí quyển này cung cấp thứ được gọi là ký hiệu sinh học: một tham chiếu đến chính sự sống.

Megan Mansfield, một nhà thiên văn học tại Đại học Arizona, cho biết: “Tôi nghĩ chúng ta sẽ có thể tìm thấy những hành tinh mà chúng ta nghĩ là thú vị – bạn biết đấy, những triển vọng tốt cho sự sống. “Nhưng chúng ta sẽ không nhất thiết có thể xác định cuộc sống ngay lập tức.”

Cho đến nay, Trái đất vẫn là hành tinh duy nhất trong vũ trụ có sự sống tồn tại. Các nhà khoa học đã gửi tàu thăm dò lên sao Hỏa trong gần 60 năm và vẫn chưa tìm thấy sao Hỏa. Nhưng có thể tưởng tượng được rằng sự sống đang ẩn mình bên dưới bề mặt hành tinh đỏ hoặc chờ đợi được khám phá trên mặt trăng của sao Mộc hoặc sao Thổ. Một số học giả đã bày tỏ hy vọng của họ về điều này sao KimBất chấp bầu khí quyển thiêu đốt của những đám mây lưu huỳnh điôxít, nó có thể là nơi sinh sống của những đứa con của sao Kim.

Ngay cả khi Trái đất hóa ra là hành tinh duy nhất trong hệ mặt trời của chúng ta chứa đựng sự sống, thì nhiều hệ mặt trời khác trong vũ trụ cũng có cái gọi là ngoại hành tinh.

Năm 1995, các nhà thiên văn học Thụy Sĩ đã phát hiện ra hành tinh ngoài hành tinh đầu tiên quay quanh một ngôi sao giống như mặt trời. Được biết đến với cái tên 51 Pegasi b, ngoại hành tinh hóa ra là một ngôi nhà vững chắc cho sự sống – một khối khí khổng lồ lớn hơn Sao Mộc và ấm 1800 độ F.

Trong những năm sau đó, các nhà khoa học nhận thấy Hơn 5.000 ngoại hành tinh khác. Một số rất giống với Trái đất – có kích thước gần tương đương, được làm bằng đá chứ không phải khí và quay quanh ngôi sao của chúng, không quá gần để nấu ăn nhưng cũng không đủ xa để đóng băng.

Thật không may, kích thước tương đối nhỏ của những ngoại hành tinh này đã khiến chúng trở nên vô cùng khó khăn trong việc nghiên cứu, cho đến tận bây giờ. Kính viễn vọng không gian James Webb, được phóng vào Giáng sinh năm ngoái, sẽ thay đổi điều đó, hoạt động như một kính lúp cho phép các nhà thiên văn quan sát kỹ hơn những thế giới này.

Kể từ khi ra mắt từ Kourou, Guiana thuộc Pháp, kính thiên văn đã Tôi đã đi du lịch Cách Trái đất một triệu dặm, nó đi vào quỹ đạo xung quanh Mặt trời. Ở đó, một tấm khiên che cho chiếc gương cao 21 foot của anh ta khỏi mọi sức nóng hoặc ánh sáng từ mặt trời hoặc mặt đất. Trong bóng tối sâu thẳm này, kính thiên văn có thể phát hiện ra những tia sáng mờ nhạt ở xa, bao gồm cả những tia sáng có thể tiết lộ những chi tiết mới về các hành tinh xa xôi.

Tiến sĩ Mansfield cho biết kính viễn vọng không gian “là đài quan sát không gian lớn đầu tiên có tính đến việc nghiên cứu bầu khí quyển của các hành tinh ngoại trong thiết kế của nó.”

Các kỹ sư của NASA đã bắt đầu chụp ảnh hàng loạt vật thể bằng Kính viễn vọng Webb vào giữa tháng 6 và sẽ công bố những hình ảnh đầu tiên của chúng cho công chúng vào ngày 12/7.

Eric Smith, nhà khoa học chính của chương trình, cho biết, các ngoại hành tinh sẽ có trong loạt hình ảnh đầu tiên. Vì kính thiên văn sẽ dành một khoảng thời gian tương đối ngắn để quan sát các hành tinh ngoài hành tinh, Tiến sĩ Smith coi những hình ảnh đầu tiên đó là một cái nhìn “nhanh và bẩn” về sức mạnh của kính thiên văn.

Những cái nhìn nhanh này sẽ theo sau một loạt các quan sát dài hơn nhiều, bắt đầu từ tháng 7, cung cấp bức tranh rõ ràng hơn về các hành tinh ngoài hành tinh.

Một số nhóm các nhà thiên văn dự định xem xét bảy hành tinh quay quanh một ngôi sao được gọi là Trappist-1. Các quan sát trước đây chỉ ra rằng ba trong số các hành tinh chiếm giữ khu vực có thể sinh sống được.

Olivia Lim, một sinh viên tốt nghiệp tại Đại học Montreal, người sẽ quan sát các hành tinh Trappist-1 bắt đầu vào khoảng ngày 4/7 cho biết: “Đó là một nơi lý tưởng để tìm kiếm dấu vết của sự sống bên ngoài hệ mặt trời.

Vì Trappist-1 là một ngôi sao nhỏ và lạnh, vùng có thể sinh sống được của nó gần hơn vùng nằm trong hệ mặt trời của chúng ta. Kết quả là, các hành tinh tiềm năng có thể sinh sống được của nó quay quanh quỹ đạo ở cự ly gần, chỉ mất vài ngày để quay quanh ngôi sao. Mỗi lần các hành tinh đi qua phía trước Trappist-1, các nhà khoa học sẽ có thể trả lời một câu hỏi cơ bản nhưng quan trọng: Có hành tinh nào trong số chúng có bầu khí quyển không?

Nicole Lewis, một nhà thiên văn học tại Đại học Cornell cho biết: “Nếu không có không khí, nó sẽ không thể ở được, ngay cả khi nó ở trong một khu vực có thể sinh sống được.

Tiến sĩ Lewis và các nhà thiên văn học khác sẽ không ngạc nhiên khi không tìm thấy bầu khí quyển bao quanh hành tinh Trappist-1. Ngay cả khi các hành tinh đã phát triển bầu khí quyển khi chúng hình thành, ngôi sao có thể đã thổi bay chúng từ lâu bằng cách sử dụng tia cực tím và tia X.

Tiến sĩ Mansfield nói: “Có khả năng họ có thể tước bỏ toàn bộ bầu khí quyển của một hành tinh trước khi nó có cơ hội bắt đầu tạo ra sự sống. “Đó là câu hỏi đầu tiên mà chúng tôi đang cố gắng trả lời ở đây: liệu những hành tinh này có thể có bầu khí quyển đủ lâu để có thể phát triển sự sống hay không.”

Một hành tinh đi qua phía trước Trappist-1 sẽ tạo ra một cái bóng nhỏ, nhưng cái bóng đó sẽ quá nhỏ để kính viễn vọng không gian có thể nhận ra. Thay vào đó, kính thiên văn sẽ phát hiện ra ánh sáng từ ngôi sao hơi mờ đi.

Jacob Lustig-Jeiger, một nhà thiên văn học đã làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng Johns Hopkins cho biết: “Nó giống như nhìn nhật thực với đôi mắt nhắm nghiền của bạn. “Bạn có thể có cảm giác rằng ánh sáng đã mờ đi.”

Một hành tinh có bầu khí quyển sẽ làm cho ngôi sao đằng sau nó tối khác với một hành tinh trần trụi. Một số ánh sáng của ngôi sao sẽ truyền trực tiếp qua bầu khí quyển, nhưng các chất khí sẽ hấp thụ ánh sáng ở những bước sóng nhất định. Nếu các nhà thiên văn chỉ nhìn vào ánh sáng sao ở những bước sóng đó, hành tinh này sẽ còn làm mờ Trappist-1 hơn nữa.

Kính viễn vọng sẽ gửi các quan sát Trappist-1 này trở lại Trái đất. Và sau đó bạn nhận được một email như, ‘Này, dữ liệu của bạn có sẵn,’ Tiến sĩ Mansfield nói.

Nhưng ánh sáng từ Trappist-1 sẽ rất mờ nhạt nên bạn sẽ mất thời gian để hiểu rõ về nó. Tiến sĩ Smith nói: “Mắt của bạn đã quen với việc xử lý hàng triệu photon mỗi giây. “Nhưng những kính thiên văn này, chúng chỉ thu thập một vài photon mỗi giây.”

Trước khi Tiến sĩ Mansfield hoặc các nhà thiên văn đồng nghiệp của bà có thể phân tích các hành tinh ngoài hành tinh đi qua phía trước Trappist-1, trước tiên họ sẽ phải phân biệt chúng với những dao động nhỏ tạo ra bởi cơ chế đặc biệt của kính thiên văn.

Tiến sĩ Mansfield nói: “Rất nhiều công việc mà tôi làm là đảm bảo rằng chúng tôi cẩn thận chỉnh sửa bất cứ điều gì kỳ lạ mà kính thiên văn đang làm, để chúng tôi có thể nhìn thấy những tín hiệu rất nhỏ đó.

Khi kết thúc những nỗ lực này, Tiến sĩ Mansfield và các đồng nghiệp của bà có thể khám phá ra một bầu không khí xung quanh Trappist-1. Nhưng chỉ riêng kết quả này sẽ không tiết lộ bản chất của khí quyển. Nó có thể giàu nitơ và oxy, giống như ở Trái đất, hoặc tương tự như món súp độc hại của carbon dioxide và axit sulfuric trên sao Kim. Hoặc nó có thể là một sự kết hợp mà các nhà khoa học chưa từng thấy trước đây.

Alexander Rathke, một nhà thiên văn học tại Đại học Kỹ thuật Đan Mạch cho biết: “Chúng tôi không biết những bầu khí quyển này được tạo thành từ cái gì. “Chúng tôi có ý tưởng và mô phỏng và tất cả những thứ đó, nhưng chúng tôi thực sự không có bất kỳ ý tưởng nào. Chúng tôi phải đi và xem xét.”

Kính viễn vọng không gian James Webb, đôi khi được gọi là JWST, có thể chứng tỏ đủ mạnh để xác định các thành phần cụ thể của khí quyển ngoại hành tinh vì mỗi loại hạt hấp thụ một dải bước sóng ánh sáng khác nhau.

Nhưng những khám phá này sẽ phụ thuộc vào thời tiết ở các hành tinh bên ngoài. Một lớp mây sáng, phản chiếu có thể chặn bất kỳ ánh sao nào đi vào bầu khí quyển của một hành tinh ngoài hành tinh, phá hủy mọi nỗ lực tìm kiếm không gian vũ trụ.

Tiến sĩ Rathcke nói: “Thật sự rất khó để phân biệt giữa bầu khí quyển có mây và không có khí quyển.

Nếu thời tiết thuận lợi, các nhà thiên văn học đặc biệt quan tâm đến việc tìm hiểu xem các hành tinh ngoài hành tinh có nước trong khí quyển của chúng hay không. Ít nhất trên Trái đất, nước là điều kiện tiên quyết cho sinh học. Tiến sĩ Mansfield nói: “Chúng tôi nghĩ rằng đó có thể là một điểm khởi đầu tốt cho việc tìm kiếm sự sống.

Nhưng một bầu khí quyển nhiều nước không nhất thiết có nghĩa là một hành tinh ngoại có sự sống. Để chắc chắn một hành tinh có sự sống, các nhà khoa học sẽ phải khám phá ra một dấu ấn sinh học, một phân tử hoặc một nhóm một số phân tử được hình thành đặc trưng bởi các sinh vật sống.

Các nhà khoa học vẫn đang tranh luận về một chữ ký sinh học đáng tin cậy là gì. Bầu khí quyển của Trái đất là duy nhất trong hệ mặt trời của chúng ta ở chỗ nó chứa rất nhiều oxy, phần lớn là sản phẩm của thực vật và tảo. Nhưng oxy cũng có thể được tạo ra mà không cần sự hỗ trợ của sự sống, khi các phân tử nước trong không khí tách ra. Tương tự, mêtan có thể được giải phóng bởi các vi sinh vật sống nhưng cũng có thể do núi lửa.

Có thể có một sự cân bằng khí nào đó có thể tạo ra một dấu ấn quan trọng rõ ràng, không thể duy trì được nếu không có sự trợ giúp của sự sống.

Tiến sĩ Rathcke nói: “Chúng ta cần những kịch bản thuận lợi để tìm ra những dấu vân tay quan trọng này. “Tôi không nói điều đó là không thể. Tôi chỉ nghĩ rằng nó quá xa vời. Chúng ta cần phải rất may mắn.”

Joshua Krissansen-Totton, một nhà khoa học hành tinh tại Đại học California, Santa Cruz, cho biết để tìm được sự cân bằng như vậy sẽ yêu cầu Kính viễn vọng Webb quan sát một hành tinh thường xuyên đi qua phía trước Trappist-1.

Tiến sĩ Chrisansen-Totton cho biết: “Nếu có ai đó tiến tới trong vòng 5 năm tới và nói:“ Đúng vậy, chúng tôi đã tìm thấy sự sống với JWST ”.

Có thể là Kính viễn vọng Không gian James Webb đơn giản là không thể tìm thấy sinh trắc học. Sứ mệnh này có thể phải đợi thế hệ kính thiên văn vũ trụ tiếp theo, hơn một thập kỷ sau. Các ngoại hành tinh này sẽ được nghiên cứu theo cách mà mọi người nhìn vào sao Hỏa hoặc sao Kim trên bầu trời đêm: bằng cách quan sát sự phản chiếu của ánh sao trên chúng trên nền đen của không gian, thay vì khi chúng đi qua trước một ngôi sao.

Tiến sĩ Rathcke dự đoán: “Hầu hết, chúng tôi sẽ làm cho nền tảng rất quan trọng hoạt động cho các kính thiên văn trong tương lai. “Tôi sẽ rất ngạc nhiên nếu JWST giới thiệu tính năng phát hiện dấu vân tay sinh trắc học, nhưng tôi hy vọng sẽ được sửa chữa. Ý tôi là, về cơ bản đó là những gì tôi đang làm công việc này.”