Dữ liệu hiện tại cho thấy có khoảng một hành tinh có kích thước Trái đất trong vùng có thể ở được của mỗi ngôi sao lùn đỏ. Nghiên cứu này gần gấp đôi ước tính đó.
Một nghiên cứu mới tính toán ảnh hưởng của hành vi đám mây đến khí hậu làm tăng gấp đôi số hành tinh có thể ở được trên quỹ đạo sao lùn đỏ, loại sao phổ biến nhất trong vũ trụ. Phát hiện này có nghĩa là chỉ riêng trong thiên hà Milky Way, 60 tỷ hành tinh có thể đang quay quanh các ngôi sao lùn đỏ trong khu vực có thể ở được.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Chicago và Đại học Tây Bắc dựa trên nghiên cứu của họ, xuất hiện trên Astrophysical Journal Letters, trên các mô phỏng máy tính nghiêm ngặt về hành vi đám mây trên các hành tinh ngoài hành tinh. Hành vi đám mây này đã mở rộng đáng kể vùng có thể ở được của các sao lùn đỏ, nhỏ hơn và mờ hơn nhiều so với các ngôi sao như mặt trời.
Dữ liệu hiện tại từ NASA Mission Kepler Mission, đài quan sát không gian tìm kiếm các hành tinh giống Trái đất quay quanh các ngôi sao khác, cho thấy có khoảng một hành tinh có kích thước Trái đất trong vùng có thể ở của mỗi sao lùn đỏ. Nghiên cứu UChicago-Tây Bắc gần gấp đôi ước tính đó. Nó cũng gợi ý những cách mới để các nhà thiên văn học kiểm tra xem các hành tinh quay quanh các sao lùn đỏ có che phủ mây hay không.
Các nhà khoa học khí hậu đang làm việc để củng cố vai trò của các đám mây trong biến đổi khí hậu. Trong khi đó, các nhà thiên văn học đã sử dụng các mô hình đám mây để hiểu hành tinh ngoài hành tinh nào có thể là ngôi nhà cho sự sống. Ảnh của Norman Kuring / NASA GSFC
Hầu hết các hành tinh trong dải ngân hà quỹ đạo sao lùn đỏ, ông cho biết Nicolas Cowan, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Trung tâm nghiên cứu và khám phá liên ngành về vật lý thiên văn. Một bộ điều nhiệt làm cho các hành tinh như vậy trở nên khó khăn hơn đồng nghĩa với việc chúng ta không thể tìm kiếm một hành tinh có thể ở được.
Cowan tham gia UChicago từ Dorian Abbot và Jun Yang với tư cách là đồng tác giả của nghiên cứu. Các học giả cũng cung cấp cho các nhà thiên văn học một phương tiện để xác minh kết luận của họ với Kính viễn vọng Không gian James Webb, dự kiến ra mắt vào năm 2018.
Vùng có thể ở được đề cập đến không gian xung quanh một ngôi sao nơi các hành tinh quay quanh có thể duy trì nước lỏng ở bề mặt của chúng. Công thức tính vùng đó vẫn giữ nguyên trong nhiều thập kỷ. Nhưng cách tiếp cận đó chủ yếu bỏ qua các đám mây, gây ảnh hưởng khí hậu lớn.
Mây Mây gây nóng lên và chúng gây lạnh trên Trái đất, ông Abbot, giáo sư trợ lý khoa học địa vật lý cho biết. Chúng phản xạ ánh sáng mặt trời để làm mát mọi thứ và chúng hấp thụ bức xạ hồng ngoại từ bề mặt để tạo hiệu ứng nhà kính. Đó là một phần của những gì giữ cho hành tinh đủ ấm để duy trì sự sống.
Một hành tinh quay quanh một ngôi sao như mặt trời sẽ phải hoàn thành quỹ đạo khoảng một lần một năm để đủ xa để duy trì nước trên bề mặt của nó. Nếu bạn quay quanh một ngôi sao lùn hoặc có khối lượng thấp, bạn phải quay quanh quỹ đạo khoảng một tháng một lần, cứ hai tháng một lần để nhận được cùng một lượng ánh sáng mặt trời mà chúng ta nhận được từ mặt trời, thì Cow Cow nói.
Các hành tinh quay quanh chặt chẽ
Các hành tinh trong quỹ đạo chặt chẽ như vậy cuối cùng sẽ bị khóa chặt với mặt trời của chúng. Họ sẽ luôn giữ cùng một phía đối diện với mặt trời, giống như mặt trăng hướng về Trái đất. Các tính toán của nhóm UChicago-Tây Bắc chỉ ra rằng phía mặt sao của hành tinh sẽ trải qua sự đối lưu mạnh mẽ và các đám mây phản xạ cao tại một điểm mà các nhà thiên văn học gọi là khu vực phụ. Ở vị trí đó mặt trời luôn nằm trực tiếp trên cao, vào buổi trưa cao.
Nhóm tính toán toàn cầu ba chiều đã xác định, lần đầu tiên, ảnh hưởng của các đám mây nước đến rìa bên trong của vùng có thể ở được. Các mô phỏng tương tự như mô phỏng khí hậu toàn cầu mà các nhà khoa học sử dụng để dự đoán khí hậu Trái đất. Chúng cần vài tháng để xử lý, chạy chủ yếu trên một cụm gồm 216 máy tính được nối mạng tại UChicago. Những nỗ lực trước đây để mô phỏng cạnh trong của các vùng có thể ở ngoài hành tinh là một chiều. Họ chủ yếu bỏ qua các đám mây, thay vào đó tập trung vào biểu đồ cách nhiệt độ giảm theo độ cao.
Không có cách nào để bạn có thể thực hiện các đám mây đúng cách trong một chiều. Tuy nhiên, trong một mô hình ba chiều, bạn thực sự mô phỏng cách di chuyển của không khí và cách hơi ẩm di chuyển qua toàn bộ bầu khí quyển của hành tinh.
Hình minh họa này cho thấy vùng phủ mây mô phỏng (màu trắng) trên hành tinh bị khóa chặt (màu xanh) sẽ quay quanh một ngôi sao lùn đỏ. Các nhà khoa học hành tinh tại UChicago và Tây Bắc đang áp dụng mô phỏng khí hậu toàn cầu cho các vấn đề trong thiên văn học. Minh họa bởi Jun Yang
Những mô phỏng mới này cho thấy rằng nếu có bất kỳ nước mặt nào trên hành tinh, thì sẽ có những đám mây nước. Các mô phỏng tiếp tục cho thấy hành vi của đám mây có tác dụng làm mát đáng kể ở phần bên trong của vùng có thể ở được, cho phép các hành tinh duy trì nước trên bề mặt của chúng gần mặt trời hơn rất nhiều.
Các nhà thiên văn học quan sát bằng Kính viễn vọng James Webb sẽ có thể kiểm tra tính hợp lệ của những phát hiện này bằng cách đo nhiệt độ của hành tinh tại các điểm khác nhau trên quỹ đạo của nó. Nếu một ngoại hành tinh bị khóa chặt thiếu độ che phủ của đám mây đáng kể, các nhà thiên văn học sẽ đo nhiệt độ cao nhất khi các ngày của hành tinh ngoại đối diện với kính viễn vọng, xảy ra khi hành tinh ở phía xa của ngôi sao. Một khi hành tinh quay trở lại để hiển thị mặt tối của nó với kính viễn vọng, nhiệt độ sẽ đạt đến điểm thấp nhất.
Nhưng nếu các đám mây phản xạ cao chiếm ưu thế vào ban ngày của ngoại hành tinh, chúng sẽ chặn rất nhiều bức xạ hồng ngoại từ bề mặt, Yang, một nhà khoa học sau tiến sĩ về khoa học địa vật lý cho biết. Trong tình huống đó, bạn sẽ đo nhiệt độ lạnh nhất khi hành tinh ở phía đối diện và bạn sẽ đo nhiệt độ ấm nhất khi bạn nhìn vào phía đêm, bởi vì bạn thực sự đang nhìn vào bề mặt chứ không phải những đám mây cao này, Dương Dương nói.
Các vệ tinh quan sát trái đất đã ghi nhận hiệu ứng này. Nếu bạn nhìn vào Brazil hoặc Indonesia bằng kính viễn vọng hồng ngoại từ không gian, nó có thể trông lạnh và điều đó bởi vì bạn đang nhìn thấy tầng trên đám mây, ông Cow Cowan nói. Cỗ máy trên tầng mây ở độ cao lớn, và nó cực kỳ lạnh ở đó.
Nếu Kính thiên văn James Webb phát hiện tín hiệu này từ một ngoại hành tinh, Abbot lưu ý, thì nó gần như chắc chắn từ các đám mây và nó xác nhận rằng bạn có nước lỏng trên bề mặt.
Thông qua Đại học Chicago