Ra mắt vào tuần trước, TESS sẽ quét 200.000 ngôi sao sáng và gần, tìm kiếm các hành tinh mới và có thể là thế giới có thể sống được. Tại đây, một cuộc thảo luận bàn tròn với 2 nhà khoa học về nhiệm vụ TESS.
Một nghệ sĩ từ ấn tượng của Vệ tinh Khảo sát Exoplanet (TESS) và một số mỏ đá hành tinh của nó. Hình ảnh qua NASA.
Thông qua Quỹ Kavli
Một kỷ nguyên mới trong việc tìm kiếm các ngoại hành tinh - và cuộc sống ngoài hành tinh mà họ có thể tổ chức đã bắt đầu. Trên một tên lửa SpaceX, Vệ tinh Khảo sát Exoplanet (TESS) được phóng vào ngày 18 tháng 4 năm 2018. Trong hai năm tới, TESS sẽ quét 200.000 ngôi sao sáng nhất và gần nhất tới Trái đất để làm mờ vết bẩn gây ra khi ngoại hành tinh đi qua mặt sao của chúng .
Quỹ Kavli đã nói chuyện với hai nhà khoa học về nhiệm vụ TESS, để có cái nhìn sâu sắc về sự phát triển và mục đích khoa học cách mạng của nó nhằm tìm ra cặp song sinh Trái đất đầu tiên trong vũ trụ. Những người tham gia là Greg Berthiaume, Giám đốc thiết bị cho nhiệm vụ TESS và Diana Dragomir, Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Hubble tại Viện nghiên cứu vật lý thiên văn và vũ trụ MIT Kavli.
****
Quỹ Kavli: Bắt đầu với bức tranh lớn, tại sao TESS lại quan trọng?
Diana Dragomir: TESS sẽ tìm thấy hàng ngàn ngoại hành tinh, nghe có vẻ không phải là vấn đề lớn, bởi vì chúng ta đã biết gần 4.000. Nhưng hầu hết những hành tinh được phát hiện ở quá xa để chúng ta có thể làm bất cứ điều gì hơn là chỉ biết kích thước của chúng và chúng ở đó. Sự khác biệt là TESS sẽ tìm kiếm các hành tinh xung quanh các ngôi sao rất gần chúng ta. Khi các ngôi sao ở gần chúng ta hơn, chúng cũng sáng hơn theo quan điểm của chúng ta và điều đó giúp chúng ta khám phá và nghiên cứu các hành tinh xung quanh chúng dễ dàng hơn nhiều.
Diana Dragomir là một nhà thiên văn học quan sát, người tập trung nghiên cứu vào các ngoại hành tinh nhỏ. Cô là Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của Hubble tại Viện nghiên cứu vật lý thiên văn và vũ trụ MIT Kavli.
Greg Berthiaume: Một trong những điều mà TESS đang làm là giúp trả lời câu hỏi cơ bản, Có phải có sự sống khác trong vũ trụ không? Người ta đã tự hỏi rằng trong hàng ngàn năm. Bây giờ TESS đã thắng câu trả lời trực tiếp cho câu hỏi đó, nhưng đó là một bước, giống như Diana đã đề cập, trên con đường đưa chúng ta dữ liệu để xem nơi nào có thể có sự sống ngoài kia. Đó là một thứ gì đó mà chúng tôi đã đấu tranh và đặt câu hỏi vì chúng tôi có thể đưa ra các câu hỏi.
TKF: Chính xác những gì bạn mong đợi TESS tìm thấy?
Dragomir: TESS có thể sẽ tìm thấy 100 đến 200 thế giới có kích thước tương đương Trái đất, cũng như hàng ngàn ngoại hành tinh khác có kích thước tương đương Sao Mộc.
Berthiaume: Chúng tôi đang cố gắng tìm các hành tinh tương tự Trái đất, có nghĩa là chúng sẽ giống Trái đất trong các đặc điểm của chúng, chẳng hạn như kích thước, khối lượng, v.v. Điều đó có nghĩa là chúng ta muốn tìm các hành tinh có bầu khí quyển, với lực hấp dẫn tương tự Trái đất. Chúng tôi muốn tìm các hành tinh đủ mát để nước có thể ở dạng lỏng trên bề mặt của chúng, và không lạnh đến mức nước bị đóng băng mọi lúc. Chúng tôi gọi những hành tinh này là Gold Goldsocks, nằm trong khu vực có thể sinh sống của ngôi sao.
Dragomir: Hoàn toàn chính xác. Chúng tôi muốn tìm cặp song sinh Trái đất đầu tiên. TESS TESS sẽ chủ yếu tìm thấy các hành tinh trong vùng có thể ở của các sao lùn đỏ. Đây là những ngôi sao nhỏ hơn một chút và mát hơn mặt trời. Một hành tinh xung quanh sao lùn đỏ có thể nằm trong quỹ đạo gần ngôi sao của nó hơn so với ngôi sao nóng hơn như mặt trời của chúng ta và vẫn duy trì nhiệt độ Goldilocks tốt đẹp đó. Các quỹ đạo gần hơn chuyển thành nhiều quá cảnh, hoặc giao thoa sao, điều này làm cho các hành tinh lùn đỏ này dễ dàng tìm thấy và nghiên cứu hơn các hành tinh xung quanh các ngôi sao giống như mặt trời.
Các nhà thiên văn học đang làm việc chăm chỉ theo những cách mà chúng ta có thể đẩy dữ liệu TESS và tìm thấy một số hành tinh trong vùng có thể ở của các ngôi sao giống như mặt trời. Nó khó khăn vì những hành tinh này có chu kỳ quỹ đạo dài hơn - nhiều năm, nghĩa là - so với các hành tinh gần nhau. Điều đó có nghĩa là chúng ta cần nhiều thời gian quan sát hơn để phát hiện đủ các hành tinh trên các ngôi sao của chúng để nói rằng chúng ta chắc chắn đã phát hiện ra một hành tinh. Nhưng chúng tôi hy vọng, vì vậy hãy theo dõi!
TESS sẽ khám phá hàng ngàn ngoại hành tinh trên quỹ đạo xung quanh những ngôi sao sáng nhất trên bầu trời. Cuộc khảo sát quá cảnh trên bầu trời đầu tiên trên không gian vũ trụ này sẽ xác định các hành tinh khác nhau, từ các hành tinh khổng lồ đến Trái đất, xung quanh một loạt các loại sao và khoảng cách quỹ đạo. Không có khảo sát trên mặt đất có thể đạt được kỳ tích này. Hình ảnh thông qua Trung tâm bay không gian vũ trụ / Phòng thí nghiệm CI của NASA.
TKF: Bạn cần xem gì để coi bất kỳ hành tinh nào được TESS phát hiện là có thể ở được?
Dragomir: Chúng tôi muốn một hành tinh có kích thước gần Trái đất vì tất cả các lý do chúng tôi vừa đưa ra, nhưng có một vấn đề nhỏ với điều đó. Những loại hành tinh đó có thể sẽ có bầu khí quyển khá nhỏ, so với lượng đá tạo nên khối lượng lớn của chúng. Và để hầu hết các kính viễn vọng có thể nhìn vào một bầu khí quyển một cách chi tiết, chúng ta thực sự cần hành tinh này để có một bầu khí quyển đáng kể.
Điều này là do một kỹ thuật chúng tôi sử dụng được gọi là quang phổ truyền. Nó thu thập ánh sáng từ ngôi sao đã đi qua bầu khí quyển của hành tinh khi hành tinh này băng qua ngôi sao. Ánh sáng đó đến với chúng ta với một quang phổ của hành tinh khí quyển bắt chước trên đó, chúng ta có thể phân tích để xác định thành phần của bầu khí quyển. Càng có nhiều không khí, càng có nhiều vật liệu có thể nằm trên quang phổ, cho chúng ta tín hiệu lớn hơn.
Tuy nhiên, nếu ánh sáng từ ngôi sao đi qua rất ít bầu khí quyển, giống như chúng ta đang nhìn vào một cặp song sinh Trái đất, tín hiệu sẽ rất nhỏ. Dựa trên những gì TESS tìm thấy, do đó, chúng tôi sẽ bắt đầu với những hành tinh lớn hơn có nhiều bầu khí quyển và khi chúng tôi có được những công cụ tốt hơn, chúng tôi sẽ tiến tới những hành tinh nhỏ hơn và nhỏ hơn với bầu khí quyển ít hơn. Nó có những hành tinh sau này sẽ có nhiều khả năng có thể ở được.
Berthiaume: Thứ mà chúng ta sẽ tìm kiếm trong khí quyển là những thứ như hơi nước, oxy, carbon dioxide. Các loại khí tiêu chuẩn mà chúng ta thấy trong bầu khí quyển mà cuộc sống cần và sự sống tạo ra. Chúng tôi cũng sẽ thử và đo những thứ khó chịu tương thích với cuộc sống như chúng ta biết trên Trái đất. Ví dụ, nó sẽ là một điều tồi tệ đối với sinh học nếu có quá nhiều amoniac trong bầu khí quyển thế giới. Hydrocarbon, giống như metan, cũng sẽ có vấn đề với mức độ phong phú quá cao.
Greg Berthiaume là Người quản lý nhạc cụ cho nhiệm vụ TESS. Có trụ sở tại Phòng thí nghiệm Lincoln của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), ông cũng là thành viên của Viện Vật lý thiên văn và Nghiên cứu Vũ trụ MIT Kavli.
TKF: Diana, chuyên môn của bạn là ngoại hành tinh nhỏ hơn Sao Hải Vương - một hành tinh lớn gấp bốn lần Trái đất. Kiến thức chung của chúng ta về những loại thế giới đó là gì và TESS sẽ giúp gì cho nghiên cứu của bạn?
Dragomir: Một điều chúng ta biết về các hành tinh này là chúng cực kỳ phổ biến so với các hành tinh lớn hơn Sao Hải Vương. Vì vậy, rất tốt. Do đó, chúng tôi hy vọng TESS sẽ tìm thấy rất nhiều hành tinh nhỏ hơn Sao Hải Vương để chúng ta xem xét.
Mặc dù nhỏ rất tệ khi có được những hình ảnh khí quyển mà chúng ta vừa nói đến, nhưng nếu các ngôi sao ở gần và sáng, chúng ta vẫn có thể có đủ ánh sáng để thực hiện các nghiên cứu tốt. Tôi đang hy vọng rằng chúng ta sẽ nhận được đủ dưới kích thước sao Hải Vương mà chúng ta sẽ bắt đầu nhìn vào bầu khí quyển của các siêu trái đất, mà là những hành tinh có kích thước gấp đôi Trái đất. Chúng ta không có siêu sao trong hệ mặt trời, vì vậy chúng ta rất thích tìm hiểu kỹ hơn về một trong những thế giới này. Và chỉ có thể, nếu chúng ta tìm thấy một ứng cử viên hành tinh thực sự, thực sự tốt, chúng ta có thể bắt đầu nhìn vào bầu khí quyển của một hành tinh có kích thước Trái đất.
Với nghiên cứu của tôi, một điều nữa TESS thực sự có thể giúp đỡ là tìm ra ranh giới giữa một hành tinh rất hỗn độn như Sao Hải Vương và một hành tinh rất đá như Trái Đất. Chúng tôi tin rằng nó chủ yếu là vấn đề đại chúng; có quá nhiều khối lượng và hành tinh bắt đầu giữ một bầu khí quyển dày. Ngay bây giờ, chúng tôi không chắc chắn ngưỡng đó ở đâu. Và đó là vấn đề để chúng ta biết khi một hành tinh đá và có khả năng có thể ở được, hoặc khí chất và không thể ở được.
TKF: Greg, với tư cách là người quản lý nhạc cụ TESS, rất nhiều vai trên vai của bạn cho nhiệm vụ thành công. Bạn có thể cho chúng tôi biết một chút về công việc của bạn?
Berthiaume: Công việc của tôi là quản lý nhạc cụ khác với một công việc khoa học, chắc chắn. Công việc của tôi là đảm bảo rằng tất cả các phần, tất cả các bộ phận trong bốn máy bay và phần cứng xử lý hình ảnh đều hoạt động và làm việc cùng nhau và cung cấp cho chúng tôi dữ liệu tuyệt vời mà Diana cần để tiếp tục khám phá các ngoại hành tinh . Vai trò cá nhân của tôi trong nhiệm vụ thực sự kết thúc ngay sau khi ra mắt. Khi chúng tôi chứng minh rằng vệ tinh cung cấp dữ liệu mà chúng tôi mong đợi và chúng tôi xử lý mọi bất ngờ có thể xảy ra, sau đó tôi chuyển sang và dữ liệu chuyển đến cộng đồng khoa học.
Tôi chắc chắn cảm thấy có trách nhiệm để có được chất lượng của dữ liệu cao nhất có thể. Rất nhiều người đã làm việc rất chăm chỉ trong nhiều năm để chế tạo những chiếc máy ảnh đang bay trên TESS và thật tuyệt khi trở thành một phần của đội đó.
TKF: Các nhiệm vụ ngoại hành tinh mới như Cơ quan Vũ trụ Châu Âu Ariel Ariel và các vệ tinh Plato dự kiến sẽ bắt đầu vào cuối những năm 2020. Làm thế nào những tàu vũ trụ trong tương lai này có thể bổ sung và xây dựng trên cơ thể công việc TESS bụng?
Dragomir: Điều tuyệt vời về TESS là nó sẽ cung cấp cho chúng tôi rất nhiều lựa chọn về các lựa chọn tốt nhất cho các hành tinh mà chúng tôi sẽ nghiên cứu. Theo cách đó, TESS sẽ tạo tiền đề cho nhiệm vụ Ariel, đó là nghiên cứu sâu về bầu khí quyển của một nhóm ngoại hành tinh được chọn.
Nhiệm vụ Plato sẽ tìm kiếm các hành tinh có thể ở được, nhưng xung quanh các ngôi sao lớn hơn như mặt trời, trong khi TESS sẽ tập trung tìm kiếm các hành tinh có thể ở được xung quanh các ngôi sao nhỏ hơn. Tôi rất vui vì điều đó vì tôi không muốn chúng tôi bỏ tất cả trứng vào một giỏ bằng cách chỉ nhìn vào những ngôi sao lùn đỏ với TESS. Các hành tinh xung quanh những ngôi sao lùn đỏ này hiện đang rất thú vị bởi vì chúng dễ nghiên cứu hơn và chúng vận chuyển các ngôi sao của chúng thường xuyên hơn, khiến chúng dễ dàng tìm thấy hơn. Nhưng đồng thời, các sao lùn đỏ có xu hướng hoạt động mạnh hơn nhiều so với Mặt trời. Khi một ngôi sao hoạt động, điều đó có nghĩa là nó thường trục xuất các vụ nổ bức xạ gọi là pháo sáng. Những quả pháo sáng này có thể gây tổn hại rất lớn đến bầu khí quyển hành tinh và khiến thế giới không thể ở được.
Cuối cùng, tất nhiên chúng ta sống xung quanh một ngôi sao giống như mặt trời, và cho đến nay, chúng ta là người duy nhất mà chúng ta biết trong vũ trụ. Vì vậy, vì những lý do đó, thật tuyệt vời khi Plato cùng xuất hiện và tìm thấy những hành tinh xung quanh mặt trời mà TESS có thể sẽ không thể tìm thấy.
TKF: Khi nào bạn mong đợi những khám phá đầu tiên về thế giới hoàn toàn mới của TESS sẽ được báo cáo?
Berthiaume: Đầu tiên, nó sẽ mất một lúc để đưa TESS vào quỹ đạo độc đáo của nó. Lần đầu tiên, chúng tôi đưa con tàu vũ trụ vào một loại quỹ đạo hình elip cực xa, trong đó lực hấp dẫn từ Trái đất và Mặt trăng sẽ giữ TESS rất ổn định, từ góc độ quỹ đạo và từ góc độ nhiệt. Vì vậy, một phần lớn những gì mà LỚN sẽ xảy ra trong sáu tuần đầu tiên chỉ là đạt được quỹ đạo cuối cùng đó.
Sau đó, có một khoảng thời gian có dữ liệu được thu thập để đảm bảo các công cụ hoạt động như mong đợi, cũng như điều chỉnh đường ống xử lý dữ liệu của chúng tôi. Tôi nghĩ rằng chúng tôi sẽ bắt đầu thấy kết quả thú vị vào mùa hè này.
TKF: Bên cạnh những thế giới mới, TESS có thể tiết lộ gì khác về vũ trụ?
Dragomir: Bởi vì TESS đang quan sát rất nhiều bầu trời, nên nó sẽ thấy rất nhiều điều đang diễn ra trong thời gian thực, không chỉ là các hành tinh ngoại qua các ngôi sao. Đối với những ngôi sao đó, chúng ta có thể tìm hiểu rất nhiều về các tính chất của chúng và thậm chí đo khối lượng của chúng khá chính xác bằng cách thực hiện phương pháp nghiên cứu về tiểu hành tinh với TESS. Kỹ thuật này liên quan đến việc theo dõi sự thay đổi độ sáng khi sóng âm thanh di chuyển qua bên trong các ngôi sao - giống như cách sóng địa chấn đi qua đá Trái đất và bên trong nóng chảy trong trận động đất.
Chúng tôi cũng đang nghiên cứu hoạt động rực rỡ của các ngôi sao, như chúng ta đã nói trước đó có thể khiến các hành tinh ôn hòa, gần gũi xung quanh các ngôi sao lùn đỏ không thể ở được.
Di chuyển lên kích thước, các nhà khoa học sẽ muốn tìm kiếm dữ liệu TESS để tìm bằng chứng về các lỗ đen nhỏ. Những vật thể cực đoan này, được hình thành khi các ngôi sao khổng lồ phát nổ, có thể quay quanh các ngôi sao bình thường vẫn còn sống, còn có thể nói. Các hệ thống này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách các lỗ đen đó hình thành và cách chúng tương tác với các ngôi sao đồng hành.
Và cuối cùng, ngày càng lớn hơn, TESS sẽ xem xét các thiên hà được gọi là chuẩn tinh. Những thiên hà siêu sáng này được cung cấp năng lượng bởi các lỗ đen siêu lớn trong lõi của chúng. TESS sẽ giúp chúng tôi theo dõi sự thay đổi độ sáng của quasars, mà chúng tôi có thể liên kết lại với động lực học của các lỗ đen của chúng.
TKF: Kính thiên văn vũ trụ James Webb, được ca ngợi là người kế thừa của Kính thiên văn vũ trụ Hubble, từ lâu đã được nói đến như một công cụ chính để thực hiện các quan sát tiếp theo chi tiết về các ngoại hành tinh đầy hứa hẹn được tìm thấy bởi TESS. Tuy nhiên, việc khởi chạy James Webb, đã bị trì hoãn nhiều lần, vừa bị đẩy ra một năm nữa, đến năm 2020. Sự chậm trễ của James Webb đang diễn ra sẽ ảnh hưởng đến nhiệm vụ TESS như thế nào?
Dragomir: Sự chậm trễ của James Webb không phải là vấn đề quá lớn bởi vì nó thực sự cho chúng ta nhiều thời gian hơn để thu thập các hành tinh mục tiêu tuyệt vời với TESS.Trước khi chúng ta có thể sử dụng James Webb để thực sự quan sát các ngoại hành tinh ứng cử viên và nghiên cứu bầu khí quyển của chúng, trước tiên chúng ta cần xác nhận các hành tinh là có thật - ví dụ như những gì chúng ta nghĩ là các hành tinh không phải là dương tính giả gây ra bởi hoạt động của sao. Quá trình xác nhận đó mất vài tuần, sử dụng các quan sát hỗ trợ từ các kính thiên văn trên mặt đất. Sau đó, cũng sẽ mất vài tuần đến vài tháng để có được khối lượng của các hành tinh. Chúng tôi đo lường rằng bằng cách đăng ký bao nhiêu hành tinh khiến các ngôi sao chủ của chúng gặp phải sự rung chuyển nhẹ nhàng trong thời gian chuyển động của chúng, do các hành tinh có trọng lượng, được xác định bởi khối lượng của chúng.
Khi bạn có khối lượng đó, cộng với kích thước của một hành tinh ngoại dựa trên mức độ ánh sáng của khối sao trong quá trình phát hiện TESS, bạn có thể đo mật độ của nó và xác định xem nó có đá hay khí hay không. Với thông tin này, việc quyết định các hành tinh mà chúng ta muốn ưu tiên sẽ dễ dàng hơn và chúng ta càng hiểu rõ hơn về những gì James Webb sẽ cho chúng ta biết về bầu khí quyển của chúng.
TKF: Tàu vũ trụ đôi khi có các yếu tố phụ hài hước hoặc thậm chí sâu sắc được xây dựng trong chúng. Một ví dụ: Kỷ lục Vàng của Hồi giáo trên tàu vũ trụ Voyager song sinh, chứa hình ảnh và âm thanh của cuộc sống và nền văn minh trên Trái đất, bao gồm cả Taj Mahal và tiếng chim hót. Có bất kỳ mục như vậy bao gồm trên TESS? Bất kỳ nhà sản xuất tinh tế nhãn hiệu hay s?
Berthiaume: Một trong những thứ mà bay cùng với TESS là một tấm kim loại có chữ ký của nhiều người làm việc trong việc phát triển và chế tạo tàu vũ trụ. Đó là một điều thú vị đối với chúng tôi.
Dragomir: Điều đó thật tuyệt. Tôi đã không biết điều đó!
Berthiaume: Ngoài ra, NASA đã tổ chức một cuộc thi quốc tế mời mọi người từ khắp nơi trên thế giới gửi bản vẽ về những gì họ nghĩ ngoại hành tinh có thể trông như thế nào. Tôi biết nhiều trẻ em tham gia. Tất cả những bức vẽ đó được quét trên một ổ ngón tay cái và chúng bay cùng với TESS. Quỹ đạo tàu vũ trụ ít nhất là ổn định trong một thế kỷ, vì vậy các mảng bám và hình vẽ sẽ ở trong không gian trong một thời gian dài!
- Adam Hadhazy, mùa xuân 2018
Điểm mấu chốt: Hai nhà khoa học thảo luận về nhiệm vụ TESS.