Khi NASA lần đầu tiên bắt đầu lên kế hoạch cho sứ mệnh Kepler, không ai biết liệu vũ trụ có giữ bất kỳ hành tinh nào ngoài hệ mặt trời của chúng ta hay không. Hàng ngàn ngoại hành tinh sau đó, việc tìm kiếm bước vào một giai đoạn mới.
Hình ảnh tưởng tượng từ Kepler-10b, một hành tinh quay quanh một trong số 150.000 ngôi sao mà tàu vũ trụ Kepler đang theo dõi. Hình ảnh thông qua NASA / Kepler Mission / Dana Berry.
Bởi Jason Steffen, Đại học Nevada, Las Vegas
Trong nhiều thế kỷ, loài người đã tự hỏi về khả năng các Trái đất khác quay quanh các ngôi sao xa xôi. Có lẽ một số thế giới ngoài hành tinh này sẽ chứa chấp những dạng sống kỳ lạ hoặc có những lịch sử hay tương lai độc đáo. Nhưng chỉ đến năm 1995, các nhà thiên văn mới phát hiện ra những hành tinh đầu tiên quay quanh các ngôi sao giống như mặt trời bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta.
Trong thập kỷ qua, đặc biệt, số lượng các hành tinh được biết đến trên các ngôi sao xa xôi đã tăng từ dưới 100 lên hơn 2.000, với 2.000 hành tinh có khả năng khác đang chờ xác nhận. Hầu hết những khám phá mới này là do một nỗ lực duy nhất - sứ mệnh của NASA Kepler.
Số lượng ngoại hành tinh được xác nhận tiếp tục tăng. Hình ảnh thông qua NASA / Trung tâm nghiên cứu Ames / Wendy Stenzel và Đại học Texas tại Austin / Andrew Vanderburg.
Kepler là một tàu vũ trụ chứa một kính viễn vọng dài 1 mét, chiếu sáng một máy ảnh kỹ thuật số 95 megapixel có kích thước bằng một tấm cookie. Thiết bị này đã phát hiện ra những biến đổi nhỏ trong độ sáng của 150.000 ngôi sao ở xa, tìm kiếm dấu hiệu nhận biết của một hành tinh chặn một phần ánh sáng của sao khi nó đi ngang qua đường ngắm của kính viễn vọng. Nó rất nhạy cảm đến nỗi nó có thể phát hiện một con ruồi bay xung quanh một đèn đường duy nhất ở Chicago từ một quỹ đạo trên Trái đất. Nó có thể thấy những ngôi sao rung chuyển và rung động; nó có thể nhìn thấy những ngôi sao và pháo sáng; và, trong những tình huống thuận lợi, nó có thể thấy các hành tinh nhỏ như mặt trăng.
Các nhà khoa học có thể xác định kích thước hoặc bán kính của một hành tinh bằng cách đo độ sâu của độ sáng và biết kích thước của ngôi sao. Hình ảnh qua NASA Ames.
Hàng ngàn khám phá của Kepler đã cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về các hành tinh và hệ thống hành tinh. Tuy nhiên, bây giờ, tàu vũ trụ đã gần hết nhiên liệu hydrazine và sẽ kết thúc cuộc sống tuyệt vời của nó đôi khi trong vài tháng tới. May mắn cho những người săn tìm hành tinh, nhiệm vụ TESS sắp tới của NASA đang chờ đợi trong cánh và sẽ đảm nhận việc tìm kiếm ngoại hành tinh.
Chuẩn bị trước khi tàu vũ trụ Kepler ra mắt vào năm 2009. Hình ảnh thông qua NASA / Tim Jacobs.
Lịch sử Kepler
Nhiệm vụ Kepler được hình thành vào đầu những năm 1980 bởi nhà khoa học NASA Bill Borucki, với sự giúp đỡ sau đó của David Koch. Vào thời điểm đó, không có hành tinh nào được biết đến bên ngoài hệ mặt trời. Kepler cuối cùng đã được lắp ráp vào những năm 2000 và ra mắt vào tháng 3 năm 2009. Tôi gia nhập Đội khoa học Kepler năm 2008 (với tư cách là một tân binh mắt to), cuối cùng là chủ tịch nhóm nghiên cứu chuyển động của các hành tinh với Jack Lissauer.
Ban đầu, nhiệm vụ đã được lên kế hoạch kéo dài trong ba năm rưỡi với các phần mở rộng có thể miễn là nhiên liệu, hoặc máy ảnh, hoặc tàu vũ trụ kéo dài. Thời gian trôi qua, các phần của máy ảnh bắt đầu thất bại nhưng nhiệm vụ vẫn tồn tại. Tuy nhiên, vào năm 2013 khi hai trong số bốn con quay ổn định của nó (về mặt kỹ thuật là bánh xe phản ứng) đã dừng lại, nhiệm vụ Kepler ban đầu đã kết thúc một cách hiệu quả.
Các nhà khoa học NASA đã tìm ra cách sử dụng áp suất mặt trời để ổn định Kepler. Hình ảnh qua NASA Ames / W Stenzel.
Thậm chí sau đó, với một chút khéo léo, NASA đã có thể sử dụng ánh sáng phản chiếu từ Mặt trời để giúp điều khiển tàu vũ trụ. Nhiệm vụ được xác nhận lại là K2 và tiếp tục tìm kiếm các hành tinh trong nửa thập kỷ nữa. Bây giờ, với đồng hồ đo nhiên liệu gần trống rỗng, công việc săn tìm hành tinh đang đi xuống và tàu vũ trụ sẽ bị bỏ lại trong hệ mặt trời. Danh mục cuối cùng của các ứng cử viên hành tinh từ nhiệm vụ ban đầu đã được hoàn thành vào cuối năm ngoái và những quan sát cuối cùng về K2 đang kết thúc.
Khoa học Kepler
Siết chặt những kiến thức chúng ta có thể từ những dữ liệu đó sẽ tiếp tục trong nhiều năm tới, nhưng những gì chúng ta đã thấy cho đến nay đã làm các nhà khoa học kinh ngạc trên toàn cầu.
Chúng ta đã thấy một số hành tinh quay quanh các ngôi sao chủ của chúng chỉ trong vài giờ và nóng đến mức đá bề mặt bốc hơi và những con đường mòn phía sau hành tinh giống như đuôi sao chổi. Các hệ thống khác có các hành tinh gần nhau đến mức nếu bạn đứng trên bề mặt của một, hành tinh thứ hai sẽ xuất hiện lớn hơn 10 mặt trăng đầy đủ. Một hệ thống chứa rất nhiều hành tinh đến nỗi tám trong số chúng ở gần ngôi sao của chúng hơn Trái đất so với mặt trời. Nhiều người có các hành tinh, và đôi khi nhiều hành tinh, quay quanh khu vực có thể ở được của ngôi sao chủ của chúng, nơi nước lỏng có thể tồn tại trên bề mặt của chúng.
Như với bất kỳ nhiệm vụ nào, gói Kepler đi kèm với sự đánh đổi. Nó cần nhìn chằm chằm vào một phần của bầu trời, chớp mắt cứ sau 30 phút, trong bốn năm liền. Để nghiên cứu đủ các ngôi sao để thực hiện các phép đo của nó, các ngôi sao phải ở khá xa - giống như khi bạn đứng giữa một khu rừng, có nhiều cây ở xa bạn hơn ngay bên cạnh bạn. Những ngôi sao xa xôi mờ mịt, và các hành tinh của chúng rất khó nghiên cứu. Thật vậy, một thách thức đối với các nhà thiên văn học muốn nghiên cứu các tính chất của các hành tinh Kepler là bản thân Kepler thường là công cụ tốt nhất để sử dụng. Dữ liệu chất lượng cao từ các kính viễn vọng trên mặt đất đòi hỏi phải quan sát lâu trên các kính thiên văn lớn nhất - tài nguyên quý giá giới hạn số lượng hành tinh có thể quan sát được.
Bây giờ chúng ta biết rằng có ít nhất nhiều hành tinh trong thiên hà cũng như có các ngôi sao và nhiều hành tinh trong số đó không giống với những gì chúng ta có ở đây trong hệ mặt trời. Tìm hiểu các đặc điểm và tính cách của nhiều hành tinh khác nhau đòi hỏi các nhà thiên văn học điều tra những cái quay quanh các ngôi sao sáng hơn và gần hơn, nơi có thể mang nhiều dụng cụ và kính viễn vọng hơn.
Sau khi ra mắt, TESS sẽ xác định các ngoại hành tinh quay quanh các ngôi sao sáng nhất ngay bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta. Hình ảnh thông qua Trung tâm hàng không vũ trụ NASA God Goddard.
Nhập TESS
Nhiệm vụ Vệ tinh Khảo sát Exoplanet của NASA, do MIT L George Ricker dẫn đầu, dự kiến sẽ ra mắt trong vài tuần tới và sẽ tìm kiếm các hành tinh bằng cách sử dụng kỹ thuật phát hiện tương tự mà Kepler đã sử dụng. Quỹ đạo của TESS, thay vì ở quanh Mặt trời, sẽ có mối quan hệ mật thiết với Mặt trăng: TESS sẽ quay quanh Trái đất hai lần cho mỗi quỹ đạo mặt trăng. Mô hình quan sát của TESS, thay vì nhìn chằm chằm vào một phần của bầu trời, sẽ quét gần như toàn bộ bầu trời với các trường nhìn chồng chéo (giống như những cánh hoa trên một bông hoa).
Thời lượng của các quan sát TESSát trên thiên thể, có tính đến sự chồng chéo giữa các ngành. Hình ảnh qua NASA.
Dựa vào những gì chúng ta học được từ Kepler, các nhà thiên văn học mong đợi TESS tìm thấy hàng ngàn hệ thống hành tinh khác. Bằng cách khảo sát toàn bộ bầu trời, chúng ta sẽ tìm thấy các hệ thống quay quanh các ngôi sao gần gấp 10 lần và sáng hơn 100 lần so với các hệ thống mà Kepler tìm thấy - mở ra những khả năng mới để đo khối lượng và mật độ hành tinh, nghiên cứu bầu khí quyển của chúng, mô tả các ngôi sao chủ của chúng và thiết lập toàn bộ bản chất của các hệ thống trong đó các hành tinh cư trú. Thông tin này, đến lượt nó, sẽ cho chúng ta biết nhiều hơn về lịch sử hành tinh của chính chúng ta, cuộc sống có thể bắt đầu như thế nào, số phận chúng ta tránh và những con đường khác chúng ta có thể đi theo.
Jason Steffen, Trợ lý Giáo sư Vật lý và Thiên văn học, Đại học Nevada, Las Vegas
Bài viết này ban đầu được xuất bản trên The Convers. Đọc bài viết gốc.
Tóm lại: TESS, một tàu vũ trụ mới trong việc tìm kiếm các ngoại hành tinh.