Con người đã suy đoán về sự tồn tại của họ trong hàng ngàn năm, nhưng chúng ta là thế hệ đầu tiên biết, chắc chắn, các ngoại hành tinh đó thực sự nằm ngoài đó.
Dải Ngân hà, thiên hà của chúng ta, trải dài trên bầu trời phía trên kính viễn vọng La Silla ở Chile. Ẩn bên trong thiên hà của chúng ta là hàng nghìn tỷ hành tinh, hầu hết đang chờ được tìm thấy. Hình ảnh qua ESO / S. Ngạo nghễ
Bởi Pat Brennan, Chương trình thám hiểm Exoplanet của NASA NASA
Bước ra ngoài vào một đêm trời trong, và bạn có thể chắc chắn về điều mà tổ tiên chúng ta chỉ có thể tưởng tượng: Mỗi ngôi sao bạn thấy có khả năng đóng vai chủ nhà cho ít nhất một hành tinh.
Các thế giới quay quanh các ngôi sao khác được gọi là ngoại hành tinhvà chúng có nhiều kích cỡ khác nhau, từ những người khổng lồ khí lớn hơn Sao Mộc đến các hành tinh nhỏ, bằng đá có kích thước lớn như Trái đất hoặc Sao Hỏa. Chúng có thể đủ nóng để đun sôi kim loại hoặc khóa trong đóng băng sâu. Họ có thể quay quanh các ngôi sao của mình thật chặt năm chỉ kéo dài một vài ngày; chúng có thể quay quanh hai mặt trời cùng một lúc. Một số ngoại hành tinh là những kẻ bất lương, lang thang trong thiên hà trong bóng tối vĩnh viễn.
Dải ngân hà đó, Dải Ngân hà, là dòng sao dày cắt ngang bầu trời vào những đêm tối, rõ ràng nhất. Mở rộng xoắn ốc của nó có thể chứa khoảng 400 tỷ ngôi sao, mặt trời của chúng ta trong số đó. Và nếu mỗi ngôi sao đó không chỉ có một hành tinh, mà, giống như chúng ta, cả một hệ thống của chúng, thì số lượng hành tinh trong thiên hà thực sự là thiên văn học: Chúng ta đã đi vào hàng nghìn tỷ.
Siêu trái đất đá này là một minh họa về loại hành tinh trong tương lai, như TESS và James Webb, hy vọng tìm thấy bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta. Hình ảnh qua ESO / M. Kornmesser
Con người chúng ta đã suy đoán về những khả năng như vậy trong hàng ngàn năm, nhưng chúng ta là thế hệ đầu tiên biết, chắc chắn, các ngoại hành tinh đó thực sự nằm ngoài đó. Trong thực tế, cách ra khỏi đó. Ngôi sao láng giềng gần nhất của chúng tôi, Proxima Centauri, gần đây đã được tìm thấy sở hữu ít nhất một hành tinh - có thể là một hòn đá. Đó là 4,5 năm ánh sáng - hơn 25 nghìn tỷ dặm (40 nghìn tỷ km). Phần lớn các ngoại hành tinh được tìm thấy cho đến nay là hàng trăm hoặc hàng ngàn năm ánh sáng.
Tin xấu: Tuy nhiên, chúng tôi không có cách nào để tiếp cận họ, và đã giành được chiến thắng sớm. Tin tốt: Chúng ta có thể nhìn vào chúng, lấy nhiệt độ của chúng, nếm thử bầu khí quyển của chúng và có lẽ sớm một ngày, phát hiện các dấu hiệu của sự sống có thể ẩn trong các pixel ánh sáng được chụp từ những thế giới mờ ảo, xa xôi này.
Ngoại hành tinh đầu tiên bùng nổ trên sân khấu thế giới là 51 Pegasi b, một sao Mộc nóng cách đó 50 năm ánh sáng, bị khóa trong quỹ đạo bốn ngày quanh ngôi sao của nó. Năm đầu nguồn là năm 1995. Bất ngờ, ngoại hành tinh là một điều.
Khi một hành tinh đi trực tiếp giữa ngôi sao của nó và một người quan sát, nó làm giảm ánh sáng của ngôi sao bằng một lượng có thể đo được. Video qua NASA / JPL-Caltech
Nhưng một vài gợi ý đã xuất hiện. Một hành tinh hiện được gọi là Tadmor đã được phát hiện vào năm 1988, mặc dù phát hiện này đã bị rút lại vào năm 1992. Mười năm sau, dữ liệu ngày càng tốt hơn cho thấy chắc chắn rằng nó thực sự ở đó.
Và một hệ thống gồm ba hành tinh xung cũng đã được phát hiện, bắt đầu từ năm 1992. Những hành tinh này quay quanh một xung quanh cách xa 2.300 năm ánh sáng. Pulsar là những xác chết có mật độ cao, quay nhanh của những ngôi sao chết, cào nát bất kỳ hành tinh nào trên quỹ đạo xung quanh chúng với những tia phóng xạ.
Bây giờ chúng ta sống trong một vũ trụ của các ngoại hành tinh. Số lượng các hành tinh được xác nhận là 3.700, và đang tăng lên. Rằng chỉ từ một mẫu nhỏ của thiên hà nói chung. Số lượng có thể tăng lên hàng chục ngàn trong vòng một thập kỷ, khi chúng ta tăng số lượng và quan sát sức mạnh của các kính viễn vọng robot được đưa lên vũ trụ.
Chúng ta tới đây bằng cách nào nhỉ?
Chúng tôi đứng trên một lịch sử khoa học. Thời đại của thám hiểm sớm, và phát hiện ngoại hành tinh đầu tiên được xác nhận, đang nhường chỗ cho giai đoạn tiếp theo: kính viễn vọng sắc nét hơn và tinh vi hơn, trong không gian và trên mặt đất. Họ sẽ đi rộng nhưng cũng khoan sâu. Một số người sẽ được giao nhiệm vụ điều tra dân số chính xác hơn bao giờ hết về những thế giới xa xôi này, đóng đinh nhiều kích cỡ và loại hình của họ. Những người khác sẽ kiểm tra chặt chẽ hơn các hành tinh riêng lẻ, bầu khí quyển của họ và tiềm năng của họ để chứa chấp một số dạng sống.
Hình ảnh trực tiếp của các ngoại hành tinh - nghĩa là hình ảnh thực tế - sẽ đóng một vai trò ngày càng lớn hơn, mặc dù chúng tôi đã đến trạng thái kiến thức hiện tại của chúng tôi chủ yếu thông qua các phương tiện gián tiếp. Hai phương pháp chính dựa vào sự chao đảo và bóng tối. Phương pháp lắc lư, được gọi là vận tốc hướng tâm, những chiếc đồng hồ cho những ngôi sao đang rung chuyển khi chúng bị kéo qua lại bởi những lực hấp dẫn của một hành tinh quay quanh. Kích thước của sự chao đảo cho thấy cân nặng, hoặc khối lượng, của hành tinh.
Bộ phim gợi cảm này gồm bốn hành tinh đồ sộ hơn Sao Mộc quay quanh ngôi sao trẻ HR 8799 là một tổng hợp của các loại, bao gồm các hình ảnh được chụp trong bảy năm tại W.M. Đài thiên văn Keck ở Hawaii. Hình ảnh qua Jason Wang / Christian Marois.
Phương pháp này đã tạo ra các phát hiện ngoại hành tinh được xác nhận đầu tiên, bao gồm 51 Peg b vào năm 1995, được phát hiện bởi các nhà thiên văn học Michel Mayor và Didier Queloz. Các kính viễn vọng mặt đất sử dụng phương pháp vận tốc hướng tâm đã phát hiện gần 700 hành tinh cho đến nay.
Nhưng phần lớn các ngoại hành tinh đã được tìm thấy bằng cách tìm kiếm bóng tối: sự nhúng cực kỳ nhỏ trong ánh sáng từ một ngôi sao khi một hành tinh đi qua mặt nó. Các nhà thiên văn học gọi đây là một quá cảnh.
Kích thước của sự chìm trong ánh sao cho thấy mức độ lớn xung quanh hành tinh quá cảnh. Không có gì đáng ngạc nhiên, việc tìm kiếm bóng hành tinh này được gọi là phương thức vận chuyển.
Kính viễn vọng không gian NASA Kepler, ra mắt năm 2009, đã tìm thấy gần 2.700 ngoại hành tinh được xác nhận theo cách này. Bây giờ trong nhiệm vụ K2, Kepler vẫn đang khám phá các hành tinh mới, mặc dù nhiên liệu của nó dự kiến sẽ hết sớm.
Mỗi phương pháp có điểm cộng và nhược điểm của nó. Các phát hiện lắc lư cung cấp khối lượng của hành tinh, nhưng không cung cấp thông tin nào về đường kính hay đường kính của hành tinh. Phát hiện quá cảnh cho thấy đường kính nhưng không phải là khối lượng.
Nhưng khi nhiều phương pháp được sử dụng cùng nhau, chúng ta có thể tìm hiểu các số liệu thống kê quan trọng của toàn bộ hệ thống hành tinh - mà không bao giờ trực tiếp chụp ảnh các hành tinh. Ví dụ điển hình nhất cho đến nay là hệ thống TRAPPIST-1 cách chúng ta khoảng 40 năm ánh sáng, trong đó bảy hành tinh có kích thước gần bằng Trái đất quay quanh một ngôi sao nhỏ màu đỏ.
Các hành tinh TRAPPIST-1 đã được kiểm tra bằng kính viễn vọng mặt đất và không gian. Các nghiên cứu dựa trên không gian đã tiết lộ không chỉ đường kính của chúng, mà cả ảnh hưởng hấp dẫn tinh tế của bảy hành tinh được đóng gói chặt chẽ này với nhau; Từ đó, các nhà khoa học xác định khối lượng hành tinh của mỗi hành tinh.
Vì vậy, bây giờ chúng ta biết khối lượng của chúng và đường kính của chúng. Chúng ta cũng biết bao nhiêu năng lượng tỏa ra từ ngôi sao của chúng tấn công các bề mặt hành tinh này, cho phép các nhà khoa học ước tính nhiệt độ của chúng. Chúng ta thậm chí có thể ước tính mức độ ánh sáng hợp lý và đoán màu sắc của bầu trời, nếu bạn đang đứng trên một trong số chúng. Và trong khi vẫn còn nhiều điều chưa biết về bảy thế giới này, bao gồm cả việc chúng sở hữu bầu khí quyển hay đại dương, các tảng băng hay sông băng, thì nó trở thành hệ mặt trời nổi tiếng nhất ngoài chúng ta.
Chúng ta đang đi đâu?
Thế hệ kính viễn vọng không gian tiếp theo thuộc về chúng ta. Đầu tiên là sự ra mắt thứ tư của TESS, Vệ tinh Khảo sát Exoplanet. Công cụ phi thường này sẽ thực hiện một cuộc khảo sát gần như toàn bộ bầu trời về những ngôi sao gần hơn, sáng hơn để tìm kiếm các hành tinh quá cảnh. Kepler, bậc thầy quá khứ, sẽ truyền ngọn đuốc khám phá cho TESS.
TESS, lần lượt, sẽ tiết lộ những ứng cử viên tốt nhất để có cái nhìn cận cảnh hơn với Kính viễn vọng Không gian James Webb, hiện đang được lên kế hoạch ra mắt vào năm 2020. Kính viễn vọng Webb, triển khai một chiếc gương thu thập ánh sáng khổng lồ, phân đoạn sẽ đi trên một tấm lợp giống như tấm lợp nền tảng, được thiết kế để thu ánh sáng trực tiếp từ chính các hành tinh. Ánh sáng sau đó có thể được phân tách thành một quang phổ nhiều màu, một loại mã vạch cho biết loại khí nào có trong bầu khí quyển hành tinh. Mục tiêu của Webb, có thể bao gồm siêu trái đấthoặc các hành tinh lớn hơn Trái đất nhưng nhỏ hơn Sao Hải Vương - một số hành tinh có thể là các hành tinh đá như các phiên bản siêu cỡ của chính chúng ta.
Một minh họa về các nhiệm vụ và đài quan sát khác nhau trong chương trình exoplanet của NASA, cả hiện tại và tương lai. Hình ảnh qua NASA.
Người ta biết rất ít về những hành tinh lớn này, bao gồm cả một số có thể phù hợp với cuộc sống hay không. Nếu chúng ta rất may mắn, có lẽ một trong số họ sẽ có dấu hiệu oxy, carbon dioxide và metan trong khí quyển của nó. Một hỗn hợp khí như vậy sẽ nhắc nhở chúng ta mạnh mẽ về bầu không khí của chính chúng ta, có thể chỉ ra sự hiện diện của sự sống.
Nhưng việc săn tìm bầu khí quyển giống Trái đất trên các hành tinh ngoại cỡ Trái đất có lẽ sẽ phải chờ một thế hệ tàu thăm dò vũ trụ thậm chí còn mạnh hơn trong những năm 2020 hoặc 2030.
Nhờ khảo sát thống kê từ kính viễn vọng Kepler, chúng ta biết các ngôi sao ở trên rất phong phú với những người bạn đồng hành. Và khi chúng ta nhìn lên bầu trời đêm, chúng ta có thể chắc chắn không chỉ về vô số những người hàng xóm ngoại hành tinh, mà còn về một điều khác: Cuộc phiêu lưu chỉ mới bắt đầu.
Điểm mấu chốt: Các thế giới quay quanh các ngôi sao khác được gọi là ngoại hành tinh. Làm thế nào chúng ta biết họ đã ra khỏi đó, cộng với tiềm năng tìm kiếm thêm thông qua nhiệm vụ TESS mới được ra mắt.