Nếu chúng ta lấy Trái đất và Sao Kim - và đưa chúng quay quanh một ngôi sao đỏ, mát mẻ không quá xa - Kính viễn vọng Không gian James Webb có thể cho biết hành tinh nào có thể ở được không?
Khái niệm Nghệ sĩ của Kính viễn vọng Không gian James Webb thông qua ESA / C. Carreau.
Có phải những thế giới khác như Trái đất - cân bằng, giàu nước, có khả năng hỗ trợ sự sống - ngoài kia không? Từ những năm 1990, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra khoảng 2.000 ngoại hành tinhhoặc các hành tinh xa xôi quay quanh các ngôi sao khác ngoài mặt trời của chúng ta. Nhiều người là những gì các nhà thiên văn học gọi là các sao Mộc nóng quay quanh các ngôi sao của họ, nhưng một số là đá và có vẻ giống Trái đất hơn. Chúng ta biết những hành tinh này ở đó, nhưng - ngoài sự hiện diện, kích thước và khoảng cách từ các ngôi sao của chúng - chúng ta không biết nhiều về chúng. Nhiều người hy vọng rằng sự ra mắt của Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) - dự kiến vào năm 2018 - sẽ đưa những cái nhìn đầu tiên của chúng ta vào bầu khí quyển của các ngoại hành tinh giống Trái đất. Nhà thiên văn học Joanna Barstow đã nói về khả năng này trong tuần này (8 tháng 7 năm 2015) tại Hội nghị Thiên văn học Quốc gia (NAM) ở Wales. Cô ấy nói rằng, mặc dù có khả năng JWST sẽ có thể phát hiện ra một thế giới giống như Trái đất xa xôi, nhưng nó đã thắng được một cách dễ dàng.
Barstow, thuộc Đại học Oxford, cho biết trong một tuyên bố:
Một bầu không khí hành tinh cung cấp một hướng dẫn tốt cho các điều kiện có khả năng trên bề mặt.
Bầu khí quyển Trái đất chứa một lượng đáng kể nitơ, oxy, ozone và nước. Ngược lại, song sinh ác quỷ, Kim tinh, có bầu khí quyển được tạo thành chủ yếu từ carbon dioxide, khiến nhiệt độ bề mặt của nó lên tới 450 độ C.
JWST là người kế nhiệm Kính viễn vọng Không gian Hubble. Nó sẽ nghiên cứu vũ trụ trong các bước sóng hồng ngoại. Barstow đã thực hiện một nghiên cứu cho thấy JWST có thể phân biệt giữa một hành tinh có khí quyển, bầu khí quyển giống Trái đất và một điều kiện có nhiều điều kiện thù địch hơn như được tìm thấy trên hành tinh Venus của chúng ta. Kết quả cho thấy JWST sẽ có khả năng phát hiện các dấu hiệu quan trọng có thể chỉ ra sự hiện diện của khí hậu như của chúng ta khi nhìn vào các hành tinh có kích thước Trái đất xung quanh các ngôi sao nhỏ hơn và đỏ hơn mặt trời của chúng ta. Theo tuyên bố:
Các loại khí khác nhau đã được xác định thành công trong bầu khí quyển của một số hành tinh lớn, nóng, có kích thước sao Mộc bằng cách nghiên cứu các biến đổi nhỏ trong ánh sáng sao đi qua bầu khí quyển của chúng khi chúng đi qua phía trước các ngôi sao mẹ của chúng. Tuy nhiên, những biến thể này rất nhỏ: ánh sáng được lọc qua bầu khí quyển exoplanet là một phần mười của tổng số ánh sáng sao được phát hiện.
Nghiên cứu các hành tinh kích thước của Trái đất là một thách thức thậm chí còn lớn hơn. Mặc dù JWST sẽ phải vật lộn với việc phân tích một hệ mặt trời giống hệt như của chúng ta, nhưng nó sẽ có khả năng nghiên cứu các hành tinh giống Trái đất xung quanh các ngôi sao lạnh hơn - nếu tìm thấy một hệ thống như vậy.
Phân biệt giữa Trái đất xa xôi và Sao Kim xa xôi có thể liên quan đến các quan sát của tầng ozone. Nếu Trái đất ở rất xa, tầng ozone của nó thể hiện một đặc điểm rõ ràng có thể nhìn thấy bằng cách sử dụng các kính viễn vọng như JWST. Sao Kim, tuy nhiên, không có tầng ozone nên tính năng này không có. Hình ảnh qua J Barstow
Barstow đã thêm:
Nếu chúng ta lấy Trái đất và Sao Kim, và đặt chúng vào quỹ đạo xung quanh một ngôi sao đỏ, mát mẻ mà cách đó không xa, nghiên cứu của chúng tôi cho thấy JWST có thể phân biệt chúng. Tầng ozone Trái đất, cách bề mặt 10 km, được tạo ra khi ánh sáng từ mặt trời tương tác với các phân tử oxy trong khí quyển của chúng ta và nó tạo ra tín hiệu không thể nhầm lẫn có thể được phát hiện bởi JWST. Sao Kim, không có tầng ozone đáng kể, sẽ trông rất khác biệt.
Điều đó giả định rằng các hành tinh bắt đầu như Trái đất và Sao Kim sẽ phát triển theo cùng một cách xung quanh một ngôi sao mát mẻ!
Barstow đã chỉ ra trong tuyên bố của mình rằng JWST sẽ được sử dụng cho một loạt các ứng dụng thiên văn, không chỉ phát hiện các ngoại hành tinh. Bà cũng đề cập rằng việc đảm bảo thời gian trên JWST sẽ có tính cạnh tranh cao. Barstow nói rằng, để phân biệt giữa Trái đất và Sao Kim, các nhà thiên văn học cần phải quan sát các ngoại hành tinh ít nhất 30 lần, mất thời gian của kính viễn vọng có giá trị. Cô kết luận:
Các kính viễn vọng trong tương lai được dành riêng để quan sát bầu khí quyển của nhiều hành tinh đá xung quanh các ngôi sao khác nhau sẽ được yêu cầu để giải quyết hoàn toàn câu hỏi về khả năng cư trú trên các ngoại hành tinh. Trong khi đó, JWST sẽ quan sát nhiều hành tinh kỳ lạ và tuyệt vời khác một cách chi tiết chưa từng thấy.
Điểm mấu chốt: Một nghiên cứu cho thấy Kính viễn vọng Không gian James Webb - người kế nhiệm Hubble, dự kiến ra mắt vào năm 2018 - có thể phân biệt giữa Trái đất và Sao Kim quay quanh một ngôi sao đỏ, mát mẻ không quá xa. Nhưng - giả sử chúng ta có thể tìm thấy một hệ thống như vậy - làm cho việc quan sát đó trở nên dễ dàng.