Tìm kiếm các ngoại hành tinh giống Trái đất

Đầu năm 2014, các nhà khoa học NASA đã thực hiện một bước quan trọng để trả lời một câu hỏi mà mọi người đã tự hỏi trong nhiều thế kỷ: Có những thế giới ngoài kia trong không gian có thể chứa sự sống như chúng ta biết không? Vào ngày 17 tháng 4, NASA đã chính thức công bố phát hiện Kepler-186f, hành tinh ngoài hệ mặt trời (hoặc ngoại hành tinh) đầu tiên được tìm thấy trong khu vực có thể ở của ngôi sao của nó ở khu vực quỹ đạo nơi một hành tinh giống Trái đất có thể sở hữu nước lỏng trên bề mặt và do đó có thể hỗ trợ sự sống tương tự như tìm thấy trên Trái đất. Hành tinh, được phát hiện trong dữ liệu do vệ tinh Kepler chụp trước khi nhiệm vụ ban đầu kết thúc vào năm 2013, có bán kính gấp 1,11 lần so với Trái đất. Khối lượng của Kepler-186f là không rõ; tuy nhiên, nếu nó có thành phần giống Trái đất, khối lượng của nó sẽ gấp 1,44 lần Trái đất. Đó là hành tinh thứ năm được phát hiện xung quanh ngôi sao của nó, một sao lùn đỏ mờ cách Trái đất 500 năm ánh sáng với khối lượng 0,48 lần so với Mặt trời. Kepler-186f quay quanh ngôi sao của nó cứ sau 129,9 ngày với khoảng cách 53,9 triệu km (33,5 triệu mi). Nó chỉ nhận được 32% lượng ánh sáng mà Trái đất nhận được từ Mặt trời, nhưng nước có thể tồn tại ở trạng thái lỏng nếu bầu khí quyển của nó có đủ lượng carbon dioxide. (Bốn hành tinh khác trong hệ thống có kích thước Trái đất; tuy nhiên, chúng quay gần với ngôi sao hơn và do đó không nằm trong vùng có thể ở được.)

Nhiệm vụ Kepler.

Phát hiện về Kepler-186f là chiến thắng mới nhất của vệ tinh Kepler của NASA, được phóng vào năm 2009. Bởi vì các hành tinh xuất hiện mờ hơn nhiều so với các ngôi sao mà chúng quay quanh, các hành tinh ngoài hệ cực kỳ khó phát hiện trực tiếp. Trong nhiệm vụ bốn năm đầu tiên của mình, Kepler nhìn chằm chằm vào cùng một bầu trời với kính viễn vọng 95 cm (37 in) cho đến khi các hệ thống ổn định giữ vệ tinh chỉ chính xác thất bại. Trong tầm nhìn của mình, Kepler đã xem xét hơn 150.000 ngôi sao, tìm cách phát hiện sự mờ đi đôi chút trong quá trình chuyển đổi khi các hành tinh đi qua trước các ngôi sao của họ. Làm cho một phát hiện như vậy là vô cùng thách thức. Ví dụ, đường kính của Trái đất chỉ bằng 1/109 so với Mặt trời, vì vậy đối với người quan sát bên ngoài hệ mặt trời, sự đi qua của Trái đất sẽ làm mờ Mặt trời chỉ 0,008%. Ngoài ra, một hệ hành tinh phải có sự căn chỉnh chính xác để mặt phẳng quỹ đạo của một hành tinh sẽ đi qua phía trước ngôi sao của nó. Tuy nhiên, các thiết bị của Kepler đủ chính xác để nó có thể phát hiện sự mờ đi do một hành tinh có kích thước Trái đất gây ra.

Vào giữa năm 2014, nhiệm vụ Kepler đã phát hiện ra 989 hành tinh. Một trong số đó, Kepler-22b, có bán kính gấp 2,4 lần Trái đất và là hành tinh đầu tiên được tìm thấy trong vùng có thể ở của một ngôi sao tương tự Mặt trời. Kepler-20e và Kepler-20f là những hành tinh có kích thước Trái đất đầu tiên được tìm thấy (bán kính của chúng lần lượt là 0,87 và 1,03 lần bán kính Trái đất). Kepler-9b và Kepler-9c là hai hành tinh đầu tiên được quan sát thấy quá cảnh cùng một ngôi sao. NASA tuyên bố rằng các quan sát Kepler đã mang lại 4.234 ứng cử viên hành tinh cần được xác nhận với các quan sát tiếp theo. Hơn 40% các hành tinh ứng cử viên đã được tìm thấy trong các hệ thống với các ứng cử viên khác. Khoảng 90% các hành tinh ứng cử viên này nhỏ hơn Sao Hải Vương, nhỏ nhất trong số những người khổng lồ khí của hệ mặt trời, với bán kính 3,8 lần so với Trái đất. Một số hành tinh ứng cử viên được tìm thấy trong các khu vực có thể ở được của các ngôi sao của họ và một số hành tinh nhỏ hơn hai bán kính Trái đất. Do đó, nhiều hành tinh như Kepler-186f có khả năng được phát hiện.

Kepler-186f.

Mặc dù kích thước và vị trí của Kepler-186 trong khu vực có thể ở được, nhưng nó là một người anh em họ Trái Đất hơn là một người anh em sinh đôi của Trái đất. Nó quay quanh một ngôi sao lùn nhỏ màu đỏ phát ra gần như toàn bộ độ sáng của nó ở bước sóng hồng ngoại, có thể gây khó khăn cho sự sống khi khai thác. Những ngôi sao như vậy cũng thường hiển thị các biến thể độ sáng lớn hơn so với các ngôi sao loại Mặt trời. Ngoài ra, để một hành tinh nằm trong vùng có thể ở được của một ngôi sao mờ, nó sẽ phải quay gần đến mức các lực thủy triều lớn lên trên hành tinh sẽ khiến cho bán cầu luôn phải đối mặt với ngôi sao (giống như mặt trăng ở gần mặt trăng luôn đối mặt với Trái đất). Kết quả là, sẽ không có chu kỳ ngày đêm và bầu khí quyển của hành tinh trừ khi nó đủ dày với các khí nhà kính như carbon dioxide, sẽ đóng băng trên bề mặt của bán cầu tối, lạnh lẽo vĩnh viễn. (Nếu hành tinh có bầu khí quyển đủ lớn, gió sẽ phân phối lại nhiệt và bầu khí quyển sẽ không đóng băng.) Tuy nhiên, Kepler-186f cách ngôi sao của nó đủ xa để nó không bị khóa chặt.

Ngay cả khi nước lỏng không tồn tại trên bề mặt của Kepler-186f, nó vẫn có thể duy trì sự sống. Nước lỏng rất cần thiết cho mọi sự sống trên Trái đất, vì vậy định nghĩa về vùng có thể ở được dựa trên giả thuyết rằng sự sống ngoài trái đất sẽ chia sẻ yêu cầu đó. Đó là một định nghĩa rất bảo thủ (nhưng hữu ích về mặt quan sát), vì nhiệt độ bề mặt của một hành tinh không chỉ phụ thuộc vào sự gần gũi của nó với ngôi sao mà còn phụ thuộc vào các yếu tố được đề cập trước đây như khí nhà kính trong khí quyển, độ phản xạ và tuần hoàn khí quyển hoặc đại dương. Hơn nữa, các nguồn năng lượng bên trong như phân rã phóng xạ và sưởi ấm thủy triều có thể làm ấm bề ​​mặt của một hành tinh đến điểm nóng chảy của nước. Các nguồn năng lượng như vậy cũng có thể duy trì các hồ chứa nước lỏng dưới lòng đất, để một hành tinh có thể chứa sự sống mà không nằm trong vùng có thể ở của ngôi sao. Trái đất, chẳng hạn, có một sinh quyển dưới lòng đất phát triển mạnh, mặc dù nó được cấu tạo hầu như chỉ có các sinh vật đơn giản có thể tồn tại trong môi trường nghèo oxy. Mặt trăng Europa của sao Mộc có một đại dương nước lỏng hàng chục km dưới bề mặt của nó có thể ở được với một số sinh vật.