Liệu một Trái đất khác tồn tại ở đâu đó trong thiên hà của chúng ta? Với sự tán dương gần đây của tàu vũ trụ Kepler, các nhà thiên văn học đang ngày càng tiến gần hơn đến việc tìm kiếm một hành tinh có kích thước Trái đất trong quỹ đạo giống Trái đất. Nhưng một khi tìm kiếm đó thành công, các câu hỏi tiếp theo thúc đẩy nghiên cứu sẽ là: Hành tinh đó có thể ở được không? Liệu nó có bầu khí quyển giống Trái đất? Trả lời những câu hỏi đó sẽ không dễ dàng. Nhưng kính viễn vọng cho nhiệm vụ là Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST), được thiết lập để phóng lên kế hoạch vào năm 2013. Hai nhà nghiên cứu gần đây đã kiểm tra khả năng của JWST để mô tả bầu khí quyển của các hành tinh giống Trái đất giả thuyết và phát hiện đây là kính viễn vọng điều đó sẽ có thể phát hiện một số loại khí gọi là dấu ấn sinh học, như ozone và metan, cho các thế giới gần cỡ Trái đất. (Xem bài viết liên quan của chúng tôi: Hỏi và đáp với Tiến sĩ John Mather trên JWST.)
Do gương lớn và vị trí của nó ở điểm L2 ngoài vũ trụ, Kính thiên văn không gian James Webb sẽ cung cấp cho các nhà thiên văn học khả năng thực sự đầu tiên tìm thấy câu trả lời về khả năng cư trú của các thế giới giống như Trái đất gần đó, Lisa Kaltenegger từ Trung tâm Harvard-Smithsonian nói. cho Vật lý thiên văn và Wesley Traub từ Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực. Kaltenegger cho biết, chúng tôi rất may mắn khi giải mã được bầu khí quyển giống như hành tinh Trái đất trong một sự kiện quá cảnh để chúng ta có thể nói nó giống như Trái đất. Chúng ta sẽ cần phải thêm nhiều tuyến để thực hiện điều đó - hàng trăm trong số chúng, ngay cả đối với những ngôi sao cách xa 20 năm ánh sáng.
Mặc dù nó rất khó, nhưng nó sẽ là một nỗ lực cực kỳ thú vị để mô tả bầu không khí xa xôi của hành tinh, cô nói thêm.
Trong một sự kiện quá cảnh, một hành tinh ngoài hành tinh xa xôi đi qua phía trước ngôi sao của nó khi nhìn từ Trái đất. Khi hành tinh đi qua, các khí trong khí quyển của nó hấp thụ một phần rất nhỏ của ánh sáng Ngôi sao, để lại dấu vân tay đặc trưng cho từng loại khí. Bằng cách tách ánh sáng sao Star thành cầu vồng màu sắc hoặc quang phổ, các nhà thiên văn học có thể tìm kiếm những dấu vân tay đó. Kaltenegger và Traub đã nghiên cứu xem những dấu vân tay đó có thể được JWST phát hiện hay không.
Kỹ thuật quá cảnh rất thách thức. Nếu Trái đất có kích thước bằng một quả bóng rổ, bầu khí quyển sẽ mỏng như một tờ giấy, do đó tín hiệu thu được cực kỳ nhỏ. Hơn nữa, phương pháp này chỉ hoạt động khi hành tinh ở phía trước ngôi sao của nó và mỗi lần vận chuyển kéo dài tối đa vài giờ.
Kaltenegger và Traub lần đầu tiên coi một thế giới giống Trái đất quay quanh một ngôi sao giống như Mặt trời. Để có được tín hiệu có thể phát hiện được từ một lần vận chuyển, ngôi sao và hành tinh sẽ phải ở rất gần Trái đất. Ngôi sao giống như Mặt trời duy nhất đủ gần là Alpha Centauri A. Chưa có thế giới nào được tìm thấy, nhưng công nghệ hiện chỉ có khả năng phát hiện các thế giới có kích thước Trái đất.
Nghiên cứu cũng xem xét các hành tinh quay quanh các ngôi sao lùn đỏ. Những ngôi sao như vậy, được gọi là loại M, có nhiều nhất trong Dải Ngân hà - phổ biến hơn nhiều so với các ngôi sao loại G màu vàng như Mặt trời. Chúng cũng mát mẻ và mờ hơn Mặt trời, cũng như nhỏ hơn, khiến việc tìm kiếm một hành tinh giống Trái đất đi qua một ngôi sao M dễ dàng hơn.
Một thế giới giống như Trái đất sẽ phải quay gần một sao lùn đỏ để đủ ấm cho nước lỏng. Do đó, hành tinh sẽ quay quanh nhanh hơn và mỗi lần vận chuyển sẽ kéo dài một vài giờ đến chỉ vài phút. Nhưng nó sẽ trải qua nhiều lần chuyển tiếp hơn trong một khoảng thời gian nhất định. Các nhà thiên văn học có thể cải thiện cơ hội phát hiện bầu khí quyển bằng cách thêm tín hiệu từ một số đường truyền, khiến các ngôi sao lùn đỏ hấp dẫn các mục tiêu vì quá cảnh thường xuyên hơn.
Một thế giới giống như Trái đất quay quanh một ngôi sao như Mặt trời sẽ trải qua quá trình 10 giờ mỗi năm một lần. Tích lũy 100 giờ quan sát quá cảnh sẽ mất 10 năm. Ngược lại, một Trái đất quay quanh một ngôi sao lùn đỏ cỡ trung bình sẽ trải qua quá trình một giờ một lần cứ sau 10 ngày. Tích lũy 100 giờ quan sát quá cảnh sẽ mất ít hơn ba năm.
Kaltenegger cho biết, các ngôi sao lùn đỏ gần đó cung cấp khả năng tốt nhất trong việc phát hiện các dấu ấn sinh học trong bầu khí quyển Trái đất quá cảnh.
Cuối cùng, hình ảnh trực tiếp - nghiên cứu các photon ánh sáng từ chính hành tinh này - có thể chứng minh một phương pháp mạnh mẽ hơn để mô tả bầu khí quyển của các thế giới giống như Trái đất so với kỹ thuật chuyển tuyến, Traub nói.
Các nghiên cứu trực tiếp đã được sử dụng để tạo ra các bản đồ nhiệt độ thô của các hành tinh ngoài hệ mặt trời cực lớn, cực nóng. Với các thiết bị thế hệ tiếp theo, các nhà thiên văn học có thể nghiên cứu các thành phần khí quyển, không chỉ nhiệt độ. Đặc tính của một chấm màu xanh nhạt của người Hồi giáo là bước tiếp theo từ đó, cho dù bằng cách thêm hàng trăm lần chuyển của một hành tinh hoặc bằng cách chặn ánh sáng của sao và phân tích trực tiếp ánh sáng của hành tinh.
Trong trường hợp tốt nhất, Alpha Centauri A có thể có một hành tinh giống Trái đất đang di chuyển mà chưa ai phát hiện ra. Sau đó, các nhà thiên văn học sẽ chỉ cần một số ít quá cảnh để giải mã bầu khí quyển hành tinh đó và có thể xác nhận sự tồn tại của Trái đất song sinh đầu tiên.
Nguồn: Trung tâm vật lý thiên văn Harvard
