Trong cuộc săn tìm các hành tinh ngoài mặt trời, các nhà thiên văn học và những người đam mê có thể được tha thứ vì hơi lạc quan. Trong quá trình khám phá hàng ngàn hành tinh đá, người khổng lồ khí và các thiên thể khác, liệu có quá nhiều để hy vọng rằng một ngày nào đó chúng ta có thể tìm thấy một Trái đất tương tự? Không chỉ là một hành tinh giống Trái đất của người Viking (ngụ ý một cơ thể đá có kích thước tương đương) mà là một Trái đất 2.0 thực sự?
Đây chắc chắn là một trong những mục tiêu của những người săn ngoại hành tinh, những người đang tìm kiếm các hệ sao gần đó để tìm các hành tinh không chỉ là đá, mà là quỹ đạo trong vùng có thể ở sao Star, có dấu hiệu của bầu khí quyển và có nước trên bề mặt của chúng. Nhưng theo một nghiên cứu mới của Alexey G. Butkevich - nhà vật lý thiên văn đến từ Đài thiên văn Pulkovo ở St. Petersburg, Nga - những nỗ lực khám phá Trái đất 2.0 của chúng ta có thể bị cản trở bởi chính Trái đất!
Nghiên cứu của Butkevich, có tiêu đề Phát hiện Exoplanet Exoplanet và Trái đất Chuyển động quỹ đạo Trái đất, gần đây đã được xuất bản trong Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia. Để phục vụ cho nghiên cứu của mình, Tiến sĩ Butkevich đã kiểm tra sự thay đổi vị trí quỹ đạo của Trái đất có thể gây khó khăn hơn khi thực hiện các phép đo chuyển động của ngôi sao xung quanh hệ thống barycenter của hệ thống.
Phương pháp phát hiện ngoại hành tinh này, trong đó chuyển động của một ngôi sao xung quanh hệ sao trung tâm khối lượng (barycenter), được gọi là Phương pháp sao băng. Về cơ bản, các nhà thiên văn học cố gắng xác định xem sự hiện diện của các trường hấp dẫn xung quanh một ngôi sao (tức là các hành tinh) có khiến ngôi sao chao đảo qua lại không. Điều này chắc chắn đúng với Hệ mặt trời, nơi Mặt trời của chúng ta bị kéo qua lại xung quanh một trung tâm chung bằng cách kéo tất cả các hành tinh của nó.
Trong quá khứ, kỹ thuật này đã được sử dụng để xác định các ngôi sao nhị phân với độ chính xác cao. Trong những thập kỷ gần đây, nó đã được coi là một phương pháp khả thi để săn bắn ngoại hành tinh. Đây không phải là nhiệm vụ dễ dàng vì sự chao đảo khá khó phát hiện ở khoảng cách liên quan. Và cho đến gần đây, mức độ chính xác cần thiết để phát hiện các dịch chuyển này là ở độ nhạy của dụng cụ.
Điều này đang thay đổi nhanh chóng, nhờ các công cụ cải tiến cho phép độ chính xác xuống đến microarcs giây. Một ví dụ điển hình cho điều này là tàu vũ trụ ESA Từ Gaia, được triển khai vào năm 2013 để lập danh mục và đo lường chuyển động tương đối của hàng tỷ ngôi sao trong thiên hà của chúng ta. Cho rằng nó có thể tiến hành các phép đo ở tốc độ 10 microarcs giây, người ta tin rằng nhiệm vụ này có thể tiến hành các phép đo thiên văn để tìm kiếm các ngoại hành tinh.
Nhưng như Butkevich đã giải thích, có những vấn đề khác khi nói đến phương pháp này. Mô hình chiêm tinh chuẩn dựa trên giả định rằng các ngôi sao di chuyển đồng đều so với hệ mặt trời, barycentre, ông nói. Nhưng khi ông giải thích, khi kiểm tra ảnh hưởng của chuyển động quỹ đạo Trái đất đối với phát hiện thiên văn, có một mối tương quan giữa quỹ đạo Trái đất và vị trí của một ngôi sao so với barycenter của hệ thống.
Nói cách khác, Tiến sĩ Butkevich đã kiểm tra xem liệu chuyển động của hành tinh của chúng ta quanh Mặt trời hay không và chuyển động của Mặt trời xung quanh tâm khối lượng của nó, có thể có tác dụng hủy đối với các phép đo thị sai của các ngôi sao khác. Điều này sẽ thực hiện bất kỳ phép đo nào về chuyển động của ngôi sao, được thiết kế để xem liệu có bất kỳ hành tinh nào quay quanh nó hay không, thực sự vô dụng. Hay như Tiến sĩ Butkevich đã nêu trong nghiên cứu của mình:
Một điều rõ ràng từ những cân nhắc hình học đơn giản là trong các hệ thống như vậy, chuyển động quỹ đạo của ngôi sao chủ, trong những điều kiện nhất định, có thể quan sát gần với hiệu ứng song song hoặc thậm chí không thể phân biệt được với nó. Điều đó có nghĩa là chuyển động quỹ đạo có thể được hấp thụ một phần hoặc toàn bộ bởi các tham số thị sai.
Điều này đặc biệt đúng với các hệ thống trong đó chu kỳ quỹ đạo của một hành tinh là một năm và có quỹ đạo đặt nó gần với quỹ đạo nhật thực Sun Sun - tức là giống như quỹ đạo của Trái đất! Vì vậy, về cơ bản, các nhà thiên văn học sẽ không thể phát hiện ra Trái đất 2.0 bằng các phép đo thiên văn, bởi vì quỹ đạo riêng của Trái đất và sự rung chuyển của Mặt trời sẽ khiến việc phát hiện gần như không thể.
Như Tiến sĩ Butkevich nêu trong kết luận của mình:
Chúng tôi trình bày một phân tích về ảnh hưởng của chuyển động quỹ đạo Trái đất lên khả năng phát hiện thiên văn của các hệ thống ngoại hành tinh. Chúng tôi đã chứng minh rằng, nếu thời gian của một hành tinh gần một năm và mặt phẳng quỹ đạo của nó gần như song song với chuyển động quỹ đạo, quỹ đạo của vật chủ có thể được hấp thụ hoàn toàn hoặc một phần bởi thông số thị sai. Nếu sự hấp thụ hoàn toàn xảy ra, hành tinh này không thể phát hiện được.
May mắn thay, thợ săn ngoại hành tinh có vô số phương pháp khác cũng được lựa chọn, bao gồm các phép đo trực tiếp và gián tiếp. Và khi nói đến việc phát hiện các hành tinh xung quanh các ngôi sao lân cận, hai trong số các phương pháp hiệu quả nhất liên quan đến việc đo sự dịch chuyển Doppler trong các ngôi sao (hay còn gọi là Phương pháp Vận tốc xuyên tâm) và giảm độ sáng của Sao (hay còn gọi là Phương pháp Chuyển tuyến).
Tuy nhiên, các phương pháp này phải chịu những hạn chế riêng và biết những hạn chế của chúng là bước đầu tiên để tinh chỉnh chúng. Về khía cạnh đó, nghiên cứu của Tiến sĩ Butkevich có tiếng vang của thuyết nhật tâm và thuyết tương đối, trong đó chúng tôi được nhắc nhở rằng điểm tham chiếu của chúng ta không cố định trong không gian và có thể ảnh hưởng đến các quan sát của chúng ta.
Việc săn tìm các ngoại hành tinh cũng được cho là sẽ được hưởng lợi rất nhiều từ việc triển khai các thiết bị thế hệ tiếp theo như Kính viễn vọng Không gian James Webb, Vệ tinh Khảo sát Exoplanet (TESS) và các thiết bị khác.
