Khi nói đến việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất, các nhà khoa học có xu hướng hơi địa tâm - tức là họ tìm kiếm các hành tinh giống với hành tinh của chúng ta. Điều này là dễ hiểu, khi thấy Trái đất là hành tinh duy nhất mà chúng ta biết về điều đó hỗ trợ sự sống. Do đó, những người tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất đã tìm kiếm các hành tinh trên mặt đất (đá) trong tự nhiên, quỹ đạo trong các khu vực có thể ở được của các ngôi sao và có đủ nước trên bề mặt.
Trong quá trình khám phá vài nghìn hành tinh ngoại, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng nhiều người trong thực tế có thể là thế giới nước của Hồi giáo (hành tinh có tới 50% khối lượng của chúng là nước). Điều này tự nhiên đặt ra một số câu hỏi, như bao nhiêu nước là quá nhiều, và có thể quá nhiều đất cũng là một vấn đề? Để giải quyết những vấn đề này, một cặp nhà nghiên cứu từ Trung tâm Vật lý thiên văn (CfA) của Harvard Smithsonian đã tiến hành một nghiên cứu để xác định tỷ lệ giữa khối lượng nước và đất có thể đóng góp như thế nào vào cuộc sống.
Nghiên cứu - Sự phụ thuộc của hoạt động sinh học vào phân số nước bề mặt của các hành tinh, đang được xem xét để công bố với Tạp chí thiên văn- được tác giả bởi Manasvi Lingam, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của Viện Lý thuyết và Tính toán (ITC) của CfA, và Abraham Loeb - giám đốc của ITC và Chủ tịch Khoa học của Frank B. Baird Jr. tại Đại học Harvard.
Để bắt đầu, Lingam và Loeb giải quyết vấn đề của nguyên lý nhân học, đã đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu thiên văn học và ngoại hành tinh. Nói tóm lại, nguyên tắc này nói rằng nếu các điều kiện trên Trái đất phù hợp với sự sống, thì nó phải tồn tại vì mục đích tạo ra sự sống. Mở rộng ra toàn bộ Vũ trụ, nguyên tắc này lập luận rằng các định luật vật lý tồn tại như chúng làm vì mục đích sinh ra sự sống.
Một cách khác để xem xét nó là xem xét cách đánh giá Trái đất của chúng ta rơi vào cái được gọi là hiệu ứng lựa chọn quan sát của Cameron - nơi kết quả bị ảnh hưởng trực tiếp bởi loại phương pháp liên quan. Trong trường hợp này, các hiệu ứng phát sinh từ việc chúng ta tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất và Hệ mặt trời của chúng ta đòi hỏi phải có sự quan sát của một người quan sát có vị trí thích hợp.
Trên thực tế, chúng ta có xu hướng cho rằng các điều kiện cho cuộc sống sẽ có nhiều trong Vũ trụ vì chúng ta đã quen thuộc với chúng. Những điều kiện này có sự hiện diện của cả khối nước lỏng và khối đất, rất cần thiết cho sự xuất hiện của sự sống như chúng ta biết. Như Lingam đã giải thích với Tạp chí Vũ trụ qua email, đây là một trong những cách mà nguyên tắc nhân học xuất hiện khi tìm kiếm các hành tinh có thể ở được:
Sự thật rằng các phân số đất và nước của Trái đất tương đương nhau là biểu hiện của hiệu ứng chọn lọc nhân loại, nghĩa là, sự xuất hiện của con người (hoặc các nhà quan sát ý thức tương tự) có thể được tạo điều kiện bởi một hỗn hợp đất và nước thích hợp.
Tuy nhiên, khi giải quyết nhiều siêu Trái đất đã được phát hiện trong các hệ sao khác, các phân tích thống kê về mật độ trung bình của chúng đã chỉ ra rằng phần lớn có các phần bay hơi cao. Một ví dụ điển hình cho điều này là hệ thống TRAPPIST-1, trong đó mô hình lý thuyết của bảy hành tinh có kích thước Trái đất đã chỉ ra rằng chúng có thể nặng tới 40-50% nước.
Do đó, những thế giới nước của người Hồi giáo này sẽ có những đại dương rất sâu và không có địa điểm nào để nói đến, điều này có thể gây ra hậu quả quyết liệt cho sự xuất hiện của sự sống. Đồng thời, các hành tinh có ít hoặc không có nước trên bề mặt của chúng không được coi là ứng cử viên tốt cho sự sống, do nước rất cần thiết cho sự sống như chúng ta biết.
Lingam cho biết, quá nhiều đất đai là một vấn đề, vì nó hạn chế lượng nước mặt, do đó làm cho hầu hết các lục địa rất khô cằn. Các hệ sinh thái của Arid thường được đặc trưng bởi tỷ lệ sản xuất sinh khối thấp trên Trái đất. Thay vào đó, nếu xem xét kịch bản ngược lại (tức là chủ yếu là đại dương), người ta sẽ gặp phải một vấn đề tiềm ẩn với sự sẵn có của phốt pho, một trong những yếu tố cần thiết cho sự sống như chúng ta đã biết. Do đó, điều này có thể dẫn đến một tắc nghẽn về lượng sinh khối.
Để giải quyết những khả năng này, Lingam và Leob đã phân tích làm thế nào các hành tinh có quá nhiều nước hoặc đất có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của sinh quyển exoplanet. Như Lingam đã giải thích:
Tiết [W] e đã phát triển một mô hình đơn giản để ước tính phần đất nào sẽ khô cằn (tức là sa mạc) và tương đối không thể ở được. Đối với kịch bản với các sinh quyển thống trị nước, sự sẵn có của phốt pho trở thành yếu tố hạn chế. Ở đây, chúng tôi sử dụng một mô hình được phát triển trong một trong những bài báo trước đây của chúng tôi có tính đến các nguồn và chìm phốt pho. Chúng tôi đã kết hợp hai trường hợp này, sử dụng dữ liệu từ Trái đất làm điểm chuẩn và do đó xác định các thuộc tính của sinh quyển chung sẽ phụ thuộc vào lượng đất và nước như thế nào.
Những gì họ tìm thấy là sự cân bằng cẩn thận giữa các vùng đất và đại dương (giống như những gì chúng ta có ở đây trên Trái đất) là rất quan trọng đối với sự xuất hiện của các sinh quyển phức tạp. Kết hợp với mô phỏng số của các nhà nghiên cứu khác, nghiên cứu của Lingam và Loeb, chỉ ra rằng các hành tinh như Trái đất - với tỷ lệ đại dương so với đất liền (khoảng 30:70) - có lẽ khá hiếm. Như Lingam đã tóm tắt:
Như vậy, kết luận cơ bản là sự cân bằng của các phân số đất và nước không thể bị nghiêng quá nhiều theo cách này hay cách khác. Nghiên cứu của chúng tôi cũng chỉ ra rằng các sự kiện tiến hóa quan trọng, như sự gia tăng nồng độ oxy và sự xuất hiện của các loài công nghệ, có thể bị ảnh hưởng bởi phần nước-đất và giá trị tối ưu có thể gần với Trái đất.
Trong một thời gian, các nhà thiên văn học đã tìm kiếm các ngoại hành tinh nơi các điều kiện giống như Trái đất là phổ biến. Đây được gọi là phương pháp tiếp cận trái cây treo thấp trên YouTube, nơi chúng ta cố gắng tìm kiếm sự sống bằng cách tìm kiếm các dạng sinh học mà chúng ta liên kết với cuộc sống như chúng ta biết. Nhưng theo nghiên cứu mới nhất này, việc tìm kiếm những nơi như vậy có thể giống như tìm kiếm kim cương thô.
Các kết luận của nghiên cứu cũng có thể có ý nghĩa quan trọng khi nói đến việc tìm kiếm trí thông minh ngoài hành tinh, cho thấy rằng nó cũng khá hiếm. May mắn thay, Lingam và Loeb thừa nhận rằng không đủ thông tin về ngoại hành tinh và tỷ lệ nước trên đất liền của họ để nói bất cứ điều gì một cách thuyết phục.
Tuy nhiên, không thể dự đoán được điều này ảnh hưởng đến SETI một cách dứt khoát như thế nào, ông Ling Lingam nói. Điều này là do chúng ta chưa có những hạn chế quan sát đúng đắn đối với các phân số nước trên mặt đất của các ngoại hành tinh, và vẫn còn nhiều điều chưa biết trong kiến thức hiện tại của chúng ta về cách thức các loài công nghệ (có khả năng tham gia vào SETI) phát triển.
Cuối cùng, chúng ta phải kiên nhẫn và chờ đợi các nhà thiên văn học tìm hiểu thêm về các hành tinh ngoài mặt trời và môi trường tương ứng của chúng. Điều này sẽ có thể trong những năm tới nhờ kính viễn vọng thế hệ tiếp theo. Chúng bao gồm các kính thiên văn trên mặt đất như ESO, Kính thiên văn cực lớn (ELT) và các kính viễn vọng dựa trên không gian như Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) - được lên kế hoạch bắt đầu hoạt động vào năm 2024 và 2021, tương ứng.
Với những cải tiến trong công nghệ và hàng ngàn ngoại hành tinh hiện có sẵn để nghiên cứu, các nhà thiên văn học đã bắt đầu chuyển từ quá trình khám phá sang đặc tính hóa. Trong những năm tới, những gì chúng ta tìm hiểu về bầu khí quyển ngoài hành tinh sẽ đi một chặng đường dài hướng tới việc chứng minh hoặc từ chối các mô hình lý thuyết, hy vọng và kỳ vọng của chúng ta. Theo thời gian, cuối cùng chúng ta có thể xác định được cuộc sống dồi dào như thế nào trong Vũ trụ của chúng ta, và nó có thể hình thành như thế nào.
