Hành tinh ngoài mặt trời được gọi là Proxima b đã chiếm một vị trí đặc biệt trong tâm trí công chúng kể từ khi sự tồn tại của nó được công bố vào tháng 8 năm 2016. Là hành tinh ngoại gần nhất với Hệ Mặt trời của chúng ta, khám phá của nó đã đặt ra câu hỏi về khả năng khám phá nó trong tương lai không xa. Và thậm chí còn trêu ngươi hơn là những câu hỏi liên quan đến khả năng cư trú tiềm năng của nó.
Mặc dù có nhiều nghiên cứu đã cố gắng chỉ ra liệu hành tinh này có thể phù hợp với sự sống như chúng ta biết hay không, không có gì chắc chắn được tạo ra. May mắn thay, một nhóm các nhà vật lý thiên văn từ Đại học Exeter - với sự giúp đỡ của các chuyên gia khí tượng học từ Văn phòng Met Met của Vương quốc Anh - đã thực hiện các bước đầu tiên để xác định xem Proxima b có khí hậu có thể ở được hay không.
Theo nghiên cứu của họ, xuất hiện gần đây trên tạp chí Thiên văn học & Vật lý thiên văn, nhóm đã tiến hành một loạt các mô phỏng sử dụng Mô hình hợp nhất Met Office (UM) tiên tiến nhất. Mô hình số này đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ để nghiên cứu bầu khí quyển Trái đất, với các ứng dụng từ dự báo thời tiết đến tác động của biến đổi khí hậu.
Với mô hình này, nhóm nghiên cứu đã mô phỏng khí hậu của Proxima b sẽ như thế nào nếu nó có thành phần khí quyển tương tự Trái đất. Họ cũng đã tiến hành mô phỏng hành tinh sẽ như thế nào nếu có bầu khí quyển đơn giản hơn nhiều - một thành phần gồm nitơ với một lượng carbon dioxide. Cuối cùng, nhưng không kém phần quan trọng, họ đã thực hiện trợ cấp cho các biến thể trong quỹ đạo hành tinh.
Chẳng hạn, với khoảng cách hành tinh từ mặt trời của nó - 0,05 AU (7,5 triệu km; 4,66 triệu dặm) - đã có những câu hỏi về đặc điểm quỹ đạo của hành tinh. Một mặt, nó có thể bị khóa chặt, trong đó một mặt liên tục hướng về phía Proxima Centauri. Mặt khác, hành tinh có thể ở trong cộng hưởng quỹ đạo 3: 2 với mặt trời của nó, nơi nó quay ba lần trên trục của nó cho mỗi hai quỹ đạo (giống như trải nghiệm Sao Thủy với Mặt trời của chúng ta).
Trong cả hai trường hợp, điều này sẽ dẫn đến một bên của hành tinh bị phơi nhiễm với khá nhiều bức xạ. Với bản chất của các ngôi sao lùn đỏ loại M, có độ biến thiên cao và không ổn định so với các loại sao khác, mặt phải đối mặt sẽ được chiếu xạ định kỳ. Ngoài ra, trong cả hai kịch bản quỹ đạo, hành tinh sẽ chịu sự thay đổi đáng kể về nhiệt độ sẽ gây khó khăn cho nước lỏng tồn tại.
Ví dụ, trên một hành tinh bị khóa chặt, các khí trong khí quyển chính ở phía mặt đêm sẽ có khả năng đóng băng, khiến vùng ánh sáng ban ngày bị khô và khô. Và trên một hành tinh có cộng hưởng quỹ đạo 3: 2, một ngày mặt trời rất có thể sẽ kéo dài rất lâu (một ngày mặt trời trên sao Thủy kéo dài 176 ngày Trái đất), khiến một bên trở nên quá nóng và khô bên kia quá lạnh và khô.
Bằng cách tính đến tất cả những điều này, các mô phỏng nhóm của đội cho phép một số so sánh quan trọng với các nghiên cứu trước đây, nhưng cũng cho phép nhóm nghiên cứu vượt ra ngoài chúng. Như Tiến sĩ Ian Boutle, thành viên của Đại học danh dự tại Đại học Exeter và là tác giả chính của bài báo, đã giải thích trong một thông cáo báo chí của Đại học:
Nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã xem xét một số tình huống khác nhau cho hành tinh có khả năng cấu hình quỹ đạo bằng cách sử dụng một bộ mô phỏng. Cùng với việc kiểm tra khí hậu sẽ hành xử như thế nào nếu hành tinh này bị 'khóa chặt' (trong đó một ngày có cùng độ dài với một năm), chúng tôi cũng đã xem xét một quỹ đạo tương tự như sao Thủy, quay ba lần trên trục của nó cứ hai quỹ đạo quanh mặt trời (cộng hưởng 3: 2), sẽ ảnh hưởng đến môi trường.
Cuối cùng, kết quả khá thuận lợi, vì nhóm nghiên cứu nhận thấy Proxima b sẽ có khí hậu ổn định đáng kể với cả bầu khí quyển và trong cấu hình quỹ đạo. Về cơ bản, các mô phỏng phần mềm UM đã chỉ ra rằng khi cả cấu hình của cả hai bầu khí quyển và cả hai cấu hình cộng hưởng bị khóa chặt và 3: 2 vẫn tồn tại những vùng trên hành tinh nơi nước có thể tồn tại ở dạng lỏng.
Đương nhiên, ví dụ cộng hưởng 3: 2 dẫn đến các khu vực đáng kể hơn của hành tinh nằm trong phạm vi nhiệt độ này. Họ cũng nhận thấy rằng một quỹ đạo lệch tâm, trong đó khoảng cách giữa hành tinh và Proxima Centauri thay đổi đến một mức độ đáng kể trong quá trình của một quỹ đạo đơn lẻ, sẽ dẫn đến sự gia tăng hơn nữa về khả năng sinh sống.
Như Tiến sĩ James Manners, một thành viên khác của Đại học danh dự và là một trong những đồng tác giả của bài báo, cho biết:
Một trong những đặc điểm chính giúp phân biệt hành tinh này với Trái đất là ánh sáng từ ngôi sao của nó chủ yếu ở vùng hồng ngoại gần. Những tần số ánh sáng này tương tác mạnh hơn nhiều với hơi nước và carbon dioxide trong khí quyển, ảnh hưởng đến khí hậu xuất hiện trong mô hình của chúng ta.
Tất nhiên, cần nhiều công việc hơn nữa trước khi chúng ta thực sự hiểu liệu hành tinh này có khả năng hỗ trợ sự sống như chúng ta biết hay không. Ngoài việc nuôi dưỡng hy vọng của những người muốn nhìn thấy nó bị xâm chiếm một ngày nào đó, các nghiên cứu về điều kiện Proxima bạt cũng cực kỳ quan trọng trong việc xác định liệu cuộc sống bản địa có tồn tại ngay bây giờ hay không.
Nhưng trong khi đó, các nghiên cứu như thế này cực kỳ hữu ích khi dự đoán loại môi trường nào chúng ta có thể tìm thấy trên các hành tinh xa xôi. Tiến sĩ Nathan Mayne - trưởng nhóm khoa học về mô hình ngoại hành tinh tại Đại học Exeter và là đồng tác giả của bài báo - cũng chỉ ra rằng nghiên cứu khí hậu thuộc loại này có thể có ứng dụng cho các nhà khoa học tại nhà.
Với dự án mà chúng tôi có tại Exeter, chúng tôi đang cố gắng không chỉ hiểu được sự đa dạng đáng kinh ngạc của các ngoại hành tinh được phát hiện, mà còn khai thác điều này để hy vọng cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về khí hậu của chính chúng ta đã và sẽ phát triển như thế nào, ông nói. Hơn nữa, nó giúp minh họa cách các điều kiện ở đây trên Trái đất có thể được sử dụng để dự đoán những gì có thể tồn tại trong môi trường ngoài mặt trời.
Mặc dù nghe có vẻ hơi trung tâm Trái đất, nhưng hoàn toàn hợp lý khi cho rằng các hành tinh trong các hệ sao khác phải tuân theo các quy trình và cơ học tương tự như những gì chúng ta đã thấy trên các hành tinh Mặt trời. Và đây là điều chúng ta luôn bị buộc phải làm khi tìm kiếm các hành tinh có thể ở được và sự sống ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta. Cho đến khi chúng tôi có thể đến đó trực tiếp, chúng tôi sẽ buộc phải đo những gì chúng tôi không biết về những gì chúng tôi làm.
