Khi tìm kiếm các ngoại hành tinh có thể ở được, các nhà khoa học buộc phải thực hiện phương pháp treo trái cây thấp. Vì Trái đất là hành tinh duy nhất mà chúng ta biết có khả năng hỗ trợ sự sống, nên về cơ bản, việc tìm kiếm này là tìm kiếm các hành tinh giống như Trái đất. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu Trái đất không phải là thước đo cho khả năng cư trú mà tất cả chúng ta đều có xu hướng nghĩ là như vậy?
Đó là chủ đề của một bài giảng chính được thực hiện gần đây tại Đại hội địa hóa học Goldschmidt, diễn ra từ ngày 18 đến 23 tháng 8, tại Barcelona, Tây Ban Nha. Tại đây, một nhóm các nhà nghiên cứu do NASA hỗ trợ đã giải thích cách kiểm tra những gì đi vào xác định vùng có thể ở được (HZ) cho thấy một số ngoại hành tinh có thể có điều kiện tốt hơn để sự sống phát triển hơn so với chính Trái đất.
Bài thuyết trình được dựa trên một nghiên cứu có tiêu đề Khu vực sinh sống có giới hạn của giới hạn đối với cuộc sống phức tạp, xuất hiện trong số tháng 6 năm 2019 của Tạp chí Vật lý thiên văn. Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu từ Caltech, Viện nghiên cứu vũ trụ Goddard của NASA, Viện sinh vật học NASA, Chương trình sau tiến sĩ của NASA, Phòng thí nghiệm hành tinh ảo NExSS, Viện khoa học vũ trụ Blue Marble và nhiều trường đại học.
Như họ chỉ ra trong nghiên cứu của mình, HZ thường được định nghĩa là phạm vi khoảng cách từ một ngôi sao chủ trong đó nước lỏng có thể tồn tại trên bề mặt. Tuy nhiên, điều này không tính đến các động lực khí quyển cần thiết để đảm bảo sự ổn định khí hậu - bao gồm phản hồi cacbonat silicat để duy trì nhiệt độ bề mặt trong một phạm vi nhất định.
Vì chỉ có các phương pháp gián tiếp có sẵn để đánh giá các điều kiện như thế nào trên các ngoại hành tinh xa xôi, các nhà thiên văn học phụ thuộc vào các mô hình tinh vi cho khí hậu và tiến hóa hành tinh. Trong quá trình trình bày tổng hợp của họ về phương pháp này trong bài giảng chính, Tiến sĩ Stephanie Olson thuộc Đại học Chicago (đồng tác giả của nghiên cứu) đã mô tả tìm kiếm để xác định môi trường tốt nhất cho cuộc sống trên các ngoại hành tinh:
NASA tìm kiếm sự sống trong vũ trụ tập trung vào cái gọi là các hành tinh Khu vực sinh sống, là những thế giới có tiềm năng cho các đại dương nước lỏng. Nhưng không phải tất cả các đại dương đều hiếu khách như nhau và một số đại dương sẽ là nơi sinh sống tốt hơn những nơi khác do mô hình lưu thông toàn cầu của họ.
Công việc của chúng tôi đã nhằm mục đích xác định các đại dương ngoại hành tinh có khả năng lớn nhất để tổ chức cuộc sống năng động và phong phú trên toàn cầu. Sự sống trong các đại dương Trái đất phụ thuộc vào sự đảo lộn (dòng chảy lên) sẽ trả lại các chất dinh dưỡng từ độ sâu tối của đại dương đến các phần có ánh sáng mặt trời của đại dương nơi có sự sống quang hợp. Upwelling nhiều hơn có nghĩa là tiếp tế dinh dưỡng nhiều hơn, có nghĩa là hoạt động sinh học nhiều hơn. Đây là những điều kiện chúng ta cần tìm trên exoplanets.
Vì lợi ích của nghiên cứu, Olsen và các đồng nghiệp đã mô hình hóa những điều kiện có thể xảy ra đối với các loại ngoại hành tinh khác nhau bằng phần mềm ROCKE-3D. Mô hình lưu thông chung này (GCM) được phát triển bởi Viện nghiên cứu vũ trụ NASA G Goddard (GISS) để nghiên cứu các điểm khác nhau trong lịch sử Trái đất và các hành tinh trên mặt đất khác của Hệ mặt trời (như Sao Thủy, Sao Kim và Sao Hỏa).
Phần mềm này cũng có thể được sử dụng để mô phỏng khí hậu và môi trường sống đại dương sẽ như thế nào trên các loại ngoại hành tinh khác nhau. Sau khi mô hình hóa một loạt các ngoại hành tinh có thể (dựa trên hơn 4000 đã được phát hiện cho đến nay), họ đã có thể xác định loại ngoại hành tinh nào có khả năng phát triển và duy trì sinh quyển phát triển mạnh nhất.
Điều này bao gồm việc sử dụng một mô hình lưu thông đại dương xác định các ngoại hành tinh nào có khả năng nâng cao hiệu quả nhất và do đó có thể duy trì các đại dương với điều kiện hiếu khách. Những gì họ tìm thấy là các hành tinh có mật độ khí quyển cao hơn, tốc độ quay chậm hơn và sự hiện diện của các lục địa đều mang lại tốc độ bay cao hơn.
Điểm nổi bật của việc này là Trái đất có thể không thể ở được một cách tối ưu, với tốc độ quay khá nhanh. Đây là một kết luận đáng ngạc nhiên
Đây là một loại tin tốt / tình huống xấu. Một mặt, nó làm tan vỡ ảo tưởng rằng Trái đất là tiêu chuẩn mà các ngoại hành tinh có thể ở được khác có thể đo được. Mặt khác, nó chỉ ra rằng cuộc sống có thể phong phú hơn trong Vũ trụ của chúng ta so với ước tính bảo thủ trước đây sẽ chỉ ra.
Nhưng như Olsen đã chỉ ra, sẽ luôn có một khoảng cách giữa cuộc sống và thứ mà chúng ta có thể phát hiện được, do những hạn chế trong công nghệ của chúng ta. Do đó, nghiên cứu này rất có ý nghĩa ở chỗ nó khuyến khích các nhà thiên văn học hướng những nỗ lực của họ vào tập hợp các ngoại hành tinh có khả năng ủng hộ các sinh quyển lớn, hoạt động toàn cầu, nơi cuộc sống sẽ dễ dàng phát hiện ra nhất và nơi mà việc không phát hiện sẽ có ý nghĩa nhất.
Điều này sẽ có thể xảy ra trong thập kỷ tới nhờ việc triển khai các kính thiên văn thế hệ tiếp theo như Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), mà các nhà thiên văn học kỳ vọng sẽ là công cụ đặc trưng cho bầu khí quyển và môi trường bề mặt của các ngoại hành tinh. Các kính viễn vọng khác, vẫn còn trên bảng vẽ, có thể còn đi xa hơn - một phần nhờ vào các nghiên cứu như thế này.
Tiến sĩ Lý tưởng, công việc này sẽ cung cấp cho thiết kế kính viễn vọng để đảm bảo rằng các nhiệm vụ trong tương lai, tiến sĩ Olson, đã nói như các khái niệm kính viễn vọng LUVOIR hoặc HabEx được đề xuất, có khả năng phù hợp; Bây giờ chúng tôi biết phải tìm gì, vì vậy chúng tôi cần bắt đầu tìm kiếm.
Khi tìm kiếm bằng chứng về sự sống ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta (hoặc bên trong nó), biết những gì cần tìm có thể còn quan trọng hơn việc có các công cụ tinh vi nhất để thực hiện. Trong những năm tới, các nhà thiên văn học sẽ có được lợi ích của công nghệ tiên tiến và phương pháp cải tiến, sử dụng mọi thứ mà chúng tôi đã học được cho đến nay để tìm bằng chứng về sự sống khác với chính chúng ta.
