Công nghệ kính viễn vọng đang phát triển nhanh chóng, khi các thiết bị lớn hơn và lớn hơn đang được chế tạo. Nếu có cuộc sống ở đó, chúng ta sẽ nhận ra nó chứ? Các nhà nghiên cứu từ Trung tâm vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian và NASA đã phát triển một danh sách các kỷ nguyên trong lịch sử Trái đất khí quyển Trái đất có thể nhìn thấy qua thiết bị này; từ thời kỳ đầu tiên mà sự sống xuất hiện đến bầu không khí hiện tại, giàu oxy / nitơ.
Chỉ là vấn đề thời gian trước khi các nhà thiên văn tìm thấy một hành tinh có kích thước Trái đất quay quanh một ngôi sao xa xôi. Khi họ làm, những câu hỏi đầu tiên mọi người sẽ hỏi là: Có thể ở được không? Và thậm chí quan trọng hơn, đã có sự sống trên đó chưa? Để tìm manh mối cho câu trả lời, các nhà khoa học đang tìm kiếm hành tinh quê nhà của họ, Trái đất.
Các nhà thiên văn học Lisa Kaltenegger thuộc Trung tâm vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian (CfA) và Wesley Traub của Phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực của NASA và CfA, đề xuất sử dụng lịch sử khí quyển Trái đất để hiểu các hành tinh khác.
Các hành tinh tốt của Viking rất khó tìm, ông nói, Kaltenegger nói. Công việc của chúng tôi cung cấp các biển chỉ dẫn mà các nhà thiên văn học sẽ tìm kiếm khi kiểm tra các thế giới thực sự giống Trái đất.
Các hồ sơ địa chất cho thấy bầu khí quyển Trái đất đã thay đổi đáng kể trong 4,5 tỷ năm qua, một phần là do các dạng sống phát triển trên hành tinh của chúng ta. Lập bản đồ các loại khí bao gồm bầu khí quyển Trái đất trong lịch sử của nó, Kaltenegger và Traub đề xuất rằng bằng cách tìm kiếm thành phần khí quyển tương tự trên các thế giới khác, các nhà khoa học sẽ có thể xác định xem hành tinh đó có sự sống trên đó hay không, và nếu vậy, giai đoạn tiến hóa của cuộc sống. Tài liệu nghiên cứu mô tả công việc của họ có sẵn trực tuyến tại http://arxiv.org/abs/astro-ph/0609398.
Cho đến nay, tất cả các hành tinh ngoài hệ mặt trời đã được nghiên cứu một cách gián tiếp, ví dụ bằng cách theo dõi cách một ngôi sao chủ nhà chao đảo khi hành tinh hấp dẫn hành tinh kéo nó. Chỉ có bốn hành tinh ngoài hệ mặt trời đã được phát hiện trực tiếp và chúng là những thế giới khổng lồ có kích thước sao Mộc. Bầu khí quyển của một trong những thế giới này được phát hiện bởi một nhà khoa học CfA khác, David Charbonneau, sử dụng Kính viễn vọng Không gian NASA Spitzer của NASA. Thế hệ tiếp theo của các sứ mệnh trên không gian như NASA Tìm kiếm hành tinh trên mặt đất (TPF) và ESA, Darwin sẽ có thể nghiên cứu trực tiếp các thế giới có kích thước Trái đất gần đó.
Các nhà thiên văn học đặc biệt muốn quan sát quang phổ nhìn thấy và hồng ngoại của các hành tinh trên mặt đất xa xôi để tìm hiểu về bầu khí quyển của chúng. Các loại khí đặc biệt để lại chữ ký trong phổ hành tinh, như dấu vân tay hoặc dấu DNA. Bằng cách phát hiện ra những dấu vân tay đó, các nhà nghiên cứu có thể tìm hiểu về một thành phần khí quyển và thậm chí suy ra sự hiện diện của các đám mây.
Ngày nay, bầu khí quyển Trái đất bao gồm khoảng ba phần tư nitơ và một phần tư oxy, với một tỷ lệ nhỏ các loại khí khác như carbon dioxide và metan. Nhưng bốn tỷ năm trước, không có oxy. Bầu khí quyển Trái đất đã phát triển qua sáu kỷ nguyên riêng biệt, mỗi kỷ nguyên được đặc trưng bởi một hỗn hợp khí đặc biệt. Sử dụng mã máy tính được phát triển bởi đồng nghiệp của Traub và CfA Ken Jucks, Kaltenegger và Traub đã mô hình hóa mỗi trong số sáu kỷ nguyên Trái đất để xác định dấu vân tay quang phổ sẽ được nhìn thấy bởi một người quan sát ở xa.
Bằng cách nghiên cứu Trái đất trước đây, chúng ta có thể tìm hiểu về tình trạng hiện tại của các thế giới khác, Tiết Traub giải thích. Nếu một hành tinh ngoài hệ mặt trời được tìm thấy có phổ tương tự như một trong các mô hình của chúng ta, chúng ta có khả năng có thể mô tả trạng thái địa chất của hành tinh đó, khả năng cư trú và mức độ phát triển của sự sống trên đó.
Để hiểu rõ hơn về các khoảng thời gian này, hay các kỷ nguyên, và để đưa chúng vào viễn cảnh, người ta có thể thu nhỏ lịch sử Trái đất 4,5 tỷ năm xuống còn một năm, gắn ngày bắt đầu từ ngày 1 tháng 1 - ngày Trái đất hình thành.
EPOCH 0 - 12 tháng 2
Tại Epoch 0 (3,9 tỷ năm trước), Trái đất non trẻ sở hữu một bầu không khí hỗn loạn, ướt át bao gồm chủ yếu là nitơ, carbon dioxide và hydro sulfide. Ngày ngắn hơn và Mặt trời mờ hơn, tỏa sáng như một quả cầu màu đỏ xuyên qua bầu trời màu gạch màu cam của chúng tôi. Một đại dương bao phủ toàn bộ hành tinh của chúng ta là một màu nâu bùn hấp thụ sự bắn phá từ các thiên thạch và sao chổi tới. Carbon dioxide đã giúp sưởi ấm thế giới của chúng ta kể từ khi Mặt trời trẻ sơ sinh kém sáng thứ ba so với ngày nay. Mặc dù không có hóa thạch nào sống sót trong khoảng thời gian này, các dấu hiệu đồng vị của sự sống có thể đã bị bỏ lại trong đá Greenland.
EPOCH 1 - 17 tháng 3
Khoảng 3,5 tỷ năm trước (Kỷ nguyên 1), cảnh quan hành tinh có các chuỗi đảo núi lửa nhô ra khỏi đại dương toàn cầu rộng lớn. Sự sống đầu tiên trên Trái đất là vi khuẩn kỵ khí - vi khuẩn có thể sống mà không cần oxy. Những vi khuẩn này đã bơm một lượng lớn khí mê-tan vào bầu khí quyển hành tinh, thay đổi nó theo những cách có thể phát hiện được. Nếu vi khuẩn tương tự tồn tại trên một hành tinh khác, các nhiệm vụ trong tương lai như TPF và Darwin có thể phát hiện dấu vân tay của chúng trong khí quyển.
EPOCH 2 - 5/6
Khoảng 2,4 tỷ năm trước (Kỷ 2), bầu khí quyển đạt đến nồng độ metan tối đa. Các khí chủ yếu là nitơ, carbon dioxide và metan. Các vùng đất lục địa đã bắt đầu hình thành. Tảo xanh lam bắt đầu bơm một lượng lớn oxy vào khí quyển. Những thay đổi lớn sắp xảy ra.
Tôi rất tiếc khi nói những dấu hiệu đầu tiên của E.T. có lẽ đã thắng được đài phát thanh hoặc truyền hình; thay vào đó, nó có thể là oxy từ tảo, Kaltenegger than thở.
EPOCH 3 - 16 tháng 7
Hai tỷ năm trước (Epoch 3), những sinh vật quang hợp đầu tiên này đã làm thay đổi khí quyển cân bằng vĩnh viễn - chúng tạo ra oxy, một loại khí phản ứng cao giúp loại bỏ nhiều khí metan và carbon dioxide, đồng thời làm nghẹt thở các vi khuẩn sản sinh ra khí kỵ khí. Khi làm như vậy, bầu khí quyển hành tinh có được oxy miễn phí đầu tiên. Phong cảnh bây giờ bằng phẳng và ẩm ướt. Với những ngọn núi lửa hút thuốc từ xa, những vũng màu nâu xanh rực rỡ tạo ra ánh sáng trên mặt nước đầy mùi hôi thối. Cuộc cách mạng oxy đã được tiến hành đầy đủ.
Sự ra đời của oxy là thảm họa đối với sự sống thống trị trên Trái đất tại thời điểm đó; Nó đã đầu độc nó, Tra Traub nói. Nhưng đồng thời, nó làm cho cuộc sống đa bào, bao gồm cả cuộc sống của con người, có thể.
EPOCH 4 - 13 tháng 10
Vào 800 triệu năm trước, Trái đất bước vào Kỷ nguyên 4, với mức oxy tiếp tục tăng. Khoảng thời gian này trùng với thời điểm hiện được gọi là Vụ nổ Cambri. Bắt đầu từ 550 đến 500 triệu năm trước, Thời kỳ Cambri là một cột mốc quan trọng trong lịch sử sự sống trên Trái đất: Đây là thời điểm hầu hết các nhóm động vật lớn lần đầu tiên xuất hiện trong hồ sơ hóa thạch. Trái đất giờ được bao phủ bởi đầm lầy, biển và một vài ngọn núi lửa đang hoạt động. Các đại dương đã hợp sức với cuộc sống.
EPOCH 5 - 8 tháng 11
Cuối cùng, 300 triệu năm trước trong Kỷ nguyên 5, sự sống đã chuyển từ các đại dương vào đất liền. Bầu khí quyển Trái đất đã đạt đến thành phần chủ yếu là nitơ và oxy. Đây là sự khởi đầu của thời kỳ Mesozoi bao gồm khủng long. Khung cảnh trông giống như Công viên kỷ Jura vào một chiều chủ nhật.
EPOCH 6 - 31 tháng 12 (11:59:59)
Câu hỏi hấp dẫn còn lại là: Epoch 6, khoảng thời gian con người chiếm giữ ngày nay sẽ như thế nào? Chúng ta có thể phát hiện các dấu hiệu nhận biết của các công nghệ ngoài hành tinh trên các thế giới xa xôi không?
Khi sự đồng thuận chung được xây dựng giữa các nhà khoa học rằng hoạt động của con người đã thay đổi bầu khí quyển Trái đất bằng cách đưa carbon dioxide cũng như các loại khí như Freon, chúng ta có thể xác định dấu vân tay của các sản phẩm phụ đó ở các thế giới khác không? Mặc dù các thí nghiệm trên vệ tinh và khinh khí cầu quay quanh Trái đất có thể đo lường những thay đổi này tại nhà, nhưng việc phát hiện các hiệu ứng tương tự trên một thế giới xa xôi thậm chí còn vượt xa khả năng của các chương trình sắp tới như Terrestrial Planet Finder và Darwin. Nó sẽ cần các đội tàu khổng lồ của các kính viễn vọng hồng ngoại dựa trên không gian trong tương lai để có thể thực hiện các phép đo đó.
Thật khó khăn khi thử thách này vang lên, anh nói, Kaltenegger nói, tôi tin rằng trong vài thập kỷ tới, chúng ta sẽ biết liệu thế giới nhỏ bé của chúng ta có tồn tại một mình trong Vũ trụ hay không nếu có hàng xóm ngoài kia chờ đợi để gặp chúng ta.
Nghiên cứu này được tài trợ bởi NASA.
Có trụ sở tại Cambridge, Mass., Trung tâm vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian (CfA) là sự hợp tác giữa Đài quan sát vật lý thiên văn Smithsonian và Đài quan sát của Đại học Harvard. Các nhà khoa học CfA, được tổ chức thành sáu bộ phận nghiên cứu, nghiên cứu nguồn gốc, sự tiến hóa và số phận cuối cùng của vũ trụ.
Nguồn gốc: Bản tin CfA
