Nhìn về tương lai, NASA và các cơ quan không gian khác có hy vọng cao cho lĩnh vực nghiên cứu hành tinh ngoài mặt trời. Trong thập kỷ qua, số lượng các ngoại hành tinh được biết đến chỉ còn khoảng 4000, và nhiều dự kiến sẽ được tìm thấy một khi các kính viễn vọng thế hệ tiếp theo được đưa vào sử dụng. Và với rất nhiều ngoại hành tinh để nghiên cứu, các mục tiêu nghiên cứu đã dần thay đổi khỏi quá trình khám phá và hướng tới đặc tính hóa.
Thật không may, các nhà khoa học vẫn đang lo lắng về thực tế rằng những gì chúng ta coi là một khu vực có thể ở được của người Hồi giáo phải chịu rất nhiều giả định. Để giải quyết vấn đề này, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế gần đây đã xuất bản một bài báo trong đó họ chỉ ra làm thế nào các cuộc điều tra ngoại hành tinh trong tương lai có thể nhìn xa hơn các ví dụ tương tự Trái đất như là dấu hiệu của khả năng cư trú và áp dụng cách tiếp cận toàn diện hơn.
Bài báo có tiêu đề Dự đoán khu vực có thể sống và cách kiểm tra chúng, gần đây đã xuất hiện trực tuyến và được gửi dưới dạng một tờ giấy trắng cho Cuộc khảo sát thập phân Astro 2020 về Thiên văn học và Vật lý thiên văn. Nhóm đằng sau nó được dẫn dắt bởi Ramses M. Ramirez, một nhà nghiên cứu của Viện Khoa học Sự sống Trái đất (ELSI) và Viện Khoa học Vũ trụ (SSI), người đã tham gia cùng với các đồng tác giả và đồng ký tên từ 23 trường đại học và tổ chức.
Mục đích của cuộc khảo sát thập phân là xem xét tiến bộ đã thực hiện trước đó trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau và đặt ra các ưu tiên cho thập kỷ tới. Do đó, cuộc khảo sát cung cấp hướng dẫn quan trọng cho NASA, Quỹ không gian quốc gia (NSF) và Bộ năng lượng khi họ lên kế hoạch cho các mục tiêu nghiên cứu thiên văn và vật lý thiên văn trong tương lai.
Hiện tại, nhiều mục tiêu trong số này tập trung vào nghiên cứu các ngoại hành tinh, sẽ có lợi trong những năm tới từ việc triển khai các kính viễn vọng thế hệ tiếp theo như Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) và Kính viễn vọng không gian hồng ngoại diện rộng (WFIRST), cũng như các đài quan sát trên mặt đất như Kính thiên văn cực lớn (ELT), Kính viễn vọng ba mươi mét và Kính thiên văn Magellan khổng lồ (GMT).
Một trong những ưu tiên hàng đầu của nghiên cứu ngoại hành tinh là tìm kiếm các hành tinh nơi sự sống ngoài Trái đất có thể tồn tại. Về mặt này, các nhà khoa học chỉ định các hành tinh là những người có khả năng sinh sống (và do đó xứng đáng để theo dõi) dựa trên việc họ có quay quanh các khu vực có thể ở được sao hay không (HZ). Vì lý do này, nên thận trọng khi xem xét những gì cần xác định HZ.
Như Ramirez và các đồng nghiệp đã chỉ ra trong bài báo của họ, một trong những vấn đề chính với khả năng cư trú của ngoại hành tinh là mức độ giả định được đưa ra. Để phá vỡ nó, hầu hết các định nghĩa về HZ đều cho rằng sự hiện diện của nước trên bề mặt vì đây là dung môi duy nhất hiện được biết đến với sự sống. Những định nghĩa tương tự cho rằng cuộc sống đòi hỏi một hành tinh đá với hoạt động kiến tạo quay quanh một ngôi sao sáng và ấm phù hợp.
Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây đã đặt ra nghi ngờ về nhiều giả định này. Điều này bao gồm các nghiên cứu chỉ ra rằng oxy trong khí quyển không tự động có nghĩa là sự hiện diện của sự sống - đặc biệt nếu oxy đó là kết quả của sự phân ly hóa học và không quang hợp. Một nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng sự hiện diện của khí oxy trong giai đoạn đầu của hành tinh Sự tiến hóa của hành tinh có thể ngăn chặn sự gia tăng của các dạng sống cơ bản.
Ngoài ra, đã có những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng kiến tạo mảng có thể không cần thiết cho sự sống xuất hiện như thế nào, và cái gọi là thế giới nước của Hồi có thể không thể hỗ trợ sự sống (nhưng vẫn có thể). Trên hết, bạn có công trình lý thuyết cho thấy rằng sự sống có thể tiến hóa trong biển khí metan hoặc amoniac trên các thiên thể khác.
Ví dụ quan trọng ở đây là Titan mặt trăng Saturn, tự hào có một môi trường giàu điều kiện prebiotic và hóa học hữu cơ - mà một số nhà khoa học nghĩ rằng có thể hỗ trợ các dạng sống kỳ lạ. Cuối cùng, các nhà khoa học tìm kiếm các dấu ấn sinh học đã biết như nước và carbon dioxide vì chúng có liên quan đến sự sống trên Trái đất, ví dụ duy nhất được biết đến của một hành tinh mang sự sống.
Nhưng như Ramirez đã giải thích với Tạp chí Không gian qua email, suy nghĩ này (nơi tương tự Trái đất được coi là phù hợp với cuộc sống) vẫn còn nhiều vấn đề:
Định nghĩa khu vực có thể ở cổ điển là thiếu sót vì việc xây dựng chủ yếu dựa trên các lập luận khí hậu trung tâm Trái đất có thể hoặc không thể áp dụng cho các hành tinh có thể ở được khác. Ví dụ, nó giả định rằng khí quyển CO2 đa thanh có thể được hỗ trợ trên các hành tinh có thể ở được gần rìa ngoài vùng có thể ở được. Tuy nhiên, mức CO2 cao như vậy gây độc cho thực vật và động vật trên Trái đất, và do đó không hiểu rõ hơn về giới hạn của cuộc sống, chúng ta không biết giả định này hợp lý đến mức nào.
HZ cổ điển cũng cho rằng CO2 và H2O là các khí nhà kính quan trọng duy trì các hành tinh có thể ở được, nhưng một số nghiên cứu trong những năm gần đây đã phát triển các định nghĩa HZ thay thế bằng cách sử dụng các kết hợp khác nhau của khí nhà kính, bao gồm cả những loại khí, mặc dù tương đối nhỏ trên Trái đất, có thể quan trọng đối với các hành tinh có khả năng sinh sống khác.
Trong một nghiên cứu trước đây, bởi Tiến sĩ Ramirez đã chỉ ra sự hiện diện của khí metan và khí hydro cũng có thể gây ra
May mắn thay, những định nghĩa này sẽ có cơ hội được thử nghiệm, nhờ vào việc triển khai các kính thiên văn thế hệ tiếp theo. Các nhà khoa học không chỉ có thể kiểm tra một số giả định lâu đời mà các HZ dựa trên,
Kính viễn vọng thế hệ tiếp theo có thể kiểm tra vùng có thể ở được bằng cách tìm kiếm sự gia tăng dự đoán về áp suất CO2 trong khí quyển ở xa hơn các hành tinh có thể ở được từ các ngôi sao của chúng. Điều này cũng sẽ kiểm tra xem chu trình carbonate-silicat, đó là điều mà nhiều người tin rằng đã giữ hành tinh của chúng ta có thể ở được trong phần lớn lịch sử của nó, có phải là một quá trình phổ biến hay không.
Trong quá trình này, đá silicat được chuyển đổi thành đá carbon thông qua thời tiết và xói mòn, trong khi đá carbon được chuyển đổi thành đá silicat thông qua hoạt động núi lửa và địa chất. Chu trình này đảm bảo sự ổn định lâu dài của bầu khí quyển Trái đất bằng cách giữ mức CO2 ổn định theo thời gian. Nó cũng minh họa cách kiến tạo nước và mảng rất cần thiết cho cuộc sống như chúng ta biết.
Tuy nhiên, loại chu trình này chỉ có thể tồn tại trên các hành tinh có đất, điều này có hiệu quả trong việc loại bỏ thế giới nước của Nhật Bản. Những ngoại hành tinh này - có thể phổ biến xung quanh các ngôi sao loại M (sao lùn đỏ) - được cho là có khối lượng lên tới 50% theo khối lượng. Với lượng nước này trên bề mặt của chúng, thế giới nước Hồi giáo có khả năng có các lớp băng dày đặc ở ranh giới lớp phủ lõi của chúng, do đó ngăn chặn hoạt động thủy nhiệt.
Nhưng như đã lưu ý, có một số nghiên cứu chỉ ra rằng những hành tinh này vẫn có thể ở được. Mặc dù lượng nước dồi dào sẽ ngăn cản sự hấp thụ carbon dioxide của đá và ngăn chặn hoạt động của núi lửa, các mô phỏng đã chỉ ra rằng các hành tinh này vẫn có thể luân chuyển carbon giữa khí quyển và đại dương, do đó giữ cho khí hậu ổn định.
Nếu những loại thế giới đại dương này tồn tại, theo Tiến sĩ Ramirez, các nhà khoa học có thể phát hiện ra chúng thông qua mật độ hành tinh thấp hơn và bầu khí quyển áp suất cao. Và sau đó là vấn đề của các loại khí nhà kính khác nhau, không phải lúc nào cũng là dấu hiệu của bầu khí quyển hành tinh ấm hơn, tùy thuộc vào loại sao.
Mặc dù khí mê-tan làm ấm hành tinh của chúng ta, chúng ta thấy rằng khí mê-tan thực sự làm mát bề mặt của các hành tinh vùng có thể ở được quay quanh các ngôi sao lùn đỏ! anh nói. Nếu đó là trường hợp, lượng khí mê-tan trong khí quyển cao trên các hành tinh như vậy có thể có nghĩa là điều kiện đóng băng có lẽ không phù hợp để lưu trữ sự sống. Chúng ta sẽ có thể quan sát điều này trong quang phổ hành tinh.
Nói về các sao lùn đỏ, cuộc tranh luận về việc liệu các hành tinh quay quanh những ngôi sao này có khả năng duy trì bầu khí quyển hay không. Trong vài năm qua, nhiều khám phá đã được thực hiện cho thấy các hành tinh đá, bị khóa chặt là phổ biến xung quanh các ngôi sao lùn đỏ và chúng quay quanh các sao HZ tương ứng.
Tuy nhiên, nghiên cứu tiếp theo đã củng cố lý thuyết rằng sự bất ổn của các ngôi sao lùn đỏ có thể sẽ dẫn đến các ngọn lửa mặt trời sẽ tước đi bất kỳ hành tinh nào quay quanh chúng trong bầu khí quyển của chúng. Cuối cùng, Ramirez và các đồng nghiệp của mình nêu ra khả năng các hành tinh có thể ở được có thể được tìm thấy quay quanh những gì (cho đến gần đây) được coi là một ứng cử viên không thể.
Đây sẽ là những ngôi sao loại A chính - như Sirius A, Altair và Vega - được cho là quá sáng và nóng để phù hợp với môi trường sống. Tiến sĩ Ramirez nói về khả năng này:
Tôi cũng quan tâm đến việc tìm hiểu xem sự sống có tồn tại trên các hành tinh vùng có thể ở được quay quanh các ngôi sao A. Chưa có nhiều đánh giá được công bố về khả năng cư trú của hành tinh sao A, nhưng một số kiến trúc thế hệ tiếp theo có kế hoạch quan sát chúng. Chúng tôi sẽ sớm tìm hiểu thêm về sự phù hợp của các ngôi sao hạng A đối với cuộc sống.
Cuối cùng, các nghiên cứu như thế này, đặt câu hỏi về định nghĩa của khu vực có thể ở được, sẽ có ích khi các nhiệm vụ thế hệ tiếp theo bắt đầu các hoạt động khoa học. Với các công cụ có độ phân giải cao hơn và nhạy hơn, họ sẽ có thể kiểm tra và xác nhận nhiều dự đoán đã được các nhà khoa học đưa ra.
Các thử nghiệm này cũng sẽ xác nhận liệu cuộc sống có thể tồn tại ngoài đó hay không chỉ khi chúng ta biết điều đó, hoặc vượt ra ngoài các tham số mà chúng ta coi là giống như Trái đất. Nhưng như Ramirez nói thêm, nghiên cứu mà ông và các đồng nghiệp đã thực hiện cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc chúng tôi tiếp tục đầu tư vào công nghệ kính viễn vọng tiên tiến:
Bài báo của chúng tôi cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tiếp tục đầu tư vào công nghệ kính viễn vọng tiên tiến. Chúng ta cần có khả năng tìm và mô tả càng nhiều hành tinh vùng có thể ở được càng tốt nếu chúng ta muốn tối đa hóa cơ hội tìm thấy sự sống. Tuy nhiên, tôi cũng hy vọng rằng bài báo của chúng tôi truyền cảm hứng cho mọi người mơ ước chỉ sau 10 năm tới. Tôi thực sự tin rằng cuối cùng sẽ có những nhiệm vụ sẽ có khả năng hơn nhiều so với bất cứ thứ gì chúng tôi hiện đang thiết kế. Những nỗ lực hiện tại của chúng tôi chỉ là khởi đầu cho một nỗ lực tận tụy hơn nhiều cho loài của chúng tôi.
Cuộc họp Khảo sát Dec Phần 2020 được tổ chức bởi Hội đồng Vật lý và Thiên văn học và Hội đồng Nghiên cứu Vũ trụ của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, và sẽ được theo dõi bởi một báo cáo sẽ được công bố khoảng hai năm kể từ bây giờ.
