Hành tinh nghiêng xoay quanh các ngôi sao nhỏ khó có thể tồn tại sự sống
Có rất nhiều đặc điểm có thể làm cho một hành tinh khó tồn tại được sự sống, một nghiên cứu mới gần đây cho thấy rằng: "Đối với một số hành tinh, quỹ đạo nghiêng có thể là một trong những yếu tố đó".
Các hành tinh quay quanh những ngôi sao ở xa có thể là điều kiện thích hợp để tồn tại sự sống nếu chúng nằm trong khu vực được gọi là "có thể sinh sống được" - khu vực xung quanh ngôi sao nơi hành tinh nhận được đủ ánh sáng mặt trời để nước ở dạng chất lỏng có thể tồn tại trên bề mặt. Với mức nhiệt độ này thích hợp với cuộc sống trên Trái đất của chúng ta.
Hình ảnh ấn tượng của một nghệ sĩ chụp về một hành tinh đá xung quanh ngôi sao lùn đỏ Proxima Centauri - ngôi sao nằm gần nhất với Mặt trời. (Nguồn ảnh: ESO / M. Kornmesser).
Nhưng một nghiên cứu mới gần đây cho thấy đối với một hành tinh quay xung quanh một loại sao nhỏ và mờ được biết đến với tên gọi là "ngôi sao lùn-M", độ nghiêng của hành tinh này có thể làm cho nó trở thành hành tinh không tồn tại sự sống, ngay cả khi nó nằm trong khu vực có sự sống của ngôi sao. Nghiên cứu đã tiến hành kiểm tra "độ nghiêng" của hành tinh - hoặc độ nghiêng của nó so với đĩa phẳng của quỹ đạo - ảnh hưởng đến sự thay đổi về nhiệt độ trên bề mặt.
Một hành tinh có độ nghiêng là cực bắc không chỉ thẳng lên đường di chuyển xung quanh các ngôi sao của nó, trong khi đó đường xích đạo lại nằm thẳng hàng với quỹ đạo của nó. Hành tinh có độ nghiêng lớn nhất là hai cực của nó đều bị nghiêng, đôi khi độ nghiêng quá lớn khiến chúng gần như trùng với đĩa quỹ đạo của hành tinh.
"Chúng tôi thấy rằng nhìn chung, khí hậu của hành tinh có độ nghiêng cao hơn thường ấm hơn so với hành tinh có độ nghiêng thấp hơn. Hành tinh nghiêng luôn nóng hơn các hành tinh anh chị của chúng, làm bay hơi nước từ bề mặt xa hơn ngôi sao chủ, so với hành tinh có độ nghiêng thấp hơn. Đối với các hành tinh này, ranh giới bên trong khu vực có thể sinh sống được di chuyển ra phía ngoài và cách xa các ngôi sao", nhóm nghiên cứu quốc tế, đứng đầu là Yuwei Wang ở trường Đại học Bắc Kinh của Trung Quốc, cho biết trong bài báo của họ.
Sự thay đổi trong khu vực có thể sinh sống dường như nghe có vẻ hợp lý, bởi nó sẽ di chuyển các hành tinh có sự sống ra xa hơn, bức xạ được sản xuất bởi sao lùn-M. Tuy nhiên, các hành tinh có độ nghiêng cao cũng đóng băng nhanh hơn so với các hành tinh có độ nghiêng thấp hơn, nghĩa là ranh giới ngoài khu vực tồn tại sự sống cũng có hiệu quả khi chuyển hướng vào bên trong.
Kết quả là "hành tinh có độ nghiêng cao hơn sẽ có khu vực tồn tại sự sống nhỏ hơn".
Thu hẹp vùng sinh sống
Các nhà khoa học nói rằng sao lùn-M phổ biến nhiều hơn 10 lần so với ngôi sao giống mặt trời, dường như là "những ứng cử viên tốt" cho việc tìm kiếm khả năng sinh sống, các hành tinh giống như Trái Đất. Bởi vì chúng mờ nhạt, dễ dàng cho các nhà khoa học phát hiện ra những hành tinh xung quanh chúng. (Việc chăm chú quan sát một ngôi sao sáng có thể làm mất bất kỳ dấu hiệu nào của một hành tinh). Và đặc biệt thời gian sống của một ngôi sao lùn-M - được mô phỏng dài hơn 13,8 tỷ năm của vũ trụ - thời gian sống rất dài để có thể phát triển.
Mặc dù những ngôi sao này mờ nhạt nhưng chúng vẫn phát ra một lượng bức xạ đáng kể. Những nghiên cứu trước kia đã chỉ ra rằng sao lùn-M liên tục phóng ra plasma (trạng thái thứ tư của vật chất, các trạng thái khác là rắn, lỏng, khí, trong đó các chất bị ion hóa mạnh) và các hạt tích điện va chạm với quỹ đạo của các hành tinh, gây ra mối nguy hiểm đối với sự sống trên bề mặt. Các nhà khoa học tiếp tục thảo luận về điều kiện trên các hành tinh quay quanh những ngôi sao mờ có thể thích hợp tồn tại sự sống.
Khám phá các hành tinh nghiêng
Trong khi hầu hết các nghiên cứu về hành tinh xung quanh sao lùn-M tập trung vào các hành tinh thẳng đứng, nhóm nghiên cứu của Wang quyết định tập trung vào những anh em nghiêng của chúng trước. Theo các nhà khoa học, hầu hết các nghiên cứu cho rằng những tác động của lực hấp dẫn từ sao lùn-M kéo các hành tinh thẳng đứng trong quỹ đạo thủy triều khóa của chúng, nơi mà một mặt phải đối mặt vĩnh viễn với các ngôi sao. Nhưng nghiên cứu mới chỉ ra rằng mặt trăng - khóa thủy triều với Trái đất mặc dù mặt trăng chỉ nghiêng 6,7 độ.
"Điều này hoàn toàn có thể là các hành tinh kiểu Trái đất có sự sống quay quanh sao lùn-M duy trì độ nghiêng bất kỳ trong khoảng từ 0 đến 90 độ", nhóm nghiên cứu của Wang cho biết.
Để xác định những tác động mà sự quay tròn nghiêng có thể gây ra trên hành tinh có sự sống, các nhà nghiên cứu đã làm mô hình khí quyển giống với các hành tinh. Trên các hành tinh có độ nghiêng là 0, ngôi sao liên tục chiếu sáng qua đường xích đạo, trong khi đó các hành tinh nghiêng 90 độ, ngôi sao liên tục chiếu sáng trên một cực. Tuy nhiên, khi một hành tinh có độ nghiêng trong khoảng 0 đến 90 độ, đường di chuyển của ngôi sao thay đổi trong cả năm.
Trên Trái đất, nơi có góc nghiêng là 23,5 độ, đường di chuyển của mặt trời trên bầu trời tạo ra các mùa vì khu vực có ánh sáng mặt trời mạnh nhất thường thay đổi suốt cả năm.
Đối với sao lùn-M, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng độ nghiêng càng cao dẫn đến nhiệt độ càng cao mà các hành tinh nằm rất gần với các ngôi sao. Các nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng các hành tinh nghiêng quay quanh ngôi sao giống mặt trời, giảm băng trên bề mặt, nghĩa là ánh sáng ít được phản xạ trở lại không gian, do đó hành tinh giữ được ít nhiệt hơn.
"Tuy nhiên, trên các hành tinh nghiêng sao lùn-M, trong đó có những năm rất ngắn, điểm nóng được di chuyển liên tục, dẫn đến giảm sự hình thành đám mây", các nghiên cứu mới tiết lộ. "Mây che phủ ít hơn nghĩa là có ít ánh sáng và nhiệt phản xạ vào không gian, tạo thành một hành tinh nóng hơn một hành tinh thẳng đứng có quỹ đạo tương tự", các nhà nghiên cứu cho biết.
"Trớ trêu thay, điểm nóng lưu động giữ các hành tinh nghiêng lớn hơn hơn từ nóng "đầy đủ" ở các cạnh bên ngoài. Bởi phần nóng nhất của hành tinh đang chuyển động không ngừng, hành tinh gặp khó khăn với việc giữ ấm và có thể đóng băng một cách dễ dàng hơn, nó sẽ quay quanh một ngôi sao giống mặt trời", các nhà nghiên cứu cho biết.
Nghiên cứu mới được tiến hành ở ranh giới bên ngoài khu vực tồn tại sự sống của các hành tinh nghiêng nằm gần với các ngôi sao hơn.
"Đối với các hành tinh đang quay quanh sao lùn-M, mép trong của khu vực sinh sống đẩy các ngôi sao ra xa hơn, còn cạnh bên ngoài lại đẩy gần vào trong hơn", nhà khoa học ngoại hành tinh Ravi Kopparapu, một nhà nghiên cứu của Trung tâm không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, Maryland, đã trả lời trang Space.com qua email. Kopparapu, người không tham gia vào nghiên cứu, cũng nghiên cứu về các hành tinh ở khu vực có thể sinh sống được xung quanh các ngôi sao khác.
"Do đó, chiều rộng của các vùng sinh sống dường như bị giảm xuống", Kopparapu nói.
"Những phép tính toán cẩn thận của nghiên cứu về các cạnh bên trong vùng sinh sống của một hành tinh nghiêng nhỏ hơn khoảng 5 phần trăm so với một hành tinh thẳng đứng. Nếu hành tinh phải chịu một hiệu ứng nhà kính mất kiểm soát (runaway greenhouse effect) - khi khí vào trong khí quyển dẫn đến việc tạo ra khí nhiều hơn và do đó, tạo ra nhiệt nhiều hơn - vùng sinh sống có thể giảm nhiều hơn 20 phần trăm", theo nghiên cứu mới cho biết.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Astrophysical Journal Letters.
Các khu vực được dự đoán là có sự sống ở các loại ngôi sao khác nhau, được hiển thị bằng màu xanh xung quanh những ngôi sao. Các loại ngôi sao khác nhau: những ngôi sao A là ngôi sao lớn và nóng (nằm trên cùng), những ngôi sao G giống mặt trời (nằm giữa) và những ngôi sao M mờ nhạt (nằm dưới cùng). (Nguồn ảnh: NASA).
Những điều lo lắng
Các hành tinh hình thành một đám mây khí và bụi còn sót lại sau khi ngôi sao của chúng được sinh ra. Khi nhiều hành tinh quay quanh một ngôi sao, chúng có thể tương tác như sức hút của trọng lực có khả năng giúp một hành tinh ra khỏi vị trí ban đầu thẳng đứng của nó. Sự va chạm cũng có thể làm thay đổi độ nghiêng của hành tinh. Các nhà khoa học nghi ngờ rằng các vật thể đâm vào có thể quay quanh sao Kim và sao Thiên vương trên trục của chúng.
Mặc dù các nhà khoa học có thể tính toán được độ nghiêng của các hành tinh trong hệ mặt trời trái đất nhưng việc đo được độ nghiêng của các hành tinh khác lại là một thách thức. Theo Kopparapu cho biết: "Việc đo ánh sáng trực tiếp từ hành tinh có thể tiết lộ về độ nghiêng của nó. Tuy nhiên, những dụng cụ hiện nay không có độ nhạy cảm cần thiết để thực hiện những phép đo này. Các kính viễn vọng sắp tới, chẳng hạn như Kính thiên văn cực lớn châu Âu (European Extremely Large Telescope - E-ELT) và Kính viễn vọng ba mươi mét (Thirty Meter Telescope - TMT) có thể đo được độ nghiêng của các ngoại hành tinh". Kính thiên văn cực lớn châu Âu E-ELT hiện nay đang được xây dựng ở sa mạc Atacama ở Chile, có thể quan sát được ánh sáng đầu tiên vào năm 2024. Việc xây dựng kính viễn vọng ba mươi mét TMT ở Hawaii bị ngăn chặn do vi phạm pháp luật".
Việc quay trở lại bên trong của các vùng sinh sống có vẻ như đó là tin tốt cho các hành tinh nghiêng sao lùn-M, nghĩa là các hành tinh chứa nước có bức xạ nguy hiểm nhiều hơn. Tuy nhiên, Kopparapu cho rằng có lẽ động thái còn quá nhỏ để làm ra một sự khác biệt đáng kể.
"Tôi nghĩ rằng những hành tinh này sẽ không thoát khỏi bức xạ gây hại, thậm chí nếu các cạnh bên trong di chuyển một chút, sự thay đổi này sẽ không đủ để bù đắp cho các vụ nổ bức xạ", ông cho biết.
"Những gì hành tinh cần - dù độ nghiêng cao hay thấp - là một số loại lớp lá chắn bảo vệ, như tầng ozone của Trái đất để có thể ngăn chặn bức xạ UV", ông nói.
"Một bầu khí quyển dày giúp ngăn chặn phần lớn các bức xạ tiếp xúc với các bề mặt của hành tinh, tạo cho sự sống của một cơ hội tốt hơn để phát triển. Bởi sao lùn-M hoạt động nhiều hơn mặt trời và các khu vực sinh sống gần nó, hành tinh của chúng cần một bầu khí quyển dày hơn so với Trái Đất", Kopparapu nói thêm.
"Nếu sự sống tồn tại trên hành tinh quay quanh sao lùn-M, có rất nhiều điều để lo lắng về việc làm thế nào tồn tại được", Kopparapu nói.