Kỹ thuật mới phát hiện nước trên những hành tinh giống trái đất

Kể từ đầu những năm 1990, các nhà thiên văn học đã tìm thấy hơn 300 hành tinh quay quanh các ngôi sao giống mặt trời, gần như tất cả trong số các hành tinh đó là những kẻ khổng lồ giống như sao Mộc. Kính viễn vọng không gian hiện đại như chiếc mới được phóng phục vụ cho sứ mệnh Kepler của NASA sẽ giúp việc tìm kiếm các hành tinh nhỏ bé nhưng giống trái đất hơn nằm ngoài hệ mặt trời (hay còn gọi là các ngoại hành tinh) trở nên dễ dàng hơn.

Nhưng được quan sát từ cách xa hàng chục năm ánh sáng, những ngoại hành tinh giống trái đất dưới góc nhìn của kính viễn vọng chỉ lớn hơn một điểm xanh mờ nhạt đôi chút – thuật ngữ này được nhà thiên văn học Carl Sagan dùng để miêu tả hình ảnh của trái đất trong bức ảnh chụp năm 1990 bởi tàu vũ trụ Voyager khi nó ở gần rìa của hệ mặt trời.

Sử dụng các công cụ trên tàu vũ trụ Deep Impact – nhóm các nhà thiên văn học và sinh vật học vũ trụ đã tạo ra một kỹ thuật mới nhằm biết được liệu một hành tinh nào đó có chứa nước lỏng hay không, từ đó có thể biết hành tinh đó có thể hỗ trợ sự sống hay không.

Nicolas Cowan – sinh viên theo học bằng tiến sĩ tại Đại học Washington ngành thiên văn học đồng thời là tác giả chính của một bài báo giải thích về kỹ thuật mới nói trên được công bố trên tạp chí Astrophysical Journal - cho biết: “Nước lỏng trên bề mặt của một hành tinh là tiêu chuẩn vàng mà con người tìm kiếm”.

Nằm trong chương trình phân loại và quan sát ngoại hành tinh của NASA, các nhà khoa học đã tiến hành hai đợt quan sát 24 giờ riêng biệt về cường độ ánh sang từ tráid dất ở 7 dải ánh sáng quan sát được từ các bước song ánh sáng ngắn gần tia cực tím đến các bước sóng ánh sáng dài gần tia hồng ngoại. Trái đất có màu xám ở hầu hết các bước sóng ánh sáng bởi có mây bao phủ, nhưng nó lại có màu xanh ở các bước sóng ánh sáng ngắn dưới tác động của cùng một hiện tượng khí quyển khiến bầu trời có màu xanh dưới con mắt của chúng ta.

Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu sự chênh lệch nhỏ của các màu trung bình gây ra bởi đặc điểm bề mặt ví dụ như sự xuất hiện của mây và các đại dương trong và ngoài tầm nhìn. Họ phát hiện hai màu chủ đạo – một màu phản xạ ở bước sóng dài còn màu còn lại ở bước sóng ngắn – là đỏ và xanh lục. Đỏ là màu của đất còn xanh lục là màu của các đại dương.

Ảnh lấy từ video do EPOXI thu được thể hiện hình ảnh mặt trăng đi qua trước mặt trái đất. Hình ảnh thu được từ các bước sống ánh sáng khác nhau, đó cũng chính là lý do tại sao sự khác biệt về chi tiết lại có thể quan sát được. (Ảnh: Donald J. Lindler, Sigma Space Corporation/GSFC; các nhóm khoa học EPOCh/DIXI)

Phân tích đã được tiến hành “như thể chúng là những người ngoài hành tinh đang nhìn vào trái đất với các công cụ chúng ta có thể sở hữu trong vòng 10 năm nữa” nhưng lại chưa đem lại thông tin về thành phần của trái đất, theo Cowan. “Chúng ta tổng hợp độ sáng vào một pixel trong chiếc máy ảnh của kính viễn vọng, khi đó trái đất thực sự là một điểm xanh mờ nhạt”. Do màu sắc của trái đất thay đổi trong suốt thời gian quan sát kéo dài 24 giờ, các nhà khoa học đã lập bản đồ của trái đất ở hai màu đỏ và xanh lục chủ đạo, sau đó so sánh những gì họ đọc được từ bản đồ với vị trí thực sự của các châu lục và đại dương trên hành tinh.

Cowan phát biểu: “Bạn có thể nói rằng có các đại dương chứa nước lỏng trên hành tinh. Người ta cho rằng việc một nơi nào đó có nước lỏng trên hành tinh thì nó phải nằm trong vùng sinh sống được trong hệ thống. Nhưng việc nằm trong vùng sinh sống được cũng không đảm bảo cho việc phải có nước lỏng”.

Các quan sát được tiến hành vào ngày 18 tháng 3 và ngày 4 tháng 6 năm 2008 do tàu vụ trũ thực hiện khi nó nằm ở khoảng cách 17 triệu đến 33 triệu từ trái đất và đang ở ngay trên đường xích đạo. Các quan sát được tiến hành ngay trên vùng cực đều cho những bức hình màu trắng. Vài năm nữa những chiếc kính viễn vọng có khả năng tiến hành các quan sát tương tự nhằm tìm kiếm các ngoại hành tinh có kích cỡ bằng trái đất sẽ được phóng lên bầu trời, nhưng những kỹ thuật hiện nay có thể mở đường để xây dựng các thiết bị tối tân đó. Trong khi các ngoại hành tinh sẽ còn nằm chúng ta rất xa nhưng kỹ thuật thì vẫn có thể ứng dụng được.

Cowan nói: “Bạn sẽ vẫn phải có mọi thông tin về quang khổ, và quan trọng hơn thế là vẫn phải có thông tin để bạn nhìn được độ sáng của một đốm nhỏ thay đổi như thế nào”.

Các đồng tác giả của nghiên cứu bao gồm Eric Agol, Victoria Meadows và Tyler Robinson thuộc Đại học Washington, Timothy Livengood và Drake Deming thuộc Trung tâm hàng không vũ trụ Goddard (NASA), Carey Lisse thuộc đại học Johns Hopkins, Michael A'Hearn và Dennis Wellnitz thuộc Đại học Maryland, Sara Seager thuộc Viện công nghệ Massachusetts, cùng với David Charbonneau thuộc Trung tâm vật lý học thiên thể Harvard-Smithsonian. Nghiên cứu được tài trợ bởi Hội đồng nghiên cứu kỹ thuật và khoa học tự nhiên Canada, Quỹ khoa học quốc gia và Chương trình khám phá của NASA.

Cowan cũng nhấn mạnh rằng một số các hành tinh không hỗ trợ sự sống như sao Hải Vương cùng có màu xanh lục, nhưng màu sắc khá ổn định mà nguyên nhân là do có metan trong bầu khí quyển. Ông nói: “Nó có màu xanh lục từ mọi góc nhìn và luôn không đổi. Nếu như có đại dương trên hành tinh nó sẽ có màu như thế. Nhưng chúng ta có thể thực hiện các phép kiểm tra khác để xác định. Đối với trái đất, màu xanh lục biến đổi từ nơi này sang nơi khác, điều này chỉ ra rằng không phải là do có tồn tại thứ gì đó trong bầu khí quyển”. Bài báo sẽ được công bố trên số ra tháng 8, 2009 tạp chí Astrophysical Journal.