Đi tìm “bản sao của Trái Đất“

Võ Duy 0

Nhà khoa học Sara Seager

(Ngày Nay) - Cũng như nhiều nhà vật lý thiên văn trên thế giới, nhà khoa học Sara Seager đã và đang say mê, khát khao tìm kiếm lời giải cho câu hỏi: ”Liệu chúng ta có đơn độc trong vũ trụ bao la này? Nơi đâu giữa hàng trăm tỷ dải thiên hà, tồn tại những hành tinh có chứa nước và sự sống giống như Trái Đất?”

1. Mỗi sáng, Sara Seager bắt chuyến tàu từ thị trấn Concord, hạt Middlesex ở tiểu bang Massachusetts (Mỹ) để tới văn phòng của cô tại Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) trong thành phố Cambridge.

Văn phòng của Sara nằm trên tầng 17 Tòa nhà Xanh thuộc MIT. Đây là Tòa nhà cao nhất Cambridge với phần nóc được lắp đặt các thiết bị khí tượng và radar. Sinh năm 1971 tại Toronto, Canada, từ bé, Sara đã đam mê khám phá các vì sao. Năm 16 tuổi, Sara sắm cho mình kính viễn vọng riêng. Tốt nghiệp Đại học Harvard, Sara Seager trở thành chuyên gia về vũ trụ. Năm 2011, chồng của Sara qua đời ở tuổi 47 vì bạo bệnh, để lại cho cô hai con trai nhỏ, Max - 13 tuổi và Alex - 11 tuổi. Vượt qua giai đoạn khổ đau, Sara Seager tiếp tục công việc nghiên cứu và hiện đã là một Giáo sư danh tiếng về khoa học vật lý và hành tinh. Năm 2013, cô được Quỹ MacArthur - một quỹ tư nhân có tiếng ở Mỹ thường xuyên tài trợ cho các tài năng sáng tạo trong nhiều lĩnh vực - công nhận là thiên tài.

Chuyên môn của Sara thực sự là một lĩnh vực mới mẻ, đó là nghiên cứu về các “ngoại hành tinh” - những hành tinh nằm ở ngoài Hệ Mặt Trời. Đặc biệt hơn, Giáo sư Sara muốn tìm ra một hành tinh tương tự Trái Đất, nằm trong vùng Goldilocks - là khoảng cách giữa “hành tinh con” và “ngôi sao mẹ” với nhiệt độ không quá nóng hoặc không quá lạnh, đủ để “hành tinh con” có thể giữ được nước lỏng trên bề mặt của nó.

Đi tìm “bản sao của Trái Đất“ - ảnh 1Sara khẳng định cô không tìm kiếm người ngoài hành tinh mà tìm kiếm các “ngoại hành tinh” có tín hiệu của sự sống

Văn phòng của Sara khá sơ sài với mấy giá sách, hàng loạt chứng nhận và bằng khen treo cạnh chiếc bảng dùng để viết các phương trình. Bên cạnh giải thưởng MacArthur trị giá 625.000 USD, nhà khoa học Sara còn tự hào với việc được bầu làm viện sỹ Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ.

Với danh tiếng của mình, Giáo sư Sara rất cẩn trọng trong việc chọn người cộng tác, nơi làm việc cũng như những gì viết ra. Sara khẳng định cô không tìm kiếm người ngoài hành tinh. Cô chỉ tìm kiếm các “ngoại hành tinh” có tín hiệu của sự sống.

Từ cửa sổ văn phòng, Sara có thể nhìn thấy Boston - thủ phủ Massachusetts. Khi làm việc vào ban đêm, thỉnh thoảng Sara phải đóng màn che cửa sổ để tránh ánh đèn sáng chói từ sân bóng chày. Đến buổi sáng, khi mặt trời lên, cô lại mở màn che. Ánh sáng có thể vừa là đam mê, vừa là đối thủ của Sara.  

Các “ngoại hành tinh” với ánh sáng yếu thường bị ánh sáng mạnh hơn từ các “ngôi sao mẹ” che khuất, trong khi các ngôi sao này lại bị ánh sáng Mặt Trời che khuất. Vì thế, trong quá trình tìm kiếm các “ngoại hành tinh”, thách thức của Giáo sư Sara là phải phát hiện những ánh sáng yếu nhất giữa vũ trụ bao la.

2. Sự rộng lớn của vũ trụ thường được đo bằng khoảng cách. Alpha Centauri - hệ 3 ngôi sao nằm gần Mặt Trời và Trái Đất nhất - cách chúng ta “chỉ” khoảng 4,3 năm ánh sáng (tương đương 40 nghìn tỷ km). Nhưng với công nghệ tân tiến nhất hiện nay, một tàu không gian phóng đi Trái Đất cũng phải mất khoảng 73.000 năm để tới Alpha Centauri, khiến việc đến với Alpha Centauri trong một đời người trở thành “nhiệm vụ bất khả thi”. Chỉ khi con người có khả năng tăng tốc tàu thăm dò lên 10% vận tốc ánh sáng thì Alpha Centauri mới thành điểm đến đầu tiên của chúng ta ngoài Hệ Mặt Trời. Nếu bay quanh Ngân hà (The Milky Way) của chúng ta với tốc độ ánh sáng thì sẽ mất khoảng 100.000 năm. Trong khi đó, Ngân hà chỉ là một trong hàng trăm tỷ dải thiên hà.

Kính viễn vọng không gian Hubble có lần đã phát hiện trên bầu trời đêm một “mảnh nhỏ” mà lâu nay các nhà vật lý thiên văn nghĩ rằng nó tối đen. “Mảnh nhỏ” ấy gồm khoảng 3.000 điểm sáng mà trước đây chưa thể nhìn thấy. Không phải là 3.000 ngôi sao mới mà là 3.000 dải thiên hà mới. Trong tất cả dải thiên hà mới này đều có vô số các vì sao - hành tinh tương tự như: Hải Vương, Sao Thủy, Trái Đất…

Đi tìm “bản sao của Trái Đất“ - ảnh 2Giáo sư Sara là người tiên phong trong lý thuyết sử dụng ánh sáng để tìm hiểu bầu khí quyển những thế giới bên ngoài Trái Đất

Cho tới đầu thập niên 90 thế kỷ trước, “ngoại hành tinh” vẫn là khái niệm phần lớn mang tính lý thuyết. Tới năm 1995, bằng cách sử dụng kỹ thuật vận tốc xuyên tâm, hai nhà vật lý thiên văn Thụy Sỹ đã phát hiện “ngoại hành tinh” đầu tiên là  51 Pegasi b. Kỹ thuật vận tốc xuyên tâm cho phép tính toán khối lượng và quỹ đạo hành tinh dựa trên lực kéo trọng trường mà nó tác động lên “ngôi sao mẹ”, từ đó có thể đưa ra những dự đoán chính xác về sự sống trên hành tinh. Tuy nhiên, kỹ thuật này không thể áp dụng với nhiều vì sao trong thiên hà như các ngôi sao có khối lượng nhỏ hay tính linh hoạt cao.

Giáo sư Sara là người tiên phong trong lý thuyết sử dụng ánh sáng để tìm hiểu bầu khí quyển những thế giới bên ngoài Trái Đất và áp dụng kỹ thuật “qua mặt”. Đây là một kỹ thuật mới, hiệu quả hơn kỹ thuật vận tốc xuyên tâm, theo đó các “ngoại hành tinh” có thể được phát hiện nhờ vào việc quan sát chùm sáng phản chiếu các hành tinh được các ngôi sao phát ra. Nhờ áp dụng kỹ thuật này, đến nay Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) đã xác nhận được sự tồn tại của 3.414 “ngoại hành tinh” và khoảng 4.696 vật thể nghi là “ngoại hành tinh”.

Tháng 4/2014, tàu vũ trụ Kelpler của NASA đã phát hiện ra Kepler-186f, hành tinh đầu tiên được khám phá có bán kính tương tự bán kính Trái Đất nằm trong khu vực có thể sống được của ngôi sao khác. Tháng 8/2016, các nhà thiên văn học tại Đài Thiên văn Nam Âu thông báo họ đã tìm thấy một “ngoại hành tinh”, được định danh là Proxima b, có quỹ đạo quay quanh ngôi sao gần hệ Mặt Trời nhất là Proxima Centauri. Phân tích dữ liệu, Giáo sư Sara ủng hộ phát hiện này và đồng ý rằng Proxima b có một mức nhiệt độ cho phép tồn tại nước ở dạng lỏng trên bề mặt của nó, có nghĩa là nó có thể cũng là hành tinh gần nhất có khả năng hỗ trợ sự sống ở bên ngoài Hệ Mặt Trời.

Hiện nay, có gần 300 “ngoại hành tinh” được xác nhận có quỹ đạo nằm trong khu vực có thể sống được của ngôi sao khác. Các nhà khoa học NASA tin rằng có khoảng 10 tỷ hành tinh thuộc dải Ngân hà có khả năng tồn tại sự sống, gấp 500 triệu lần so với số hành tinh hiện được tìm thấy. Những khám phá này giúp con người có thêm hy vọng tìm kiếm ngoài vũ trụ những hành tinh tương tự Trái Đất, thậm chí là một “bản sao của Trái Đất”.

3. Đột phá tiếp theo của Giáo sư Sara nằm trên bức tường đối diện cửa sổ văn phòng cô. Đó là một thiết bị hình cánh hoa lạ kỳ gọi là “Starshade” (Tán sao). Tưởng tượng người ngoài hành tinh xa xôi với công nghệ hiện nay của con người đang cố tìm kiếm chúng ta. Họ có thể nhìn thấy Sao Mộc, trong khi Trái Đất của chúng ta có thể bị ánh sáng chói lọi của Mặt Trời che khuất. Tình hình tương tự xảy ra khi chúng ta đi tìm người hành tinh khác. Một ngôi sao giống Mặt Trời có cường độ ánh sáng gấp 10 tỷ lần một hành tinh cỡ Trái Đất. Nếu hành tinh cần quan sát ở gần một ngôi sao như thế thì chúng ta hầu như chỉ thấy ánh sáng trực tiếp từ ngôi sao.

Hy vọng duy nhất cho các nhà thiên văn học là phải ngăn ánh sáng từ một ngôi sao như thế, cho phép kính thiên văn quan sát trực tiếp ánh sáng từ chính các hành tinh. “Starshade” có dạng cánh hoa khổng lồ được thiết kế để chặn ánh sáng từ những ngôi sao, giúp kính thiên văn tránh được tia lóa từ những ngôi sao này vào các hành tinh. Nhờ đó mà các nhà khoa học có thể quan sát thấy dấu hiệu của sự sống nếu chúng tồn tại trên các hành tinh. Giáo sư Sara khẳng định: "Nếu muốn tìm kiếm sự sống bên ngoài Trái Đất, chúng ta chắc chắn phải xây dựng thành công Starshade”. Đây là một chiến lược hoàn toàn khác với cách các nhà thiên văn học đã sử dụng.

Năm 2013, NASA đã chọn Giáo sư Sara làm một trong những chuyên gia hàng đầu dẫn dắt Dự án “Starshade”. Chính thời gian này, Sara đã gặp ông Charles Darrow - 53 tuổi, một nhà thiên văn học nghiệp dư và là Chủ tịch chi nhánh Toronto của Hiệp hội thiên văn Hoàng gia Canada. Từ sở thích chung là khám phá về các “ngoại hành tinh”, Sara đã trò chuyện, ngày càng đồng cảm, chia sẻ và quyết định kết hôn lần nữa với ông Charles vào tháng 4/2015.

Để sử dụng “Starshade”, nhiều thách thức công nghệ lớn cần vượt qua. “Starshade” quá to nên không thể phóng vào không gian ở trạng thái đã triển khai đầy đủ. Thay vào đó, lá chắn sáng hình cánh hoa này sẽ được phóng ra ngoài không gian với hình dạng gấp hình trụ được thiết kế nằm vừa vặn trong thân của phương tiện phóng.

Theo kế hoạch, “Starshade” sẽ được phóng ra ngoài không gian cùng một kính viễn vọng. Khi đến vị trí định trước, nó sẽ mở rộng để có đường kính rộng 34 mét. “Starshade” và kính viễn vọng sau đó sẽ tách ra ở khoảng cách cỡ 50.000 km - gần gấp 4 lần đường kính Trái Đất. Nếu mọi việc suôn sẻ, NASA có thể khởi động “Starshade” sớm nhất vào năm 2026.

Ngoài “Starshade”, một cách khác để loại bỏ ảnh sáng cực mạnh từ các ngôi sao là sử dụng WFIRST - một kính thiên văn không gian thế hệ tiếp theo, được trang bị công cụ coronagraph giúp loại bỏ ánh sáng của ngôi sao ở bên trong kính thiên văn. Giáo sư Sara hy vọng một ngày không xa, khi WFIRST kết hợp với “Starshade” ngoài không gian thì những bằng chứng đang bị che giấu bên trong ánh sáng từ các ngôi sao sẽ tiết lộ câu trả lời về khả năng tồn tại sự sống ở một hành tinh “bản sao của Trái Đất”. Cô cho rằng cơ hội thành công lên tới 85%.

Với điểm tựa gia đình và một niềm tin mãnh liệt, bước sang năm mới, Giáo sư Sara lại tiếp tục hành trình của nhà khoa học được mệnh danh là: "Người phụ nữ có thể giúp nhân loại tìm thấy một Trái Đất thứ hai”.

         

 

 

 

 

 

 

Bình luận

* Vui lòng nhập bình luận tiếng Việt có dấu