Tìm kiếm các hành tinh bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta

Theo nhà thiên văn học Sara Seager, mỗi vì sao chúng ta nhìn thấy trên bầu trời đều có ít nhất một hành tinh quay quanh nó. Vì vậy, chúng ta biết gì về những hành tinh xa xôi này và bằng cách nào chúng ta có thể tìm ra chúng nhiều hơn? Seager giới thiệu một tập hợp các hành tinh cô ấy đang quan tâm và trình bày các công nghệ mới giúp thu thập thông tin về chúng - và thậm chí giúp chúng ta tìm kiếm những hành tinh có tồn tại sự sống

Tôi tới đây kể cho bạn
về sự tìm kiếm thực đối với sự sống ngoài trái đất

Không phải sinh vật hình dáng người nhỏ bé màu xanh
đến từ các vật thể bay không xác định sáng chói (UFO)

cho dù điều đó thật tuyệt.

Nhưng ở đây là tìm kiếm các hành tinh
quay quanh những vì sao ở rất xa

Mỗi vì sao trên bầu trời là một mặt trời

Nếu mặt trời của chúng ta có nhiều hành tinh

Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất, Sao Hỏa, ...

chắc chắc những vì sao khác cũng sẽ có những hành tinh

và đúng là như vậy.

Và trong hai thập kỷ vừa qua,

các nhà thiên văn học đã tìm ra
hành nghìn hành tinh ngoài hệ mặt trời

Bầu trời đêm phủ đầy những ngoại hành tinh

Chúng ta biết, nói theo thống kê

rằng mỗi vì sao có ít nhất một hành tinh.

Trong quá trình tìm kiếm những hành tinh,

trong tương lai, có thể có những hành tinh giống trái đất,

chúng ta có thể giúp giải quyết

vài trong số những câu hỏi thú vị và bí ẩn nhất

mà loài người đối mặt nhiều thiên niên kỷ qua.

Tại sao chúng ta ở đây?

Tại sao vũ trụ tồn tại?

Trái đất hình thành và tiến hóa ra sao?

Bằng cách nào và tại sao sự sống đâm chồi
và nảy nở trên hành tinh của chúng ta?

Câu hỏi thứ hai
mà chúng ta thường nghĩ tới là:

Liệu chúng ta có đơn độc?

Liệu có sự sống ngoài kia không?

Ai ở ngoài đó?

Các bạn biết đấy, câu hỏi này được bàn cãi
từ hàng nghìn năm nay,

ít nhất từ thời các triết gia Hy Lạp

Nhưng tôi ở đây hôm nay để nói với các bạn rằng
chúng ta đã tới rất gần

để tìm ra câu trả lời cho câu hỏi này

Lần đầu tiên trong lịch sử loài người
chúng ta đã chạm tới điều đó

Giờ đây khi tôi nghĩ về khả năng
tồn tại sự sống ngoài kia,

Tôi nghĩ rằng thực tế mặt trời của chúng ta
chỉ là một trong nhiều ngôi sao.

Đây là hình ảnh thực của một dải ngân hà,

Chúng ta nghĩ Ngân Hà của chúng ta
cũng giống với Ngân Hà này

Nó là tập hợp của những vì sao nằm trong giới hạn.

Nhưng mặt trời của chúng ta là một trong hàng trăm tỷ ngôi sao.

và ngân hà của chúng ta là một trong hàng trăm tỷ ngân hà.

Biết rằng những hành tinh nhỏ rất phổ biến,

Bạn có thể làm phép tính

Và có thể thấy, có rất nhiều vì sao và hành tinh ngoài đó,

chắc chắn, phải có sự sống đâu đó ngoài kia.

Tất nhiên, những nhà sinh học sẽ nổi giận với tôi
khi nói như vậy,

bởi chúng ta hoàn toàn chưa có bằng chứng
về sự sống ngoài trái đất.

Thật vậy, nếu chúng ta có thể nhìn ngân hà
của chúng ta từ bên ngoài

và phóng to tới vị trí mặt trời của chúng ta,

chúng ta thấy bản đồ thực của những vì sao.

Và những ngôi sao được đánh dấu là những ngôi sao
có hành tinh đã được tìm thấy.

Đây thực ra chỉ là phần nổi của tảng băng.

Tiếp theo, mô phỏng này cho phép
tiến lại gần hệ mặt trời của chúng ta.

Và bạn sẽ thấy những hành tinh.

cũng như vài tàu vũ trụ cũng đang quay quanh mặt trời.

Bây giờ nếu chúng ta tưởng tượng đi tới bờ tây bắc Mỹ

và nhìn lên bầu trời đêm,

hình ảnh mà chúng ta thấy ở đây là một buổi tối mùa thu.

Và bạn có thể thấy hình ảnh của những chòm sao

và một lần nữa, rất nhiều ngôi sao có các hành tinh.

Có một vùng đặc biệt trên bầu trời
nơi đó chúng ta có hàng nghìn hành tinh.

Đây là nơi kính thiên văn Kepler
hướng tới trong nhiều năm qua.

Hãy phóng gần và nhìn vào một trong
những hành tinh được chú ý.

Ngôi sao này được đặt tên là Kepler-186f.

Đây là một hệ thống khoảng 5 hành tinh.

Và thực tế là, đối với hầu hết các hành tinh này,
chúng ta không biết nhiều về chúng.

Chúng ta biết kích thước, quỹ đạo và những thứ tương tự.

Nhưng có một hành tinh rất đặc biệt
ở đây với tên gọi là Kepler-186f

Hành tinh này ở trong khu vực không quá xa ngôi sao,

vì thế nhiệt độ có thể đảm bảo cho sự sống.

Ở đây, một khái niệm bay bổng đó là chỉ phóng to lên

và cho bạn thấy hành tinh như thế nào.

Vì thế, nhiều người có những khái niệm
lãng mạn đối với các nhà thiên văn học.

như là đi đến một kính viễn vọng trên đỉnh đồi đơn lẻ.

và nhìn vào bầu trời đêm tuyệt vời qua
một chiếc kính viễn vọng lớn.

Nhưng thực tế, chúng tôi chỉ làm việc
với máy tính của chúng tôi giống như mọi người,

và chúng tôi nhận dữ liệu qua thư điện tử
hoặc tải xuống các thông tin từ cơ sở dữ liệu

Vì vậy, thay vì đến đây để nói với các bạn

về những điều tẻ nhạt của dữ liệu và phân tích số liệu

và những mô hình máy tính phức tạp chúng tôi đã tạo ra,

Tôi sẽ cố gắng dùng một cách khác
để giải thích với các bạn

một vài điều mà chúng ta đang suy nghĩ
về hành tinh bên ngoài hệ mặt trời

Đây là áp phích du lịch:

"Kepler-186f:

Nơi cỏ thường xuyên đỏ hơn so với phía còn lại."

Điều đó là vì Kepler-186f quay quanh một ngôi sao đỏ,

và chúng ta cho rằng có thể có cây cối ở đó,

Nếu có cây cối quang hợp,

thì nó sẽ có sắc tố khác và nhìn như màu đỏ.

"Có trọng lực vào khoảng HD 40307g,

là một siêu trái đất."

Hành tinh này to nặng hơn trái đất,

và có trọng lực lớn hơn.

"Thư giãn trên Kepler-16b,

nơi bóng của bạn luôn có bạn đồng hành."

(Khán giả cười)

Chúng ta biết hàng tá hành tinh quay quanh hai ngôi sao,

và có thể có rất nhiều ngoài kia.

Nếu ta có thể tới thăm một trong số chúng,

thì bạn hẳn sẽ nhìn thấy hai hoàng hôn

và bạn có hai bóng.

Vì thế sự thực, khoa học viễn tưởng có một số điều là đúng.

Tatooine từ Chiến Tranh giữa những Vì Sao

Và tôi một số những hành tinh ngoài hệ mặt trời khác

để chia sẻ cùng các bạn.

Đây là Kepler-10b,

Một hành tinh rất nóng.

Nó quay quanh ngôi sao của nó gần hơn 50 lần

so với trái đất của chúng ta quay quanh mặt trời

Và thực sự, nó rất nóng,

Ta không thể tới những hành tinh này,
nhưng nếu có thể,

thì chúng ta sẽ bị tan chảy trước khi đến được.

Chúng tôi nghĩ bề mặt của chúng đủ nóng để nung chảy đá

và có những hồ nham thạch lỏng.

Gliese 1214b.

Hành tinh này, chúng tôi biết khối lượng và kích thước

và nó có một mật độ khá thấp.

Nó tương đối ấm áp.

Chúng tôi thực sự không biết gì về hành tinh này,

nhưng một khả năng nó là một thế giới nước,

giống như một phiên bản lớn hơn của
trong những mặt trăng lạnh của sao Mộc

mà nó có thể có tới 50% khối lượng là nước.

Và trong trường hợp này, nó có thể
có tầng khí quyển hơi nước dày

che phủ một đại dương,

không phải là nước dạng lỏng,

mà là dạng nước ngoại lai, một siêu chất lỏng

không phải khí ga, không phải chất lỏng.

Và cũng không phải dạng rắn,

mà là dạng băng áp lực cao,

giống băng IX.

Do vậy trong số những hành tinh ngoài đó,

và sự đa dạng thật là là đáng kinh ngạc,

chúng ta hầu như muốn tìm thấy
những hành tinh mà được gọi là Goldilock

Không quá lớn, không quả nhỏ

Không quá nóng, không quá lạnh-

nhưng đơn giản là phù hợp cho sự sống.

Nhưng để làm điều đó,
ta phải có khả năng

nhìn thấy khí quyển chúng,

bởi vì khí quyển giống như một tấm chăn giữ nhiệt--

như kiểu hiệu ứng nhà kính.

Ta phải có khả năng đánh giá khí nhà kính

của các hành tinh khác.

Tất nhiên, khoa học viễn tưởng có một vài điều sai.

Tập đoàn Star Trek

đã phải di chuyển khoảng cách vô cùng lớn
với một tốc độ khó tin

để quay quanh các hành tinh khác

để Spock có thể phân tích khí quyển

để biết liệu nó có thể sống được không

hoặc có tồn tại những dạng sống ở đó.

Thực tế, ta không cần di chuyển với tốc độ cực lớn

để nhìn khí quyển những hành tinh khác,

mặc dù vậy tôi không muốn can bất kỳ kỹ sư tài năng nào

mong muốn tìm ra cách thực hiện điều đó.

Chúng ta thực ra có thể nghiên cứu
khí quyển của các hành tinh

tại đây, từ quỹ đạo của trái đất.

Đây là hình ảnh của kính viễn vọng không gian Hubble

chụp bởi trạm Atlantis khi nó khởi hành

sau chuyến du hành cuối cùng tới Hubble.

Thực tế, họ đã lắp đặt một máy quay mới

qua đó chúng tôi nghiên cứu khí quyển
của những hành tinh ngoài hệ mặt trời.

Và cho tới nay, chúng tôi đã có thể nghiên cứu
hàng tá khí quyển của các hành tinh,

khoảng 6 trong số chúng với thông tin rất chi tiết.

Nhưng chúng không phải là những hành tinh nhỏ như trái đất.

Chúng là những hành tinh lớn, nóng
do đó chúng dễ được quan sát.

Chúng ta chưa sẵn sàng,

Chúng ta chưa có công nghệ phù hợp để
nghiên cứu những hành tinh nhỏ.

Nhưng tuy vậy,

Tôi muốn giải thích với các bạn cách mà chúng tôi
nghiên cứu về khí quyển của các hành tinh

Vào lúc này, tôi muốn bạn tưởng tượng về một cái cầu vồng

Và nếu chúng ta có thể nhìn cái cầu vồng này gần hơn

Chúng ta sẽ thấy một vài đường màu đen mất đi,

Và đây là mặt trời của ta,

ánh sáng trắng của mặt trời được tách ra,

không bởi các giọt nước mưa, mà bởi máy quang phổ.

Và bạn có thể thấy toàn bộ đường màu đen,
các đường kẻ dọc.

Một vài đường rất hẹp, nhưng một vài đường rộng hơn,

Một vài đường bị mờ ở phía lề cạnh.

Và đó thực sự là cách các nhà thiên văn nghiên cứu
về các vật thể trên bầu trời,

thực vậy, trong hơn một thế kỷ qua.

VÌ thế ở đây, mỗi nguyên tử và phân tử

có một tập hợp các đường đặc biệt,

một dấu vân tay, nếu bạn gọi thế.

Và đó là cách chúng tôi nghiên cứu
khí quyển của các hànhh tinh ngoài hệ mặt trời.

Và tôi sẽ không bao giờ quên
ngày tôi bắt đầu nghiên cứu

về khí quyển của hành tinh ngoài hệ mặt trời
vào khoảng 20 năm về trước,

rất nhiều người đã nói với tôi,

"Điều đó sẽ không bao giờ xảy ra.

Chúng ta không thể nghiên cứu chúng,
Tai sao bạn lại mất thời gian vào đó?"

Đó là lý do tôi thấy vui mừng khi nói với các bạn
về tất cả các khí quyển đã được nghiên cứu hiện nay,

và đây thực sự là một chuyên ngành của chúng.

Ví thế khi áp dụng cho những hành tinh khác,
những trái đất khác,

mà trong tương lai khi chúng ta có thể quan sát được chúng

loại khí nào chúng ta đang tìm kiếm?

Thực vậy, như bạn biết, trái đất có ôxy trong khí quyển

chiếm 20% tổng dung tích.

Có rất nhiều ôxy.

Nhưng nếu không có cây cối và sự quang hợp,

sẽ không bao giờ có ôxy,

thực tế là sẽ hầu như không có ôxy trong khí quyển.

Ôxy ở đây để duy trì sự sống.

Và mục đích của chúng tôi là tìm kiếm các loại khí
trong khí quyển của những hành tinh khác,

những khí mà không phụ thuộc,

và điều đó chúng ta có thể góp cho sự sống.

Nhưng chúng ta nên tìm kiếm những phân tử nào?

Tôi đã nói với các bạn về sự đa dạng của
các hành tinh ngoài hệ mặt trời

Chúng tôi mong muốn tiếp tục tìm thấy thêm sự
đa dạng trong tương lai

khi chúng tôi tìm những trái đất khác.

Và đó là một trong những điều chính
mà tôi đang nghiên cứu hiện nay,

Tôi có một lý thuyết về điều này

Nó nhắc tôi rằng gần như mọi ngày,

Tôi nhận một hoặc nhiều thư điện tử

từ ai đó với một lý thuyết điên rồ về vật lý trọng lực

hoặc vũ trụ học hoặc tương tự thế.

Vì thế, xin đừng gửi thư cho tôi về
một trong những lý thuyết điên rồ của bạn.

(Khán giả cười)

Tất nhiên, tôi có riêng một lý thuyết điên rồ của mình.

Nhưng, ai là giáo sư tại MIT mà tôi tìm đến?

Quả thật, tôi đã gửi email cho một
người đạt giải Nobel về Sinh Lý học hoặc Y học

và ông ấy nói:"Đồng ý, hãy tới và thảo luận với tôi"

Vì thế, tôi dẫn theo hai người bạn có chuyên môn về hoá sinh

và chúng tôi đã đến để thảo luận với ông ấy
về lý thuyết điên rồ của chúng tôi.

Và cái lý thuyết đó là về sự sống tạo ra tất cả phân tử nhỏ,

rất nhiều phân tử.

Giống như, tất cả mọi thứ tôi có thể nghĩ,
nhưng không phải như cách nghĩ của một nhà hóa học.

Nghĩ về điều đó:

khí CO2, khí CO,

phân tử Hydrô, phân tử Nitơ

khí mêtan, khí mêtan clo --

rất nhiều loại khí.

Chúng tồn tại vì những lý do khác,

nhưng sự sống cũng thậm chí tạo ra ôzôn.

Vì thế, chúng tôi tới để nói với ông ấy về điều này,

và ngay lập tức, ông ấy phản bác cái lý thuyết này.

Ông cho rằng đây là một giả thuyết không tồn tại.

Vì thế, chúng tôi đã quay về văn phòng

và chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi đã tìm ra
một thứ rất thú vị trong một lĩnh vực khác.

Quay lại với các hành tinh ngoài hệ mặt trời,

lý thuyết đó có nghĩa là sự sống tạo ra
quá nhiều loại khí khác nhau,

chính xác hàng nghìn khí.

Và vì thế điều chúng ta đang làm hiện nay
là cố gắng vạch ra chỉ ra điều đó

đối với hành tinh nào,

những khí nào có thể góp cho sự sống.

Và vì thế, cho tới khi chúng ta tìm ra các khí

trong khí quyển của các hành tinh ngoài hệ mặt trời

chúng ta sẽ không thể biết được chúng được tạo ra

bởi sinh vật thông minh ngoài trái đất hay bởi cây cối

hay bởi đất ẩm,

hay thậm chí bởi vi sinh vật đơn bào đơn giản.

Do đó làm việc với những mô hình

và suy nghĩ về vấn đề hóa sinh,

điều đó thật là tuyệt vời.

Nhưng một thử thách thực sự lớn ở phía trước là: bằng cách nào?

Bằng cách nào chúng ta tìm ra những hành tinh này?

Thực sự có nhiều cách để tìm các hành tinh,

nhiều cách khác nhau.

Nhưng cách mà tôi tập trung nhất là
làm cách nào chúng ta có thể mở ra được cánh cổng

nhờ vậy trong tương lai,

ta có thể tìm ra hàng trăm trái đất.

Một điểm nhấn thức sự của việc tìm kiếm dấu hiệu sự sống.

Và thực ra, tôi mới kết thúc điều hành một dự án 2 năm

trong một giai đoạn rất đặc biệt

về một khái niệm mà chúng tôi gọi là "Bóng Sao"

Và Bóng Sao là một màn hình bóng đặc biệt

với mục tiêu là làm Bóng Sao bay lên

để nó chặn ánh sáng của một ngôi sao

từ đó kinh viễn vọng có thể nhìn trực tiếp vào các hành tinh.

Ở đây, bạn có thể thấy tôi và hai thành viên trong nhóm

cầm một mảnh nhỏ của Bóng Sao.

Nó giống một bông hoa khổng lồ,

đây là một trong những nguyên mẫu các cánh hoa.

Ý tưởng là Bóng Sao và kính viễn vọng có thể khởi động cùng nhau,

với những cánh hoa bung ra từ vị trí sắp xếp.

Khung trung tâm sẽ mở rộng,

với những cánh hoa chụp vào vị trí.

Bây giờ, nó phải được làm rất chính xác,

thực tế, các cánh hoa được chuẩn hoá tới từng micrômét.

và chúng phải được triển khai chính xác tới từng milimét

Toàn bộ kiến trúc này phải được bay lên

cách xa kính viễn vọng hàng chục nghìn kilomet

Đường kính của nó vào khoảng khoảng hàng chục mét.

Và mục tiêu là chặn ánh sáng của ngôi sao với độ chuẩn xác cao nhất

vì thế chúng ta có thể nhìn trực tiếp các hành tinh.

Và nó phải có một hình dáng rất đặc biệt,

để tránh sự nhiễu xạ vật lý

Hiện tại, đây là dự án thực tế chúng tôi đã triển khai,

quả thật, bạn sẽ khó có thể tin về độ khó của nó.

do đó để các bạn không tin rằng nó chỉ là
một dạng phim ảnh

tôi đưa ra đây một hình ảnh thật

của Bóng Sao thế hệ thứ hai
đã được thử trong phòng thí nghiệm

Và trong trường hợp này,
tôi chỉ muốn bạn biết

rằng giàn khung trung tâm được dựa trên kinh nghiệm

từ hệ thông vô tuyến lớn có thể triển khai ngoài không gian.

Vì thế, sau toàn bộ những công việc khó khăn đó

là lúc chúng tôi cố gắng nghĩ tới toàn bộ những khí điên rồ
có thể tồn tại ngoài kia

và chúng tôi xây dựng những
kính viễn vọng không gian phức tạp

mà chúng có thể ở ngoài kia,

cái mà chúng ta đang tìm kiếm?

Thật vậy, trong trường hợp tốt nhất,

chúng tôi sẽ tìm được hình ảnh của một trái đất khác.

Đây là Trái Đất như một chấm nhạt màu xanh da trời.

Và đây là một hình thật của Trái Đất

chụp bởi tàu vũ trũ Voyager 1,

khoảng cách 4 tỷ dặm.

Và ánh sáng đỏ kia chỉ là ánh sáng tán xạ trong ống kính camera.

Nhưng rất tuyệt để xem xét

rằng liệu có những người ngoài hành tinh thông minh

ở một hành tinh quanh một ngôi sao gần chúng ta hay không

và họ tạo ra những kính viễn vọng phức tạp

giống như chúng tôi đang cố gắng tạo ra,

mọi thứ họ sẽ thấy là điểm xanh nhạt này,

một chấm ánh sáng.

Và vì thế thỉnh thoảng, khi tôi dừng lại để suy nghĩ

về những cố gắng trong sự nghiệp và tham vọng to lớn của tôi

thật khó để nghĩ về điều đó

đối lập với sự bao la của vũ trụ.

Mặc dù vậy, tôi sẽ cống hiến cả cuộc đời

để tìm một Trái Đất khác

Và tôi có thể đảm bảo rằng

với thế hệ tiếp theo của kính viễn vọng,

thế hệ thứ hai,

chúng ta sẽ có khả năng tìm và xác định những Trái Đất khác

Và khả năng tách ánh sáng của ngôi sao

nhờ đó chúng tôi có thể tìm kiếm các chất khí

và đánh giá khí nhà kính trong khí quyển,

ước lượng nhiệt độ bề mặt,

và tìm ra dấu hiệu sự sống.

Nhưng hơn thế,

Trong trường hợp tìm kiếm những hành tinh giống Trái Đất,

chúng tôi đang tạo một loại bản đồ mới

của những vì sao cạnh nhau và những hành tinh quay quanh chúng,

bao gồm cả những hành tinh mà con người không thể sống.

Và vì thế, tôi hình dung rằng con cháu chúng ta

hàng trăm năm sau,

sẽ tham gia chuyến du hành giữa các vì sao đến thế giới khác.

Và chúng sẽ nhìn lại chúng ta

như thế hệ đầu tiên tìm ra những thế giới giống Trái Đất.

Cảm ơn các bạn.

(Khán giả vỗ tay)

June Cohen: Tôi có một câu hỏi cho bạn

Quản lý của Rosetta, Fred Jansen

Fred Jansen: Bạn đã đề cập tới một nữa quảng đường thông qua

công nghệ để thực sự nhìn vào quang phổ của

một hành tinh giống Trái Đất
hiện vẫn chưa thể làm được

Khi nào bạn cho rằng điều này xảy ra,

và cần cái gì để cho điều đó?

Sara Seager: Thực sự, cái chúng tôi kỳ vọng đó là thế hệ tiếp theo của kính viễn vọng Hubble

Và nó được được gọi tên là kính viễn vọng James Webb,

sẽ được phóng lên vũ trụ vào năm 2018,

và đó là cái chúng tôi đang thực hiện,

chúng tôi đang tìm hiểu một loại hành tinh đặc biệt

được gọi là hành tinh chuyển đổi

và đó sẽ là điểm đầu tiên để nghiên cứu những hành tinh nhỏ

đối với những khí nhằm xác định hành tinh có thể sống được

JC: Tôi cũng sẽ hỏi bạn một câu tiếp, Sara

như một người bình thường.

Tôi thực sự ấn tượng bởi khái niệm trong nghề của bạn

thách thức bạn đối mặt,

khi bạn bắt đầu nghĩ về các hành tinh ngoài hệ mặt trời,

có sự hoài nghi lớn trong cộng đồng khoa học

về việc chúng tồn tại,

bạn đã chứng minh họ sai,

Điều gì đã xảy để bạn làm việc đó?

SS: Thực tế, một điều đối với nhà khoa học,

đó là chúng tôi cần phải hoài nghi,

bởi vì nghề của chúng tôi để đảm bảo điều người khác đang nói

thực sự có ý nghĩa hay không.

Nhưng là một nhà khoa học,

Tôi nghĩ bạn đã thấy nó từ buổi giao lưu này,

nó giống như một nhà thám hiểm.

Bạn có sự tò mò lớn lao,

sự cương quyết này,

sự kiên định sẽ giúp bạn đi tiếp

cho dù người khác có nói gì đi nữa.

JC: Tôi thích điều đó. Cảm ơn bà, Sara

(Khán giả vỗ tay)