Các nhà thiên văn học thường xuyên tìm thấy những hành tinh chuyển động quanh các sao nằm bên ngoài Hệ Mặt Trời - chúng được gọi là các ngoại hành tinh. Nhưng vào mùa hè năm 2022, nhóm nghiên cứu làm việc với Vệ tinh khảo sát ngoại hành tinh bằng phương pháp quá cảnh (TESS) của NASA đã phát hiện thấy một số hành tinh đặc biệt thú vị khi mà quỹ đạo của chúng nằm trong vùng sống được của sao chủ.
Một hành tinh kích thước lớn hơn Trái Đất 30% và chu kỳ quỹ đạo chưa tới 3 ngày. Hành tinh kia thì lớn hơn Trái Đất 70% và có thể chứa một đại dương sâu thẳm trong đó. Hai ngoại hành tinh này là 2 siêu Trái Đất. Siêu Trái Đất là những hành tinh có khối lượng lớn hơn Trái Đất nhưng nhỏ hơn các hành tinh băng khổng lồ như Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.
Trái Đất vẫn là nơi duy nhất trong vũ trụ mà các nhà khoa học biết rằng có sự sống. Có vẻ khả thi khi tập trung tìm kiếm sự sống tại các bản sao của Trái Đất - những hành tinh có đặc điểm tương tự với Trái Đất. Các nghiên cứu cho thấy rằng khả năng cao nhất mà các nhà thiên văn có thể tìm thấy sự sống trên một hành tinh khác là ở một siêu Trái Đất tương tự như những hành tinh được tìm thấy gần đây.
Siêu Trái Đất là bất kỳ hành tinh đất đá nào có kích thước lớn hơn Trái Đất và nhỏ hơn Sao Hải Vương. (Ảnh: Aldaron, CC BY-SA)
Khoảng 1/3 số ngoại hành tinh là siêu Trái Đất?
Hầu hết các siêu Trái Đất đều chuyển động quanh các sao lùn nguội có khối lượng thấp hơn nhưng tuổi thọ dài hơn nhiều so với Mặt Trời. Hàng trăm sao lùn nguội cho mỗi sao như Mặt Trời, và các nhà khoa học đã tìm thấy các siêu Trái Đất chuyển động quanh 40% số sao lùn nguội mà họ đã quan sát.
Với số lượng đó, các nhà thiên văn ước tính rằng chỉ trong thiên hà Milky Way sẽ có hàng chục tỷ siêu Trái Đất quỹ đạo nằm trong vùng sống được của sao chủ - nơi mà nước có thể tồn tại ở dạng lỏng trên bề mặt. Vì tất cả sự sống trên Trái Đất đều cần tới nước nên nước được cho là yếu tố rất quan trọng đối với sự sống.
Dựa trên các dự đoán hiện tại thì khoảng 1/3 số ngoại hành tinh là các siêu Trái Đất. Điều này khiến chúng trở thành loại ngoại hành tinh phổ biến nhất trong Milky Way. Siêu Trái Đất gần nhất chỉ cách Trái Đất 6 năm ánh sáng. Bạn thậm chí có thể nói rằng Hệ Mặt Trời của chúng ta là một hệ hành tinh đặc biệt vì nó không hành tinh nào có khối lượng nằm giữa khối lượng của Trái Đất và Sao Hải Vương.
Một lý do khác khiến cho các siêu Trái Đất trở thành mục tiêu lý tưởng trong việc tìm kiếm sự sống là chúng dễ phát hiện và dễ nghiên cứu hơn nhiều so với các hành tinh có kích thước bằng Trái Đất. 2 phương pháp mà các nhà thiên văn sử dụng để tìm kiếm các ngoại hành tinh.
Phương pháp đầu tiên là tìm kiếm ảnh hưởng hấp dẫn do một hành tinh tác động lên sao chủ của nó và phương pháp thứ hai là tìm kiếm sự mờ đi của ánh sáng sao trong một khoảng thời gian ngắn khi có hành tinh đi qua phía trước nó. Cả 2 phương pháp phát hiện này đều dễ dàng thực hiện hơn với một hành tinh có kích thước lớn hơn.
Các siêu Trái Đất có nhiều khả năng sống được
Hơn 300 năm trước, triết gia người Đức Gottfried Wilhelm Leibniz cho rằng Trái Đất là “thế giới tốt nhất trong tất cả các thế giới có thể có”. Lập luận của Leibniz thời đó nhằm trả lời cho câu hỏi tại sao cái ác tồn tại, nhưng các nhà thiên văn ngày nay đã khám phá ra một câu hỏi tương tự bằng cách tự hỏi rằng điều gì khiến một hành tinh có sự sống. Hóa ra Trái Đất không phải là thế giới tốt nhất trong tất cả các thế giới hiện có.
Do hoạt động kiến tạo của Trái Đất và sự thay đổi trong cường độ chiếu sáng của Mặt Trời mà khí hậu trên hành tinh của chúng ta đã thay đổi theo thời gian từ nóng như biển nước sôi cho tới lạnh đến mức đóng băng toàn cầu. Trái Đất từng là nơi không thể ở được đối với con người và các sinh vật lớn hơn khác trong phần lớn lịch sử 4,5 tỷ năm của nó. Các mô phỏng cho thấy khả năng sự sống lâu dài tồn tại trên Trái Đất không nhất định sẽ xảy ra mà do yếu tố ngẫu nhiên. Con người thật sự may mắn khi còn sống sót.
Các nhà nghiên cứu đề xuất một danh sách các thuộc tính mà nếu một hành tinh sở hữu thì sẽ rất có tiềm năng cho sự sống phát triển. Các hành tinh kích thước lớn hơn có khả năng diễn ra hoạt động địa chất nhiều hơn - một đặc điểm mà các nhà khoa học cho rằng sẽ thúc đẩy quá trình tiến hóa sinh học. Vì vậy, hành tinh dễ xuất hiện sự sống nhất sẽ là hành tinh có khối lượng gần gấp đôi Trái Đất và có thể tích lớn hơn Trái Đất từ 20-30%.
Ngoài ra, nó cũng phải có các đại dương đủ nông để ánh sáng có thể kích thích sự sống của các sinh vật ở tận đáy biển và nhiệt độ trung bình là 77 độ F (25 độ C). Nó cũng sẽ cần có bầu khí quyển dày hơn Trái Đất - thứ hoạt động như một tấm chắn cách nhiệt. Cuối cùng, một hành tinh như vậy sẽ chuyển động quanh một ngôi sao già hơn Mặt Trời để cho sự sống có thời gian lâu hơn phát triển và hành tinh này sẽ cần có một từ trường mạnh để chống lại bức xạ vũ trụ. Các nhà khoa học cho rằng những thuộc tính này kết hợp với nhau sẽ tạo thành một hành tinh có nhiều khả năng sống được.
Theo định nghĩa, siêu Trái Đất sở hữu nhiều thuộc tính của hành tinh với khả năng sống được. Cho tới nay, các nhà thiên văn tìm thấy hơn 20 ngoại hành tinh là những siêu Trái Đất về mặt lý thuyết có sự sống phát triển hơn nhiều so với Trái Đất, nếu không muốn nói là tốt nhất trong tất cả các thế giới hiện có.
Gần đây ghi nhận bổ sung thú vị trong danh sách các hành tinh có thể sống được. Các nhà thiên văn bắt đầu phát hiện thấy những ngoại hành tinh bị đẩy ra khỏi hệ sao của chúng, và có thể có hàng tỷ hành tinh trong số đó đang di chuyển khắp thiên hà Milky Way. Nếu một siêu Trái Đất khí quyển dày đặc cùng với bề mặt nhiều nước bị đẩy ra khỏi hệ sao của nó thì siêu Trái Đất này có thể duy trì được sự sống trong hàng chục tỷ năm - lâu hơn nhiều so với khoảng thời gian mà sự sống trên Trái Đất duy trì trước khi Mặt Trời kết thúc vòng đời của nó.
TOI-1452b - một trong những siêu Trái Đất mới được phát hiện có thể được bao phủ trong một đại dương sâu thẳm và là nơi rất có tiềm năng về sự sống. (Ảnh: Benoit Gougeon, Đại học Montréal, CC BY-ND)
Tìm kiếm sự sống ở các siêu Trái Đất
Để tìm thấy được sự sống tại các hành tinh ở xa thì các nhà thiên văn sẽ cần tìm kiếm các dấu hiệu sinh học và phụ phẩm sinh học mà có thể được phát hiện trong khí quyển của một hành tinh.
Kính thiên văn không gian James Webb của NASA được thiết kế trước khi các nhà thiên văn phát hiện thấy các ngoại hành tinh, vì vậy chiếc kính này không được tối ưu hóa cho việc nghiên cứu chúng. Nhưng nó có thể thực hiện một số công việc khoa học này và được lên kế hoạch hướng ống kính vào 2 siêu Trái Đất có tiềm năng về sự sống trong năm hoạt động đầu tiên. Một tập hợp các siêu Trái Đất khác nơi có những đại dương khổng lồ được tìm thấy trong vài năm qua, cũng như các hành tinh được phát hiện vào mùa hè này, cũng là những mục tiêu hấp dẫn dành cho James Webb.
Nhưng thời cơ tốt nhất để tìm kiếm dấu hiệu của sự sống trong khí quyển ngoại hành tinh nằm ở thế hệ kính thiên văn khổng lồ đặt trên mặt đất trong tương lai như: Đài quan sát ELT (viết tắt của Extremely Large Telescope - Kính thiên văn siêu lớn) với độ mở 39m, đài quan sát TMT (viết tắt của Thirty Meter Telescope - Kính thiên văn 30 mét) và Kính thiên văn khổng lồ Magellan (GMT) với độ mở 24,5m. Các kính thiên văn này đều đang được xây dựng và sẽ bắt đầu thu thập dữ liệu vào cuối thập kỷ này.
Các nhà thiên văn đều biết rằng các thành phần hỗ trợ cho sự sống đều có ở ngoài kia, nhưng "sống được" không đồng nghĩa với việc có thể định cư ở đó. Cho tới khi các nhà nghiên cứu tìm thấy bằng chứng về sự sống ở nơi khác thì có thể cho rằng sự sống trên Trái Đất chỉ là một sự trùng hợp đặc biệt.
Trong khi có nhiều lý do giải thích tại sao một thế giới có thể sống được lại không cho thấy dấu hiệu của sự sống thì trong những năm tới, nếu các nhà thiên văn nghiên cứu những siêu Trái Đất có sự sống tối ưu này mà không tìm thấy gì thì lúc đó loài người có thể buộc phải kết luận rằng vũ trụ là một nơi rất vắng vẻ.
