Thiết kế kính viễn vọng hình chữ nhật có thể mở ra kỷ nguyên săn tìm Trái Đất 2.0

Việc tìm kiếm các hành tinh giống Trái Đất từ lâu đã là thách thức lớn trong thiên văn học, bởi độ sáng áp đảo của các ngôi sao khiến chúng gần như bị che khuất hoàn toàn. Những thiết kế kính viễn vọng truyền thống không đáp ứng được yêu cầu này. Tuy nhiên, một ý tưởng táo bạo với kính viễn vọng hồng ngoại hình chữ nhật vừa được đề xuất, hứa hẹn có thể khắc phục rào cản và giúp con người hé lộ hàng chục hành tinh đầy tiềm năng trong phạm vi 30 năm ánh sáng, mở đường cho việc tìm kiếm dấu hiệu sự sống ngoài hành tinh.

Trái Đất hiện là hành tinh duy nhất mà chúng ta biết có sự sống. Tất cả sinh vật trên hành tinh xanh này đều phụ thuộc vào nước lỏng để duy trì các phản ứng hóa học thiết yếu. Các sinh vật đơn bào đơn giản đã xuất hiện gần như cùng thời điểm với Trái Đất, nhưng phải mất tới khoảng 3 tỷ năm mới tiến hóa thành sinh vật đa bào phức tạp hơn. Trong khi đó, loài người chỉ tồn tại một phần rất nhỏ trong lịch sử hành tinh, chưa bằng một phần mười nghìn tuổi của Trái Đất.

Dòng thời gian này cho thấy sự sống có thể không hiếm trên các hành tinh có nước lỏng. Tuy nhiên, những sinh vật thông minh có khả năng khám phá vũ trụ có lẽ lại cực kỳ hiếm hoi. Nếu nhân loại muốn tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất, cách khả dĩ nhất là tiếp cận trực tiếp qua quan sát hành tinh.

Thiết kế ý tưởng cho một kính viễn vọng không gian hình chữ nhật, được mô phỏng theo Kính viễn vọng Không gian Giao thoa Khúc xạ (DICER), một đài quan sát không gian hồng ngoại giả định, và Kính viễn vọng Không gian James Webb. Nguồn: Leaf Swordy/Viện Bách khoa Rensselaer.

Không gian vũ trụ vô cùng rộng lớn, trong khi các định luật vật lý ngăn cản việc di chuyển hay liên lạc nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Do đó, chỉ những ngôi sao gần Mặt Trời nhất mới có thể được nghiên cứu trong vòng đời của con người, kể cả với tàu thăm dò robot. Trong số này, mục tiêu sáng giá nhất là các ngôi sao có kích thước và nhiệt độ tương đồng với Mặt Trời, bởi chúng tồn tại đủ lâu và ổn định để sự sống phức tạp phát triển.

Hiện tại, các nhà thiên văn học đã xác định khoảng 60 ngôi sao giống Mặt Trời trong phạm vi 30 năm ánh sáng tính từ Trái Đất. Các hành tinh quay quanh chúng có kích thước, nhiệt độ gần tương tự Trái Đất – nơi có thể tồn tại cả đất liền lẫn nước lỏng – được coi là ứng cử viên sáng giá nhất cho việc tìm kiếm sự sống.

Việc tách biệt hình ảnh một ngoại hành tinh giống Trái Đất khỏi ánh sáng chói lòa của ngôi sao trung tâm là thách thức lớn. Ngay cả trong điều kiện lý tưởng, một ngôi sao vẫn sáng hơn hành tinh tới một triệu lần. Nếu cả hai bị hòa lẫn ánh sáng, việc phát hiện hành tinh sẽ bất khả thi.

Theo lý thuyết quang học, độ phân giải tối đa của một kính viễn vọng phụ thuộc vào kích thước gương và bước sóng ánh sáng. Các hành tinh có nước lỏng phát ra ánh sáng mạnh nhất ở bước sóng khoảng 10 micron – tương đương chiều rộng của một sợi tóc mỏng và gấp 20 lần bước sóng ánh sáng khả kiến. Ở bước sóng này, kính viễn vọng cần thu thập ánh sáng trên khoảng cách ít nhất 20 mét mới có đủ độ phân giải để phân tách Trái Đất khỏi Mặt Trời ở khoảng cách 30 năm ánh sáng.

Hơn nữa, kính thiên văn phải đặt ngoài không gian, bởi bầu khí quyển Trái Đất làm mờ hình ảnh. Kính thiên văn không gian lớn nhất hiện nay – James Webb (JWST) – có đường kính gương 6,5 mét, nhưng việc phóng và vận hành đã vô cùng khó khăn.

Do việc triển khai kính viễn vọng không gian 20 mét hiện vượt xa khả năng công nghệ, các nhà khoa học đã thử nhiều phương án. Một giải pháp là phóng nhiều kính viễn vọng nhỏ và duy trì khoảng cách chính xác giữa chúng để mô phỏng gương khổng lồ. Tuy nhiên, việc duy trì vị trí chuẩn xác tới mức ngang bằng kích thước một phân tử là bất khả thi hiện nay.

Một hướng đi khác là dùng ánh sáng có bước sóng ngắn hơn, cho phép kính nhỏ hơn. Nhưng trong dải khả kiến, một ngôi sao giống Mặt Trời sáng hơn Trái Đất tới 10 tỷ lần, khiến việc chặn đủ ánh sáng sao để lộ ra hành tinh trở nên bất khả thi, dù về nguyên tắc độ phân giải có thể đạt được.

Một ý tưởng khác là sử dụng “tấm chắn sao” – một tàu vũ trụ có đường kính hàng chục mét, bay cách kính viễn vọng hàng chục nghìn kilomet để che ánh sáng sao nhưng cho phép ánh sáng hành tinh lọt qua. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi phải phóng hai tàu vũ trụ, đồng thời tốn lượng nhiên liệu khổng lồ khi di chuyển tấm chắn đến các vị trí mới.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đề xuất một thiết kế khả thi hơn: kính thiên văn hồng ngoại với gương hình chữ nhật kích thước 1 x 20 mét, thay vì gương tròn 6,5 mét như JWST. Hoạt động ở bước sóng 10 micron, thiết bị này có thể tách ánh sáng sao và hành tinh theo hướng trục dài của gương. Bằng cách xoay gương, các nhà thiên văn có thể quan sát hành tinh ở mọi vị trí quanh ngôi sao chủ.

Theo tính toán, thiết kế này có thể phát hiện một nửa số hành tinh giống Trái Đất quay quanh các ngôi sao giống Mặt Trời trong vòng chưa đầy 3 năm. Dù cần thêm cải tiến và tối ưu hóa kỹ thuật, nhưng mô hình không đòi hỏi các công nghệ vượt ngoài khả năng hiện tại – điều khác biệt so với nhiều ý tưởng tiên phong khác.

Nếu trung bình mỗi ngôi sao giống Mặt Trời có một hành tinh tương tự Trái Đất, thì với thiết kế kính viễn vọng này, chúng ta có thể phát hiện khoảng 30 hành tinh đầy hứa hẹn trong phạm vi 30 năm ánh sáng. Nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung xác định bầu khí quyển của chúng, tìm dấu hiệu oxy – một chỉ dấu của sự sống do quang hợp.

Với những ứng cử viên tiềm năng nhất, các sứ mệnh thăm dò có thể được triển khai để gửi về hình ảnh bề mặt hành tinh. Thiết kế kính viễn vọng hình chữ nhật hứa hẹn mang lại con đường ngắn nhất để tìm thấy “hành tinh chị em” của chúng ta – Trái Đất phiên bản 2.0.

La Khê (Theo ScienceAlert)

Nguồn: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/thiet-ke-kinh-vien-vong-hinh-chu-nhat-co-the-mo-ra-ky-nguyen-san-tim-trai-dat-2-0/20250902082651458

Bình luận (0)