Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Vài năm trước, các nhà khoa học hành tinh bắt đầu tự hỏi liệu bất kỳ trong số hơn 4.000 hành tinh ngoài hành tinh được biết đến, hoặc các hành tinh ngoài hệ mặt trời của chúng ta, có thể giống với một số mặt trăng nước xung quanh Sao Mộc và Sao Thổ.
Cách đây vài năm, nhà khoa học hành tinh Lynnae Quick bắt đầu tự hỏi liệu bất kỳ trong số hơn 4.000 hành tinh ngoài hành tinh đã biết hoặc các hành tinh ngoài hệ mặt trời của chúng ta, có thể giống với một số mặt trăng nước xung quanh Sao Mộc và Sao Thổ. Mặc dù một số mặt trăng này không có khí quyển và được bao phủ trong băng, chúng vẫn là một trong những mục tiêu hàng đầu trong cuộc tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh của NASA. Mặt trăng sao Thổ Enceladus và mặt trăng Europa của sao Mộc, được các nhà khoa học xếp vào loại “thế giới đại dương”, là những ví dụ điển hình.
“Luồng nước phun trào từ Europa và Enceladus, vì vậy chúng tôi có thể nói rằng những cơ thể này có các đại dương chìm dưới lớp vỏ băng của chúng và chúng có năng lượng điều khiển các luồng, đó là hai yêu cầu cho cuộc sống như chúng ta biết”, Quick, một Nhà khoa học hành tinh của NASA, người chuyên về núi lửa và thế giới đại dương. “Vì vậy, nếu chúng ta nghĩ về những nơi này là có thể ở được, thì có thể các phiên bản lớn hơn của chúng trong các hệ thống hành tinh khác cũng có thể ở được.”
Quick, thuộc Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, Maryland, đã quyết định tìm hiểu xem – theo giả thuyết – có những hành tinh tương tự như Europa và Enceladus trong dải ngân hà. Và, liệu họ cũng có thể hoạt động về mặt địa chất đủ để bắn các luồng qua bề mặt của chúng mà một ngày nào đó có thể được phát hiện bằng kính viễn vọng.
Thông qua phân tích toán học của vài chục hành tinh ngoại, bao gồm các hành tinh trong hệ thống TRAPPIST-1 gần đó, Quick và các đồng nghiệp của cô đã học được một điều quan trọng: Hơn một phần tư các hành tinh ngoại mà họ nghiên cứu có thể là thế giới đại dương với phần lớn có thể chứa các đại dương bên dưới các lớp bề mặt băng, tương tự như Europa và Enceladus. Ngoài ra, nhiều trong số các hành tinh này có thể giải phóng nhiều năng lượng hơn Europa và Enceladus.
Các nhà khoa học một ngày nào đó có thể kiểm tra dự đoán của Quick bằng cách đo nhiệt lượng phát ra từ ngoại hành tinh hoặc bằng cách phát hiện núi lửa hoặc cryovolcanic (chất lỏng hoặc hơi thay vì đá nóng chảy) trong các bước sóng ánh sáng phát ra từ các phân tử trong khí quyển của hành tinh. Hiện tại, các nhà khoa học không thể nhìn thấy nhiều ngoại hành tinh ở bất kỳ chi tiết nào. Than ôi, chúng ở quá xa và quá chìm trong ánh sáng của những ngôi sao của họ. Nhưng bằng cách xem xét thông tin duy nhất có sẵn – kích thước, khối lượng và khoảng cách từ các ngôi sao của họ – các nhà khoa học như Quick và các đồng nghiệp của cô có thể khai thác các mô hình toán học và sự hiểu biết của chúng ta về hệ mặt trời để cố gắng tưởng tượng các điều kiện có thể định hình các ngoại hành tinh thành có thể sống được thế giới hay không.
Trong khi các giả định đi vào các mô hình toán học này là phỏng đoán có giáo dục, chúng có thể giúp các nhà khoa học thu hẹp danh sách các ngoại hành tinh đầy hứa hẹn để tìm kiếm các điều kiện thuận lợi cho cuộc sống để Kính viễn vọng Không gian James Webb sắp tới của NASA có thể theo dõi.
“Các sứ mệnh trong tương lai để tìm kiếm các dấu hiệu sự sống ngoài hệ mặt trời tập trung vào các hành tinh như của chúng ta có một sinh quyển toàn cầu rất phong phú, nó làm thay đổi hóa học của toàn bộ bầu khí quyển”, Aki Roberge, nhà vật lý thiên văn của NASA Goddard, người cộng tác với Quick nói về phân tích này. “Nhưng trong hệ mặt trời, các mặt trăng băng giá với các đại dương, cách xa sức nóng của Mặt trời, vẫn cho thấy chúng có những đặc điểm mà chúng ta nghĩ là cần thiết cho sự sống.”
Để tìm kiếm các thế giới đại dương có thể, nhóm của Quick đã chọn 53 ngoại hành tinh có kích thước tương tự Trái đất, mặc dù chúng có thể có khối lượng lớn hơn gấp tám lần. Các nhà khoa học cho rằng các hành tinh có kích thước này rắn hơn khí và do đó, nhiều khả năng hỗ trợ nước lỏng trên hoặc dưới bề mặt của chúng. Ít nhất 30 hành tinh phù hợp với các thông số này đã được phát hiện kể từ khi Quick và các đồng nghiệp của cô bắt đầu nghiên cứu vào năm 2017, nhưng chúng không được đưa vào phân tích, được công bố vào ngày 18 tháng 6 trên tạp chí Publications of the Astronomical Association of Pacific .
Với các hành tinh có kích thước Trái đất được xác định, Quick và nhóm của cô đã tìm cách xác định lượng năng lượng mà mỗi người có thể tạo ra và giải phóng dưới dạng nhiệt. Nhóm nghiên cứu đã xem xét hai nguồn nhiệt chính. Nhiệt đầu tiên, phát xạ, được tạo ra trong hàng tỷ năm do sự phân rã chậm của các chất phóng xạ trong lớp phủ và lớp vỏ của một hành tinh. Tốc độ phân rã đó phụ thuộc vào tuổi của một hành tinh và khối lượng lớp phủ của nó. Các nhà khoa học khác đã xác định các mối quan hệ này đối với các hành tinh có kích thước Trái đất. Vì vậy, Quick và nhóm của cô đã áp dụng tốc độ phân rã vào danh sách 53 hành tinh của họ, giả sử mỗi người cùng tuổi với ngôi sao của nó và lớp phủ của nó chiếm tỷ lệ tương đương với thể tích của hành tinh như lớp phủ của Trái đất.
Tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã tính toán nhiệt lượng được tạo ra bởi một thứ khác: lực thủy triều, là năng lượng được tạo ra từ lực hấp dẫn khi một vật thể quay quanh một vật thể khác. Các hành tinh trải dài, hoặc hình elip, quỹ đạo thay đổi khoảng cách giữa chúng và các ngôi sao của chúng khi chúng khoanh tròn chúng. Điều này dẫn đến những thay đổi về lực hấp dẫn giữa hai vật thể và khiến hành tinh giãn ra, từ đó sinh ra nhiệt. Cuối cùng, nhiệt bị mất vào không gian qua bề mặt.
Một lối thoát cho sức nóng là thông qua núi lửa hoặc cryovolcanoes. Một tuyến đường khác là thông qua kiến tạo, đó là một quá trình địa chất chịu trách nhiệm cho sự di chuyển của lớp đá hoặc băng giá ngoài cùng của một hành tinh hoặc mặt trăng. Dù cách nào tỏa nhiệt, việc biết hành tinh đẩy ra bao nhiêu là rất quan trọng bởi vì nó có thể tạo ra hoặc phá vỡ môi trường sống.
Chẳng hạn, quá nhiều hoạt động núi lửa có thể biến một thế giới có thể sống thành cơn ác mộng nóng chảy. Nhưng quá ít hoạt động có thể tắt sự giải phóng khí tạo nên bầu khí quyển, để lại bề mặt lạnh lẽo, cằn cỗi. Một lượng vừa đủ hỗ trợ một hành tinh ẩm ướt, có thể sống được như Trái đất hoặc mặt trăng có thể sống được như Europa.
Trong thập kỷ tới, Europa Clipper của NASA sẽ khám phá bề mặt và bề mặt của Europa và cung cấp những hiểu biết về môi trường bên dưới bề mặt. Theo các phát hiện ngày nay, càng có nhiều nhà khoa học có thể tìm hiểu về Europa và các mặt trăng có khả năng sinh sống khác trong hệ mặt trời của chúng ta, họ càng có thể hiểu được những thế giới tương tự xung quanh các ngôi sao khác – có thể rất phong phú, theo những phát hiện ngày nay.
“Các nhiệm vụ sắp tới sẽ cho chúng ta cơ hội để xem liệu các mặt trăng đại dương trong hệ mặt trời của chúng ta có thể hỗ trợ sự sống hay không”, Quick, một thành viên nhóm khoa học trong cả nhiệm vụ của Clip và nhiệm vụ Dragonfly cho Titan mặt trăng của Sao Thổ nói. “Nếu chúng ta tìm thấy chữ ký hóa học của sự sống, chúng ta có thể cố gắng tìm kiếm các dấu hiệu tương tự ở khoảng cách giữa các vì sao.”
Khi Webb ra mắt, các nhà khoa học sẽ cố gắng phát hiện chữ ký hóa học trong khí quyển của một số hành tinh trong hệ thống TRAPPIST-1, cách chòm sao Bảo Bình 39 năm ánh sáng. Năm 2017, các nhà thiên văn học tuyên bố rằng hệ thống này có bảy hành tinh có kích thước Trái đất. Một số người cho rằng một số hành tinh này có thể bị chảy nước và các ước tính của Quick ủng hộ ý tưởng này. Theo tính toán của nhóm của cô, TRAPPIST-1 e, f, g và h có thể là thế giới đại dương, sẽ đưa chúng vào giữa 14 thế giới đại dương mà các nhà khoa học xác định trong nghiên cứu này.
Các nhà nghiên cứu dự đoán rằng các ngoại hành tinh này có đại dương bằng cách xem xét nhiệt độ bề mặt của mỗi người. Thông tin này được tiết lộ bởi lượng bức xạ sao mà mỗi hành tinh phản xạ vào không gian. Nhóm của Quick cũng đã tính đến mật độ của từng hành tinh và lượng nhiệt dự kiến mà nó tạo ra so với Trái đất.
Nếu chúng ta thấy rằng mật độ của một hành tinh thấp hơn Trái đất, thì đó là dấu hiệu cho thấy có thể có nhiều nước hơn ở đó và không có nhiều đá và sắt. Và nếu nhiệt độ của hành tinh cho phép nước lỏng, chúng ta đã có một thế giới đại dương.
Nhưng nếu nhiệt độ bề mặt của một hành tinh thấp hơn 32 độ F (0 độ C), nơi nước bị đóng băng thì chúng ta có một thế giới đại dương băng giá và mật độ của những hành tinh đó thậm chí còn thấp hơn.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi NASA / Goddard Space Flight Center . Bản gốc được viết bởi Lonnie Shekhtman. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :