Ánh đất giúp tìm kiếm sự sống trên những hành tinh khác

Nghiên cứu ánh sáng từ Trái đất phản xạ trên Mặt trăng có thể giúp các nhà thiên văn tìm kiếm sự sống trên những hành tinh xa xôi. Đó là khẳng định của các nhà thiên văn ở Chile, Anh và Tây Ban Nha; họ đã chứng minh rằng ánh sáng mờ nhạt từ Trái đất có chứa những tín hiệu mạnh của những quá trình sinh học xảy ra trên hành tinh chúng ta.

Cho đến nay, người ta đã phát hiện ra khoảng 760 hành tinh ngoài hệ mặt trời – hay hành tinh ngoại – quay xung quanh những ngôi sao khác ngoài Mặt trời của chúng ta. Mục tiêu tối hậu của nhiều nhà thiên văn nghiên cứu hành tinh ngoại là xác định xem một số hành tinh như thế có sự sống hay không. Công việc đó đòi hỏi phải nghiên cứu quang phổ của ánh sáng bị hấp thụ hoặc phát ra từ hành tinh ngoại để tìm kiếm những lượng oxygen và methane phân tử trong khí quyển có thể là dấu hiệu của sự sống. Các nhà thiên văn cũng sẽ tìm kiếm một sự biến thiên rõ nét của suất phản chiếu của hành tinh là một hàm của bước sóng – điều đó sẽ xảy ra nếu một hành tinh ngoại có cây xanh giống như trên Trái đất.

Mặt trăng khuyết và ánh đất trên Đài thiên văn Paranal thuộc ESO ở Chile

Mặt trăng khuyết và ánh đất trên Đài thiên văn Paranal thuộc ESO ở Chile. (Ảnh: ESO/B Tafreshi/TWAN)

Giảm ánh sáng chói

Một thách thức quan trọng trong việc tìm kiếm những dấu hiệu sinh học như vậy là làm thế nào tách biệt ánh sáng tương đối mờ nhạt từ phía hành tinh ngoại với ánh sáng chói của ngôi sao đồng hành của nó. Một giải pháp có triển vọng là khai thác thực tế là ánh sáng phản xạ từ một hành tinh bị phân cực, trong khi ánh sáng từ ngôi sao đến bình thường không bị phân cực. Trên nguyên tắc, một kĩ thuật gọi là quang phổ phân cực có thể dùng để phân biệt giữa ánh sáng sao và ánh sáng đến từ một hành tinh ngoại.

Michael Sterzik thuộc Đài thiên văn Nam châu Âu ở Santiago, Chile, Stefano Bagnulo thuộc Đài thiên văn Armagh ở Anh, và Enric Palle thuộc Viện Thiên văn Vật lí Quần đảo Canary, đã sử dụng kĩ thuật quang phổ phân cực để nghiên cứu ánh đất và chứng minh rằng kĩ thuật có thể dùng để tìm kiếm những dấu hiệu của sự sống trên các hành tinh ngoại.

Đội khoa học đã sử dụng Kính thiên văn Rất Lớn (VLT) của ESO ở Chile để nghiên cứu ánh đất thu thập vào hai ngày khác nhau trong năm 2011 – một ngày tháng 4 và một ngày tháng 6. Đội khoa học tập trung vào bước sóng 500–900 nm, tương ứng với ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại gần. Ở cả hai ngày, họ tìm thấy sự phân cực là lớn nhất – khoảng 10% - ở những bước sóng ngắn và giảm xuống khoảng 4% ở bước sóng 900 nm.

Đất liền và biển cả

Một khác biệt lí thú giữa hai quan sát trên là sự phân cực vào tháng 6 cao hơn khoảng 3% so với vào tháng 4. Theo các nhà nghiên cứu, đây có thể là do những phần khác nhau của Trái đất đang hướng mặt về phía Mặt trăng khi các quan sát được thực hiện. Vào tháng 4, ánh sáng đến từ một khu vực có tâm nằm trên Đại Tây Dương chứa Nam Mĩ, châu Phi và châu Âu. Vào tháng 6, ánh sáng chủ yếu đến từ Thái Bình Dương, với ít diện tích đất liền hơn có thể nhìn thấy từ Mặt trăng.

Để tiếp tục nghiên cứu ánh đất, bộ ba đã biến đổi phổ phân cực thành một hàm trơn và tìm kiếm những sai lệch khỏi hàm này. Những sai lệch cho biết những đặc điểm quang phổ đi cùng với sự hấp thụ hoặc phát xạ ánh sáng từ những phân tử sinh học đáng nghiên cứu như oxygen hoặc chlorophyll. Trong cả hai quang phổ, họ tìm thấy một chi tiết hẹp tại khoảng 760 nm tương ứng với oxygen phân tử. Những lượng lớn hơn của dạng oxygen này chỉ được trông đợi tìm thấy trên những hành tinh chứa những dạng sống thực hiện một số loại quang hợp để tạo ra oxygen phân tử - nếu không có chúng thì các phân tử oxygen sẽ nhanh chóng phản ứng và biến mất khỏi khí quyển.

Chộp dính rìa đỏ

Đội khoa học đã phát hiện ra một dấu hiệu mách bảo nữa của thực vật, “đầu đỏ”, ở một trong hai quang phổ. Đây là một sự biến thiên lớn và đột ngột trong sự hấp thụ ánh sáng bởi thực vật xảy ra ở bước sóng khoảng 700 nm. Tại những bước sóng ngắn hơn, chlorophyll hấp thụ rất mạnh và do đó cây xanh ít phản xạ ánh sáng – trên 700 nm, chlorophyll không hấp thụ ánh sáng, nghĩa là lá cây có thể phản xạ nhiều ánh sáng mặt trời trở vào không gian hơn. Rìa đỏ nổi bật lên trong dữ liệu tháng 4 nhưng rất yếu trong tháng 6. Điều này có vẻ phù hợp với thực tế là quan sát tháng 4 có nhiều đất liền hơn tháng 6.

Đội khoa học cũng đã khảo sát xem sự có mặt của mây bao phủ trên các đại dương và thực vật ảnh hưởng như thế nào đến các phép đo, và họ đề xuất rằng kĩ thuật quang phổ phân cực cũng có thể dùng để nghiên cứu mây trên những hành tinh ở xa.

“Việc tìm kiếm sự sống bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta phụ thuộc vào hai thứ: sự sống này có tồn tại hay không, và có khả năng kĩ thuật để phát hiện ra nó hay không,” Palle giải thích. “Công trình nghiên cứu này là một bước quan trọng tiến tới đạt được khả năng đó.” Sterzik bổ sung thêm: “Kĩ thuật quang phổ phân cực rốt cuộc cho chúng ta biết sự sống thực vật đơn giản – dựa trên các quá trình quang hợp – có xuất hiện ở đâu đó khác trong vũ trụ hay không.”

Sẽ nghiên cứu những hành tinh khí khổng lồ trước

Tuy nhiên, có lẽ kĩ thuật trên chưa thể áp dụng ngay cho những hành tinh ngoại giống Trái đất. Việc nâng cấp những kính thiên văn hiện có như thiết bị SPHERE trên VLT và Máy ảnh Hành tinh Gemini trên kính thiên văn Gemini sẽ có thể cho phép những phép đo phân cực trên những hành tinh ngoại kiểu Mộc tinh trong vài ba năm tới. Trong khi nghiên cứu này có thể mang lại cái nhìn sâu sắc mới về khí quyển của những hành tinh khí khổng lồ này, thì việc nghiên cứu những hành tinh ngoại đất đá giống Trái đất mờ nhạt hơn nhiều có khả năng sẽ phải chờ đến khi kính thiên văn vũ trụ Sứ mệnh Thế giới Mới đã lên kế hoạch NASA phóng lên quỹ đạo vào năm 2019.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature 483 64.

KaDick – thuvienvatly.com
Nguồn: physicsworld.com