Chương 11
NGOẠI HÀNH TINH TRÁI ĐẤT
Cho dù bạn thích chạy nước rút, bơi lội, tản bộ, hay lê lết từ nơi này đến nơi khác trên Trái Đất, bạn đều có thể thưởng ngoạn nguồn cảnh quan không hạn chế của hành tinh chúng ta. Bạn có thể thấy một gân sọc đá vôi hồng trên thành một vách núi, một con bọ rùa đang ăn rệp trên một cành hoa hồng, một vỏ sò trồi lên khỏi cát. Tất cả những gì bạn phải làm là ngắm nhìn thôi.
Từ cửa sổ của một máy bay phản lực đang cất cánh, những chi tiết bề mặt ấy nhanh chóng biến mất. Không còn món rệp khai vị. Không còn vỏ sò hiếu kì. Lên tới cao độ bay, cách mặt đất khoảng bảy dặm, thì việc nhận ra những tuyến đường chính trở thành một thách thức.
Sự chi tiết tiếp tục nhạt nhòa khi bạn tăng độ cao vào không gian. Từ cửa sổ của Trạm Vũ trụ Quốc tế, bay ở độ cao khoảng 250 dặm, bạn có thể tìm thấy Paris, London, New York, và Los Angeles vào ban ngày, nhưng ấy chỉ vì bạn đã biết chúng nằm ở đâu trong lớp học địa lí rồi. Vào ban đêm, cảnh quan đô thị nguệch ngoạc của chúng ta hiện ra rực rỡ. Vào ban ngày, trái với những gì người ta đồn đại, có lẽ bạn sẽ không nhìn thấy Đại Kim Tự Tháp ở Giza, và chắc chắn bạn sẽ không nhìn thấy Vạn Lý Trường Thành của Trung Quốc. Sự mờ mịt của chúng một phần là do chúng được làm bằng đất và đá của quang cảnh xung quanh. Và mặc dù Vạn Lý Trường Thành dài hàng nghìn dặm, nhưng nó chỉ rộng có chừng hai mươi foot – hẹp hơn nhiều so với các đường cao tốc nội bang của nước Mĩ mà bạn có thể nhìn thấy rõ ràng từ một chuyến bay xuyên lục địa.
Từ trên quỹ đạo, với đôi mắt trần, bạn sẽ nhìn thấy những cột khói bốc lên từ vùng khai thác dầu bốc hỏa ở Kuwait lúc kết thúc Chiến tranh Vùng Vịnh Lần thứ nhất vào năm 1991, và khói bốc lên từ tòa tháp Trung tâm Thương mại Thế giới bốc cháy ở thành phố New York vào ngày 11 tháng Chín, 2001. Bạn cũng sẽ để ý thấy các đường ranh lục-nâu giữa các vạt đất canh tác và đất khô cằn. Ngoài danh sách ngắn vừa nêu, chẳng có nhiều thứ khác do con người làm nên có thể được nhận ra từ hàng trăm dặm cao trên bầu trời. Tuy nhiên, bạn có thể nhìn thấy rất nhiều cảnh quan thiên nhiên, bao gồm những cơn bão trên Vịnh Mexico, những tảng băng trôi trên Bắc Băng Dương, và các núi lửa phun ở bất cứ nơi nào chúng xuất hiện.
Nhìn từ Mặt Trăng, ở xa một phần tư triệu dặm, vẻ phồn hoa đô hội của New York, Paris, và phần còn lại của Trái Đất không còn hiện ra nhấp nháy nữa. Thế nhưng từ căn cứ địa Mặt Trăng bạn vẫn có thể quan sát thấy các diễn biến thời tiết chính di chuyển trên hành tinh. Nhìn từ sao Hỏa lúc nó ở gần nhất, ở xa chừng ba mươi lăm triệu dặm, những dãy núi đồ sộ phủ tuyết trên ngọn và rìa của các lục địa trên Trái Đất sẽ nhìn thấy được qua một chiếc kính thiên văn nghiệp dư cỡ lớn. Chuyển sang Hải Vương tinh, ở xa ba tỉ dặm – ngay dưới một bậc trên cấp độ vũ trụ – thì Mặt Trời sẽ mờ đi một nghìn lần, và nó sẽ chiếm phần diện tích trên bầu trời nhỏ hơn một nghìn lần so với khi nhìn từ Trái Đất. Còn bản thân Trái Đất thì sao? Nó là một đốm nhỏ không sáng hơn một ngôi sao mờ, song toàn bộ bị ẩn mất trong ánh chói của Mặt Trời.
Một bức ảnh nổi tiếng do phi thuyền vũ trụ Voyager 1 chụp vào năm 1990 ngay bên dưới quỹ đạo Hải Vương tinh cho thấy một Trái Đất nhìn từ không gian sâu đúng là nhạt nhòa: “một chấm xanh nhợt nhạt”, như nhà thiên văn vật lí người Mĩ Carl Sagan đã gọi. Nếu không có phần chú thích, đố bạn biết nó nằm ở đâu.
Điều gì sẽ xảy ra nếu một chủng loài não to nào đó ở rất xa xôi quét qua bầu trời bằng các cơ quan thị giác siêu nhiên của họ, cùng với sự hỗ trợ của các phụ tùng quang học tân tiến? Họ có thể phát hiện những chi tiết khả kiến nào trên bề mặt Trái Đất?
Màu xanh sẽ là trước tiên và trên hết. Nước chiếm hơn hai phần ba bề mặt Trái Đất; chỉ riêng Thái Bình Dương đã chiếm gần như toàn bộ một phía của hành tinh. Bất kì giống loài nào có đủ trang thiết bị và sự tinh thông để phát hiện màu sắc của hành tinh chúng ta chắc chắn sẽ suy luận ra sự có mặt của nước, phân tử dồi dào thứ ba trong vũ trụ.
Nếu thiết bị của họ có độ phân giải đủ cao, thì người ngoài hành tinh sẽ thấy nhiều hơn là một cái chấm xanh nhợt nhạt. Họ cũng sẽ nhìn thấy những đường bờ biển rối rắm, đề xuất mạnh rằng nước ở dạng lỏng. Và người ngoài hành tinh thông minh chắc chắn sẽ biết rằng nếu một hành tinh có nước lỏng, thì nhiệt độ và áp suất khí quyển của hành tinh đó rơi trong một phạm vi rõ rệt.
Các chỏm băng vùng cực đặc trưng của Trái Đất, chúng tỏa ra và co lại do các biến thiên nhiệt độ theo mùa, cũng có thể được nhìn thấy bằng ánh sáng khả kiến. Thế thì họ có thể nhìn thấy chuyển động tự quay hai mươi bốn giờ của hành tinh chúng ta, do bởi các lục địa có thể nhận ra quay vào tầm nhìn ở những khoảng thời gian dự đoán được. Người ngoài hành tinh cũng sẽ nhìn thấy những hệ thời tiết chính đến và đi; với sự nghiên cứu tỉ mỉ, họ có thể dễ dàng phân biệt các chi tiết liên quan đến các đám mây trong khí quyển với các chi tiết liên quan đến chính bề mặt Trái Đất.
Đã đến lúc kiểm tra thực tế. Ngoại hành tinh gần nhất – hành tinh gần nhất quay xung quanh một ngôi sao không phải Mặt Trời – có thể được tìm thấy trong hệ sao láng giềng của chúng ta, Alpha Centauri, cách chúng ta khoảng bốn năm ánh sáng và chủ yếu được nhìn thấy từ bán cầu nam của chúng ta. Phần lớn các ngoại hành tinh đã lập danh mục đều ở xa từ hàng chục đến hàng trăm năm ánh sáng. Độ sáng của Trái Đất chưa bằng một phần tỉ của Mặt Trời, và hành tinh của chúng ta ở gần Mặt Trời nên ai đó muốn nhìn thấy Trái Đất trực tiếp với một chiếc kính thiên văn ánh sáng khả kiến là chuyện cực kì khó. Nó tựa như việc cố gắng tìm kiếm ánh sáng của một con đom đóm trong vùng phụ cận của một ngọn đèn pha Hollywood. Vì thế nếu người ngoài hành tìm thấy chúng ta, thì có khả năng họ đang nhìn vào những bước sóng khác ngoài ánh sáng nhìn thấy, ví dụ như tia hồng ngoại, trong đó độ sáng của chúng ta so với Mặt Trời có tốt hơn một chút so với trong ánh sáng nhìn thấy – hoặc là các kĩ sư của họ đang thực thi một chiến lược khác nào đó.
Có lẽ họ đang làm cái việc mà một số thợ săn hành tinh của chúng ta vẫn thường hay làm: theo dõi các sao để xem chúng có chao đảo ở những khoảng thời gian đều đặn không. Sự chao đảo đều kì của ngôi sao tiết lộ sự có mặt của một hành tinh đang quay xung quanh mà có lẽ quá mờ để nhìn thấy trực tiếp. Trái với cái đa số mọi người tưởng rằng mình biết, một hành tinh không hề quay xung quanh ngôi sao chủ của nó. Thay vậy, cả hành tinh và ngôi sao chủ của nó quay xung quanh khối tâm chung của chúng. Hành tinh có khối lượng càng lớn, thì phản ứng của ngôi sao phải càng lớn, và sự chao đảo càng dễ đo hơn khi bạn phân tích ánh sáng của ngôi sao đó. Thật đáng tiếc cho các thợ săn ngoài hành tinh, Trái Đất quá tép riu, vì thế Mặt Trời hầu như chẳng nhúc nhích, điều này sẽ càng làm khó các kĩ sư ngoài hành tinh.
*
Kính thiên văn Kepler của NASA, được thiết kế và điều chỉnh để khám phá các hành tinh giống Trái Đất xung quanh các sao giống Mặt Trời, sử dụng một phương pháp dò tìm khác nữa, và đã bổ sung rất nhiều vào bảng danh mục ngoại hành tinh. Kepler tìm kiếm các sao có độ sáng toàn phần giảm đi chút ít, và theo những khoảng thời gian đều đặn. Trong những trường hợp này, hướng nhìn của Kepler vừa vặn để nhìn thấy ngôi sao mờ đi, chỉ một chút xíu thôi, do một trong các hành tinh của nó đi qua phía trước ngôi sao chủ. Với phương pháp này, bạn không thể nhìn thấy chính hành tinh đó. Bạn thậm chí không thể nhìn thấy bất kì chi tiết nào trên bề mặt ngôi sao. Kepler chỉ theo dõi các biến thiên về ánh sáng toàn phần của ngôi sao, nhưng đã bổ sung thêm hàng nghìn ngoại hành tinh vào bảng danh mục, trong đó có hàng trăm hệ sao nhiều hành tinh. Từ những dữ liệu này, bạn còn biết được kích cỡ của ngoại hành tinh, chu kì quỹ đạo của nó, và khoảng cách quỹ đạo của nó đến ngôi sao chủ. Bạn còn có thể đưa ra một suy luận có tính giáo dục về khối lượng của hành tinh.
Nếu bạn đang thắc mắc, thì khi Trái Đất đi qua phía trước Mặt Trời – điều đó luôn luôn xảy ra với hướng nhìn nhất định trong thiên hà – chúng ta chặn mất 1/10.000 bề mặt của Mặt Trời, vì thế tạm thời làm mờ ánh sáng toàn phần của Mặt Trời 1/10.000 lần so với độ sáng bình thường của nó. Thế thôi. Họ sẽ luôn khám phá được rằng Trái Đất tồn tại, nhưng chẳng biết được điều gì xảy ra trên bề mặt Trái Đất.
Sóng vô tuyến và vi sóng có thể hoạt động được. Có lẽ những người ngoài hành tinh đang nghe lén chúng ta có trong tay thứ gì đó đại loại như kính thiên văn vô tuyến 500 mét ở tỉnh Quý Châu của Trung Quốc. Nếu họ có, và nếu họ điều chỉnh tần số thích hợp, thì chắc chắn họ sẽ để ý thấy Trái Đất – hay đúng hơn, họ sẽ để ý thấy nền văn minh hiện đại của chúng ta là một trong những nguồn sáng nổi nhất trên bầu trời. Xét mọi thứ mà chúng ta có để phát ra sóng vô tuyến và vi sóng: không chỉ radio truyền thống, mà cả truyền hình, điện thoại di động, lò vi sóng, hệ thống mở cửa ga ra, hệ thống khóa cửa xe hơi, radar thương mại, radar quân sự, và các vệ tinh viễn thông. Chúng ta bừng sáng trong vùng sóng tần số dài – bằng chứng ngoạn mục rằng có thứ gì đó bất thường đang diễn ra ở đây, vì ở trạng thái tự nhiên của chúng, các hành tinh đá nhỏ khó mà phát ra bất kì tín hiệu sóng vô tuyến nào.
Vì thế, nếu những kẻ nghe trộm ngoài hành tinh ấy điều chỉnh phiên bản kính thiên văn vô tuyến của họ về phía chúng ta, thì họ có thể suy luận ra rằng hành tinh của chúng ta có ẩn chứa công nghệ. Tuy nhiên, vẫn có một phiền phức: những cách giải thích khác cũng hợp lí. Có thể họ sẽ không thể phân biệt các tín hiệu của Trái Đất với tín hiệu của những hành tinh lớn hơn trong hệ Mặt Trời của chúng ta, toàn bộ chúng đều là các nguồn đáng gờm phát sóng vô tuyến, nhất là Mộc tinh. Có thể họ nghĩ chúng ta là một loại hành tinh mới, kì cục, hoạt động vô tuyến mạnh. Có thể họ sẽ không thể phân biệt sự phát xạ vô tuyến của Trái Đất với của Mặt Trời, buộc họ kết luận rằng Mặt Trời là một kiểu sao mới, kì cục, hoạt động vô tuyến mạnh.
Các nhà thiên văn vật lí ở ngay trên Trái Đất này, tại Đại học Cambridge ở Anh, từng vấp phải chuyện tương tự vào năm 1967. Trong khi dùng kính thiên văn vô tuyến khảo sát bầu trời tìm các nguồn phát sóng vô tuyến mạnh, Antony Hewish và đội của ông tìm thấy thứ vô cùng kì lạ: một vật thể phát xung theo những khoảng thời gian chính xác, lặp lại, vừa nhỉnh hơn một giây. Jocelyn Bell, một sinh viên chưa ra trường của Hewish lúc ấy, là người đầu tiên để ý thấy nó.
Các đồng nghiệp của Bell sớm xác định được rằng các xung ấy đến từ một khoảng cách rất lớn. Ý nghĩ cho rằng tín hiệu ấy có tính công nghệ – một nền văn hóa khác đang phát bằng chứng về các hoạt động của nó trên toàn cõi không gian – là khó cưỡng nỗi. Như Bell nhớ lại, “Chúng tôi không có bằng chứng đó là một nguồn phát vô tuyến hoàn toàn tự nhiên… Ở đây tôi đang cố gắng lấy bằng tiến sĩ từ một kĩ thuật mới, và một toán con người màu xanh bé nhỏ ngốc nghếch nào đó cứ phải chọn hệ thống anten của tôi và tần số của tôi để giao tiếp với chúng ta.”1 Tuy nhiên, trong vòng vài ba ngày, bà tìm thấy những tín hiệu lặp lại khác đến từ những vùng khác trong thiên hà Ngân Hà của chúng ta. Bell cùng các trợ lí của bà nhận ra rằng họ vừa tìm thấy một loại vật thể vũ trụ mới – một ngôi sao làm hoàn toàn bằng neutron phát ra các xung sóng vô tuyến ứng với mỗi chuyển động tự quay mà nó thực hiện. Hewish và Bell đặt cho chúng cái tên hợp lí là “pulsar”.
Hóa ra, việc thu chặn sóng vô tuyến không phải là cách duy nhất để lén lút thăm dò. Còn có hóa vũ trụ học. Phân tích hóa học về khí quyển hành tinh đã trở thành một lĩnh vực sinh động của thiên văn vật lí hiện đại. Như bạn có thể đoán, hóa vũ trụ học phụ thuộc vào quang phổ học – phân tích ánh sáng bằng phương tiện quang phổ kế. Bằng cách khai thác các công cụ và chiến thuật của nhà quang phổ học, nhà hóa vũ trụ học có thể luận ra sự có mặt của sự sống trên một ngoại hành tinh, cho dù sự sống đó có tri giác, trí thông minh, hay công nghệ hay không.
Phương pháp này hoạt động được bởi vì mỗi nguyên tố, mỗi phân tử – cho dù nó tồn tại ở đâu trong vũ trụ – hấp thụ, phát xạ, phản xạ, và tán xạ ánh sáng theo một cách riêng. Và như đã thảo luận, cho ánh sáng đi qua một quang phổ kế, thì bạn sẽ tìm thấy các đặc điểm có thể gọi xác đáng là dấu vân tay hóa học. Phần lớn những dấu vân tay nhìn thấy được làm bởi các hóa chất chủ yếu bị kích thích bởi áp suất và nhiệt độ môi trường của chúng. Khí quyển các hành tinh có dồi dào những đặc điểm như thế. Và nếu một hành tinh đang có nhiều thực vật và động vật, thì khí quyển của nó sẽ dồi dào các chất đánh dấu sinh học – bằng chứng quang phổ của sự sống. Cho dù đó là sự sống phát sinh (được tạo ra bởi bất kì hay mọi dạng sống), sự sống vị nhân sinh (được tạo ra bởi các giống loài Homo sapiens bành trướng), hay do công nghệ (được tạo ra duy bởi công nghệ), thì bằng chứng tràn lan như thế sẽ khó mà che đậy được.
Trừ khi họ ra đời đã có sẵn các bộ cảm biến quang phổ trên người, bằng không thì những người ngoài hành tinh đang dòm ngó không gian của chúng ta sẽ cần phải chế tạo một quang phổ kế để đọc các dấu vân tay của chúng ta. Nhưng trên hết thảy, Trái Đất sẽ phải đi qua phía trước Mặt Trời (hay một nguồn sáng nào đó khác), cho phép ánh sáng xuyên qua khí quyển của chúng ta và tiếp tục đi tới chỗ người ngoài hành tinh. Bằng cách đó, các hóa chất trong khí quyển Trái Đất có thể tương tác với ánh sáng, để lại dấu vết của chúng để bàn dân thiên hà nhìn thấy.
Một số phân tử – ammonia, carbon dioxide, nước – có mặt phong phú trong vũ trụ, cho dù có mặt sự sống hay không. Còn các phân tử khác thịnh vượng trong sự có mặt của chính sự sống. Một chất đánh dấu sinh học dễ phát hiện khác nữa là hàm lượng phân tử methane được duy trì của Trái Đất, hai phần ba trong số chúng được tạo ra bởi các hoạt động liên quan đến con người như sản xuất dầu mỏ, canh tác lúa, cống thải nước ngập rác, và hơi ợ và rắm của thú nuôi trong nhà. Các nguồn thiên nhiên, chiếm một phần ba còn lại, là do việc ủ mục thực vật trong đất ẩm và chất thải của con mối. Trong khi đó, ở những nơi khan hiếm oxygen tự do, không phải lúc nào methane cũng cần sự sống để hình thành. Hiện nay, các nhà sinh vật học vũ trụ đang bàn cãi về nguồn gốc chính xác của vi lượng methane trên sao Hỏa và những lượng dồi dào methane trên vệ tinh Titan của sao Thổ, những nơi chúng ta cho rằng không có bò và mối cư ngụ.
Nếu người ngoài hành tinh theo dõi phía ban đêm của chúng ta trong khi chúng ta quay xung quanh ngôi sao chủ của mình, thì họ có thể để ý thấy một cực đại sodium (natrium) từ việc sử dụng rộng rãi đèn đường hơi sodium bật mở lúc chạng vạng ở các thành phố và nông thôn ngoại ô. Tuy nhiên, mách lẻo nhất sẽ là lượng oxygen trôi giạt tự do của chúng ta, thành phần chiếm trọn một phần năm khí quyển của chúng ta.
Oxygen –là nguyên tố dồi dào thứ ba trong vũ trụ, sau hydrogen và helium – có hoạt tính hóa học mạnh và dễ dàng liên kết với các nguyên tử hydrogen, carbon, nitrogen, silicon, lưu huỳnh, sắt, và vân vân. Nó còn liên kết với chính nó. Bởi thế, để oxygen tồn tại ở trạng thái ổn định, phải có thứ gì đó giải phóng nó nhanh như tốc độ nó bị tiêu thụ. Trên Trái Đất này, việc giải phóng đó truy nguyên đến sự sống. Sự quang hợp, do cây xanh và nhiều vi khuẩn thực hiện, tạo ra oxygen tự do trong các đại dương và trong khí quyển. Đến lượt nó, oxygen tự do cho phép tồn tại sự sống trao đổi chất dưỡng khí, trong đó có chúng ta và thực tế hầu như mỗi sinh vật khác trong vương quốc động vật.
Cư dân Trái Đất chúng ta biết rõ ý nghĩa của các dấu vân tay hóa học đặc trưng của hành tinh chúng ta. Song những người ngoài hành tinh ở xa tiếp cận chúng ta sẽ phải giải thích các kết quả của họ và kiểm tra các giả thuyết của họ. Sự xuất hiện đều đặn của sodium có nhất thiết mang tính công nghệ không? Oxygen tự do chắc chắn thuộc về sự sống phát sinh. Còn methane thì sao? Nó cũng không bền về mặt hóa học, và vâng, một phần methane là vị nhân sinh, thế nhưng như chúng ta đã thấy, methane cũng có các tác nhân vô sinh.
Giả sử người ngoài hành quả quyết rằng các đặc trưng hóa học của Trái Đất là bằng chứng chắc cú của sự sống, thì có lẽ họ sẽ cật vấn sự sống ấy có thông minh hay không. Cứ cho rằng người ngoài hành tinh giao tiếp với nhau, và có lẽ họ cũng giả định rằng các dạng sống thông minh khác cũng giao tiếp với nhau. Có lẽ đó là khi họ quyết định nghe lén Trái Đất bằng các kính thiên văn vô tuyến của họ để xem phần nào của phổ điện từ là do các cư dân Trái Đất gây ra. Vậy nên, cho dù người ngoài hành tinh thăm dò với hóa học hay với sóng vô tuyến, có thể họ đi tới kết luận giống nhau: một hành tinh có công nghệ tiên tiến phải đông đúc các dạng sống thông minh, chúng có thể tự chiếm lĩnh việc khám phá cách vũ trụ vận hành và cách áp dụng các quy luật của nó vì lợi ích cá nhân hoặc lợi ích tập thể.
Nhìn kĩ hơn về các dấu vân tay khí quyển của Trái Đất, thì các chất đánh dấu sinh học liên quan đến con người cũng sẽ bao gồm các acid sulfuric, carbonic, và nitric, và các thành phần khác của khói đốt nhiên liệu hóa thạch. Nếu những người ngoài hành tinh hiếu kì kia có tính hoạt động xã hội, văn hóa, và công nghệ tiên tiến hơn so với chúng ta, thì chắc chắn họ sẽ giải thích các chất đánh dấu sinh học này là bằng chứng thuyết phục cho sự có mặt của sự sống thông minh trên Trái Đất.
*
Ngoại hành tinh đầu tiên được khám phá vào năm 1995, và, lúc ra đời bài viết này, bảng danh sách đã nối dài đến ba nghìn, chủ yếu được tìm thấy trong một túi nhỏ của Ngân Hà xung quanh hệ Mặt Trời. Vì thế còn rất nhiều nơi khác để tìm kiếm chúng. Xét cho cùng, thiên hà của chúng ta chứa hơn một trăm tỉ sao, và vũ trụ đã biết có chừng vài trăm tỉ thiên hà.
Cuộc tìm kiếm của chúng ta về sự sống trong vũ trụ đã thúc đẩy việc tìm kiếm ngoại hành tinh, một vài trong số chúng giống với Trái Đất – không phải giống về chi tiết, tất nhiên rồi, mà về những tính chất tổng thể. Những ước tính mới đây nhất, ngoại suy từ các danh mục hiện nay, đề xuất rằng có đến bốn mươi tỉ hành tinh giống-Trái Đất trong riêng Ngân Hà thôi. Đó là những hành tinh mà hậu duệ của chúng ta có thể muốn đến thăm vào một ngày nào đó, tùy ý chọn lựa, nếu không phải do cấp thiết.
1Jocelyn Bell, Biên niên của Viện hàn lâm Khoa học New York 302 (1977): 586.
Thiên văn vật lí cho người bận rộn
Neil DeGrasse Tyson - Bản dịch của Thuvienvatly.com
Phần tiếp theo >>
![[ebook] Thiên Văn Vật Lí Cho Người Bận Rộn](/bai-viet/images/2019/05/thienvan2.png)
