Chống lóa cho kính viễn vọng tìm sự sống ngoài Trái Đất

Dự án Starshade của NASA có thể phát hiện dấu hiệu sự sống ngoài Trái Đất bị ánh sáng từ các ngôi sao che giấu, nhờ thiết bị chống lóa cho kính viễn vọng.

Dự án chống lóa cho kính viễn vọng

Việc hàng nghìn hành tinh nằm ngoài hệ Mặt Trời được phát hiện vài năm trở lại đây đã làm tăng khả năng một trong số chúng có sự sống, thậm chí có thể tồn tại của một hành tinh "sinh đôi" với Trái Đất.

"Thay vì nghi ngờ liệu có những hành tinh tồn tại bên ngoài Trái Đất chúng tôi đã chuyển sang tìm kiếm sự sống trên những hành tinh này", Nick Siegler, trưởng nhóm nghiên cứu Chương trình thăm dò hành tinh của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA). "Đó là sự thay đổi rất lớn trong quan điểm của NASA về việc tìm kiếm sự sống".

Những chiếc cánh của Starshade đang được lắp đặt tại Mỹ. (Ảnh: NASA).

Tuy nhiên, việc phát hiện sự sống ở cách xa hàng triệu km không hề đơn giản, đặc biệt nếu như sự sống ở đó chưa đạt tới sự thông minh nhất định. Sara Seager, một nhà khoa học tìm kiếm dấu hiệu của sự sống trên Trái Đất thứ hai tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), tin rằng điểm mấu chốt là phải nghiên cứu thật kỹ bầu khí quyển của những hành tinh tiềm năng.

Một trong những công nghệ có thể giúp các nhà nghiên cứu như Seager đạt được mục tiêu là một thiết bị hình cánh hoa kỳ lạ gọi là Starshade.

Mô phỏng hoạt động của Starshade ngoài vũ trụ:

Theo BBC, một ngôi sao giống Mặt Trời có cường độ ánh sáng gấp 10 tỉ lần một hành tinh cỡ Trái Đất. Nếu hành tinh cần quan sát ở gần một ngôi sao như thế thì chúng ta hầu như chỉ thấy ánh sáng trực tiếp từ ngôi sao.

Hy vọng duy nhất cho các nhà thiên văn học là phải ngăn được ánh sáng từ một ngôi sao như thế, cho phép kính thiên văn quan sát trực tiếp ánh sáng từ chính các hành tinh.

Đây là một chiến lược hoàn toàn khác với cách các nhà thiên văn học đã sử dụng. Do ánh sáng trực tiếp từ những hành tinh ở xa rất mờ nhạt, kỹ thuật quan sát chủ yếu hiện nay là thăm dò gián tiếp - ví dụ bằng cách phát hiện những thay đổi trong ánh sáng từ những ngôi sao khi một hành tinh đi qua phía trước nó hoặc bằng cách đo sự dao động của các ngôi sao khi lực hấp dẫn của một hành tinh tác động vào nó.

Thử nghiệm mô hình thu nhỏ của Starshade tại sa mạc. (Ảnh: Northrop Grumman).

Starshade có dạng một cây dù khổng lồ trong không gian được thiết kế để chặn ánh sáng từ những ngôi sao, giúp kính thiên văn tránh được tia lóa từ những ngôi sao này vào các hành tinh. Nhờ đó mà chúng ta có thể quan sát thấy dấu hiệu của sự sống nếu chúng tồn tại trên các hành tinh.

"Nếu chúng ta muốn tìm kiếm sự sống bên ngoài Trái Đất chắc chắn chúng ta phải xây dựng Starshade", Seager cho biết. Với Starshade, các nhà khoa học hy vọng sẽ xác định được thành phần trong bầu khí quyển của các hành tinh, và phát hiện các nguyên tố cho thấy sự hiện diện của sự sống - như oxy, nguyên tố chiếm tới 20% bầu khí quyển của Trái Đất.

"Oxy được xem là chỉ dấu sinh học quan trọng. Nếu không có sự sống - thực vật hoặc vi khuẩn quang hợp - chúng ta sẽ thấy hầu như không có oxy", Seager nói. Tuy nhiên, để xác định nguồn gốc sinh học của từng nguyên tố vẫn còn là thách thức, vì sự sống trên Trái Đất sản xuất tất cả các loại khí, còn sự sống ngoài hành tinh có thể đa dạng hơn.

Mặc dù chưa có bất kỳ dấu hiệu nào của sự sống ngoài Trái Đất, các nhà thiên văn học đã phát hiện một vài bầu khí quyển tồn tại. Khi một hành tinh đi qua phía trước ngôi sao gần nó, ánh sáng sao xuyên qua lớp khí bao quanh hành tinh này. Các phân tử trong khí quyển hấp thụ các bước sóng ánh sáng cụ thể, tùy theo từng nguyên tố. Bằng cách đo bước sóng hấp thu, các nhà thiên văn có thể xác định được thành phần của khí quyển.

Kính thiên văn lớn như kính viễn vọng không gian James Webb, dự kiến ​​sẽ ra mắt năm 2018, cho phép quan sát những thay đổi này và có thể giúp nghiên cứu kỹ hơn về bầu khí quyển của các hành tinh, thậm chí có thể phát hiện được những chỉ dấu sinh học. Nhưng phương pháp này chỉ tốt cho hệ thống hành tinh quanh các ngôi sao nhỏ được gọi là sao lùn M. Khi một ngôi sao lớn như Mặt Trời xuất hiện bên cạnh các hành tinh, những kính viễn vọng lớn như James Webb vẫn không có nhiều tác dụng. Đó là lý do các nhà thiên văn như Seager muốn dự án Starshade thành hiện thực.

Lắp đặt Starshade trong phòng thí nghiệm:

Theo kế hoạch, Starshade sẽ được phóng ra ngoài không gian cùng với một kính viễn vọng. Khi đạt đến vị trí định trước, nó sẽ mở rộng để có đường kính rộng 34m. Các cánh hoa, có hình dạng như lưỡi dao cạo, sẽ loại bỏ ảnh hưởng của nhiễu xạ. Starshade và kính thiên văn sau đó sẽ tách ra ở khoảng cách cỡ 50.000km - gần gấp 4 lần đường kính Trái Đất.

Điều này không dễ dàng và các nhà nghiên cứu đã thực hiện những thí nghiệm tương tự trong sa mạc để kiểm chứng. Jeremy Kasdin tại Đại học Princeton, một thành viên của dự án Starshade, cũng đang tiến hành các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm với một mô hình thu nhỏ bằng một Starshade rộng khoảng 5cm. Nếu dự án được đủ kinh phí và mọi việc suôn sẻ, NASA có thể khởi động Starshade sớm nhất năm 2026.

"Chúng tôi thấy không có bất kỳ trở ngại nào đối với dự án Starshade", Kasdin cho biết.

Một điểm sáng ở xa được thiết kế để mô phỏng lại một ngôi sao. (Ảnh: Northrop Grumman).

Nhưng Starshade không phải là cách duy nhất để loại bỏ ánh sáng cực mạnh từ những ngôi sao. Dự án Starshade có thể trùng với WFIRST, một kính thiên văn không gian thế hệ tiếp theo. WFIRST được trang bị một công cụ là coronagraph, giúp loại bỏ ánh sáng của ngôi sao ở bên trong kính thiên văn.

"Chúng tôi muốn có nhiều cách tiếp cận trong trường hợp một trong hai cách không hiệu quả", Siegler nói.

Coronagraph là một công nghệ thử nghiệm được phát triển lần đầu vào những năm 1930 để nghiên cứu lớp vỏ của Mặt Trời. Theo Siegler, công nghệ này chưa sẵn sàng. Coronagraphs là một thiết bị phức tạp và mỏng manh, nhạy cảm với nhiệt từ Mặt Trời hay những rung động từ những cơ cấu bên trong kính viễn vọng. Do một nguyên nhân nào đó, ánh sáng từ những ngôi sao đi vào thiết bị cảm biến ánh sáng sẽ làm nhiều quan sát.

Với Starshade, ánh sáng chói lóa từ các ngôi sao mà không bao giờ tới được các kính viễn vọng. Thay vì những kính viễn vọng khổng lồ, chúng ta chỉ một chiếc kính thiên văn tương đối đơn giản, rẻ hơn và dễ lắp đặt hơn. Ngoài ra, Starshade có thể thậm chí không cần kính viễn vọng riêng mà có thể kết hợp với WFIRST. Cả Siegler và Kasdin đều tin rang trong một ngày không xa những bằng chứng đang được che giấu bên trong ánh sáng từ các ngôi sao sẽ sớm tiết lộ câu trả lời về sự sống ngoài Trái Đất.