Logo Zephyrnet

Giấc mơ khám phá cuộc sống của người ngoài hành tinh Tìm thấy hy vọng mới

Ngày:

Giới thiệu

Một trong nhiều lần Lisa Kalteneggergiấc mơ của ông tiến gần hơn một chút đến thực tế là vào một buổi sáng tháng Tư lạnh giá cách đây một thập kỷ tại một hội nghị thiên văn học. Cô ấy đang nắm chặt thứ mà cô ấy nhớ là một tách cà phê kinh khủng, thật kinh khủng, không phải vì cô ấy định uống thêm nữa mà vì cô ấy đã xếp hàng chờ đợi và nó còn ấm trong tay cô ấy. Sau đó, Bill Borucki đi theo hướng của cô ấy.

Cô sẵn sàng bảo anh tránh uống cà phê. Nhưng Borucki, người đứng đầu sứ mệnh Kepler của NASA, một kính viễn vọng không gian được thiết kế để săn lùng các hành tinh quay quanh các ngôi sao khác (hay “các ngoại hành tinh”), có một vấn đề khác để thảo luận. Kepler đã thoáng thấy hai hành tinh ngoại cỡ Trái đất đầu tiên của nó có khả năng có nước lỏng trên bề mặt của chúng. Đây là những thế giới mới kỳ lạ mà mọi người tại hội nghị - và có thể là hầu hết loài người - đã tưởng tượng ra ít nhất một lần. Kaltenegger có xác nhận rằng các hành tinh có thể ở được không?

Kaltenegger, lúc đó là nhà vật lý thiên văn tại Viện Thiên văn học Max Planck ở Heidelberg, Đức, bắt đầu chạy các mô hình khí hậu mới trước khi hội nghị kết thúc, kết hợp các sự kiện cơ bản như đường kính của các hành tinh và ánh sáng ấm áp của ngôi sao của chúng. Câu trả lời cuối cùng của cô ấy: một có đủ điều kiện. Các hành tinh có thể phù hợp với sự sống, hoặc ít nhất là đối với nước ở thể lỏng; chúng thậm chí có thể là thế giới nước, được bao bọc trong đại dương vô tận mà không có một mỏm đá nào nhô lên trên những con sóng. Báo trước là cô ấy sẽ cần những quan sát nâng cao hơn để chắc chắn.

Kaltenegger kể từ đó có lẽ đã trở thành nhà lập mô hình máy tính hàng đầu thế giới về các thế giới có khả năng sinh sống được. Vào năm 2019, khi một tàu vũ trụ săn ngoại hành tinh khác của NASA có tên TESS tìm thấy hành tinh của riêng mình thế giới ôn đới, đá đầu tiên, cô lại được mời vào vai thanh tra nhà vũ trụ. Gần đây nhất, cuộc khảo sát của SPECULOOS có trụ sở tại Bỉ đã liên hệ với cô ấy để giúp hiểu một hành tinh cỡ Trái đất mới được tìm thấy được đặt tên là SPECULOOS-2c ở rất gần ngôi sao của nó. Cô và các đồng nghiệp của mình đã hoàn thành một phân tích, tải lên dưới dạng một bản in trước vào tháng 2, cho thấy rằng nước của SPECULOOS-XNUMXc có thể đang trong quá trình bốc hơi giống như hơi nước trong phòng xông hơi khô, giống như bất kỳ biển nào trên Sao Kim đã làm từ lâu và như các đại dương của Trái đất sẽ bắt đầu trong nửa tỷ năm nữa. Các quan sát bằng kính thiên văn sẽ có thể cho biết trong vòng vài năm nếu điều đó xảy ra, điều này sẽ giúp tiết lộ tương lai của hành tinh chúng ta và tiếp tục phân định ranh giới rõ ràng giữa thế giới thù địch và thế giới có thể ở được trên khắp thiên hà.

Khi mô phỏng Trái đất thay thế và tầm nhìn mang tính suy đoán hơn về các hành tinh có sự sống, Kaltenegger tận dụng sự sống và địa chất kỳ lạ được tìm thấy trên Trái đất để phát triển một loạt kỳ vọng có hệ thống hơn về những gì có thể xảy ra ở những nơi khác. “Tôi đang cố gắng thực hiện những nguyên tắc cơ bản,” cô ấy nói với tôi trong chuyến thăm gần đây tới Đại học Cornell, nơi cô ấy lãnh đạo một viện mang tên Carl Sagan, một nhà thiên văn học lôi cuốn khác ở Ithaca với những ý tưởng lớn về việc chấm dứt sự cô đơn của loài người trong vũ trụ.

Giới thiệu

Nhiệm vụ bao trùm của cô - tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh - đang bước vào giai đoạn chưa từng có. Ngoại trừ sự xuất hiện đột ngột của một thứ gì đó giống như một chương trình phát thanh ngoài trái đất, hầu hết các nhà thiên văn học tin rằng cơ hội ngắn hạn tốt nhất của chúng ta để bắt gặp sự sống khác trong vũ trụ là phát hiện các loại khí đặc trưng sinh học — các loại khí chỉ có thể đến từ sự sống — trôi nổi trong bầu khí quyển của các ngoại hành tinh. Loại phép đo từ xa cần thiết để thực hiện loại phát hiện đó đã làm hạn chế khả năng của ngay cả những đài quan sát tiên tiến nhất của nhân loại. Nhưng với Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) hiện đang trong vài tháng quan sát đầu tiên, một khám phá như vậy đã trở nên khả thi.

Trong vài năm tới, kính viễn vọng không gian khổng lồ sẽ xem xét kỹ lưỡng một số thế giới đá được coi là có thể ở được, có thể bao gồm cả SpecULOOS-2c mới. Tối thiểu, các nghiên cứu của JWST nên phân biệt xem những hành tinh này có bầu khí quyển hay không; họ cũng có thể chỉ ra rằng một số đang nhỏ giọt nước lỏng. Một cách lạc quan nhất - nếu các sinh quyển dễ dàng hình thành từ các thế giới giống Trái đất - kính viễn vọng có thể phát hiện các tỷ lệ kỳ lạ của carbon dioxide, oxy và metan trên một trong những hành tinh này. Sau đó, các nhà thiên văn học có thể bị cám dỗ mạnh mẽ để gán sự pha chế cho sự hiện diện của một hệ sinh thái ngoài trái đất.

Việc tìm kiếm các dấu hiệu sinh học sẽ yêu cầu Kaltenegger và một nhóm nhỏ các đồng nghiệp của cô ấy thu được sự chắc chắn từ cực ít photon. Không chỉ các tín hiệu khí quyển mà họ đang tìm kiếm sẽ yếu, mà cô ấy và các đồng nghiệp của mình phải lập mô hình tương tác có thể có của một hành tinh giữa ánh sáng sao, đá và không khí đủ chính xác để chắc chắn rằng không có gì ngoài sự sống có thể giải thích sự hiện diện của một loại khí cụ thể trong khí quyển. Bất kỳ phân tích nào như vậy đều phải điều hướng giữa Scylla và Charybdis, tránh cả hai trường hợp phủ định sai — sự sống ở đó nhưng bạn đã bỏ lỡ nó — và các kết quả dương tính giả tìm thấy sự sống ở nơi không có.

Làm sai dẫn đến hậu quả. Không giống như hầu hết các nỗ lực khoa học, việc tìm kiếm các dấu hiệu của sự sống ngoài trái đất diễn ra dưới ánh đèn sân khấu không thể tránh khỏi và trong một hệ sinh thái thông tin tăng áp nơi bất kỳ nhà khoa học nào cũng kêu lên “Sự sống!” làm cong cơ cấu tài trợ, sự chú ý và niềm tin của công chúng. Bản thân Kaltenegger gần đây đã ngồi ở hàng ghế đầu trong một tập phim như vậy.

Thế hệ của cô ấy phải đối mặt với một áp lực khác, một áp lực tôi định tạo ra một cách tế nhị nhưng cuối cùng lại thốt ra chỉ một giờ sau khi gặp cô ấy. Cô và các đồng nghiệp của mình bắt đầu sự nghiệp vào buổi bình minh của kỷ nguyên ngoại hành tinh. Bây giờ họ đang trong một cuộc chạy đua để khám phá sự sống trên một người trước khi họ chết.

Hành tinh mơ ước

Công cuộc tìm kiếm chữ ký sinh học hiện đại bắt đầu gần như ngay lập tức sau khi phát hiện ra ngoại hành tinh đầu tiên vào năm 1995 — một hành tinh khí khổng lồ — quay quanh một ngôi sao giống như mặt trời. Việc săn tìm hành tinh nhanh chóng trở nên gay gắt và cạnh tranh, một cuộc chạy đua giành các tiêu đề. Một số nhà thiên văn học cao cấp nghi ngờ rằng lĩnh vực con hào nhoáng, đói tài nguyên này có thể cung cấp nhiều hơn các phép đo một lần của một vài hành tinh độc nhất. “Mọi người tỏ ra hoài nghi một cách công khai, và một số người giận dữ phản đối điều đó,” ông nói Sarah Seager, một nhà thiên văn học ngoại hành tinh tại Viện Công nghệ Massachusetts. Trong khi đó, các nhóm các nhà nghiên cứu có cùng chí hướng bắt đầu tập trung tại các hội thảo để khám phá những câu hỏi mới đáng giá của bầu trời rộng mở. “Chúng tôi chưa bao giờ nói không với bất kỳ ý tưởng nào,” Seager, lúc đó đang là sinh viên mới tốt nghiệp, cho biết.

Kaltenegger là sinh viên năm nhất đại học khi tin tức về các ngoại hành tinh khổng lồ đầu tiên được tung ra. Cô lớn lên ở một thị trấn nhỏ ở Áo, với cha mẹ ủng hộ sở thích của cô về toán, vật lý và ngôn ngữ; các thủ thư thị trấn biết cô ấy rõ đến mức họ sẽ đưa cho cô ấy những cuốn sách mới mà họ chưa phân loại. “Mọi thứ đều có thể,” cô ấy nói về quá trình lớn lên của mình. Tại Đại học Graz, cô bị cuốn hút vào cuộc tìm kiếm những thế giới mới. Seager, người đã gặp Kaltenegger tại một chương trình học hè năm 1997, giờ đây ca ngợi sự táo bạo đáng chú ý đã khiến một sinh viên chưa tốt nghiệp tham gia vào một lĩnh vực con vẫn còn quá xa vời và phù du. Seager nói: “Có thể có mặt ở đó ngay từ đầu - đó không chỉ là sự trùng hợp ngẫu nhiên. Khi Kaltenegger kết thúc chương trình học đại học, cô đã nhận được tài trợ từ Liên minh Châu Âu và mời mình vào một vị trí mở tại một đài thiên văn ở Tenerife trên Quần đảo Canary. Ở đó, cô đã dành những đêm dài say cà phê để săn lùng các ngoại hành tinh, nghe đi nghe lại album Dire Straits của một postdoc trước khi loạng choạng bước ra ngoài để ngắm nhìn mặt trời mọc trên khung cảnh đầy dung nham.

Trong khi đó, các cơ quan vũ trụ đã bắt tay vào hành động. Năm 1996, một quản trị viên của NASA, Dan Goldin, đã công bố một kế hoạch có hiệu quả chạy nước rút ngay từ khi phát hiện ra các ngoại hành tinh khí khổng lồ đầu tiên cho đến tận vùng kết thúc. Kế hoạch của ông kêu gọi xây dựng các đài quan sát khổng lồ trên không gian, được đặt tên là Máy tìm kiếm hành tinh trên mặt đất, có thể thực hiện các phép đo quang phổ chi tiết về các Trái đất ngoài hành tinh, phá vỡ ánh sáng của chúng thành các màu thành phần để hiểu cấu tạo hóa học của chúng.

Tốt hơn nữa, Goldin muốn có những bức ảnh thực tế về các hành tinh. Vào năm 1990, tàu thăm dò Du hành của NASA, theo lệnh của Sagan, đã chụp một bức ảnh về ngôi nhà từ bên ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương, biến toàn bộ thế giới mong manh đang sống, đang thở của chúng ta thành một chấm xanh nhạt lơ lửng trong khoảng không. Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể nhìn thấy một chấm xanh nhạt khác lấp lánh trong bóng đen?

Giới thiệu

Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đã vạch ra phiên bản riêng của sứ mệnh tìm kiếm sự sống, song hành với Trái đất, được gọi là Darwin. Kaltenegger, khi đó 24 tuổi, đã nộp đơn xin vào làm và được nhận. “Tôi đã tự hỏi mình: Nếu bạn sống trong thời đại mà bạn có thể biết liệu chúng ta có đơn độc trong vũ trụ hay không và liệu tôi có thể giúp được gì không?” cô ấy nói tại Cornell, đeo một chiếc vòng cổ bằng đá quý màu ngọc lam tượng trưng cho một chấm màu xanh nhạt và giữ thăng bằng một tách trà trên đầu gối. “Nhìn lại cuộc đời mình, đó có lẽ là điều tôi muốn làm.” Cô được giao nhiệm vụ xem xét sự đánh đổi thiết kế của sứ mệnh và soạn thảo danh sách các ngôi sao mà đội kính viễn vọng của Darwin nên quét tìm các hành tinh; song song, cô theo học tiến sĩ.

Nhưng vào những năm 2000, tầm nhìn về những chiếc kính thiên văn lớn săn lùng người ngoài hành tinh đã sụp đổ ở cả hai bờ Đại Tây Dương. Các nghiên cứu của Darwin đã thất bại vào năm 2007. Một lý do là lịch trình phát triển chậm chạp của chính JWST, đã tiêu tốn ngân sách và khoảng thời gian chú ý. Một nghi ngờ khác là khoa học: Vào thời điểm đó, các nhà thiên văn học không biết phần nào trong số các ngôi sao của Dải Ngân hà có các hành tinh đá với khả năng có khí hậu ôn hòa, ổn định.

Tỷ lệ đó hóa ra là khoảng 2009/XNUMX, theo tiết lộ của kính viễn vọng không gian Kepler, được phóng vào năm XNUMX và tiếp tục phát hiện ra hàng nghìn ngoại hành tinh. Một nhiệm vụ Tìm kiếm hành tinh trên mặt đất, nếu một người được hồi sinh, sẽ có rất nhiều địa điểm để chỉ ra.

Tuy nhiên, kể từ khi Kepler ra mắt, những thỏa hiệp thực dụng đã khiến các nhà sinh vật học vũ trụ mơ ước nhỏ hơn, chuyển nguồn lực của họ xuống một con đường khiêm tốn hơn. Một đài thiên văn như Darwin có thể đã chọn ra tín hiệu của một hành tinh đá bên cạnh một ngôi sao sáng hơn nhiều - một thách thức thường được so sánh với việc chụp ảnh một con đom đóm khi nó bay quanh ánh đèn rọi. Nhưng bây giờ có một cách khác, rẻ hơn.

Seager và nhà thiên văn Harvard Dimitar Sasselov thực hiện giấc mơ phương pháp thay thế vào năm 2000 - một cách để đánh hơi bầu khí quyển của một ngoại hành tinh ngay cả khi ánh sáng từ hành tinh này và ngôi sao của nó bị pha trộn với nhau. Đầu tiên, các kính viễn vọng tìm kiếm các hành tinh “quá cảnh”, băng qua phía trước ngôi sao của chúng khi nhìn từ góc nhìn của Trái đất, điều này gây ra sự giảm nhẹ ánh sáng của các ngôi sao. Những quá cảnh này rất phong phú với thông tin. Trong quá trình di chuyển, quang phổ của một ngôi sao phát sinh những va chạm và lắc lư mới, bởi vì một số ánh sáng của sao chiếu qua vành khí quyển xung quanh hành tinh và các phân tử trong khí quyển hấp thụ ánh sáng có tần số cụ thể. Phân tích khéo léo về sự lung lay của quang phổ cho thấy hóa học ở độ cao lớn chịu trách nhiệm. Kính viễn vọng Không gian Hubble bắt đầu thử nghiệm kỹ thuật này vào năm 2002, tìm hơi natri xung quanh một hành tinh khí khổng lồ xa xôi; cùng với các kính viễn vọng khác, nó đã lặp lại thủ thuật này trên hàng chục mục tiêu.

Bây giờ vũ trụ chỉ cần tạo ra một số thế giới giống như Trái đất phù hợp để quan sát.

Các cuộc khảo sát ngoại hành tinh dường như bắt gặp rất nhiều sao Mộc quá chín và sao Hải Vương nhỏ hơn xung quanh các ngôi sao khác, nhưng các hành tinh đá có khả năng chứa nước lỏng vẫn khan hiếm cho đến thời đại Kepler. Vào giữa những năm 2010, Kepler đã chỉ ra rằng các thế giới có kích thước bằng Trái đất là phổ biến; nó thậm chí còn phát hiện ra một số sinh vật có khả năng sinh sống được đang di chuyển phía trước các ngôi sao của chúng, giống như cặp đôi mà Kaltenegger đã làm mẫu cho Borucki. Tuy nhiên, những ví dụ cụ thể mà Kepler đưa ra còn quá xa để có thể nghiên cứu tiếp theo. Trong khi đó, vào năm 2016, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng ngôi sao gần Trái đất nhất, Proxima Centauri, có một hành tinh có kích thước bằng Trái đất có khả năng sinh sống được. Nhưng hành tinh đó không đi qua ngôi sao của nó.

Vào năm 2009, Kaltenegger, khi đó đang làm việc tại Harvard và đang định hình lĩnh vực này theo cách riêng của mình, và một cộng tác viên, Wesley Traub, đã bổ sung thêm một bằng cấp khác. Họ nghĩ về những gì nó sẽ làm cho một nền văn minh ngoài hành tinh phát hiện khí sinh học trên trái đất — một hành tinh có lớp khí quyển tương đối kín, đi ngang qua một ngôi sao sáng. Họ nhận ra rằng một kính thiên văn như JWST sẽ chỉ nhìn thấy các tín hiệu nhỏ từ các khí trong khí quyển trong mỗi lần đi qua, vì vậy để đạt được bất kỳ sự chắc chắn thống kê nào, các nhà thiên văn học sẽ cần quan sát hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm lần đi qua, điều này sẽ mất nhiều năm. Dựa trên hiểu biết sâu sắc này, các nhà thiên văn học bắt đầu tìm kiếm Trái đất trên các quỹ đạo gần xung quanh các ngôi sao lùn đỏ lạnh hơn, mờ hơn, nơi các tín hiệu khí quyển sẽ ít bị ánh sáng sao lấn át hơn và các quá trình chuyển đổi lặp lại thường xuyên hơn.

Vũ trụ đã đi qua. Năm 2017, các nhà thiên văn học đã công bố phát hiện 1 hành tinh đá xung quanh một ngôi sao lùn đỏ có tên TRAPPIST-2. Sau đó vào tháng XNUMX, hệ thống SpecULOOS-XNUMX nổi lên như một phương án dự phòng. Những ngôi sao này rất gần. Chúng mờ và đỏ. Mỗi người trong số họ có nhiều hành tinh đá đi qua. Và kể từ mùa hè, JWST đã hoạt động thậm chí còn tốt hơn mong đợi. Nó sẽ dành một phần khá lớn thời gian trong XNUMX năm tới để nhìn chằm chằm vào những khối cầu lộn xộn gồm đá và hóa chất quay xung quanh những ngôi sao kỳ lạ của chúng. Đối với các nhà lý thuyết như Kaltenegger, người đã đi từ mơ mộng về các Trái đất thay thế đến đưa ra các dự đoán về hóa học khí quyển của chúng, hàng thập kỷ dự đoán đã nhường chỗ cho sự mờ dần của quang phổ nguệch ngoạc trên màn hình máy tính.

Người ngoài hành tinh phát sáng

Trong hơn hai năm, văn phòng của Kaltenegger - cũng chính là nơi mà Sagan từng làm việc - đã bị đóng băng trong thời gian. Đầu tiên là đại dịch, sau đó là kỳ nghỉ phép. Vào tháng XNUMX, cô ấy đã trở lại, tiến lên trên tấm bảng trắng của mình với một cây viết trong tay, xem xét một danh sách các ý tưởng sẽ không bị lạc chỗ trong phòng viết của một Star Trek loạt. (Gaia và SETI. Đại dương đen tối. Ôzôn. Đất đai. Đại dương nông. Sắt?) “Đây mới là phần thú vị,” cô ấy nói, lướt qua các chủ đề của các bài báo mà cô ấy đã xuất bản.

Kaltenegger trở thành giám đốc sáng lập của Viện Carl Sagan vào năm 2015 sau thời gian làm việc tại Harvard, sau đó là Heidelberg, nơi bà điều hành phòng thí nghiệm đầu tiên của mình. Một ngày nọ trong thời gian cô ở Heidelberg, một email đến từ Jonathan Lunine, trưởng khoa thiên văn học tại Cornell, hỏi liệu cô ấy có muốn nói về những cơ hội quan trọng không. “Tôi đi, trời ơi, đó là sự kiện 'phụ nữ trong khoa học'. Tại một thời điểm nhất định, bạn nhận được quá nhiều lời mời đó.” Thay vào đó, Lunine đang tìm cách thuê một giáo sư mới. Kaltenegger trả lời rằng cô ấy muốn làm việc tại một viện liên ngành, tập trung vào sinh vật học vũ trụ. Vì vậy, hãy dẫn một người đến đây, anh ấy đề nghị.

Một buổi sáng gần đây, chúng tôi ngồi trong một khu vườn trong khuôn viên trường cách viện không xa, hai bên là những cây đỗ quyên. Khi những vệt nắng chiếu xuống, một con chim nhỏ nhảy lên thân cây, một con ve sầu vo ve và tiếng máy cắt cỏ di chuyển gần hơn, rồi xa dần. Đây rõ ràng là một thế giới có người ở.

Tài sản thương mại của Kaltenegger là trí tưởng tượng: cả hai loại mà các nhà thiên văn học tin tưởng khi lên kế hoạch cho một kính viễn vọng không gian trị giá 10 tỷ đô la như JWST, và loại thơ mộng hơn khiến khán giả xôn xao. Vì vậy, cảnh này trông như thế nào đối với cô ấy?

Cô ngước nhìn lên. Những cái cây có lá màu xanh lá cây, giống như hầu hết các sinh vật thực hiện quá trình quang hợp đã biết. Chúng đã tiến hóa để tận dụng mặt trời màu vàng của chúng ta và bức xạ ánh sáng khả kiến ​​dồi dào của nó, sử dụng các sắc tố hấp thụ các photon màu xanh lam và đỏ trong khi để các bước sóng màu xanh lá cây phản xạ lại. Nhưng thực vật xung quanh các ngôi sao lạnh hơn, thèm ánh sáng hơn, có thể có màu sẫm hơn. Cô ấy nói: “Trong mắt tôi, nếu tôi muốn, nó sẽ hoàn toàn biến đổi khi chúng tôi ở trong vườn, ngồi dưới ánh mặt trời đỏ rực. “Mọi thứ xung quanh bạn, phía sau bạn đều có màu tím,” bao gồm cả những chiếc lá.

Các phiên bản Trái đất ở thung lũng kỳ lạ đã xuất hiện rất nhiều trong suy nghĩ của Kaltenegger trong hai thập kỷ, do một mối nghi ngờ dai dẳng mà bà đã phát triển trong quá trình thực hiện sứ mệnh Darwin vào đầu những năm 2000.

Mục tiêu vào thời điểm đó là so sánh quang phổ từ các hành tinh đá, ôn đới với quang phổ của Trái đất trông như thế nào từ xa, tìm kiếm các tín hiệu dễ thấy như dư thừa oxy do quá trình quang hợp lan rộng. Kaltenegger phản đối rằng, trong 2 tỷ năm đầu tiên tồn tại của Trái đất, bầu khí quyển của nó không có oxy. Sau đó, phải mất một tỷ năm nữa để oxy tích tụ ở mức cao. Và chữ ký sinh học này đạt nồng độ cao nhất không phải trong quang phổ ngày nay của Trái đất, mà trong một khoảng thời gian ngắn vào cuối Kỷ Phấn trắng khi các loài chim nguyên sinh đuổi côn trùng khổng lồ trên bầu trời.

Kaltenegger lo sợ rằng nếu không có một mô hình lý thuyết tốt về quang phổ của Trái đất đã thay đổi như thế nào, các sứ mệnh tìm kiếm hành tinh lớn có thể dễ dàng bỏ lỡ một thế giới sống không phù hợp với khuôn mẫu thời gian hẹp. Cô ấy cần hình dung Trái đất như một ngoại hành tinh đang phát triển theo thời gian. Để làm điều này, cô ấy đã điều chỉnh một trong những mô hình khí hậu toàn cầu đầu tiên do nhà địa chất học James Kasting phát triển, mô hình này vẫn bao gồm các tham chiếu đến kỷ nguyên băng từ những năm 1970 mà nó bắt nguồn. Kaltenegger đã phát triển mã này thành một công cụ riêng biệt có thể phân tích không chỉ Trái đất xuyên thời gian mà còn cả những kịch bản hoàn toàn xa lạ, và nó vẫn là công cụ đặc biệt trong phòng thí nghiệm của cô ấy.

Một ngày sau cuộc trò chuyện của chúng tôi trong vườn, tôi ngồi trong văn phòng cạnh Kaltenegger's, nhìn qua vai của bác sĩ hậu tiến sĩ Rebecca Payne khi cả hai chúng tôi đều nheo mắt nhìn những dòng văn bản chật chội trên nền đen. “Nếu tôi không chọn tông màu đen, đến cuối ngày mắt tôi muốn rớt ra khỏi đầu,” cô nói.

Payne và các đồng nghiệp của cô cung cấp cho phần mềm của họ những thông tin cơ bản về một hành tinh, chẳng hạn như bán kính và khoảng cách quỹ đạo cũng như loại ngôi sao của nó. Sau đó, họ phỏng đoán về thành phần khí quyển có thể có của nó và chạy các mô hình của họ để xem bầu khí quyển của hành tinh sẽ xuất hiện như thế nào qua các thời đại. Khi họ làm điều này cho SPECULOOS-2c, họ đã thấy các chất hóa học ảo chìm trong ánh sáng sao ảo bay lên, rơi xuống và hủy diệt lẫn nhau thông qua các phản ứng hóa học mô phỏng. Bầu không khí tưởng tượng cuối cùng đã ổn định ở trạng thái cân bằng và phần mềm hiện ra một bảng. Payne kéo một cái lên màn hình. Cô lướt chuột hết hàng này đến hàng khác, hiển thị các dự đoán về nhiệt độ và thành phần hóa học của hành tinh mới ở các độ cao khác nhau. Sử dụng thông tin đó, cô ấy và các đồng nghiệp của mình có thể xác định các hợp chất đặc biệt phong phú mà JWST hoặc một công cụ khác có thể nhìn thấy.

Từ Nghiên cứu trái đất xuyên thời gian tiếp theo, nhiều bài báo của Kaltenegger theo cùng một khuôn mẫu. Bí quyết của cô ấy là thu thập những gì chúng ta biết về sự phong phú của Trái đất trong lòng bàn tay lý thuyết của mình, sau đó quay nó như một quả bóng rổ theo các trục khác nhau. Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta tua lại nó kịp thời? Điều gì sẽ xảy ra nếu một Trái đất ngoài hành tinh có địa chất khác? Một bầu không khí khác nhau? Một bề mặt toàn đại dương? Điều gì sẽ xảy ra nếu nó quay quanh một mặt trời màu đỏ, hay cục than nóng rực của một ngôi sao lùn trắng?

Trong 2010, ví dụ, cô ấy tìm thấy rằng JWST sắp ra mắt sau đó sẽ có thể suy ra sự hiện diện của khí từ một vụ phun trào núi lửa như vụ phun trào Núi Pinatubo năm 1991 ở Philippines, nếu một sự kiện tương tự xảy ra trên một ngoại hành tinh. Hoặc nó có thể xác định các thế giới được cai trị không phải bởi chu kỳ carbon giữa bề mặt và bầu khí quyển (như trên Trái đất), mà thay vào đó bằng lưu huỳnh được giải phóng bởi núi lửa và sau đó bị phá vỡ bởi ánh sao. Các chu kỳ khí hậu như vậy quan trọng khi bạn đang cố gắng xác định các loại khí đặc trưng sinh học và cũng bởi vì chúng là một phần của vật lý lớn hơn của các hành tinh. Sasselov, người cộng tác với Kaltenegger trong các dự án này, cho biết: “Chữ ký sinh học chỉ là quả anh đào trên mặt bánh, nhưng về cơ bản, có rất nhiều bánh để ăn.

Giới thiệu

Ngoài mô hình khí quyển của mình, Kaltenegger cũng đã dành cả thập kỷ qua để lùng sục khắp Trái đất để thu thập thứ gì đó thuộc tủ chứa những điều kỳ lạ của nhà sinh vật học vũ trụ: một cơ sở dữ liệu công khai về quang phổ lạ. Nếu các nhà thiên văn học xoay sở để tìm ra sự dao động bất thường trong quang phổ ngoại hành tinh, thì cơ sở dữ liệu của cô ấy có thể cung cấp chìa khóa để giải mã nó.

Ví dụ, trong một chuyến đi đến Công viên Quốc gia Yellowstone, Kaltenegger đã ngạc nhiên trước những vệt vi khuẩn nhiều màu trên bề mặt của các ao nước nóng. Điều đó khiến cô và các đồng nghiệp nuôi cấy 137 loài vi khuẩn trong đĩa petri, sau đó công bố quang phổ của chúng. “Có lẽ không có màu nào trong cầu vồng mà bạn không thể tìm thấy trên Trái đất ngay bây giờ,” nói Lynn Rothschild, một nhà sinh vật học tổng hợp tại Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA và là cộng tác viên của dự án. Lấy cảm hứng từ công việc khoan lõi băng ở Bắc Cực của một đồng nghiệp khác, nhóm của Kaltenegger đã phân lập được 80 vi khuẩn ưa lạnh tương tự như những gì có thể tiến hóa trên một hành tinh băng. xuất bản một cơ sở dữ liệu tham khảo của những quang phổ này vào tháng XNUMX.

Thế giới khác có thể là huỳnh quang sinh học. Trên Trái đất, các sinh vật phát quang sinh học như san hô tự bảo vệ mình khỏi tia cực tím bằng cách hấp thụ và phát lại dưới dạng ánh sáng khả kiến. Cho rằng các hành tinh trong hệ thống sao lùn đỏ như TRAPPIST-1 được tắm trong bức xạ cực tím, Kaltenegger lập luận rằng sự sống ngoài hành tinh ở đó có thể phát triển một quá trình tương tự. (Kể từ đó, cô ấy được gọi là "người phụ nữ ngoài hành tinh phát sáng đó.") Cô ấy cũng có kế hoạch thu được một loạt quang phổ đại diện cho các thế giới dung nham có thể xảy ra; một đồng nghiệp là nhà địa chất và một postdoc mới đến sẽ sớm bắt đầu làm tan chảy đá.

Khi danh sách xuất bản của cô ấy ngày càng nhiều, Kaltenegger đã trải nghiệm cả cơ hội và sự sỉ nhục của một nhà khoa học nữ ngôi sao đang lên. Một lần, khi cô ấy đang quay một đoạn phim ngắn IMAX ở Hawaii về cuộc tìm kiếm sự sống, các nhà sản xuất đã cho cô ấy mặc quần đùi để phù hợp với quan niệm của họ về một nhà khoa học, Laura Dern's công viên kỷ Jura tính cách; quyết định sau đó yêu cầu trang điểm nhiều hơn để che đi tất cả vết muỗi đốt.

Các cộng tác viên cho biết, trong một lĩnh vực chặt chẽ buộc phải chia sẻ lượng thời gian hạn chế của kính viễn vọng, cô ấy là một sự hiện diện sôi nổi, nồng nhiệt. Những ngón tay của cô ấy đan vào không khí khi cô ấy nói; các câu và câu chuyện có xu hướng tăng lên thành những tràng cười sảng khoái. Rothschild nói: “Cô ấy ký vào mọi tin nhắn gửi cho tôi 'những cái ôm'. “Tôi không có bất kỳ đồng nghiệp nào khác làm điều đó.”

Dấu chấm đầu tiên trên bản đồ

Các chữ ký sinh học đầu tiên sẽ là những tín hiệu nhỏ, mơ hồ chịu sự giải thích gây tranh cãi. Trên thực tế, một số tuyên bố đã xuất hiện.

Nghiên cứu trường hợp thích hợp nhất đã làm rung chuyển thế giới thiên văn học vào mùa thu năm 2020. Một nhóm bao gồm Seager công bố rằng họ đã phát hiện ra một hợp chất bất thường có tên là phosphine trong bầu khí quyển phía trên của Sao Kim, một hành tinh bị rửa sạch bằng axit, ngột ngạt thường bị coi là vô trùng. Trên Trái đất, phosphine thường được sản xuất bởi vi khuẩn. Mặc dù một số quá trình phi sinh học cũng có thể tạo ra hợp chất trong những điều kiện nhất định, nhưng phân tích của nhóm cho thấy những quá trình đó không có khả năng xảy ra trên Sao Kim. Theo quan điểm của họ, việc để lại các sinh vật sao Kim nhỏ bé trôi nổi là một lời giải thích hợp lý. “Sự sống trên sao Kim?” các Bán Chạy Nhất của Báo New York Times tiêu đề tự hỏi.

Giới thiệu

Các nhóm bên ngoài thành lập các trại đối lập. Một số chuyên gia, trong đó có Đồng cỏ Victoria, một nhà lập mô hình bầu khí quyển ngoại hành tinh tại Đại học Washington, người sử dụng cách tiếp cận tương tự như của Kaltenegger, đã phân tích lại dữ liệu sao Kim và kết luận rằng tín hiệu phosphine chỉ là ảo ảnh: Hóa chất thậm chí không có ở đó. Những người khác, bao gồm cả Lunine tại Cornell, lập luận rằng ngay cả khi phosphine có mặt, trên thực tế, nó có thể đến từ các nguồn địa chất.

Kaltenegger coi những lời phê bình này là hợp lệ. Theo quan điểm của cô ấy, câu chuyện về phosphine làm nổi bật vòng phản hồi giữa khoa học và tài trợ cho khoa học, điều này cũng có thể gây vướng mắc cho các ứng cử viên sinh học trong tương lai. Vào thời điểm công bố phosphine, NASA đang ở giai đoạn cuối cùng của việc lựa chọn giữa bốn sứ mệnh hệ mặt trời nhỏ, hai trong số đó là hướng tới sao Kim. Vào mùa hè năm sau, NASA thông báo rằng hai người đó đã được chọn để bay. Nghiên cứu về phosphine “là một cách tuyệt vời để các sứ mệnh đến Sao Kim được chấp thuận,” Kaltenegger phá lên cười nói. “Đó là cách nói mỉa mai.” (Jane Greaves, tác giả chính của nghiên cứu về phosphine, cho biết nhóm của cô đã không xem xét quá trình lựa chọn nhiệm vụ và thời điểm của bài báo là một sự trùng hợp ngẫu nhiên.)

Giai đoạn tiếp theo trong cuộc săn lùng dấu hiệu sinh học ngoại hành tinh xoay quanh những gì JWST tiết lộ về các hành tinh TRAPPIST-1. Việc nhìn thấy chữ ký sinh học thực tế trên bầu trời của chúng có thể khó xảy ra. Nhưng kính viễn vọng có thể phát hiện carbon dioxide và hơi nước theo các loại tỷ lệ mà các mô hình dựa trên Trái đất và Sao Kim dự đoán. Điều này sẽ xác nhận rằng các nhà lập mô hình có khả năng xử lý tốt các chu trình địa hóa quan trọng trong thiên hà và thế giới nào có thể thực sự sinh sống được. Nhìn thấy điều gì đó bất ngờ hơn sẽ giúp các nhà nghiên cứu sửa mô hình của họ.

Một khả năng tồi tệ hơn là những hành tinh này hoàn toàn không có bầu khí quyển. Những ngôi sao lùn đỏ như TRAPPIST-1 được biết là phát ra các tia lửa mặt trời có thể tước đi mọi thứ trừ đá trơ trụi. (Kaltenegger nghi ngờ điều này, lập luận rằng khí thải của các hành tinh sẽ tiếp tục bổ sung cho bầu trời của chúng.)

Vào nửa sau của thập kỷ này, dữ liệu từ nhiều lần đi qua hành tinh sẽ được chất đống, đủ để các nhà thiên văn học không chỉ tìm kiếm chất hóa học trên những thế giới này mà còn kiểm tra xem các phân tử đã cho sáp và suy yếu dần theo mùa như thế nào. Sau đó, các quan sát bổ sung có thể thêm vào dữ liệu. Một số đài quan sát mới, lớn đáng kinh ngạc được lên kế hoạch mở các gương có kích thước lưu vực đối với vũ trụ bắt đầu từ năm 2027 — bao gồm cả kính viễn vọng cực lớn ở Chile. Những kính viễn vọng này sẽ nhạy cảm với các bước sóng ánh sáng khác với JWST, thăm dò một tập hợp các đặc điểm quang phổ thay thế và chúng cũng có thể nghiên cứu các hành tinh bên ngoài quá cảnh.

Tất cả những công cụ này vẫn chưa đạt được thứ mà những người săn chữ ký sinh học thực sự muốn, thứ mà họ luôn muốn: một trong những Công cụ tìm kiếm hành tinh trên mặt đất khổng lồ đặt trên không gian. Đầu năm nay, khi Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia công bố một báo cáo thiết lập chương trình nghị sự có sức ảnh hưởng gọi là khảo sát thập kỷ, tóm tắt các ý tưởng của cộng đồng thiên văn học về những gì NASA nên ưu tiên, họ đã trì hoãn một cách hiệu quả việc đẩy mạnh vấn đề này sang những năm 2030.

“Tôi đã nghĩ về điều này: Nếu không phải chúng ta thì sao?” Kaltenegger nói. “Nếu đó không phải là thế hệ của chúng ta thì sao?” Dựa trên thời gian sớm nhất mà một chiếc kính viễn vọng săn tìm hành tinh thực sự thế hệ tiếp theo có thể bay, cô ấy đoán rằng ứng cử viên có khả năng nhất dẫn đầu một nhiệm vụ như vậy có lẽ hiện đang ở trường trung học.

Sau đó, một lần nữa, nhóm các nhà khoa học ngoại hành tinh sơ khai của cô luôn là những người mơ mộng, cô nói. Và khoa học luôn là một hoạt động liên thế hệ.

Ngồi trong văn phòng của Sagan, cô phác thảo một cảnh cụ thể. Một nhà du hành trong tương lai xa đi lên cầu của một con tàu vũ trụ đang khởi hành giống như Doanh nghiệp, sẵn sàng du hành đến một thế giới mới. Kaltenegger chắc chắn rằng bản thân cô ấy sẽ không ở trên con tàu, nhưng cô ấy nói, “trong tâm trí tôi, tôi nhìn thấy họ với biểu đồ sao cũ này.” Bản đồ cổ sẽ đánh dấu vị trí của các hành tinh có sự sống. Nó có lẽ sẽ lỗi thời, chỉ được mang theo vì lý do tình cảm. “Nhưng tôi muốn là người đặt những dấu chấm đầu tiên trên bản đồ này.”

tại chỗ_img

Tin tức mới nhất

tại chỗ_img