Tìm hiểu về ngoại hành tinh siêu Trái Đất - Gliese 581c

Gliese 581 là một sao lùn đỏ với loại phổ M3V, nằm cách Trái Đất 20,3 năm ánh sáng trong chòm sao Thiên Xứng. Các nhà thiên văn ước lượng khối lượng của nó bằng khoảng một phần ba khối lượng của Mặt Trời và đứng thứ 87 trong danh sách các hệ sao gần Mặt Trời nhất. Những quan sát và đo đạc cho thấy ngôi sao này có ít nhất sáu hành tinh quay quanh nó là: Gliese 581e, Gliese 581b, Gliese 581c, Gliese 581g, Gliese 581d và Gliese 581f (theo thứ tự từ ngôi sao). Đặc biệt, hành tinh Gliese 581g được cho là nằm gần giữa vùng ở được của ngôi sao.

Hệ sao Gliese 581 này thu hút được sự chú ý của các nhà thiên văn sau khi Gliese 581c, ngoại hành tinh với khối lượng thấp được tìm thấy nằm gần "khu vực tồn tại sự sống" của ngôi sao vào tháng 4 năm 2007. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng dưới những mô hình khí hậu trên các hành tinh đá được biết, Gliese 581c có khí hậu rất giống với Sao Kim và có lẽ không thể là một hành tinh ở được. Hành tinh tiếp theo được phát hiện là Gliese 581d, có một số đặc điểm giống với Sao Hỏa thì lại nằm ngay bên rìa (trong hoặc ngoài) của vùng ở được (còn phụ thuộc vào tính chất hiệu ứng nhà kính trên hành tinh này). Sự phát hiện ra hành tinh ngoại hệ tiếp theo là Gliese 581e - hành tinh có khối lượng gần nhất với khối lượng của Trái Đất, được các nhà thiên văn thông báo vào tháng 4 năm 2009. Vào tháng 9 năm 2010, sự chú ý lại tập trung vào hệ sao này khi người ta thông báo đã phát hiện thấy hành tinh Gliese 581g, với những đặc tính được cho là một hành tinh giống với Trái Đất nhất hiện nay, khi có khả năng cho tồn tại sự sống trên hành tinh này.

Hình ảnh hệ sao Gliese 581 được xếp chồng lên hệ Mặt Trời của chúng ta để dễ dàng so sánh khoảng cách quỹ đạo. Nguồn ảnh: National Science Foundation/Zina Deretsky.

Gliese 581c là một hành tinh siêu Trái Đất được phát hiện vào năm 2007. Gliese 581c nằm trong hệ sao Gliese 581, cách Trái Đất khoảng 20 năm ánh sáng tương đối gần với hành tinh của chúng ta (về mặt thiên thể). Trong khi nghiên cứu ban đầu cho rằng Gliese 581c có thể tồn tại nước ở dạng chất lỏng trên bề mặt của nó vì nằm trong "khu vực có thể sống được" của ngôi sao, nhiều nghiên cứu gần đây lại cho thấy nó có thể có một môi trường giống với Sao Kim.

Khám phá

Sự tồn tại của Gliese 581c được công bố vào năm 2007 trên tạp chí Astronomy and Astrophysics. Bài báo do Stephane Udry cung cấp, một nhà thiên văn học tại Đài Quan sát Geneva. Gliese 581c là một trong hai hành tinh siêu Trái Đất mà nhóm của ông đã tìm thấy, cả hai đều nằm ở ranh giới của "khu vực tồn tại sự sống" của ngôi sao.

Gliese 581c được tìm thấy bằng cách sử dụng phương pháp vận tốc xuyên tâm, nghĩa là nó được phát hiện thông qua sự kéo trên ngôi sao chủ. Dụng cụ phát hiện ra là quang phổ HARPS trên một kính thiên văn dài 3,6 mét được quản lý bởi Đài thiên văn Nam Âu ở Chile. (HARPS là một trong những dụng cụ tìm kiếm hành tinh sẵn có dành cho các nhà thiên văn học ngày nay)

Vào thời điểm đó, các nhà nghiên cứu cho biết Gliese 581c là "ngoại hành tinh được biết đến nhiều nhất, giống hành tinh Trái Đất của chúng ta" bởi nó chỉ bằng năm lần khối lượng Trái Đất. (Các cuộc tìm kiếm sau đó đã tìm thấy nhiều hành tinh gần hơn với khối lượng Trái đất.)

Trong khi Gliese 581c được phân loại là giống Trái đất, các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng các điều kiện thực tế trên hành tinh có thể rất khác so với hành tinh của chúng ta. Ví dụ, nhiệt độ bề mặt sẽ phụ thuộc vào thành phần và độ dày của khí quyển. Bầu khí quyển cũng xác định lượng ánh sáng phản xạ ra khỏi hành tinh và cường độ của hiệu ứng nhà kính.

Sao chủ của Gliese 581c, được gọi là Gliese 581, là một ngôi sao lùn loại M. Nó mát hơn Mặt Trời, có nghĩa là khu vực sinh sống của nó sẽ gần hơn so với hệ Mặt Trời của chúng ta. Ngôi sao lùn loại M được "ưa chuộng" hơn cho các cuộc tìm kiếm hành tinh bởi chúng mờ hơn, có nghĩa là các hành tinh đi ngang qua ngôi sao sẽ dễ dàng nhìn thấy hơn. Có một kích thước tương đối nhỏ giữa hành tinh và ngôi sao, làm cho hiệu ứng hấp dẫn của chúng rõ ràng hơn.

Đặc điểm và khu vực sinh sống

Trong nhiều năm nghiên cứu, các nhà khoa học tìm hiểu Gliese 581 đã có những ý kiến ​​khác nhau về việc có bao nhiêu hành tinh ở đó; ví dụ khám phá ra Gliese 581g trong năm 2010 chẳng hạn. Các dấu hiệu của hành tinh không xuất hiện trong các cuộc tìm kiếm độc lập, và ngày nay hầu hết các nhà thiên văn học trong lĩnh vực này đều cho rằng hành tinh này không tồn tại.

Không thể thực hiện đo đạc trực tiếp gây khó khăn trong việc xác định bán kính của Gliese 581c khi quan sát từ Trái Đất, do hành tinh không đi ngang qua ngôi sao chính của nó. Hành tinh này cũng không thể quan sát trực tiếp qua bề mặt của ngôi sao, vì vậy các nhà thiên văn học chỉ có thể tìm hiểu các đặc điểm từ ảnh hưởng của Gliese 581c trên các hành tinh và ngôi sao khác. Bán kính sẽ xác định những vấn đề như liệu hành tinh này có nằm gần hơn với hành tinh giống Trái đất (với bầu khí quyển nhỏ hơn) hoặc gần hơn với hành tinh giống Sao Hải Vương (với bầu khí quyển dày hơn).

Gliese 581c mất khoảng 13 ngày để di chuyển quay quanh sao chủ. (Mặt khác, quỹ đạo của Sao Thủy quay xung quanh Mặt Trời lớn hơn rất nhiều mất khoảng 88 ngày). Bởi Gliese 581c nằm rất gần với ngôi sao chủ của nó, người ta tiên đoán rằng hành tinh này bị khóa thủy triều. Điều này có nghĩa là khi nó quay quanh quỹ đạo một phía của hành tinh luôn hướng về phía ngôi sao. Hiện tượng này phổ biến giữa các vệ tinh của Sao Mộc và Sao Thổ trong hệ Mặt Trời của chúng ta.

Nếu một hành tinh bị khóa thủy triều thì điều đó có nghĩa là một mặt (mặt đối diện với ngôi sao) sẽ thường ấm hơn so với mặt khác (mặt không đối diện với ngôi sao). Bất kỳ sự cân nhắc nào về khu vực có thể tồn tại sự sống đều phải chú ý đến điều này. Ví dụ chắc chắn về hành tinh tồn tại sự sống rằng chúng ta biết đến - hành tinh Trái Đất của chúng ta - có chu kỳ ngày-đêm bình thường ở hầu hết các khu vực trên hành tinh, ngoài trừ các cực. Trải qua hàng tỉ năm, các dạng sống phải thích nghi với chu kỳ này. Nó không rõ ràng rằng sự sống sẽ tồn tại thế nào trong một khu vực chỉ có ban ngày hoặc chỉ có ban đêm, nhưng các nghiên cứu vẫn đang được tiến hành.

Báo cáo tiếp theo của tạp chí Astronomy and Astrophysics vào năm 2007 do Werner von Bloh nghiên cứu chính tại Viện Nghiên cứu về tác động khí hậu Potsdam (Potsdam Institute for Climate Impact Research) cho rằng Gliese 581c quá nóng để hỗ trợ cho sự sống vì nó nằm gần với ngôi sao chủ của nó. Điều này có nghĩa là hành tinh này có thể có nhiều hơn một môi trường giống Sao Kim, với bề mặt cực nóng và hiệu ứng nhà kính mất kiểm soát (runaway greenhouse effect) trong một bầu không khí dày đặc. Điều này đã được khẳng định trong một nghiên cứu năm 2011 trên tạp trí Astronomy and Astrophysics (Thiên văn học và Vật lý thiên văn) do Y. Hu, người đang làm việc với phòng thí nghiệm của trường Đại học Bắc Kinh, cho nghiên cứu về khí hậu và khí quyển đại dương.

Mặc dù Gliese 581c chưa được thảo luận nhiều trong các tài liệu khoa học trong những năm gần đây nhưng các nhà thiên văn học đang nghiên cứu nhiều hơn để cải tiến mô hình các hành tinh gần với các ngôi sao mẹ của chúng. Ví dụ, bài nghiên cứu năm 2013 được đăng tải trên tạp chí Nature, trong đó một nhóm được điều hành bởi Jeremy Leconte chỉ đạo khảo sát về điều kiện
hiệu ứng nhà kính mất kiểm soát (runaway greenhouse effect) xảy ra trên các hành tinh giống kiểu Trái Đất. Loạt nghiên cứu này đang được sự quan tâm nhiều hơn từ sau khi khám phá ra Proxima Centuari b, một hành tinh có khả năng tồn tại sự sống chỉ cách Trái đất 4 năm ánh sáng vào năm 2016.

Tham khảo thêm một số bài viết:

• 6 sự thật kỳ lạ về Proxima Centauri b - "Trái đất thứ hai" có thể bạn chưa biết
• Thử nghiệm khoa học: Khoai tây có thể trồng được trên sao Hỏa
• SpaceX lùi kế hoạch phóng tên lửa lên Sao Hỏa đến năm 2020

Chúc các bạn vui vẻ!