Cuộc hành trình tìm kiếm những hành tinh quay quanh các ngôi sao khác ngoài Mặt Trời của chúng ta — được gọi là ngoại hành tinh — đã cuốn hút cả giới thiên văn học lẫn công chúng.

Với hơn 5.000 ngoại hành tinh được xác nhận và con số vẫn đang tiếp tục tăng, các phương pháp phát hiện hiện đại đã mở rộng hiểu biết của chúng ta về sự đa dạng của các hệ hành tinh.

Thế nhưng, việc tìm ra những thế giới xa xôi này đặt ra những thách thức to lớn do chúng quá mờ nhạt và nằm gần các ngôi sao sáng chói. Những tiến bộ công nghệ gần đây cùng các kỹ thuật tinh vi hơn đang đẩy lùi giới hạn của khả năng quan sát, mang lại những cái nhìn thoáng qua về các hành tinh giống Trái Đất và thậm chí cả dấu hiệu của bầu khí quyển có thể nuôi dưỡng sự sống. Hãy cùng khám phá những đột phá đang thúc đẩy kỷ nguyên đầy hứng khởi của khoa học ngoại hành tinh.

Phương pháp quá cảnh: Bắt bóng những thế giới xa xôi

Kỹ thuật quá cảnh vẫn là phương pháp phát hiện ngoại hành tinh phổ biến nhất, chiếm khoảng 75% số khám phá đã biết. Nó đo lường những biến thiên nhỏ trong độ sáng của ngôi sao khi một hành tinh đi ngang qua — hay “quá cảnh” — phía trước nó theo hướng quan sát của chúng ta. Các sứ mệnh vũ trụ như Kepler và TESS của NASA đã thu thập khối lượng dữ liệu khổng lồ về đường cong ánh sáng, tiết lộ hàng nghìn hiện tượng suy giảm sáng định kỳ. Những tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo và học máy hiện nay hỗ trợ các nhà nghiên cứu xử lý nhanh chóng những bộ dữ liệu này để xác định các hành tinh tiềm năng và ước lượng những đặc tính quan trọng như kích thước, chu kỳ quỹ đạo và khoảng cách tới ngôi sao chủ. Quan sát quá cảnh cũng cho phép nghiên cứu bầu khí quyển bằng quang phổ truyền qua, phát hiện dấu vết hóa học trong khí quyển của ngoại hành tinh.

Vận tốc xuyên tâm và thiên thể học: Đo những cú “lắc lư” của sao

Bổ sung cho quá cảnh, phương pháp vận tốc xuyên tâm phát hiện ngoại hành tinh bằng cách quan sát sự “lắc lư” của ngôi sao do lực hấp dẫn từ các hành tinh quay quanh gây ra. Những máy quang phổ cực nhạy đo sự dịch chuyển trong phổ ánh sáng của ngôi sao khi nó tiến lại gần hoặc rời xa Trái Đất. Cải tiến về độ chính xác đã giúp phát hiện cả những hành tinh nhỏ cỡ Trái Đất. Thiên thể học, tức việc đo những thay đổi nhỏ trong vị trí của ngôi sao trên bầu trời, đang dần khẳng định nhờ các sứ mệnh như Gaia, với khả năng nhận diện hành tinh thông qua ảnh hưởng hấp dẫn tinh vi. Các phương pháp này cung cấp dữ liệu quan trọng về khối lượng và độ lệch tâm quỹ đạo, giúp xây dựng hồ sơ toàn diện về hành tinh.

Chụp ảnh trực tiếp và che sáng: Thấy hành tinh trong hào quang sao mẹ

Chụp ảnh trực tiếp là một trong những kỹ thuật khó khăn nhưng phần thưởng vô giá, nhằm ghi lại hình ảnh thực tế của các ngoại hành tinh bằng cách che bớt ánh sáng chói lóa từ sao mẹ. Những đột phá gần đây với quang học thích ứng và kính che sáng tiên tiến đã thành công trong việc chụp được các hành tinh khổng lồ quay quanh những ngôi sao gần đó. Các thiết kế kính che sáng mới đang tiến gần đến hiệu suất tối ưu về mặt lý thuyết, mở rộng khả năng phân giải các hành tinh nằm rất sát ngôi sao. Các kính viễn vọng sắp ra mắt như James Webb hay các đài quan sát mặt đất siêu lớn sẽ còn nâng cao khả năng này, thậm chí có thể chụp được các hành tinh cỡ Trái Đất và khảo sát bầu khí quyển của chúng để tìm kiếm dấu hiệu sự sống.

Vi thấu kính hấp dẫn và những phương pháp mới: Mở rộng bộ công cụ

Hiện tượng vi thấu kính hấp dẫn khai thác sự bẻ cong ánh sáng từ một ngôi sao nền do ngôi sao tiền cảnh và hành tinh của nó gây ra. Kỹ thuật này phát hiện các hành tinh ở xa vốn vô hình với các phương pháp khác, đặc biệt là những hành tinh ở xa sao mẹ hoặc thậm chí “lang thang” tự do. Ngoài ra, những cách tiếp cận mới như “beaming” tương đối tính quan sát sự thay đổi cực nhỏ trong ánh sáng sao do chuyển động quỹ đạo, cho phép đo khối lượng hành tinh mà không cần dữ liệu phổ chi tiết. Dù không phải phương pháp chính cho các khám phá, chúng làm phong phú thêm phạm vi các loại ngoại hành tinh có thể quan sát.

Tương lai của khám phá ngoại hành tinh: Tích hợp và đổi mới

Lĩnh vực này tiếp tục phát triển với cách tiếp cận tích hợp, kết hợp nhiều phương pháp phát hiện cùng các phân tích dữ liệu tinh vi. Trí tuệ nhân tạo và học máy đẩy nhanh tiến trình nhận diện và tinh chỉnh việc đặc tả hành tinh từ những tập dữ liệu khổng lồ. Các sứ mệnh dự kiến như kính viễn vọng Roman với thiết bị che sáng hay dự án Đài quan sát Thế giới Khả cư sẽ mang lại độ nhạy chưa từng có cùng khả năng chụp ảnh vượt trội. Nghiên cứu khí quyển, bao gồm việc tìm kiếm hơi nước và dấu hiệu cho thấy khả năng sống, đang tiến triển nhanh chóng, đưa chúng ta tiến gần hơn đến câu trả lời cho câu hỏi: liệu sự sống có tồn tại ngoài Trái Đất?

Trải nghiệm cùng bạn: Hãy hình dung khám phá tiếp theo

Khi công nghệ đưa chúng ta tiến gần đến việc tìm ra những thế giới giống Trái Đất và thậm chí dấu hiệu của sự sống, điều gì khiến bạn phấn khích nhất về các khám phá ngoại hành tinh? Bạn nghĩ những tiến bộ này sẽ tác động thế nào đến hiểu biết của chúng ta về vũ trụ và vị trí của loài người trong đó? Chính sự tò mò của bạn là nguồn năng lượng thúc đẩy khoa học biến những nhấp nháy mờ nhạt từ các vì sao thành những câu chuyện về những thế giới xa xôi. Việc khám phá ngoại hành tinh nhắc nhở chúng ta rằng hành trình tìm kiếm tri thức trải dài vượt xa ngôi nhà Trái Đất, hướng đến tận cùng các vì sao.