Dự án khoa học vũ trụ tham vọng và tốn kém nhất được Trung Quốc tài trợ

Các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc đã hoàn thành nghiên cứu concept (ý tưởng) cho kính viễn vọng không gian 6 mét để xem xét bầu khí quyển của các hành tinh giống Trái đất gần đó và tìm dấu hiệu sự sống với độ chính xác chưa từng có.

Nếu được chọn để bước vào giai đoạn thiết kế, Habitats (the HABItable Terrestrial planetary ATmospheric Surveyor) sẽ tham gia cuộc đua toàn cầu để tìm ra một hành tinh sinh đôi của Trái đất.

Đó là hành tinh có kích thước và khối lượng tương tự như Trái đất và quay quanh khu vực có thể sinh sống được xung quanh một ngôi sao giống Mặt trời.

Với số tiền tiềm năng hơn 10 tỉ nhân dân tệ (1,48 tỉ USD), đây sẽ là dự án khoa học vũ trụ tham vọng và tốn kém nhất mà Trung Quốc từng tài trợ.

Nhờ kính thiên văn như Kepler và TESS khảo sát bầu trời cho các hành tinh bên ngoài hệ Mặt trời, nhân loại đã phát hiện ra hơn 5.000 ngoại hành tinh và tiến gần hơn đến việc trả lời câu hỏi "Chúng ta có đơn độc trong vũ trụ không?".

Thế nhưng, các chi tiết của những ngoại hành tinh đó vẫn cực kỳ khó quan sát vì ngôi sao mẹ thường vượt xa chúng hàng tỉ lần trong hệ thống giống Mặt trời - Trái đất.

Kính viễn vọng không gian mạnh mẽ như James Webb có thể phát hiện các phân tử nước trong bầu khí quyển của ngoại hành tinh với độ chính xác khoảng 100 phần triệu (ppm).

Theo Wang Wei từ Đài quan sát Thiên văn Quốc gia ở thủ đô Bắc Kinh (Trung Quốc), điều đó sẽ cần đạt đến 0,0001 ppm để các nhà khoa học mô tả đặc điểm khí quyển của một hành tinh đất đá có kích thước bằng Trái đất quay quanh một ngôi sao giống Mặt trời trong một khu vực có khả năng sinh sống.

Trong khi các sứ mệnh tương lai đang được lên kế hoạch ở châu Âu và Mỹ, các nhà khoa học Trung Quốc cũng muốn tham gia vào vòng tìm kiếm tiếp theo.

Trung Quốc là nước đi sau trong lĩnh vực nghiên cứu ngoại hành tinh và kính viễn vọng không gian, nhưng đã nhanh chóng bắt kịp với việc phát triển kính viễn vọng không gian tương tự Hubble dài 2 mét, sẽ bay cùng trạm vũ trụ của nước này vào năm 2024.

Với Habitats, còn được gọi là Thiên Lâm, nhóm của Wang Wei đã đề xuất hệ thống ba gương với gương chính rộng từ 6 đến 6,5 mét.

Habitats sẽ tham gia với Kính thiên văn Không gian James Webb tại điểm L₂ của Mặt trời - Trái đất, cách Trái đất 1,5 triệu km, để có một môi trường quan sát ổn định cao.

Điểm L₂ của Mặt trời – Trái đất là điểm tốt để đặt các đài quan sát thiên văn vũ trụ. Lý do vì một vật thể ở điểm L₂ sẽ giữ nguyên hướng với Mặt trời và Trái đất, việc bảo vệ và kiểm tra sẽ đơn giản hơn. .

Wang Wei, người dẫn đầu nghiên cứu concept Habitats, nói: “Chúng tôi sẽ tìm kiếm cái gọi là các phân tử đặc trưng sinh học bao gồm nước (H2O), oxy (O2), ozone (O3) và methane (CH4) trong bầu khí quyển của các hành tinh như Trái đất quay quanh các ngôi sao giống Mặt trời”.

Trong khi các phân tử nước, oxy có thể dễ dàng phát hiện và cần thiết cho sự hình thành sự sống, việc tìm kiếm các sản phẩm phụ của các hoạt động sinh học như ozone và methane cũng quan trọng không kém, ông cho hay.

Mỗi loại phân tử phát ra một vạch quang phổ duy nhất có thể được phát hiện bởi dụng cụ quang học trên kính thiên văn gọi là quang phổ kế.

Để thu thập càng nhiều quang phổ càng tốt, nhóm Wang Wei đã quyết định mở rộng kích thước của gương chính từ 4 lên 6 mét.

Wang Wei nói: “Bằng cách này, kính thiên văn sẽ có thể nhìn thấy nhiều hơn các ngoại hành tinh mờ hơn và độ chính xác của nó dự kiến ​​đạt 0,0001 ppm”.

Nhóm nghiên cứu ước tính rằng Habitats sẽ có thể thu được quang phổ của hơn 20 ngoại hành tinh ứng cử viên trong 5 năm hoạt động đầu tiên của kính thiên văn này.

Họ cũng đang hy vọng tìm thấy dấu hiệu sự sống trên bề mặt các hành tinh đất đá đó. Ông nói: “Nếu thời tiết đủ rõ ràng, chúng ta có thể nhận được các tín hiệu phản xạ nếu hành tinh được bao phủ bởi cây hoặc vi khuẩn”.

Đây là một dự án đầy tham vọng sẽ phải đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật, bao gồm việc phát triển một nền tảng vệ tinh có thể hỗ trợ kính thiên văn chỉ chính xác vào một hành tinh xa xôi, mờ ảo trong hàng trăm giờ quan sát liên tục.

Vì các tấm gương không thể gập lại được nên có khả năng cần một tên lửa đẩy Trường Chinh 9 siêu nặng để đưa Habitats vào quỹ đạo.

Tên lửa đó đang được phát triển nhưng sẽ sẵn sàng kịp thời vào ngày phóng mục tiêu tiềm năng cho kính viễn vọng không gian trong khoảng từ năm 2035 đến 2040.

Trong khi đó, NASA (Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ) đang xem xét việc hợp nhất hai trong số những concept sứ mệnh của mình - HabEx và Luvoir - cho các mục đích tương tự Habitats và sẽ ra mắt vào đầu những năm 2040, với kinh phí ít nhất là 10 tỉ USD.

Wang Wei nói: “Khi nhân loại tiếp cận cơ hội đầu tiên để tìm và hiểu một hành tinh giống Trái đất, các nhà khoa học Trung Quốc sẽ cần phải làm việc chăm chỉ để được ngồi ở hàng ghế đầu”.

Dự án tham vọng tìm thấy 50 siêu Trái đất

Trước đó, nhóm các nhà nghiên cứu Trung Quốc khác đã đề xuất phóng một kính viễn vọng không gian để tìm kiếm “anh em họ” của Trái đất.

Vẫn chưa có hành tinh nào như vậy được tìm thấy, nhưng nó có thể nắm giữ chìa khóa cho câu hỏi “liệu sự sống là duy nhất trên Trái đất hay tồn tại khắp nơi trong vũ trụ”, theo trưởng dự án Ji Jianghui của Đài quan sát Núi Tím tại Học viện Khoa học Trung Quốc (CAS) ở thành phố Nam Kinh.

Trong số hơn 5.000 ngoại hành tinh (hành tinh bên ngoài hệ Mặt trời) được phát hiện cho đến nay, nhiều hành tinh lớn hơn nhiều so với Trái đất hoặc nằm trong vùng sinh sống của các ngôi sao nhỏ hơn và mát hơn như sao lùn đỏ, là những điều kiện ít có khả năng lưu trữ nước lỏng hoặc sự sống.

Theo trang SCMP, nhiệm vụ The Closeby Habitable Exoplanet Survey (viết tắt là CHES, hay khảo sát ngoại hành tinh có thể sống được gần đây), mà nhóm của Ji Jianghui đã thực hiện trong gần 1 thập kỷ, nhằm theo dõi khoảng 100 ngôi sao giống Mặt trời trong khoảng cách 32 năm ánh sáng từ hệ Mặt trời và đo những thay đổi nhỏ về vị trí tương đối của chúng trên bầu trời để tìm kiếm các hành tinh giống Trái đất xung quanh chúng.

Một hành tinh và ngôi sao chủ của nó ảnh hưởng đến chuyển động của nhau do lực hấp dẫn lẫn nhau. Nếu các nhà khoa học có thể phát hiện ra sự dao động nhẹ nhưng có chu kỳ ở vị trí của ngôi sao chủ thì rất có thể nó đang được quay quanh bởi một hành tinh.

Ông Ji Jianghui cho biết phương pháp phát hiện như vậy có hiệu quả cao. Lý do bởi nó có thể phát hiện bất kỳ hành tinh giống Trái đất nào tồn tại trong hoặc gần khu vực có thể sinh sống được của một ngôi sao.

Trong khi đó, các sứ mệnh săn tìm ngoại hành tinh phổ biến như kính viễn vọng Kepler của NASA và TESS (Vệ tinh Khảo sát Ngoại hành tinh chuyển tiếp) chỉ có thể quan sát các hành tinh có quỹ đạo trùng với đường ngắm của chúng ta, điều này làm giảm tỷ lệ phát hiện xuống chỉ còn khoảng 0,5%.

Dự án CHES dự kiến có thể phát hiện khoảng 50 hành tinh giống Trái đất hay còn gọi là siêu Trái đất, Ji Jianghui nói.

Ông Wang Wei, nhà khoa học tại Đài quan sát thiên văn quốc gia Trung Quốc ở thủ đô Bắc Kinh, cho biết phương pháp đo thiên văn mà CHES sử dụng là kỹ thuật cổ điển trong thiên văn học, nhưng chỉ được áp dụng cho nghiên cứu ngoại hành tinh những năm gần đây.

Wang Wei (người không thuộc nhóm CHES) nói CHES cần thiết để đo sự dao động của một ngôi sao với độ chính xác 1 micro arcsecond, nhỏ bằng một bước di chuyển của Mặt trăng nhìn từ Trái đất.

Để đạt được độ chính xác này, cao hơn gấp 10 lần so với những gì hiện được sử dụng cho các sứ mệnh đo thiên văn hàng đầu thế giới, nhóm của Ji Jianghui đã nghiên cứu và tạo ra những bước đột phá với công nghệ quan trọng được gọi là đo mặt phẳng tiêu cự bằng laser, do CAS tài trợ.

Dự án sẽ sớm được một hội đồng chuyên gia xem xét để quyết định xem nó có nhận sự chấp thuận cuối cùng để chuyển từ giai đoạn thiết kế sang giai đoạn thực hiện hay không.

Nếu được bật đèn xanh, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ hoàn thành việc xây dựng kính thiên văn trong khoảng thời gian khoảng 5 năm nữa và đưa nó vào quỹ đạo cách Trái đất 1,5 triệu km (932.000 dặm) tại một địa điểm được gọi là điểm Lagrange L2 của Mặt trời - Trái đất. Đây là một điểm quan sát ổn định và tiết kiệm nhiên liệu được nhiều tàu vũ trụ hiện có ưa chuộng, bao gồm cả kính viễn vọng không gian James Webb của NASA.

Ngoài CHES, có ít nhất ba đề xuất khác liên quan đến việc phát hiện ngoại hành tinh hiện được nghiên cứu bởi cộng đồng khoa học ở Trung Quốc.

Earth 2.0 sẽ sử dụng 7 kính thiên văn để khảo sát các ngoại hành tinh trong Ngân Hà, với với phương pháp chuyển tiếp tương tự như kính thiên văn Kepler nhưng trường nhìn mạnh hơn gấp 10 lần.

Giống như CHES, Earth 2.0 cũng được thiết lập để trải qua quá trình đánh giá của hội đồng chuyên gia vào tháng 6.2022 và đặt mục tiêu ra mắt năm 2026-2027, nếu được chấp thuận.

Vẫn đang trong giai đoạn thiết kế ý tưởng là dự án Miyin, có kế hoạch sử dụng nhiều kính thiên văn cỡ nhỏ để tìm kiếm các hành tinh có thể sinh sống được và một kính viễn vọng không gian rất tham vọng mang tên HABITATS (HABItable Terrestrial ATmospheric Surveyor). Kính viễn vọng không gian có khẩu độ 6 mét này được thiết kế nhằm mục đích phát hiện các phân tử nước, oxy và ozon trong bầu khí quyển của các ngoại hành tinh, có thể bắt đầu hoạt động trong vòng 15 đến 20 năm.