Tìm kiếm các đại dương ngoại hành tinh với các thành phần hóa học

Các thiên thể dưới Hải Vương Tinh (Sub-Neptunes) là những hành tinh có kích thước lớn hơn Trái Đất nhưng nhỏ hơn Sao Hải Vương. Chúng thường có đường kính bằng 1.7 và 3.5 lần Trái Đất. Một nghiên cứu mới đây của NASA cho biết các nhà thiên văn có thể phát hiện các đại dương trong các thế giới đo bằng các phân tích thành phần hóa học. Ảnh: NASA/JPL

Hành tinh của chúng ta là thế giới duy nhất trong Thái Dương Hệ với nước lỏng trên bề mặt và các đại dương của chúng ta là độc nhất. Nhưng các nhà khoa học lại nghĩ rằng: tồn tại cơ số các thế giới đại dương khác rải rác khắp Ngân Hà. Cuối tháng 10 vừa rồi, NASA đã công bố một nghiên cứu mới tiết lộ rằng các nhà khoa học có thể tìm thấy các đại dương ngoại hành tinh ẩn nấp trong những hành tinh xa xôi nhờ vào hóa học. Nghiên cứu chỉ ra rằng, trên những thế giới tồn tại đại dương đó - thành phần hóa học cấu tạo nên bầu khí quyển sẽ khác xa so với những nơi không có đại dương trên bề mặt.

Nghiên cứu mới này được đăng trên Tạp Chí Vật lý thiên văn hôm 28 tháng 10.

Sử dụng hóa học để tìm kiếm các đại dương 

Nghiên cứu mới này cho biết các nhà thiên văn có thể phát hiện các đại dương trong các thế giới đo bằng các phân tích thành phần hóa học cấu thành bầu khí quyển. Nhìn chung, điều này có thể áp dụng cho những hành tinh có kích thước như Trái Đất, Siêu Trái Đất và Dưới Hải Vương. Bài báo này tập chung vào các hành tinh có đường kính từ khoảng 1.7 tới 3.5 lần Trái Đất. Các kính thiên văn với quang phổ kế như sắp tới đây là James Webb có thể xác định được các thành phần hóa học cấu thành nên khí quyển của một hành tinh. Nó có thể tìm thấy những khí như là Oxy, CO2 hay Methane, những thứ khởi nguồn cho dấu hiệu của sự sống.

Điều đó thật thú vị, song những phân tích hóa học có thể tiết lộ cả những thứ khác về hành tinh đó nữa, việc tìm kiếm bằng chứng về các đại dương tất nhiên cũng có ý nghĩa với khả năng sinh sống và phát triển nữa.

Điều kiện của bề mặt

Ít nhất trong một vài trường hợp, các kính viễn vọng đó có thể giúp xác định liệu hành tinh đó tồn tại nước ở dạng lỏng trên bề mặt hay không. Điều đó nghĩa là, bằng cách phân tích thành phần hoa shocj của khí quyển, họ cũng có thể ước tính cả nhiệt độ bề mặt có quá cao để nước lỏng tồn tại hay không.

Vậy thành phần nào thì có thể chỉ ra rằng có đại dương bên dưới những đám mây đó? Đầu tiên phải kể tới chính là CO2 và N2, các phân tử Nitrogen bao gồm hai nguyên tử Nitrogen. Vậy tại sao điều đó lại quan trọng đến vậy? Đó sẽ là bằng chứng thể biết rằng bầu khí quyển của hành tinh có nhiệt độ thấp hơn và mỏng hơn - như một hành tính đá (giống Trái Đất). 

Ở trạng thái cân bằng nhiệt hóa (thermochemical equilibrium) tính chất hóa học của khí quyển bị thay đổi. Điều này xảy ra khi bầu khí quyển của hành tinh này được cấu tạo chủ yếu bởi hydro ,chất phổ biến đối với các hành tinh Dưới Sao Hải Vương. Trong những trường hợp đó, cacbon và nitơ ở dạng metan và amoniac, và bầu khí quyển dày hơn đáng kể. Trong trường hợp đó, bầu khí quyển dày - giống như các hành tinh khí bà băng trong Hệ Mặt Trời - sẽ giữ nhiệt. Cân bằng nhiệt hóa sẽ xuất hiện khi nhiệt độ đạt tới 770 độ C (1430 độ F) quá nóng để giúp nước tồn tại dạng lỏng.

Thiếu Ammoniac

Một chìa khóa khác để chỉ ra sự khả thi của đại dương là một thứ gì đó bị thiếu trong khí quyển - đó là amoniac. Bởi Amoniac hòa tan tốt trong nước nên nó sẽ gần như không tồn tại ở các đại dương. Bở các hành tinh với đại dương lớn sẽ không có Amoniac trong khí quyển của chúng. Ngoài ra, nếu lượng Cacbon dioxide nhiều hơn Carbon monoxide trong khí quyển cũng sẽ là một bằng chứng thuyết phục cho việc tồn tại đại dương.

Các quan sát trong tương lai

Kính viễn vọng không gian James Webb của NASA sẽ được phóng vào ngày 18 tháng 12, nó sẽ có một quang phổ kế có khả năng phân tích bầu khí quyển như đã nói trên. Nói cách khác, James Webb sẽ chịu trách nghiệm xác định các dấu hiệu trong khí quyển của các hành tinh. Sẽ thật thú vị khi thấy nó tìm được thứ đó vào năm mới.

Viễn cảnh. Ảnh: Cambridge 

Tham khảo:

1 Báo: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac1f92

2 Earthsky: https://earthsky.org/space/hidden-alien-oceans-sub-neptunes-exoplanets-chemistry/


Bài viết xem nhiều