Ngoại Hành Tinh hay Hành Tinh nằm ngoài Thái Dương Hệ đã luôn xuất hiện trong tưởng tượng hàng thế kỷ trước của các nhà khoa học, triết gia và các tác giả truyện viễn tưởng, họ luôn tin rằng ngoại hành tinh có tồn tại nhưng lại không có cách nào xác nhận được sự tồn tại của chúng.

Mãi cho tới năm 1992, lần đầu tiên xác nhận một số hành tinh đá được phát hiện có quỹ đạo quanh một Sao Xung - Pulsar.

Nổi bật nhất phải kể đến khám phá về một thế giới giống như của chúng ta là vào năm 1995, khi hai nhà khoa học phát hiện ra sự tồn tại của 51 Pegasi b,một hành tinh có kích thước gấp 2 lần Sao Mộc quay quanh một ngôi sao giống như mặt trời của chúng ta.

Mô phỏng kích thước 51 Pegasi b, đươc phát hiện vào năm 1995 qua phương pháp Quá cảnh, phát hiện này được trao giải Nobel vào năm 2019.

Cho tới tháng 5 năm 2020, đã có tới hơn 4000 ngoại hành tinh được xác nhận sự tồn tại và hơn 3000 hệ sao - hành tinh và gần 700 hệ trong số đó tồn tại ít nhất 1 hành tinh. Ngoại hành tinh gần nhất được phát hiện cách chúng ta 4 năm ánh sáng, có quỹ đạo quanh ngôi sao hàng xóm của Mặt Trời được đặt tên là Proxima Centauri B

Phương pháp phát hiện 

Có rất nhiều phương pháp được áp dụng để tìm kiếm các ngoại hành tinh nhưng Quang Phổ Doppler (Doppler Spectroscopy) và Quá cảnh (transit photometry) được sử dụng nhiều nhất.

Doppler

Các nhà thiên văn học có thể phát hiện sự có mặt của ngoại hành tinh thông qua việc đo đạc sự ảnh hưởng trọng lực của hành tinh đó lên ngôi sao mẹ. Các ngôi sao sẽ trông như là đang bị lung lay, điều này là do Ngôi sao mẹ và hành tinh xoay quanh một tâm hấp dẫn chung, hành tinh đó có trọng lượng càng lớn thì tâm hấp dẫn càng ở xa ngôi sao mẹ và khiến ngôi sao mẹ rung lắc càng rõ ràng.

Transit - quá cảnh

Nhiều ngoại hành tinh hơn được phát hiện nhờ vào phương pháp theo dõi sự biến đổi biểu kiến của một ngôi sao khi một hành tinh quá cảnh phía trước nó.

Khoảng 97% trong tổng số ngoại hành tinh được xác nhận dựa trên phương pháp quan sát gián tiếp như vậy.

Hầu như tất cả các hành tinh được phát hiện đều nằm trong Ngân Hà của chúng ta, Song vẫn có những bằng chứng chứng minh rằng hành tinh ngoại thiên hà có tồn tại trong một nghiên cứu năm 2018.

Gần đây nhất trong một bài báo được công bố hôm 25 tháng 11 năm 2021, các nhà khoa học đã sử dụng kính thiên văn tia X Chandra và kính thiên văn XMM-Newton của cơ quan hàng không vũ trụ Châu Âu để quan sát 3 thiên hà bên ngoài Milky Way. Tổng cộng có 55 hệ khác nhau trong M51, 64 hệ trong M101- thiên hà Chong Chóng (Pinwheel galaxy) và 119 hệ trong M104 - thiên hà Sombrero.

Thông qua phương pháp Quá Cảnh (Transit), các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra sự tồn tại của một thiên thể đc cho là hành tinh ở Thiên Hà M51 có tên M51-ULS-1b.  Để xác định được hành tinh, trưởng nhóm Di Stefano đã sử dụng Chandra để tìm kiếm chớp tắt của tia X từ các ngôi sao.

Qua phương pháp này ta có thể xác định được kích thước của ngoại hành tinh gần với kích thước của Sao Thổ  và khoảng cách của nó với người bạn đồng hành bằng hai lần khoảng cách giữa Mặt Trời và Sao Thổ, tuy nhiên các quan sát vẫn chưa được xác nhận rằng thiên thể được phát hiện bởi Chandra là một hành tinh. Nhiều dữ liệu hơn sẽ được thu thập để xác nhận chính xác.

Phân loại

Phần lớn các ngoại hành tinh có quỹ đạo quanh sao mẹ gần giống Mặt Trời của chúng ta. Chỉ có một vài hành tinh được cho là có quỹ đạo quanh các hệ sao đôi. Rất ít hành tinh trong hệ sao ba và có duy nhất một hành tinh trong hệ sao bốn là Kepler-64 hành tinh là PH1 phát hiện năm 2012.

Các hành tinh được hình thành từ một vài tới 10 triệu năm sau sự hình thành của ngôi sao mẹ của chúng. Khi các hành tinh hình thành bên trong một đĩa tiền hành tinh, chúng tạo ra các lớp vỏ Hydro và Heli, những lớp vỏ này nguội đi và co lại theo thời gian phụ thuộc vào khối lượng của hành tinh đó, một số hoặc toàn bộ Hydro và Heli đó cuối cùng bị mất vào không gian.

Một ví dụ đó là Kepler 51b - một hành tinh có khối lượng gấp đôi khối lượng của Trái Đất nhưng lại có kích thước bằng với Sao Thổ - hành tinh có khối lượng gấp hàng trăm lần Trái Đất.

Có rất nhiều loại hành tinh, nhưng hiện tại,chúng được chia làm ba dãy: Sao Mộc Nóng, Siêu Trái Đất và hành tinh lang thang. Sao Mộc nóng là một hành tinh khí khổng lồ có khoảng cách siêu gần với ngôi sao mẹ, và tất nhiên một vòng quỹ đạo của nó cũng rất ngắn. Các nhà thiên văn đã bị kinh ngạc bởi các Sao Mộc Nóng vì sự hình thành hành tinh đã chỉ ra rằng các hành tinh khổng lồ chỉ hình thành ở khoảng cách xa so với ngôi sao chủ, nhưng cuối cùng nhiều hành tinh thuộc nhóm này đã được phát hiện và giờ đây rõ ràng rà Hot Jupiter hay Sao Mộc Nóng chiếm số ít trong số các ngoại hành tinh.

Siêu Trái Đất hay Super Earth là một trong số nhóm hành tinh  thường thấy nhất có khối lượng bằng với trái đất tới gấp 17 lần Trái Đất. Đặc điểm của các hành tinh như vậy phần lớn chưa được biết đến nhiều.

Các hành tinh nhiều khi có quỹ đạo rất xa so với hành tinh mẹ và rất khó để biết rằng liệu chúng có chịu hấp dẫn từ ngôi sao đó không. Không giống như hành tinh của chúng ta, phần lớn các ngoại hành tinh không có mối liên hệ khăng khít với ngôi sao chính của nó, nói cách khác chúng chỉ đang lang thang trong không gian hay bị lạc với ngôi sao mẹ. Vậy nên chúng được gọi là các thiên thể có khối lượng cỡ hành tinh (planetary-mass object) mà không đi theo quỹ đạo nào. Vì những thiên thể này không trùng với định nghĩa của "hành tinh" do Hiệp hội Thiên văn Quốc tế chấp nhận. ĐÔi khi thấy thật buồn cho chúng vì có thể chúng chỉ lạc mẹ thôi mà :((

Một trong những mục tiêu then chốt của NASA và chương trình ngoại hành tinh là tìm ra bằng chứng không thể nhầm lẫn về sự sống hiện tại.

Tháng 1 năm 2020, các nhà khoa học công bố khám phá về ngoại hành tinh đầu tiên có kích cỡ Trái Đất và nằm ở vùng sống được (habitable zone) phát hiện bởi các thử nghiệm. Điều quan tâm đặc biệt ở đây là việc thu thập các bằng chứng về một thế giới xa xôi, nơi nước có thể tồn tại ở dạng lỏng - điều kiện tiên quyết cho sự sống. Khoảng 1 phần 5 ngôi sao giống Mặt Trời chứa hành tinh có kích thước Trái Đất nằm trong vùng sống được. 

Tương lai

Các hành tinh giống như chúng ta có thể tồn tại ở bất cứ nơi đâu trong vũ trụ rộng lớn này. Ước tính có 200 tỷ các ngôi sao trong Ngân Hà, có thể giả thuyết rằng chỉ riêng trong thiên hà của chúng ta có 11 tỷ hành tinh có kích thước bằng trái đất có thể sinh sống được.

JWST - chiếc kính thiên văn không gian mạnh nhất từ trước đến giờ, cùng các cảm biến quang học sẽ giúp chúng ta mở ra những cánh cửa mới cho việc tìm hiểu và khám phá các ngoại hành tinh.

Thật ý nghĩa biết bao khi tìm kiếm thứ gì đó giống như của chúng ta: đầu tiên chúng ta chưa biết điều đó thực sự là điều nên được mong đợi hay không nhưng một điều chắc chắn là chúng ta phải tiếp tục cuộc hành trình vì từ đây trở đi, vũ trụ chắc chắn sẽ không chậm lại để cho chúng ta bắt kịp đâu.