Kính viễn vọng không gian Lazuli dự kiến sẽ khảo sát 27 ngoại hành tinh, tất cả đều là những hành tinh khổng lồ, nhằm nghiên cứu khí quyển của các thế giới xa xôi bằng ánh sáng sao phản xạ, sau khi Lazuli dự kiến được phóng vào năm 2029. Danh sách mục tiêu được đề xuất trong một nghiên cứu mới, hướng đến khai thác khả năng quan sát trực tiếp ngoại hành tinh ở những điều kiện mà các thiết bị hiện nay chưa khảo sát đầy đủ.
Lazuli được kỳ vọng trở thành kính viễn vọng không gian tư nhân đầu tiên trên thế giới. Dự án do Eric Schmidt, cựu giám đốc điều hành Google, khởi xướng. Kính có gương chính đường kính 3 m, lớn hơn gương 2,4 m của kính viễn vọng Hubble, cùng ba thiết bị khoa học: máy ảnh quang học trường rộng, máy quang phổ trường tích phân và thiết bị che sáng sao ngoài Hệ Mặt Trời (ExtraSolar Coronagraph – ESC).
Nghiên cứu có tên “Lựa chọn đầu tiên các mục tiêu tối ưu cho chiến dịch quan sát ngoại hành tinh bằng ánh sáng sao phản xạ (reflected starlight) của thiết bị ESC trên kính Lazuli”, được đăng trên nền tảng arXiv. Các tác giả gồm Logan Pearce thuộc Khoa Thiên văn học, Đại học Michigan, và Ewan Douglas thuộc Đài thiên văn Steward, Đại học Arizona.
Theo nhóm nghiên cứu, phương pháp quan sát bằng ánh sáng sao phản xạ có thể giúp xác định thành phần khí quyển của các hệ ngoại hành tinh đã trưởng thành, đồng thời mở ra khả năng tìm kiếm dấu hiệu sinh học. Khác với cách quan sát dựa vào nhiệt do hành tinh phát ra, phương pháp này không phụ thuộc vào lượng nhiệt còn sót lại từ quá trình hình thành hành tinh.
Quan sát những hành tinh khó phát hiện
Các hành tinh nguội dần theo thời gian, khiến bức xạ nhiệt của chúng suy giảm và việc phát hiện trở nên khó khăn hơn. Trong khi đó, ánh sáng từ ngôi sao chủ phản xạ trên bề mặt hoặc trong khí quyển hành tinh không suy giảm theo tuổi hành tinh theo cách tương tự. Vì vậy, ESC có thể giúp các nhà khoa học khảo sát những hành tinh trưởng thành mà phương pháp dựa vào bức xạ nhiệt khó tiếp cận.
Việc quan sát ở bước sóng ngắn hơn, khoảng 0,5–2 micromet, cũng có thể giúp phát hiện các hành tinh ở gần ngôi sao chủ hơn. Đây là vùng bước sóng mà các ngôi sao phát ra lượng ánh sáng mạnh, tạo điều kiện cho phương pháp chụp ảnh bằng ánh sáng phản xạ.
“Cho đến nay, tất cả ngoại hành tinh được chụp ảnh đều được phát hiện thông qua bức xạ nhiệt do chính chúng phát ra. Tuy nhiên, việc chụp ảnh trực tiếp, phân giải rõ vị trí của các hành tinh bằng ánh sáng sao phản xạ đang dần trở thành hiện thực,” các tác giả viết.
Danh sách 27 mục tiêu của Lazuli bao gồm những hành tinh có độ tuổi và nhiệt độ nằm ngoài phạm vi từng được khảo sát bằng phương pháp chụp ảnh trực tiếp. Một số mục tiêu cũng có thể được quan sát bằng thiết bị chụp ảnh nhiệt METIS trên kính viễn vọng cực lớn (ELT) và thiết bị che sáng sao trên kính viễn vọng không gian Nancy Grace Roman của NASA.
Việc phối hợp quan sát bằng nhiều thiết bị có thể giúp bổ sung dữ liệu cho nhau, từ đó cung cấp bức tranh toàn diện hơn về thành phần và đặc điểm khí quyển ngoại hành tinh.
Thời gian quan sát là thách thức lớn
Trở ngại chính của phương pháp này là ánh sáng phản xạ từ hành tinh rất yếu so với ánh sáng trực tiếp từ ngôi sao. Để tách được hai nguồn sáng, thiết bị cần đạt độ tương phản cao và có thể phải phơi sáng trong thời gian dài.
Để sử dụng thời gian quan sát hiệu quả, các nhà khoa học lựa chọn những ngoại hành tinh đã được xác định quỹ đạo tương đối chính xác. Thông tin này giúp họ ưu tiên các mục tiêu và bố trí lịch quan sát vào thời điểm có xác suất phát hiện cao hơn, thay vì tìm kiếm trên diện rộng.
Nhóm nghiên cứu cho rằng danh sách mục tiêu được lựa chọn có thể mở rộng phạm vi chụp ảnh trực tiếp các hành tinh khí khổng lồ sang những môi trường lạnh hơn so với các hành tinh từng được ghi hình. Một số mục tiêu trùng với phạm vi quan sát của thiết bị Roman CGI và ELT-METIS, tạo cơ hội kết hợp dữ liệu để nghiên cứu khí quyển sâu hơn.
Lazuli cũng là một thử nghiệm đối với mô hình kính viễn vọng không gian do tư nhân sở hữu. Hiệu quả hoạt động và tác động của mô hình này đối với nghiên cứu khoa học vẫn cần được kiểm chứng sau khi kính đi vào vận hành.
“Danh sách mục tiêu của chúng tôi mở rộng phạm vi chụp ảnh trực tiếp các hành tinh khí khổng lồ sang những môi trường lạnh hơn so với các hành tinh từng được chụp ảnh trước đây, qua đó khảo sát các hệ ngoại hành tinh đã trưởng thành. Một số mục tiêu trùng với phạm vi quan sát của Roman CGI và ELT-METIS, giúp xác định đặc điểm khí quyển toàn diện hơn nhờ kết hợp năng lực của các hệ thống này,” các tác giả kết luận.
Hình minh họa ngoại hành tinh 55 Cancri d, một hành tinh được xem là có nhiều điểm tương đồng với Sao Mộc và là một trong 27 mục tiêu được đề xuất cho kính Lazuli. Ảnh: NASA
Hình minh họa kính viễn vọng không gian Lazuli, được thiết kế với gương chính đường kính 3 m và ba thiết bị khoa học. Trong đó, thiết bị ESC sẽ quan sát ngoại hành tinh và khí quyển của chúng bằng ánh sáng sao phản xạ thay vì dựa vào bức xạ nhiệt do hành tinh phát ra. Ảnh: Schmidt Sciences
Hình minh họa Beta Pictoris b, một trong những ngoại hành tinh được nghiên cứu chuyên sâu nhất và thuộc nhóm ngoại hành tinh đầu tiên được chụp ảnh trực tiếp. Hành tinh quay quanh một ngôi sao trẻ có đĩa vật chất vụn bao quanh. Ảnh: ESO
