Cách Mới Để Khám Phá Các Hành Tinh Ngoài Hệ Mặt Trời Bằng Thấu Kính Khổng Lồ

Hành trình khám phá các hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời đang mở ra những chân trời mới cho nhân loại. Kể từ khi có những bức ảnh đầu tiên về các hành tinh xa xôi, chúng ta chỉ thấy được những điểm sáng mờ nhạt, như những ngọn nến giữa không gian bao la.

Cho dù sử dụng những thiết bị tinh vi nhất, các nhà thiên văn vẫn phải đối mặt với thách thức lớn khi tách những điểm sáng này khỏi ánh sáng chói lóa của ngôi sao chủ. Để có thể nhìn rõ bề mặt của một hành tinh tương tự như Trái Đất cách xa hàng năm ánh sáng, con người cần một kính thiên văn lớn như thế nào để đạt được điều đó?

Giới chuyên gia đã chỉ ra rằng để thu được hình ảnh với 100 điểm ảnh (10 hàng và 10 cột) của một hành tinh hàng chục năm ánh sáng, chúng ta sẽ cần một kính thiên văn không gian có khẩu độ gương lên tới 160 km – một con số mà bất kỳ kỹ sư nào cũng sẽ cảm thấy choáng ngợp.

Khi so sánh, kính thiên văn James Webb hiện tại chỉ có gương chính rộng 6,5 mét, cho thấy sự chênh lệch rõ rệt. Việc chế tạo những chiếc gương lớn hơn là không khả thi với những cách tiếp cận công nghệ hiện tại. Do vậy, giới nghiên cứu cần đổi mới tư duy để mở ra những hướng khám phá mới.

Ý tưởng đã có từ một thế kỷ trước với Albert Einstein và thuyết tương đối tổng quát. Theo đó, khối lượng lớn như Mặt Trời có thể làm cong không gian – thời gian, từ đó ánh sáng đi qua gần nó sẽ bị lệch hướng. Sự kiện nhật thực năm 1919 do Arthur Eddington quan sát đã bác bỏ sự hoài nghi về vấn đề này.

Nếu Mặt Trời có thể hoạt động như một thấu kính khổng lồ với đường kính 1,39 triệu km, nó có khả năng phóng đại độ sáng lên tới 100 tỷ lần và mang lại độ phân giải góc đạt 10 mũ âm 10 giây cung. Độ phân giải này vượt xa bất kỳ thiết bị nào mà con người từng chế tạo.

Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là tiêu điểm của thấu kính này nằm rất xa. Ánh sáng càng gần Mặt Trời càng bị bẻ cong mạnh, và sự hội tụ này tạo thành một đường tiêu cự kéo dài từ mốc 547 đơn vị thiên văn (AU) ra vô tận. Điều này có nghĩa là tàu Voyager 1 sau gần 50 năm di chuyển mới chỉ đi được chưa đầy một phần ba quãng đường này.

Nhờ tài trợ từ chương trình NIAC của NASA, nhà vật lý Slava Turyshev đã thành công trong việc biến ý tưởng này thành một lộ trình kỹ thuật chi tiết thông qua việc giải các phương trình cơ học lượng tử tại vùng tiêu điểm hấp dẫn.

Theo tính toán của NIAC, ánh sáng từ một hành tinh mục tiêu sau khi đi qua Mặt Trời sẽ tạo thành một cột quang học với đường kính 1,3 km. Tàu vũ trụ sẽ di chuyển bên trong cột sáng này để thu thập dữ liệu và sử dụng thuật toán máy tính để tái tạo bề mặt hành tinh.

Với một kính thiên văn trang bị công nghệ hiện đại có khả năng dập ánh sáng Mặt Trời, khi quan sát mục tiêu cách 98 năm ánh sáng trong vòng 6 tháng, hệ thống đủ sức tái tạo hình ảnh với độ phân giải bề mặt khoảng 25 km (hoặc 10 km trong điều kiện lý tưởng).

Độ phân giải này sẽ cho phép nhìn rõ hình dáng của đại dương, lục địa, băng ở cực và các dãy núi lớn. Theo ông Nitin Arora từ NASA, công chúng sẽ có cơ hội thấy được các hồ nước, biển cả và các hình thái địa lý khác trên hành tinh đó.

Tuy nhiên, thách thức lớn nhất vẫn là quãng đường 548 AU. Các tên lửa phương pháp hóa học truyền thống sẽ mất hàng trăm năm để di chuyển. GIải pháp của NIAC đề xuất sử dụng cánh buồm Mặt Trời, cho phép tàu vũ trụ lao sát gần Mặt Trời và bung ra 16 cánh buồm mỏng, dùng áp suất của ánh sáng để tăng tốc độ lên tới 150 km/giây, rút ngắn hành trình còn vài thập kỷ.

Kế hoạch cũng nhấn mạnh việc sử dụng đàn vệ tinh nhỏ để giảm thiểu chi phí và chia sẻ rủi ro. Đàn vệ tinh sẽ giúp quan sát nhiều hành tinh cùng một lúc và giảm thiểu ảnh hưởng của thời tiết xấu.

Sứ mệnh thấu kính hấp dẫn Mặt Trời không chỉ đơn thuần là một chuyến quan sát, mà còn là một hành trình thám hiểm có chủ đích nhằm khám phá và có thể định cư tại các hành tinh có tiềm năng.

Dù còn nhiều thách thức phải vượt qua như độ chính xác trong định hướng hay khả năng theo dõi quỹ đạo hành tinh, siêu dự án này đang mở ra những trang mới cho nghiên cứu thiên văn.

Ý tưởng này đã được đề xuất lần đầu tiên bởi Claudio Maccone vào năm 1993, nhưng đến nay đã gần trở thành hiện thực. Chỉ cần một bước tiến trong công nghệ, câu hỏi về sự sống ngoài Trái Đất sẽ được hiện thực hóa, không chỉ còn là một giả thuyết mà sẽ là một quan sát cụ thể.