Pandora: vệ tinh nhỏ hỗ trợ James Webb săn tìm sự sống ngoài Trái Đất

Khoảng giai đoạn 2017-2018, giới thiên văn mới thực sự nhận ra mức độ nghiêm trọng của vấn đề này. Trước đó ai cũng “nghi ngờ” sao không hoàn hảo, nhưng chưa ai nghĩ nó có thể làm sai lệch kết quả đến vậy. Có những trường hợp, các nhà khoa học tưởng mình đang thấy nước trong khí quyển hành tinh, nhưng thực ra đó lại là dấu hiệu đến từ chính ngôi sao. Điều này tạo ra sự mơ hồ: thứ ta thấy là của hành tinh hay của sao? Những ca khó như siêu Trái Đất GJ 486 b, nơi JW thấy tín hiệu nước nhưng chưa rõ đến từ hành tinh hay từ bầu khí quyển của sao lùn đỏ chủ, cho thấy rõ mức độ “nhiễu” mà sao có thể gây ra.

Pandora ra đời để giải quyết vấn đề này

Pandora được sinh ra để giải quyết chính bài toán đó. Đây là một vệ tinh nhỏ, một phần của chương trình Astrophysics Pioneers của NASA, được thiết kế như một sứ mệnh chi phí thấp nhưng tác động khoa học rất lớn để hỗ trợ các kính thiên văn “flagship” như Webb. Thực tế thì gương chính chỉ cỡ kính thiên văn nghiệp dư cao cấp, kích thước chưa bằng 1/10 Webb. Ngân sách toàn bộ sứ mệnh bị NASA giới hạn ở mức khoảng 20 triệu USD, trong khi Webb tiêu tốn hơn 10 tỷ USD.


Pandora ra đời hỗ trợ James Webb giải quyết vấn đề này

Vai trò của Pandora không phải thay thế Webb, mà là quan sát trực tiếp các ngôi sao chủ. Từ quỹ đạo thấp quanh Trái Đất, Pandora sẽ nhìn vào những hệ sao - hành tinh mà Webb đang nghiên cứu, theo dõi sự thay đổi độ sáng, vết đen, bùng nổ và đặc điểm quang phổ của sao theo thời gian. Nhờ vậy, các nhà khoa học có thể hiểu rõ mức độ “nhiễu” mà sao gây ra. Dữ liệu nhiều bước sóng, ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại gần, cùng các quan sát kéo dài sẽ cho phép họ tách riêng phần tín hiệu đến từ đốm sao và bề mặt sao khỏi phần tín hiệu thực sự đi qua khí quyển hành tinh.

Nói đơn giản, nếu Webb là người nếm rượu để đánh giá hương vị, thì Pandora giống như người kiểm tra cây nến chiếu sáng ly rượu đó. Ánh sáng từ nến không ổn định thì bạn cũng dễ hiểu nhầm màu sắc rượu. Pandora giúp xác định chính xác “ánh nến”, tức ngôi sao, để kết quả phân tích từ Webb không bị lệch.

Pandora hoạt động với Webb như thế nào

Về lý thuyết, Webb cũng có thể tự làm công việc quan sát sao liên tục, nhưng thực tế là nó không có thời gian để làm việc này. Lịch hoạt động của Webb kín mít vì nó đang phục vụ đủ loại nghiên cứu từ thiên hà cổ xưa đến các hành tinh trong hệ Mặt Trời. Việc “ngồi lì” hàng chục giờ chỉ để theo dõi một ngôi sao là điều quá tốn kém với Webb.

Pandora thì khác. Nó nhỏ, rẻ, và được thiết kế đúng cho nhiệm vụ này. Pandora sẽ quan sát đồng thời sao và hành tinh, cung cấp dữ liệu nền về hoạt động của sao. Khi kết hợp dữ liệu từ hai kính thiên văn, giới khoa học có thể “trừ” ảnh hưởng của sao ra khỏi kết quả của Webb. Nhờ đó, họ biết chắc rằng tín hiệu nước hay methane thực sự đến từ khí quyển hành tinh, chứ không phải từ bề mặt sao.


Pandora và James Webb kết hợp được kì vọng mang lại kết quả phân tích các yếu tố của sự sống tốt hơn

Các nhà khoa học gọi đây là “hiệu chỉnh” dữ liệu. Pandora đang lấp vào khoảng trống rất quan trọng: giúp Webb đạt tới độ chính xác mà trước đây chưa từng có. Một số nhà nghiên cứu còn xem đây là “rào cản khoa học quan trọng nhất” cần vượt qua để thật sự khai mở toàn bộ tiềm năng của Webb và các sứ mệnh săn dấu hiệu sự sống trong tương lai.

Hiện tại, giới thiên văn đã xác nhận hơn 6.000 ngoại hành tinh. Chúng ta biết rằng Trái Đất không hề hiếm trong vũ trụ. Vấn đề bây giờ không phải tìm hành tinh nữa, mà là xác định xem chúng có bầu khí quyển và dấu hiệu sinh học hay không. Pandora giúp loại bỏ một trong những rào cản khoa học lớn nhất trên con đường đó, và chọn ra những “hành tinh chuẩn mực” đáng để Webb và các sứ mệnh tương lai đầu tư quan sát sâu hơn.

Ở một tầng ý nghĩa khác, Pandora còn là ví dụ cho một mô hình làm khoa học mới: những sứ mệnh nhỏ, rẻ nhưng triển khai nhanh, đủ linh hoạt để cập nhật theo nhịp độ ‘mỗi vài năm lại có một bước ngoặt’ của ngành nghiên cứu ngoại hành tinh, thay vì chỉ trông chờ vào các siêu dự án kéo dài hàng chục năm như James Webb.

Kế hoạch quan sát của Pandora

Trong sứ mệnh chính kéo dài một năm, Pandora sẽ tập trung vào 20 hành tinh ngoài hệ Mặt Trời đã được chọn trước. Mỗi hệ sẽ được quan sát khoảng 10 lần. Mỗi lần, Pandora sẽ nhìn sâu vào ngôi sao suốt 24 giờ, thu dữ liệu cả ở dải ánh sáng nhìn thấy lẫn hồng ngoại.

Cách làm này cho phép các nhà khoa học theo dõi cả biến động ngắn hạn lẫn dài hạn của sao: vết đen quay vào - ra, độ sáng thay đổi theo chu kỳ, các hiện tượng bất thường. Từ đó, họ xây dựng bản đồ hành vi của sao, rồi dùng nó để hiệu chỉnh dữ liệu hành tinh từ Webb. Mẫu mục tiêu của Pandora bao phủ nhiều loại sao lùn mát (từ K đến M) và hành tinh từ cỡ Trái Đất đến cỡ Sao Mộc, qua đó các kết quả hiệu chỉnh có thể suy rộng sang nhiều hệ khác trong “hàng xóm” thiên hà của chúng ta.

Pandora được phóng bằng tên lửa Falcon 9 trong một nhiệm vụ rideshare, bay lên quỹ đạo Sun-synchronous kiểu “chạng vạng”, luôn nằm ở ranh giới ngày và đêm của Trái Đất, để các tấm pin mặt trời luôn được chiếu sáng, giúp vệ tinh hoạt động liên tục trong thời gian dài.

Nguồn: [1][2][3]