Trong văn phòng của mình trên tầng 17 của Tòa nhà MIT 54, sara seager gần không gian như Cambridge, Massachusetts. Từ cửa sổ của mình, cô có thể nhìn qua sông Charles đến trung tâm thành phố Boston ở một hướng và công viên Fenway ở hướng khác. Bên trong, tầm nhìn của cô ấy mở rộng đến Dải Ngân hà và xa hơn nữa.
Seeger, 47 tuổi, là một nhà vật lý thiên văn. Chuyên môn của cô ấy là ngoại hành tinh, đặc biệt là tất cả các hành tinh trong vũ trụ, ngoại trừ những hành tinh bạn đã biết quay quanh mặt trời của chúng ta. Trên bảng đen, cô phác thảo một phương trình để ước tính cơ hội tìm thấy sự sống trên một hành tinh như vậy. Bên dưới một bảng đen khác chứa nhiều phương trình hơn là một đống kỷ vật, trong đó có một cái lọ với một số mảnh vỡ màu đen bóng.
“Đây là đá tan chảy của chúng tôi.”
Seager nói nhanh và không ngừng, và cô ấy có đôi mắt màu hạt dẻ sâu luôn để ý đến bất cứ ai cô ấy đang nói chuyện. Cô giải thích, có những hành tinh được gọi là siêu Trái đất nóng bay lượn rất gần với các ngôi sao của chúng đến mức chúng tồn tại ít hơn một ngày một năm. Bà nói: “Những hành tinh này rất nóng, chúng có thể có những hồ dung nham khổng lồ. Vì vậy, đá tan chảy.
“Chúng tôi muốn kiểm tra độ sáng của dung nham.”
Khi Seager bước vào trường cao học vào giữa những năm 1990, chúng tôi không biết hành tinh nào có thể quay quanh các ngôi sao của chúng trong vài giờ, trong khi những hành tinh khác sẽ mất gần một triệu năm. Chúng ta không biết các hành tinh quay quanh hai ngôi sao, hay các hành tinh giả mạo không quay quanh bất kỳ ngôi sao nào mà chỉ đi lang thang trong không gian. Trên thực tế, chúng tôi không chắc liệu có bất kỳ hành tinh nào bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta hay không, và nhiều giả thiết của chúng tôi về hành tinh hóa ra là sai. Việc phát hiện ra hành tinh ngoài hành tinh đầu tiên – 51 pegasi b, được phát hiện vào năm 1995 – bản thân nó đã là một điều bất ngờ: một hành tinh khổng lồ bị nhồi nhét lên ngôi sao của nó, quay quanh nó chỉ trong bốn ngày.
“51 chốt sẽ cho mọi người biết rằng đó sẽ là một chuyến đi điên rồ,” Seager nói. “Hành tinh đó không nên ở đó.”
Hôm nay, chúng tôi đã xác nhận khoảng 4.000 ngoại hành tinh. Hầu hết được phát hiện bởi kính viễn vọng không gian Kepler, được phóng vào năm 2009. Nhiệm vụ của Kepler là xem nó có thể tìm thấy bao nhiêu hành tinh quay xung quanh khoảng 150.000 ngôi sao trong một vùng trời nhỏ – chừng nào bạn có thể với bàn tay dang rộng của mình. Nhưng mục tiêu cuối cùng của nó là giải quyết một câu hỏi lớn hơn: Là nơi nơi mà sự sống có thể tiến hóa là phổ biến trong vũ trụ, hay hiếm đến mức chúng ta thực sự không có hy vọng biết liệu có một thế giới sự sống khác không?
Câu trả lời của Kepler rất rõ ràng. Có nhiều hành tinh hơn các ngôi sao, và ít nhất một phần tư là các hành tinh có kích thước bằng Trái đất trong cái gọi là vùng sinh sống của ngôi sao, nơi có điều kiện không quá nóng cũng không quá lạnh để sự sống tồn tại. Có ít nhất 100 tỷ ngôi sao trong Dải Ngân hà, có nghĩa là có ít nhất 25 tỷ nơi có thể hình dung sự sống chỉ trong thiên hà của chúng ta – và thiên hà của chúng ta là một trong hàng nghìn tỷ.
Không có gì ngạc nhiên khi Kepler, hết nhiên liệu vào tháng 10 năm ngoái, gần như được các nhà thiên văn học tôn kính. (“Kepler là bước tiến vĩ đại nhất trong cuộc cách mạng Copernic kể từ Copernicus,” Andrew Simeon, nhà vật lý thiên văn tại Đại học California, Berkeley, nói với tôi.) Nó đã thay đổi cách chúng ta đối phó với những bí ẩn lớn nhất của sự tồn tại theo một cách. Câu hỏi không còn nữa, liệu có sự sống bên ngoài Trái đất? Đó là một cuộc đặt cược khá chắc chắn. Bây giờ câu hỏi là, làm thế nào để chúng ta tìm thấy nó?
Việc phát hiện ra Dải Ngân hà chứa đầy các hành tinh đã thúc đẩy quá trình tìm kiếm sự sống. Sự gia tăng tài trợ tư nhân đã tạo ra một chương trình nghiên cứu linh hoạt hơn, thân thiện với rủi ro hơn. NASA cũng đang đẩy mạnh các nỗ lực trong lĩnh vực sinh học thiên văn. Hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào việc tìm kiếm bất kỳ dấu hiệu nào của sự sống trên các hành tinh khác. Nhưng viễn cảnh về những mục tiêu mới, nguồn tài trợ mới và sức mạnh tính toán ngày càng tăng cũng đã truyền cảm hứng cho cuộc tìm kiếm người ngoài hành tinh thông minh kéo dài hàng thập kỷ.
Đối với Sieger, người nhận được “Giải thưởng Thiên tài” của MacArthur , việc tham gia nhóm Kepler là một bước nữa để hướng tới mục tiêu cả đời: tìm ra một lớp quay quanh một hành tinh Trái đất sao giống như mặt trời. Trọng tâm hiện tại của cô là Vệ tinh Khảo sát Ngoại hành tinh (TESS), một kính viễn vọng không gian NASA do MIT dẫn đầu được phóng vào năm ngoái. Giống như Kepler, TESS tìm kiếm sự mờ đi một chút độ sáng của ngôi sao khi một hành tinh đi qua – chuyển tiếp – ở phía trước nó. Tess đang quét gần như toàn bộ bầu trời với mục tiêu xác định khoảng 50 hành tinh ngoài hành tinh có bề mặt đá giống như Trái đất có thể được đánh giá bằng các kính viễn vọng mạnh mẽ hơn sắp trực tuyến, bắt đầu với hy vọng của NASA sẽ phóng vào năm 2021 Kính viễn vọng Không gian James Webb.
Trên một “bảng tầm nhìn” trên một bức tường trong văn phòng của cô ấy, Seeger đã thu thập các mục thể hiện “Hiện tại tôi đang ở đâu và tôi đang đi đâu để tôi có thể nhắc nhở bản thân tại sao tôi lại làm việc chăm chỉ như vậy”. Điều đó bao gồm một số viên đá được mài nhẵn các quả cầu đại diện cho các sao lùn đỏ và các nhóm hành tinh của chúng, cũng như mô hình vệ tinh thám hiểm hành tinh giá rẻ Asteria của cô.
“Tôi không có thời gian để đăng bài này,” Seager nói, mở một tấm áp phích thể hiện sự khởi đầu sự nghiệp của cô một cách khéo léo. Đây là một biểu đồ hiển thị các đặc điểm quang phổ của một phần tử, giống như một mã vạch màu. Mỗi hợp chất hấp thụ một tập hợp các bước sóng ánh sáng duy nhất. (Ví dụ, chúng ta nghĩ lá có màu xanh lục vì chất diệp lục là một phân tử tiêu thụ ánh sáng hấp thụ màu đỏ và xanh lam, vì vậy ánh sáng duy nhất phản xạ lại là màu xanh lá cây.) Ở độ tuổi 20, Seager nảy ra ý tưởng rằng các hợp chất trong quá trình chuyển đổi có thể để lại dấu vân tay quang phổ của chúng trong ánh sáng sao đi qua tầng khí quyển trên của hành tinh. Về mặt lý thuyết, chúng ta có thể thấy bằng chứng trong ánh sáng chiếu tới chúng ta nếu có khí từ các sinh vật sống trong bầu khí quyển của hành tinh.
“Nó thực sự khó,” cô ấy nói với tôi. “Hãy nghĩ về bầu khí quyển của một hành tinh đá như một lớp da củ hành, và toàn bộ mọi thứ đều ở trước màn hình imax.”
Có khả năng bên ngoài là một hành tinh đá quay quanh một ngôi sao đủ gần để kính thiên văn Webb có thể thu đủ ánh sáng để nghiên cứu các dấu hiệu của sự sống. Nhưng hầu hết các nhà khoa học, bao gồm cả Seeger, cho rằng chúng ta cần chờ đợi thế hệ kính viễn vọng không gian tiếp theo. Bao phủ phần lớn bức tường phía trên biểu đồ thị lực của cô ấy là một tấm nhựa mỏng màu đen có hình những cánh hoa khổng lồ. Đó là lời nhắc nhở về nơi cô ấy đang đi: một sứ mệnh không gian vẫn đang được phát triển có thể đưa cô ấy đến một Trái đất sống khác.
Ngay từ khi còn rất trẻ, olivier guyon đã gặp vấn đề về giấc ngủ: tức là nó xảy ra vào ban đêm, khi thức dậy tốt hơn nhiều. guyon lớn lên ở vùng quê champagne của Pháp. Khi anh 11 tuổi, cha mẹ anh đã mua cho anh một chiếc kính thiên văn nhỏ, sau đó anh nói rằng họ đã rất hối hận. Anh ấy đã dành nhiều đêm để nhìn chằm chằm vào nó, chỉ để ngủ trong lớp vào ngày hôm sau. Khi kính thiên văn của anh ấy vượt qua chiếc kính đó, anh ấy đã chế tạo một chiếc lớn hơn. Nhưng trong khi anh ta có thể phóng đại tầm nhìn của mình về các thiên thể, Gayn không thể phóng đại các giờ trong đêm. Một thứ gì đó phải cho đi, vì vậy một ngày, khi anh còn là một thiếu niên, anh quyết định bỏ ngủ gần như hoàn toàn. Ban đầu anh ấy cảm thấy ổn, nhưng sau một tuần hoặc lâu hơn, anh ấy bị ốm nặng. Bây giờ nhìn lại, anh vẫn không khỏi rùng mình.
Ngày nay, chàng trai 43 tuổi có một kính thiên văn rất lớn để sử dụng. Đài quan sát Subaru và 12 đài quan sát khác nằm trên đỉnh Mauna Kea trên Đảo Lớn Hawaii. Chiếc gương dài 8,2 mét (27 foot) của Subaru là một trong những chiếc gương đơn lớn nhất trên thế giới. (Được vận hành bởi Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản, kính thiên văn này không liên quan gì đến hãng xe hơi — Subaru là tên tiếng Nhật của cụm sao Pleiades.) Ở độ cao 13,796 feet trên mực nước biển, Mauna Kea cung cấp một trong những tầm nhìn cao nhất và rõ ràng nhất của vũ trụ, nhưng cách nhà Guyon ở Hilo chỉ một giờ rưỡi lái xe. Khoảng cách gần cho phép anh thường xuyên đi lại để kiểm tra và cải tiến các thiết bị do anh chế tạo và gắn vào kính thiên văn, thường xuyên làm việc suốt đêm. Anh ta mang theo một chai cà phê espresso, và trong một thời gian, anh ta bắt đầu thêm caffeine vào đó, cho đến khi một người bạn chỉ ra rằng anh ta đang tiêu thụ hơn một nửa liều lượng gây chết người mỗi ngày.
“Chúng tôi có thể ở đây trong vài tuần và sau đó chúng tôi bắt đầu quên đi cuộc sống trên Trái đất,” anh ấy nói với tôi. “Đầu tiên bạn quên ngày trong tuần. Sau đó, bạn bắt đầu gọi điện cho gia đình”.
Giống như seager, guyon là người chiến thắng MacArthur. Thiên tài đặc biệt của anh ấy nằm ở khả năng làm chủ ánh sáng: cách xoa bóp và điều khiển ánh sáng để có thể nhìn thấy mọi thứ mà ngay cả những chiếc gương khổng lồ của Subaru cũng không thể nhìn thấy nếu không có huyền thoại về chàng trai.
“Câu hỏi lớn là liệu có hoạt động sinh học ở đó không,” ông nói và chỉ lên bầu trời. “Nếu vậy, điều đó như thế nào? Có lục địa không? Đại dương và mây? Nếu bạn có thể chiết xuất ánh sáng của các hành tinh từ ánh sáng của các ngôi sao, thì tất cả những câu hỏi này có thể được trả lời.”
Nói cách khác, nếu bạn có thể nhìn thấy hành tinh. Cố gắng phân biệt ánh sáng của một hành tinh đá có kích thước bằng Trái đất với ánh sáng của ngôi sao của nó giống như việc nheo mắt khó phát hiện một con ruồi giấm đang bay lượn vài inch trước đèn pha. Điều này dường như là không thể, và với kính thiên văn ngày nay, điều đó là không thể. Nhưng guyon đã đặt mục tiêu vào những gì thế hệ kính thiên văn trên mặt đất tiếp theo có thể làm được, nếu chúng có thể được thiết kế để có thể nheo mắt rất rất khó.
Đây chính xác là những gì nhạc cụ của anh ấy được thiết kế cho. Thiết bị này được gọi là – hãy vui lên – Subaru Corona Extreme Adaptive Optics (Quyền trượng, phát âm là “xiên x-a-o”). guyon muốn tôi xem nó hoạt động, nhưng sự cố mất điện đã khiến chiếc Subaru ngừng hoạt động. Thay vào đó, anh ấy đề nghị cho tôi xem mái vòm cao 141 foot chứa kính thiên văn. Ở đây ít oxy hơn 40% so với mực nước biển. Người khách có quyền mang theo bình oxy, nhưng anh ta không nghĩ rằng tôi cần bất kỳ thứ gì, và chúng tôi lên đường.
“Tôi đang đi thăm một số nhà khoa học vào ngày hôm trước và đột nhiên, một trong số họ bị ngất xỉu!” anh nói, ngạc nhiên và tiếc nuối. “Tôi lẽ ra phải biết cô ấy làm không tốt. Cô ấy trở nên rất trầm lặng.” Tôi giữ chặt, đảm bảo tiếp tục đặt câu hỏi.
Các kính thiên văn đặt trên mặt đất như Subaru là những bộ thu ánh sáng mạnh hơn các kính viễn vọng không gian như Hubble, chủ yếu là do chưa ai tìm ra cách ép một chiếc gương dài 27 foot vào một tên lửa và phóng nó vào không gian. Nhưng kính thiên văn trên mặt đất có một nhược điểm nghiêm trọng: Chúng nằm cách bầu khí quyển của chúng ta hàng dặm. Sự dao động của nhiệt độ không khí có thể khiến ánh sáng bị bẻ cong một cách thất thường — hãy nghĩ đến những ngôi sao lấp lánh hoặc không khí gợn sóng trên đường nhựa vào mùa hè.
Ưu tiên hàng đầu của Footxao là xóa các nếp nhăn này. Điều này đạt được bằng cách hướng ánh sáng từ ngôi sao vào một gương biến hình, nhỏ hơn một phần tư và được cung cấp năng lượng bởi 2.000 động cơ nhỏ. Sử dụng thông tin từ máy ảnh, động cơ làm biến dạng gương 3.000 lần mỗi giây để chống lại sự biến dạng khí quyển một cách chính xác, thì đấy, nhìn thấy càng gần chùm sao càng tốt trước khi bầu khí quyển của chúng ta bị vặn vẹo. Tiếp theo là đến phần lác mắt. Đối với guyon, độ sáng của một ngôi sao là “đốm sáng sôi sục mà chúng ta đang cố gắng loại bỏ.” Dụng cụ của ông bao gồm một hệ thống khẩu độ, gương và mặt nạ phức tạp được gọi là coronagraph, chỉ cho phép ánh sáng phản xạ từ Trái đất đi qua.
Thiết bị có nhiều thứ hơn để cung cấp; nhìn chằm chằm vào sơ đồ của thiết bị đủ để khiến bạn chóng mặt, ngay cả khi ở mực nước biển. Nhưng kết quả cuối cùng, một khi kính thiên văn thế hệ tiếp theo được chế tạo, sẽ là một điểm ánh sáng có thể nhìn thấy được thực chất là một hành tinh đá. Thu nhỏ hình ảnh này đến một máy quang phổ, một thiết bị phân giải ánh sáng thành các bước sóng và bạn có thể bắt đầu phủi bụi để lấy dấu vân tay của sự sống, được gọi là chữ ký sinh học.
Seager, guyon và hầu hết mọi người khác, khi sự thận trọng của khoa học cho phép, đồng ý rằng việc có một đặc điểm sinh học gần như là một cuộc đời sa sút. Chúng ta đã có một hành tinh để chứng minh điều đó. Trên Trái đất, thực vật và một số vi khuẩn tạo ra oxy như một sản phẩm phụ của quá trình quang hợp. Oxy là một phân tử có tính lăng nhăng rõ ràng – nó phản ứng và liên kết với mọi thứ trên bề mặt hành tinh. Vì vậy, nếu chúng ta có thể tìm thấy bằng chứng về việc nó tích tụ trong khí quyển, nó sẽ nhướng mày. Điều đáng nói hơn nữa là các cấu trúc sinh học bao gồm oxy và các hợp chất khác liên quan đến sự sống trên Trái đất. Thuyết phục nhất là tìm ra khí ôxy và khí mêtan, vì hai loại khí này từ các sinh vật sống phá hủy lẫn nhau. Tìm thấy chúng có nghĩa là phải tiếp tục bổ sung.
Tuy nhiên, việc giới hạn việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất đối với ôxy và khí mêtan sẽ rất quan trọng về mặt địa tâm. Sự sống có thể có các hình thức khác với thực vật quang hợp, và trên thực tế, ngay cả trên Trái đất, sự sống yếm khí đã tồn tại hàng tỷ năm trước khi oxy bắt đầu tích tụ trong khí quyển. Miễn là đáp ứng một số yêu cầu cơ bản – năng lượng, chất dinh dưỡng và môi trường lỏng – thì sự sống có thể phát triển theo những cách tạo ra bất kỳ số lượng khí khác nhau. Điều quan trọng là phải tìm ra nhiều khí hơn mức cần thiết.
Chúng tôi cũng có thể tìm kiếm các loại sinh trắc học khác. Chất diệp lục trong thảm thực vật phản xạ ánh sáng cận hồng ngoại – cái gọi là rìa đỏ, mắt người không thể nhìn thấy nhưng dễ dàng quan sát bằng kính thiên văn hồng ngoại. Tìm nó trong ký hiệu sinh học của một hành tinh và bạn có thể đã tìm thấy một khu rừng ngoài hành tinh. Nhưng thảm thực vật trên các hành tinh khác có thể hấp thụ các bước sóng ánh sáng khác nhau – có thể có những hành tinh có rừng đen thực sự là màu đen, hoặc hành tinh có hoa hồng có màu đỏ, và mọi thứ khác cũng vậy.
Tại sao lại dính vào thực vật? Lisa Kaltenegger, giám đốc Viện Carl Sagan tại Đại học Cornell, và các đồng nghiệp của cô đã công bố các dấu hiệu quang phổ của 137 loài vi sinh vật, bao gồm cả trong môi trường Trái đất khắc nghiệt có thể là chuẩn mực trên hành tinh vi sinh vật khác. Không có gì ngạc nhiên khi thế hệ kính thiên văn tiếp theo được mong đợi nhiều như vậy.
“Lần đầu tiên, chúng tôi có thể thu thập đủ ánh sáng”, Kaltenegger nói. “Chúng tôi sẽ có thể sửa chữa nó.”
Kính thiên văn đặt trên mặt đất thế hệ tiếp theo đầu tiên và mạnh nhất, Kính thiên văn rất lớn (elt) của Đài quan sát Nam Âu (elt) ở sa mạc Atacama của Chile, dự kiến bắt đầu hoạt động vào năm 2024. 39 gương đồng hồ công suất thu thập ánh sáng (128 ft) của nó sẽ vượt quá tất cả các kính viễn vọng cỡ Subaru hiện có cộng lại. Được trang bị phiên bản nâng cao của công cụ Gayon, elt sẽ có đầy đủ khả năng chụp ảnh các hành tinh đá trong vùng sinh sống của các ngôi sao lùn đỏ, những ngôi sao phổ biến nhất trong Dải Ngân hà. Chúng nhỏ hơn và mờ hơn sao lùn vàng mặt trời của chúng ta, vì vậy vùng sinh sống của chúng gần với ngôi sao hơn. Một hành tinh càng gần ngôi sao của nó, thì nó càng phản chiếu nhiều ánh sáng.
Than ôi, vùng sinh sống của sao lùn đỏ không phải là nơi thoải mái nhất trong Dải Ngân hà. Sao lùn đỏ luôn tràn đầy năng lượng và thường xuyên phát nổ vào không gian khi chúng trải qua giai đoạn mà Seager gọi là thời kỳ “hành vi tồi tệ của thanh thiếu niên rất lâu dài”. Có thể có một số cách để phát triển một bầu khí quyển để bảo vệ sự sống non trẻ khỏi bị đốt cháy bởi những cơn giận dữ của mặt trời. Nhưng các hành tinh xung quanh sao lùn đỏ cũng có khả năng bị “khóa gọn gàng” – luôn hiển thị một mặt đối với ngôi sao, giống như mặt trăng của chúng ta chỉ hiển thị một mặt đối với Trái đất. Điều này sẽ làm cho một nửa hành tinh quá nóng để tồn tại và nửa còn lại quá lạnh. Tuy nhiên, đường giữa có thể đủ nhẹ nhàng cho cuộc sống.
Khi nó xảy ra, có một hành tinh đá được gọi là proxima centauri b quay quanh khu vực có thể sinh sống được của Proxima Centauri, một ngôi sao lùn đỏ là ngôi sao gần nhất của chúng ta ở khoảng cách khoảng 4,2 năm ánh sáng hoặc 25 nghìn tỷ dặm. “Đó là một mục tiêu rất thú vị,” guyon nói. Nhưng ông đồng ý với Seeger rằng cơ hội tốt nhất để tìm thấy sự sống sẽ là trên các hành tinh giống Trái đất quay quanh các ngôi sao giống Mặt trời. Elt và ilk của nó sẽ rất xuất sắc trong việc thu thập ánh sáng, nhưng ngay cả những kính thiên văn khổng lồ đặt trên mặt đất cũng không thể tách ánh sáng của một hành tinh ra khỏi ánh sáng của một ngôi sao sáng hơn 10 tỷ lần.
Sẽ mất nhiều thời gian hơn và công nghệ thậm chí còn huyền ảo hơn – thậm chí là đáng mơ ước. Bạn có nhớ những tấm hình cánh hoa trên tường của Seeger không? Nó là một nhạc cụ vũ trụ có tên là Star Shadow. Thiết kế của nó bao gồm 28 tấm được sắp xếp xung quanh một trung tâm, giống như một bông hoa hướng dương khổng lồ, đường kính hơn 100 feet. Những cánh hoa được tạo hình chính xác và gợn sóng để làm chệch hướng ánh sáng từ các ngôi sao, để lại một bóng tối siêu tối phía sau. Nếu một kính viễn vọng được đặt sâu trong đường hầm tối tăm đó, nó sẽ có thể thu được ánh sáng lung linh từ các hành tinh giống Trái đất có thể nhìn thấy từ rìa của lá chắn sao.
Đối tác sớm nhất có thể có của Starshade là Kính viễn vọng Khảo sát Hồng ngoại Trường Rộng (wfirst), dự kiến hoàn thành vào giữa những năm 2020. Hai phi thuyền sẽ hoạt động cùng nhau trong một loại pas de deux thiên thể: mui xe sẽ từ từ di chuyển vào vị trí để chặn ánh sáng từ ngôi sao, do đó, wfirst có thể phát hiện bất kỳ hành tinh nào xung quanh nó và có thể lấy mẫu của chúng quang phổ tìm kiếm sự sống. Sau đó, trong khi ngôi sao đầu tiên đang bận rộn với các nhiệm vụ khác, cánh sao sẽ bay vào vị trí để chặn ánh sáng của ngôi sao tiếp theo trong danh sách mục tiêu của nó. Mặc dù các vũ công cách nhau hàng vạn dặm, nhưng họ phải thẳng hàng trong vòng một mét để vũ đạo phát huy tác dụng.
Starshade đang được phát triển tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA ở Pasadena, California và chúng ta vẫn còn khoảng một thập kỷ nữa và thực sự không có gì đảm bảo rằng nó sẽ nhận được tài trợ. Seeger, người hy vọng sẽ dẫn đầu dự án, rất tự tin. Người ta chỉ có thể hy vọng. Thật phấn khích khi thấy thế giới quay quanh quỹ đạo của nó có sống động hay không khi một bông hoa khổng lồ bung cánh trong không gian để chặn ánh sáng từ mặt trời ở xa.
Khi Jon Richards trả lời một quảng cáo dành cho các lập trình viên phần mềm trên craigslist vào năm 2008, anh ấy không thể tưởng tượng rằng mình sẽ dành phần lớn thời gian trong 10 năm tới ở một vùng xa xôi phía bắc California. cho người ngoài hành tinh. Tìm kiếm Trí thông minh Ngoài Trái đất (seti) đề cập đến cả nỗ lực nghiên cứu và một tổ chức phi lợi nhuận, Viện Seti, nơi thuê Richards quản lý Mảng kính viễn vọng Allen (ata), cách khuôn viên Thung lũng Silicon của viện một khoảng cách. Trụ sở chính 340 cách xa hàng dặm. ata là cơ sở duy nhất trên Trái đất chuyên phát hiện tín hiệu từ các nền văn minh ngoài hành tinh. Được tài trợ lớn bởi người đồng sáng lập Microsoft quá cố Paul Allen, nó được hình dung như một tổ hợp gồm 350 kính viễn vọng vô tuyến với ăng-ten có đường kính 6 mét (20 feet). Nhưng do khó khăn về tài chính – một chủ đề không may trong lịch sử của seti – chỉ có 42 chiếc được chế tạo. Bảy nhà khoa học đã giúp điều hành ata, nhưng do bị hao mòn, Richards là “người đàn ông cuối cùng còn đứng”, như anh ta nói.
Tôi đến gặp Richard vào một ngày nắng nóng của tháng 8 khi có nhiều đám cháy rừng trong khu vực. Một làn khói mù mịt bao phủ quang cảnh của những ngọn núi xung quanh, và trong làn khói mù mịt, các phiến đá có vẻ tĩnh lặng nguyên sơ, giống như những bức tượng trên Đảo Phục Sinh, mọi người đều nhìn chằm chằm vào cùng một điểm trên bầu trời kỳ ảo. Richards đưa tôi đến một trong những cái đĩa và mở cửa ngăn bên dưới nó để lộ ra nguồn cấp dữ liệu ăng ten mới được lắp đặt: một hình nón bằng đồng sáng bóng, lởm chởm nằm trong một hình nón thủy tinh dày. “Nó trông hơi giống một tia tử thần,” anh nói.
Công việc của richards là quản lý phần cứng và phần mềm, bao gồm phát triển các thuật toán để sàng lọc hàng trăm nghìn tín hiệu vô tuyến truyền vào kính thiên văn mỗi đêm để tìm “tín hiệu quan tâm”. Kể từ khi việc tìm kiếm các đường truyền từ ngoài trái đất bắt đầu cách đây 60 năm, tần số vô tuyến đã là nơi săn lùng yêu thích của người Setians, phần lớn là do họ di chuyển hiệu quả nhất trong không gian. Các nhà khoa học tại seti đã tập trung đặc biệt vào một vùng yên tĩnh trong quang phổ vô tuyến, không có tiếng ồn xung quanh từ Dải Ngân hà. Sẽ rất hợp lý nếu bạn tìm kiếm trong dải tần số tương đối không bị xáo trộn này, vì đó sẽ là nơi mà những người ngoài hành tinh có thể cảm nhận được rất có thể sẽ lan rộng.
richards nói với tôi rằng ata đang nghiên cứu một danh sách mục tiêu gồm 20.000 sao lùn đỏ. Vào ban đêm, anh ấy đảm bảo mọi thứ hoạt động, và khi anh ấy ngủ, bát đĩa được chỉ, ăng-ten thức dậy, các photon truyền qua cáp quang và âm nhạc vô tuyến vũ trụ truyền đến bộ xử lý khổng lồ. Nếu một tín hiệu vượt qua bài kiểm tra, cho thấy rằng đó không phải từ nguồn tự nhiên cũng không phải từ một số nguồn thông thường trên mặt đất — vệ tinh, máy bay, điểm quan trọng của ai đó — máy tính sẽ gửi cảnh báo qua email. Đó là email mà anh ấy không muốn bỏ lỡ và richards đã thiết lập dịch vụ di động để chuyển tiếp tin nhắn đến điện thoại của anh ấy. Vì vậy, có thể tưởng tượng rằng lần tiếp xúc đầu tiên của chúng ta với một nền văn minh ngoài hành tinh có thể là một tin nhắn văn bản đổ chuông điện thoại di động của richards trên tủ đầu giường của anh ta.
Tuy nhiên, cho đến nay, tất cả các tín hiệu quan tâm đều là dương tính giả. Không giống như các thí nghiệm khác, nơi mà tiến trình có thể được thực hiện từng bước, seti là hệ nhị phân: người ngoài hành tinh có thể tiếp xúc với đồng hồ của bạn hoặc họ không liên lạc. Ngay cả khi họ ở bên ngoài, cơ hội để bạn tìm thấy đúng nơi vào đúng thời điểm và đúng tần số vô tuyến là rất nhỏ. Jill Tarter, người đứng đầu bộ phận nghiên cứu đã nghỉ hưu của seti, ví việc tìm kiếm như việc nhúng một chiếc ly vào đại dương: cơ hội tìm thấy một con cá là rất nhỏ, nhưng điều đó không có nghĩa là không có bất kỳ loài cá nào trong đại dương. Thật không may, Quốc hội đã không quan tâm đến cốc nhúng từ lâu, chấm dứt hỗ trợ đột ngột vào năm 1993.
Tin tốt là công việc nghiên cứu của seti, nếu không phải là viện seti, gần đây đã nhận được nguồn tài trợ đáng kể, gây ra những làn sóng sôi nổi trong lĩnh vực này. Vào năm 2015, nhà đầu tư mạo hiểm yuri milner người Nga đã có một động thái đột phá, cam kết dành ít nhất 200 triệu đô la để nghiên cứu các nền văn minh trong vũ trụ, trong đó có 100 triệu đô la dành riêng cho việc tìm kiếm người ngoài hành tinh. Milner là một nhà đầu tư ban đầu vào facebook, twitter và nhiều công ty internet khác, nơi bạn muốn trở thành nhà đầu tư sớm. Trước đó, anh đã thành lập một công ty internet rất thành công ở Nga. Tầm nhìn từ thiện của anh ấy có thể được tóm tắt là, nếu chúng ta đồng ý rằng việc tìm kiếm bằng chứng về trí thông minh ngoài Trái đất trị giá 100 triệu đô la, tại sao nó không phải là 100 triệu đô la của anh ấy? “Nếu bạn nhìn nó theo cách đó, nó có ý nghĩa,” anh ấy nói khi tôi gặp anh ấy trong một cái hố lấp lánh ở Thung lũng Silicon. “Nếu đó là một tỷ một năm, chúng ta nên nói chuyện.”
Milner nói chuyện nhẹ nhàng và không phô trương; tôi không nhận thấy anh ấy đến cho đến khi anh ấy đứng cạnh ghế của tôi. Anh ấy kể cho tôi nghe về lý lịch của anh ấy – bằng cấp về vật lý, niềm đam mê suốt đời với thiên văn học, và đặt tên cha mẹ anh ấy theo tên nhà du hành vũ trụ yuri gagarin, người đã trở thành Milner bảy tháng trước khi anh ấy là con người đầu tiên trong không gian vũ trụ. Đó là vào năm 1961, và ông chỉ ra rằng đó cũng là năm mà seti bắt đầu. Ông nói: “Mọi thứ đều được kết nối với nhau.
Thông qua một trong những sáng kiến của mình, Lắng nghe Đột phá, anh ấy dự định chi 100 triệu đô la trong 10 năm, phần lớn trong số đó đến từ Trung tâm Nghiên cứu Seti tại UC Berkeley. Một dự án khác, Breakthrough Watch, đang sử dụng Kính viễn vọng Rất lớn của Đài thiên văn Nam Âu ở Chile để nghiên cứu các kỹ thuật mới để tìm kiếm các giải phẫu sinh học.
Quan trọng nhất theo cả hai nghĩa là dự án Starshot mang tính đột phá của Milner, đang đầu tư 100 triệu đô la để khám phá hệ sao gần nhất có nhiều khả năng đi vào, Alpha Centauri, bao gồm hành tinh đá sao Proxima b. Hiểu được tầm quan trọng của thách thức này đòi hỏi một số quan điểm. Tàu vũ trụ Voyager đầu tiên được phóng vào năm 1977, và phải mất 35 năm để đi vào không gian giữa các vì sao. Với tốc độ này, Voyager sẽ mất khoảng 75.000 năm để đến được Alpha Centauri. Trong viễn cảnh bắn tinh hiện tại, một đội tàu vũ trụ cỡ viên sỏi du hành trong không gian với tốc độ bằng 1/5 vận tốc ánh sáng có thể đạt tới Alpha Centauri chỉ trong 20 năm nữa. Những niñas, pintas, và santa marías nhỏ bé này sẽ được đẩy bởi các mảng laser trên mặt đất, mạnh hơn một triệu mặt trời. Điều này có thể không thực hiện được. Nhưng đó là lợi thế của tiền tư nhân: không giống như các chương trình của chính phủ, bạn có thể – như bạn có thể mong đợi – thực hiện một canh bạc lớn.
“Hãy xem liệu nó có hoạt động trong 5 hay 10 năm nữa không,” Milner nhún vai nói. “Tôi không phải là một người cuồng tín theo nghĩa là tôi chắc chắn điều này sẽ xảy ra. Tôi là một người cuồng tín vì việc thử ngay bây giờ là rất hợp lý”.
Một ngày sau khi gặp Milner, tôi đến khuôn viên Berkeley để gặp những người được hưởng lợi từ sự hào phóng lắng nghe đột phá của anh ấy. Andrew Siemion, giám đốc của Trung tâm Nghiên cứu Berkeley Seti, được định vị để đưa việc tìm kiếm người ngoài hành tinh thông minh lên một tầm cao mới. Ngoài việc được bổ nhiệm tại Berkeley, ông cũng đã được bổ nhiệm để giám sát cuộc điều tra seti của chính Viện Seti, bao gồm các hoạt động của ATA.
siemion, 38 tuổi, trông giống như một bậc thầy seti thế hệ tiếp theo; cạo râu và nhỏ gọn, một sợi dây chuyền vàng mỏng lấp ló trên hàng cúc áo sơ mi vừa vặn của anh ta. Trong khi anh ấy cẩn thận khen ngợi Tarter và các đồng nghiệp của cô ấy trong nhiều thập kỷ nghiên cứu tại Viện Seti, anh ấy muốn phân biệt nơi Seti sẽ đi và nơi nó đã từng ở trong quá khứ. Tìm kiếm ban đầu được lấy cảm hứng từ khả năng kết nối – tiếp cận và hy vọng tìm thấy ai đó sẽ quay trở lại. seti 2.0 tìm cách xác định xem liệu nền văn minh công nghệ có phải là một phần của cảnh quan vũ trụ, chẳng hạn như lỗ đen, sóng hấp dẫn hay bất kỳ hiện tượng thiên văn nào khác hay không.
“Chúng tôi không tìm kiếm tín hiệu,” siemion nói. “Chúng tôi đang tìm kiếm các đặc tính của vũ trụ.”
Anh ấy nói với tôi rằng Lắng nghe Đột phá không có nghĩa là từ bỏ tìm kiếm truyền vô tuyến truyền thống; thay vào đó, nó tăng gấp đôi so với khoảng một phần tư trên hai kính viễn vọng vô tuyến một đĩa khổng lồ ở Tây Virginia và Úc Thời gian xem được đưa vào công việc. Siemion thậm chí còn vui mừng hơn về sự hợp tác với Kính viễn vọng Mongoose mới của Nam Phi, có một dãy 64 ăng-ten vô tuyến, mỗi ăng-ten lớn hơn gấp đôi so với một ata. Dựa trên những quan sát của các nhà khoa học khác, Breakthrough Listen sẽ quan sát hàng triệu ngôi sao 24/7, vượt xa các tìm kiếm trên đài seti trước đó. Mặc dù mạnh mẽ nhưng cầy mangut chỉ là tiền thân của cỗ máy thiên văn học vô tuyến: Mảng Kilômét vuông, sẽ kết nối hàng trăm ăng-ten ở Nam Phi và hàng nghìn ăng-ten ở Úc trong thập kỷ tới để tạo ra một đĩa đơn có kích thước trên một km vuông, hoặc khoảng 247 mẫu Anh.
siemion cho tôi biết có những cách tiếp cận seti khác – quan hệ đối tác lắng nghe đột phá với kính thiên văn ở Trung Quốc, Úc và Hà Lan, cũng như các công nghệ mới đang được phát triển tại Berkeley, seti và các nơi khác để tìm tín hiệu quang học và hồng ngoại. Các nhà khoa học khác mà tôi đã nói chuyện đồng ý với quan điểm rằng seti đang trải qua một quá trình chuyển đổi từ ngành tiểu thủ công nghiệp sang doanh nghiệp toàn cầu.
Quan trọng nhất, trong nền văn minh của chúng ta, tốc độ phát triển công nghệ ngày càng nhanh chóng đã trao quyền và truyền cảm hứng cho chúng ta xem các mục tiêu khám phá khác nhau. Trong 60 năm, chúng ta đã chờ đợi et gọi hành tinh. Nhưng sự thật rõ ràng là et có thể không có lý do thuyết phục nào để cố gắng giao tiếp với chúng tôi, như thể chúng tôi thực sự cần chào đón một bầy kiến. Chúng ta có thể cảm thấy trưởng thành về mặt công nghệ so với trước đây, nhưng chúng ta vẫn đang mặc tã so với những gì có thể có trong vũ trụ. Bất kỳ nền văn minh nào mà chúng ta có thể phát hiện ra đều có thể già hơn chúng ta hàng triệu hoặc thậm chí hàng tỷ năm.
“Chúng tôi giống như những con babit, đang tìm kiếm nhiều con babit hơn”, Seth Shostak, một nhà thiên văn học cấp cao tại Viện Seti cho biết.
Những gì chúng ta nên tìm kiếm không phải là một thông điệp từ et, mà là một dấu hiệu của et, chỉ đơn giản là nhận thức bằng chứng kỹ thuật theo cách mà chúng ta có thể chưa hiểu nhưng vẫn có thể quan sát – cái gọi là kỹ thuật.
Chữ ký công nghệ rõ ràng nhất sẽ là chữ ký mà chúng tôi tự sản xuất hoặc có thể hình dung được. Avi Loeb của Harvard, người chủ trì ban cố vấn Breakthrough Starshot, lưu ý rằng nếu một nền văn minh khác điều hướng không gian bằng cách sử dụng các thiết bị đẩy laser tương tự, các đèn hiệu giống như sao băng của nó sẽ có thể nhìn thấy ở rìa vũ trụ. Loeb cũng khuyên bạn nên tìm kiếm các dấu hiệu quang phổ của chlorofluorocarbons, những chất gây ô nhiễm bầu khí quyển của người ngoài hành tinh không tồn tại trong giai đoạn tã lót công nghệ.
“Dựa trên hành vi của chính chúng ta, hẳn có nhiều nền văn minh đã tự sát bằng cách sử dụng công nghệ dẫn đến sự hủy diệt của chính họ”, anh ấy nói với tôi khi tôi đến thăm anh ấy. “Sẽ rất hữu ích nếu chúng ta tìm thấy chúng trước khi chúng ta phá hủy hành tinh của chính mình và chúng ta có thể học hỏi từ nó.”
Thật hạnh phúc, chúng ta có thể học hỏi thêm từ các nền văn minh giải quyết các vấn đề về năng lượng. Tại một hội nghị về kỹ thuật tại NASA (vâng, 25 năm sau, NASA cũng đang quay trở lại trò chơi seti), đã có cuộc thảo luận về việc tìm ra nhiệt thải cho các siêu cấu trúc mà chúng ta hình dung sẽ tạo ra trong tương lai. Một quả cầu Dyson – mảng mặt trời bao quanh một ngôi sao và thu nhận tất cả năng lượng của nó – xung quanh mặt trời của chúng ta sẽ tạo ra đủ năng lượng trong một giây để cung cấp cho nhu cầu hiện tại của chúng ta trong một triệu năm. Biết rằng các nền văn minh khác đã đạt được những kỳ tích như vậy có thể mang lại cho chúng ta một số hy vọng.
Tuy nhiên, không gian rất rộng lớn và thời gian cũng vậy. Ngay cả với những chiếc máy tính và kính thiên văn mạnh hơn, chương trình nghị sự mở rộng của Seti và hàng trăm sự trợ giúp về lực hấp dẫn của Yuri Milner, chúng ta có thể không bao giờ bắt gặp trí thông minh ngoài hành tinh. Mặt khác, gợi ý đầu tiên về sự sống từ một hành tinh xa xôi cho cảm giác rất gần.
“Bạn không bao giờ biết điều gì sẽ xảy ra”, Seager nói. “Nhưng tôi biết có một số điều tuyệt vời xung quanh những ngôi sao này.”
