Extraterrestrial life probably exists. How do we search for aliens?

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.”