Số hành tinh trong vũ trụ: cách khoa học ước lượng và những giới hạn hiện tại

Nhiều người tò mò: liệu con số hành tinh ngoài Trái Đất là hữu hạn hay vô tận? Khoa học không thể trả lời bằng một phép đếm trực tiếp — thay vào đó, các nhà thiên văn dựng mô hình và sử dụng quan sát để ước lượng. Từ những phát hiện cụ thể trong Dải Ngân Hà tới các phép nhân mạnh mẽ để mở rộng ra toàn vũ trụ, ước tính về tổng số hành tinh phản ánh cả tiến bộ quan sát lẫn những hạn chế kỹ thuật chúng ta đang đối mặt.

Tổng quan về con số mà giới nghiên cứu thường trích dẫn

Một trong những ước tính phổ biến mà các nhà thiên văn đưa ra là khoảng 100.000 tỷ tỷ hành tinh trong vũ trụ. Con số này được suy ra trên giả định trung bình về mật độ hành tinh quanh sao và số lượng thiên hà lớn trong vũ trụ quan sát được. Dù vậy, đây là một ước lượng mang tính khái quát hơn là một con số được đếm trực tiếp.

Những con số đã được xác thực: hành tinh mà chúng ta ‘biết’ đến

Cho tới nay, số ngoại hành tinh xác thực hóa bởi quan sát thuộc về Dải Ngân Hà chiếm con số hàng nghìn. Cụ thể, các nhà khoa học đã công bố phát hiện 5.502 ngoại hành tinh quay quanh các ngôi sao khác; nếu cộng thêm 8 hành tinh trong Hệ Mặt Trời, tổng số hành tinh đã biết hiện là 5.510. Đây là những hành tinh đã có bằng chứng quan sát trực tiếp hoặc gián tiếp đủ mạnh để được cộng đồng chấp nhận.

So với quy mô của Dải Ngân Hà — vốn ước tính có khoảng 100 tỷ ngôi sao — số hành tinh đã catalog chỉ là phần nổi rất nhỏ của băngberg quan sát được. Vì vậy, con số 5.510 không phản ánh toàn bộ hành tinh tồn tại, mà chỉ là những trường hợp mà thiết bị và phương pháp hiện nay đã phát hiện được.

Giới nghiên cứu mới chỉ phát hiện 5.510 hành tinh trong dải Ngân Hà. (Ảnh: NASA)

Các phương pháp chính giúp tìm hành tinh là gì?

Hai kỹ thuật đóng vai trò then chốt trong phát hiện ngoại hành tinh là phương pháp quá cảnh và phương pháp vận tốc xuyên tâm. Phương pháp quá cảnh, được triển khai hàng loạt bởi kính viễn vọng không gian Kepler, phát hiện sự sụt giảm nhỏ trong độ sáng của một ngôi sao khi một hành tinh đi qua phía trước. Phương pháp vận tốc xuyên tâm đo dao động nhỏ trong vận tốc của sao do lực hấp dẫn từ hành tinh — chính cách này đã dẫn tới phát hiện ra hành tinh đầu tiên quanh một sao giống Mặt Trời và là nền tảng cho một phát hiện từng được ghi nhận giá trị lớn trong cộng đồng.

Bên cạnh đó, kỹ thuật khuếch đại hấp dẫn (microlensing) mở ra khả năng phát hiện những hành tinh rất xa hoặc nằm ngoài hàng xóm thiên hà của chúng ta. Microlensing dựa trên hiệu ứng bẻ cong ánh sáng do trường hấp dẫn; nó đã hé lộ một vài ứng viên hành tinh có thể xuất hiện ở khoảng cách lớn hơn so với phạm vi quan sát trực tiếp thông thường.

Làm sao từ dữ kiện trong Dải Ngân Hà lại ra ước tính cho cả vũ trụ?

Cách tư duy thông dụng là bắt đầu từ mật độ hành tinh quanh sao trong Dải Ngân Hà, sau đó nhân lên theo số lượng thiên hà ước tính có trong vũ trụ quan sát được. Nếu trung bình mỗi ngôi sao có xấp xỉ một hành tinh và Dải Ngân Hà chứa vào cỡ 100 tỷ sao, thì một thiên hà như Ngân Hà có thể mang cùng bậc số hành tinh. Khi nhân con số này với hàng nghìn tỷ thiên hà khác tồn tại trong vũ trụ, kết quả dẫn tới quy mô ước tính được trích dẫn — khoảng 100.000 tỷ tỷ hành tinh.

Mark Popinchalk, nhà thiên văn ở Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Mỹ, dùng một phép so sánh để minh họa: việc đếm hành tinh toàn vũ trụ tương tự như muốn biết có bao nhiêu người sống trong tất cả các thành phố trên Trái Đất mà không thể ghé từng nhà. Người ta sẽ lấy mẫu và nhân lên, chứ không thể đếm trực tiếp mọi cá nhân. Trên phương diện thiên văn, mẫu đó bắt nguồn từ quan sát những sao có thể theo dõi và các hành tinh mà kỹ thuật hiện tại cho phép xác định.

Những giới hạn quan sát và thành kiến trong dữ liệu

Một thực tế quan trọng là chúng ta chủ yếu tìm thấy những hành tinh thuận tiện cho quan sát bằng các phương pháp đang dùng: hành tinh lớn, gần sao hoặc có quỹ đạo mang đến quá cảnh dễ phát hiện. Những hành tinh nhỏ hoặc có quỹ đạo nằm ở góc khó quan sát có thể vẫn ẩn náu ngoài tầm phát hiện. Do đó, mẫu hành tinh đã phát hiện có thành kiến theo kích thước, quỹ đạo và khoảng cách — điều này cần được cân nhắc khi suy luận ra mật độ hành tinh trung bình cho toàn thiên hà.

Khả năng tồn tại sự sống và viễn cảnh tìm kiếm trong tương lai

Với con số hành tinh khổng lồ như vậy, nhiều người cho rằng khả năng tồn tại ít nhất một nơi khác có điều kiện xuất hiện sự sống là cao. Tuy nhiên, khẳng định về sự sống cần bằng chứng trực tiếp — thứ mà chúng ta chưa có hiện nay. Giới khoa học kỳ vọng thế hệ kính viễn vọng không gian tiếp theo chuyên quan sát ngoại hành tinh sẽ nâng cao khả năng tìm dấu hiệu hóa học hoặc sinh học trong bầu khí quyển hành tinh, nhưng theo các đánh giá hiện có, phải chờ thêm nhiều năm (thậm chí vài thập kỷ) trước khi những công cụ đó bắt đầu đóng góp đáng kể.

Những câu hỏi còn mở và hướng nghiên cứu sắp tới

Dù có ước tính tổng quát, hàng loạt câu hỏi chuyên sâu vẫn còn: mật độ thực sự của hành tinh có biến theo loại thiên hà không? Tỷ lệ hành tinh trong vùng ở được (habitable zone) là bao nhiêu? Kỹ thuật nào sẽ giúp phát hiện hành tinh ngoại xa hơn hay nhỏ hơn? Trả lời các câu hỏi này đòi hỏi dữ liệu lớn hơn, phạm vi quan sát rộng hơn và các phương pháp phân tích giảm thiểu thiên kiến hiện tại.

Các câu hỏi thường gặp

1. Hiện tại có bao nhiêu hành tinh đã được phát hiện?

Đã có 5.502 ngoại hành tinh được công bố trong Dải Ngân Hà; cộng với 8 hành tinh trong Hệ Mặt Trời, con số hành tinh được biết tới là 5.510.

2. Có thể tìm thấy hành tinh ngoài Dải Ngân Hà không?

Về mặt lý thuyết có thể, và một số kỹ thuật như khuếch đại hấp dẫn đã chỉ ra vài ứng viên tiềm năng. Tuy nhiên, khoảng cách lớn khiến việc quan sát xác thực trở nên rất khó khăn.

3. Tại sao người ta nói có “100.000 tỷ tỷ” hành tinh?

Đó là kết quả của phép nhân giữa ước tính số hành tinh trung bình quanh sao trong một thiên hà giống Ngân Hà và ước tính số thiên hà tồn tại trong vũ trụ. Phép tính này mang tính gần đúng và phụ thuộc nhiều vào giả thiết ban đầu.

4. Khi nào chúng ta mới biết rõ hơn về sự có mặt của sự sống trên hành tinh khác?

Cần quan sát trực tiếp dấu hiệu sinh học trong quang phổ bầu khí quyển của các ngoại hành tinh; theo nhận định hiện tại, phải chờ thế hệ thiết bị mới trong vài thập kỷ tới để có tiến triển đáng kể.

Kết luận: điều gì nên ghi nhớ

Tổng số hành tinh trong vũ trụ là một ước lượng lớn, dựa trên dữ kiện về số sao trong thiên hà của chúng ta và ước tính số thiên hà trong vũ trụ quan sát được. Dữ liệu quan sát trực tiếp hiện tại mới chỉ xác nhận một vài nghìn ngoại hành tinh, và mỗi phương pháp phát hiện đều có giới hạn riêng. Vì vậy, khi nghe con số như “100.000 tỷ tỷ”, hãy hiểu đó là kết quả của phép nội suy từ mẫu quan sát, không phải là phép đếm từng hành tinh. Việc mở rộng hiểu biết sẽ phụ thuộc vào công nghệ quan sát và các chiến lược giảm thiểu thiên kiến trong dữ liệu.