Tàu săn ngoại hành tinh mới của NASA TESS (Vệ tinh khảo sát ngoại hành tinh quá cảnh) đã được phóng lên quỹ đạo từ Mũi Canaveral vào ngày 16 tháng 4 năm 2018. Nhiệm vụ này là một trong những nhiệm vụ mới nhất trong quá trình tìm kiếm ngoại hành tinh: các hành tinh quay quanh các ngôi sao khác ngoài Mặt trời của chúng ta
Vào mùa xuân năm 2020, số lượng ngoại hành tinh ứng cử viên có thể gấp sáu lần so với số hành tinh đã được xác nhận hiện tại, 3.584. TESS dự kiến sẽ chịu trách nhiệm cho phần lớn sự gia tăng này
Tiến sĩ George Ricker của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cho biết: “Cho đến cuối những năm 2020, không có nhiệm vụ nào khác ngoài TESS sẽ thực hiện các loại quan sát này.
TESS được xây dựng dựa trên sự thành công của người tiền nhiệm của nó, kính viễn vọng không gian Kepler của NASA.
Kepler đã nghiên cứu khoảng 150.000 ngôi sao mờ nhạt, xa xôi trong các chòm sao Cygnus và Lyra để tìm dấu hiệu của các hành tinh quay xung quanh.
TESS sẽ tìm kiếm trên toàn bộ bầu trời, tập trung vào vài trăm nghìn ngôi sao sáng hơn mag. +12, hầu hết chúng ở gần Mặt trời hơn nhiều so với các ngôi sao trong danh mục Kepler. Nó thậm chí có thể tìm thấy các hành tinh xung quanh một số ngôi sao bằng mắt thường.
“Đây là một nhiệm vụ khám phá thực sự,” giáo sư vật lý thiên văn Sara Seager, phó giám đốc khoa học TESS của MIT cho biết.
Khi quỹ đạo của một ngoại hành tinh được quan sát từ trên xuống, nó sẽ đi qua mặt của ngôi sao mẹ của nó một lần trong mỗi vòng quay. Quá cảnh này dẫn đến một phút, giảm độ sáng tạm thời của ngôi sao.
Vì kích thước của một ngôi sao thường được biết đến, nên sự thay đổi về độ sáng hoặc ‘độ sâu vận chuyển’ của nó có thể được sử dụng để cho bạn biết kích thước của ngoại hành tinh đi qua phía trước nó.
Các phép đo tiếp theo về sự ‘lắc lư’ của ngôi sao – do lực hấp dẫn của ngoại hành tinh – có thể tiết lộ khối lượng của hành tinh.
Với hai tính chất này, các nhà thiên văn học có thể ngoại suy các đặc điểm khác, chẳng hạn như mật độ và thành phần của ngoại hành tinh.
TESS sẽ cải thiện đáng kể trên Kepler. Được thiết kế lần đầu tiên vào năm 2006 tại MIT với tiền đầu tư từ Google và Quỹ Kavli, lần đầu tiên nó được đề xuất cho NASA vào năm 2008. Cuối cùng, nó đã được chọn là một phần của chương trình Explorer của cơ quan này vào mùa xuân năm 2013, vào khoảng thời gian sứ mệnh chính của Kepler đến Trái Đất. kết thúc do hỏng hai bánh xe phản ứng của nó, được sử dụng để định hướng tàu vũ trụ.
Theo Seager, TESS dự kiến sẽ tìm thấy khoảng 20.000 ứng cử viên ngoại hành tinh trong hai năm đầu hoạt động.
Cô ấy nói: “Đối với ít nhất vài chục thế giới giống Trái đất, cả kích thước và khối lượng sẽ được xác định.
TESS là một tàu vũ trụ tương đối nhỏ, được trang bị một dãy bốn camera góc rộng, nhạy cảm. Mỗi máy ảnh có một máy dò 16,8 megapixel và trường quan sát rộng 24×24°.
Cùng với nhau, các máy ảnh bao phủ một vùng trời rộng lớn (một ‘khu vực’ theo cách nói của TESS) kéo dài từ đường hoàng đạo (mặt phẳng trung tâm của Hệ Mặt trời của chúng ta) đến một trong các cực của đường hoàng đạo (hai điểm trên bầu trời vuông góc với đường hoàng đạo ).
Toàn bộ bầu trời được chia thành 26 khu vực trong số này – 13 ở bầu trời phía bắc và 13 ở bầu trời phía nam.
Mỗi khu vực sẽ được theo dõi trong khoảng bốn tuần, với thời gian phơi sáng hai giây được thực hiện cứ sau hai phút.
Trong năm đầu tiên hoạt động, TESS sẽ tập trung vào bầu trời phía bắc; trong năm thứ hai, các camera sẽ hướng về phía nam.
Vì mỗi khu vực chỉ được quan sát trong bốn tuần và ba lần đi qua thường được yêu cầu để xác nhận sự tồn tại của một ngoại hành tinh, TESS sẽ chủ yếu khám phá các ngoại hành tinh trong thời gian ngắn quay quanh các ngôi sao mẹ của chúng.
Từ những quan sát của Kepler, chúng ta biết rằng chúng rất phong phú.
Các hành tinh có chu kỳ dài hơn có thể được tìm thấy ở gần các cực hoàng đạo phía bắc và phía nam, nơi các khu vực chồng lên nhau.
Để tạo thuận lợi cho chiến lược quan sát, TESS sẽ được đưa vào quỹ đạo Trái đất cao có độ nghiêng mạnh, hình elip cao và rất ổn định, với điểm thấp nhất (điểm cận điểm) ở 108.000 km và điểm cao nhất (điểm cực đại) ở 373.000 km, gần bằng từ Trái đất như Mặt trăng.
Sau khi phóng, một chuyến bay hỗ trợ trọng lực của Mặt trăng sẽ giúp TESS trượt vào quỹ đạo cuối cùng của nó, quỹ đạo này sẽ có chu kỳ 13,7 ngày, bằng một nửa chu kỳ quỹ đạo của Mặt trăng.
Một lần trên mỗi quỹ đạo, xung quanh điểm mà TESS đạt đến cận điểm, dữ liệu từ hai tuần trước đó sẽ được truyền tới một trạm mặt đất trên Trái đất trong một phiên viễn thông kéo dài ba giờ.
Quỹ đạo cao của Trái đất giữ cho các máy dò và thiết bị điện tử nhạy cảm của TESS nằm ngoài ảnh hưởng có thể gây hại của các vành đai bức xạ Van Allen của Trái đất.
Trong vài tháng đầu tiên của nhiệm vụ TESS, các nhà khoa học châu Âu sẽ chuẩn bị cho việc phóng CHEOPS (Vệ tinh CHaracterising ExOPlanet), một thiết bị nhỏ hơn nhưng nhạy cảm hơn, khởi đầu là một dự án của Thụy Sĩ nhưng hiện là sứ mệnh chính thức của Cơ quan Vũ trụ châu Âu.
“CHEOPS thực sự là một nhiệm vụ tiếp theo,” điều tra viên chính, Giáo sư Willy Benz của Đại học Bern, Thụy Sĩ giải thích.
“Nó sẽ không tạo ra những khám phá mới, nhưng nó sẽ nghiên cứu các hành tinh chuyển tiếp đã biết một cách chi tiết hơn, để rút ra bán kính rất chính xác.”
CHEOPS là một kính viễn vọng không gian 30cm với một quang kế có độ chính xác cao sẽ nghiên cứu từng ngôi sao trong sứ mệnh kéo dài 3,5 năm của nó. Và tám năm nữa, ESA có kế hoạch khởi động sứ mệnh PLATO linh hoạt của mình (Vận chuyển hành tinh và dao động của các ngôi sao) , có thể được mô tả là TESS trên steroid.
Sử dụng không ít hơn 26 kính viễn vọng nhỏ, PLATO sẽ dành ít nhất bốn năm và có thể là tám năm để tìm kiếm các hành tinh có chu kỳ dài hơn xung quanh lên đến một triệu ngôi sao.
Nó sẽ tập trung vào các hành tinh giống Trái đất quay quanh các vùng có thể ở được của các ngôi sao giống Mặt trời và rất có thể nó sẽ khám phá ra hành tinh tương tự Trái đất thực sự đầu tiên, giả sử rằng TESS chưa thực hiện khám phá đó.
Đến lúc đó, Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) của NASA, cũng như các thiết bị nhạy cảm trên các kính thiên văn cực lớn trên mặt đất, sẽ thường xuyên phát hiện thành phần khí quyển của các hành tinh đi qua để tìm dấu vết của các dấu ấn sinh học như oxy, ozone và metan.
Phần lớn công việc do JWST thực hiện sẽ tiếp nối các quan sát đã được thực hiện bởi TESS, khi TESS tìm kiếm trên bầu trời các mục tiêu tiềm năng thú vị.
Ricker nói: “TESS là phạm vi tìm kiếm dành cho James Webb. “Nó sẽ cho chúng tôi biết nơi chúng tôi muốn chỉ JWST để mô tả các thế giới giống như Trái đất.”
Có vẻ như những thập kỷ tới sẽ mở ra một kỷ nguyên mới trong việc tìm kiếm các ngoại hành tinh và việc phóng TESS chỉ là khởi đầu của hành trình thú vị đó.
Govert Schilling là một nhà văn và nhà báo khoa học.
Bài viết này ban đầu xuất hiện trong số tháng 3 năm 2018 của Tạp chí BBC Sky at Night .