Đây gần như là một câu hỏi mang tính triết học mà khoa học đang cố gắng trả lời bằng cách quan sát các hành tinh trong Hệ mặt trời và những hành tinh xa hơn, quay quanh các ngôi sao khác và đã được phát hiện với số lượng lớn trong ba thập kỷ qua.
Để hiểu được các nhà khoa học nghĩ gì, chúng tôi đã yêu cầu hai chuyên gia trả lời: Jean-Pierre Bibring, một chuyên gia về khám phá Hệ mặt trời và Michel Mayor, một trong những người tiên phong trong nghiên cứu về các ngoại hành tinh, người đã nhận giải Nobel vật lý năm 2019 cho quan sát về 51 Pegasi b cùng với nghiên cứu sinh tiến sĩ của ông vào thời điểm đó, Didier Queloz.
Phản hồi từ Jean-Pierre Bibring, nhà vật lý thiên văn tại Viện vật lý thiên văn vũ trụ, Đại học Paris-Saclay
Chừng nào chưa có quan sát thực nghiệm có thể đưa ra câu trả lời, thì câu hỏi này vẫn dựa trên tầm nhìn về ‘bản chất giáo điều’, không có khả năng xác thực.
Nhiều thuyết thần học đã coi Trái Đất là một vật thể độc nhất, là kết quả của một sự sáng tạo duy nhất. Ngược lại, một số nhà tư tưởng đã đề xuất “tính đa dạng của thế giới”.
Trong bức thư gửi Herodotus vào năm 301 trước công nguyên, Epicurus đã đề xuất rằng “không chỉ số lượng nguyên tử mà cả số lượng thế giới cũng là vô hạn trong Vũ trụ. Có vô số thế giới giống như thế giới của chúng ta và vô số thế giới khác nhau”. Giordano Bruno cũng đã làm như vậy vào năm 1583, trên cơ sở Vũ trụ vô hạn. Về cơ bản là dị giáo, luận án này đã mang lại cho ông một kết cục bi thảm.
Kể từ đó, vật lý đã tham gia vào cuộc tranh luận, nhấn mạnh rằng cùng một “quy luật” phổ quát hoạt động theo cùng một cách ở mọi quy mô của Vũ trụ: Các quá trình hình thành nên Trái đất hoàn toàn có thể – thậm chí nên – hoạt động ở nơi khác. Theo nghĩa này, Trái Đất không thể là duy nhất. Đây chính là tình hình vào buổi bình minh của kỷ nguyên vũ trụ. Việc khám phá Hệ mặt trời trong không gian với hy vọng xác thực nguyên lý này sẽ dẫn đến những câu hỏi sâu sắc về nó.
Khám phá không gian sắp xếp lại các ‘lá bài’
Lần lượt các hành tinh, Sao Chổi và tiểu hành tinh của Hệ mặt trời được mô tả chi tiết. Điều này đã dẫn đến sự thay đổi lớn trong tầm nhìn của chúng ta về thế giới các hành tinh, ngược lại, làm nổi bật sự đa dạng sâu sắc của chúng như một mô hình mới.
Đồng thời, được khởi xướng bởi khám phá quan trọng của Michel Mayor và Didier Queloz năm 1995, sự tồn tại chung của “ngoại hành tinh”, những hành tinh quay quanh các ngôi sao khác ngoài Mặt trời, đi kèm với một quan sát quan trọng: Sự đa dạng to lớn của chính các hệ thống “ngoại hành tinh”. Cũng giống như chúng ta không thể suy rộng các đặc tính của Trái Đất lên các hành tinh khác trong Hệ mặt trời, chúng ta cũng không thể khái quát các đặc tính của Trái Đất lên các hệ hành tinh khác trong Thiên Hà.
Định luật vật lý phổ quát nhưng hoàn cảnh lại vô cùng đa dạng
Thông qua sự kết hợp hiệu quả giữa quan sát và mô hình hóa, các quá trình chịu trách nhiệm cho sự đa dạng của các hành tinh và ngoại hành tinh đang bắt đầu được xác định: Sự di chuyển hành tinh, bất ổn lực hấp dẫn, va chạm lớn, … Các quá trình này có một điểm chung: Mặc dù chúng là các quá trình chung, ở chỗ chúng hoạt động trong rất nhiều bối cảnh khác nhau, nhưng hình thức cụ thể của chúng, liên quan đến bối cảnh mà chúng xảy ra, đóng vai trò chính trong quá trình tiến hóa của các vật thể liên quan.
Ví dụ, có rất nhiều vụ va chạm giữa các vật thể “tiền hành tinh”. Vụ va chạm ảnh hưởng đến Trái Đất và tạo ra Mặt Trăng đã định hình nhiều đặc tính của Trái Đất: Kiến tạo cụ thể, nước bề mặt, sự ổn định khí hậu liên quan đến độ nghiêng của trục quay hằng ngày so với mặt phẳng quay hàng năm quanh Mặt Trời, … Chỉ cần các thông số khác biệt một chút (tốc độ và hình dạng của cú sốc, kích thước của vật va chạm, …) cũng có thể tạo ra một Trái Đất hoàn toàn khác.
Thông qua những sự kiện như vậy, quá trình tiến hóa của các hành tinh, trong suốt lịch sử của chúng, được tạo thành từ vô số sự phân nhánh có đường thoát được định hướng và lựa chọn theo bối cảnh.
Theo quan điểm này, mỗi tình huống đều là duy nhất: Không bao giờ có hai cấu hình hoàn toàn giống hệt nhau. Ngay cả những khác biệt nhỏ cũng sẽ dẫn đến những diễn biến khác nhau. Đây là cách mà sự ngẫu nhiên can thiệp vào tính quyết định của các định luật, để tạo ra vô số các con đường tiến hóa, họ xóa bỏ mọi ‘mũi tên’, mọi ý nghĩa của sự tiến hóa.
Xem thêm: Bí ẩn Lõi bên trong Trái đất của chúng ta’?
Liệu Trái Đất và sự sống có phải là duy nhất trong Vũ trụ không?
Do đó, câu trả lời phụ thuộc vào những gì được bao hàm trong khái niệm “Trái đất”. Nếu chúng ta giới hạn các đặc điểm của Trái Đất vào kích thước, khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời và một vài đặc tính khác, chắc chắn có rất nhiều “Trái Đất ngoài Trái Đất”.
Mặt khác, nếu Trái Đất được định nghĩa bởi nhiều đặc tính khác nhau, là kết quả của những chuỗi sự kiện rất cụ thể, thường không thể đoán trước (“cơ hội”), thì khả năng tồn tại những Trái Đất khác trong Vũ trụ, vốn hữu hạn cả về không gian và thời gian, sẽ giảm mạnh: Mỗi hành tinh đều có đặc tính riêng, vì chúng là kết quả của một chuỗi tiến hóa cơ bản là duy nhất.
Xem thêm: Nước trên Trái đất đến từ đâu?
Một trong những tính chất đặc trưng của Trái Đất là đã xây dựng nên một hệ thống hóa học hữu cơ vũ trụ vô cùng độc đáo thông qua vô số giai đoạn phản ứng: Sự sống. Độc đáo vì nó có nguồn gốc từ các hạt ngoài trái đất – một số đặc tính của chúng được tổng hợp trong môi trường đặc biệt của đĩa tiền mặt trời (sẽ hình thành nên Mặt trời và các hành tinh) – đắm mình trong các đại dương trên cạn nguyên thủy, giàu các thành phần và chất xúc tác đặc biệt, sau đó liên tục thích nghi với quá trình tiến hóa đặc biệt của môi trường của chúng. Về bản chất, sự sống sẽ là sống trên cạn!
Phản hồi của Michel Mayor, nhà vật lý thiên văn, Đại học Geneva, người tiên phong trong việc khám phá ra các ngoại hành tinh, Giải Nobel vật lý 2019 cho khám phá này
Tính đa dạng của thế giới và tính đa dạng của thế giới có người ở là những câu hỏi đã có từ thời các triết gia Hy Lạp. Những câu hỏi vẫn còn liên quan đến khoa học thời đại chúng ta, những câu hỏi đã chứng kiến sự thay đổi lớn về mặt mô hình, thậm chí chỉ trong thế kỷ qua.
Các hệ hành tinh khác trong thiên hà
Điều thú vị là trong nửa đầu thế kỷ 20, các nhà thiên văn học đã công bố nhiều nghiên cứu đều khẳng định rằng Hệ mặt trời là duy nhất trong số hàng trăm tỷ ngôi sao trong Ngân Hà (Ngân hà chính là tên gọi Thiên hà của chúng ta nơi có Mặt Trời, biên tập). Họ tin rằng chỉ những trường hợp cực kỳ khó xảy ra mới có thể tạo ra đĩa tiền hành tinh, tức là một đĩa bụi và khí quay, cuối cùng kết hợp thành một hành tinh.
Ngược lại, vào năm 1952, nhà thiên văn học người Mỹ, một người di cư từ Đế quốc Nga, Otto Struve, đã nhận thấy rằng các ngôi sao tương đương với Mặt trời của chúng ta quay quá chậm so với tốc độ dự kiến, các ngôi sao hình thành từ các đám mây khí hỗn loạn co lại trong khi quay với tốc độ được truyền sang tốc độ quay của ngôi sao, nhưng dường như tốc độ này chưa được tính đến. Ông kết luận rằng “động lượng góc” dư thừa được chuyển vào đĩa tiền hành tinh. Bụi và khí kết hợp lại tạo thành các hành tinh. Nói cách khác, Struve chỉ ra rằng các hành tinh là sản phẩm phụ bắt buộc của quá trình hình thành các ngôi sao. Do đó, phải có vô số hệ hành tinh trong thiên hà.
Vào cuối thế kỷ 20, những phát hiện đầu tiên về các hành tinh quay quanh các ngôi sao khác ngoài Mặt Trời (hay “ngoại hành tinh”), sau đó là những quan sát đầu tiên về các hệ hành tinh đã phần lớn xác nhận tiên đề này của Struve.
Kể từ đó, các phép đo có hệ thống, cả từ mặt đất (sử dụng quang phổ Doppler) và từ không gian (với các phép đo “sự di chuyển của hành tinh”, tức là sự giảm độ sáng khi các hành tinh đi qua trước các ngôi sao của chúng), chỉ ra rằng hầu như tất cả các ngôi sao đều được bao quanh bởi các hệ hành tinh.
Xem thêm: Vì sao chúng ta biết vũ trụ đang giãn nở?
Liệu Trái Đất của chúng ta, có phải là một vật thể hiếm có, độc đáo không?
Các phép đo này cũng cho thấy các hành tinh đá có khối lượng tương đương với Trái Đất của chúng ta là phổ biến nhất – phù hợp với mô hình của các nhà vật lý thiên văn. Không, Trái Đất của chúng ta không phải là một hành tinh đá độc đáo.
Mặt khác, sự đa dạng của các hệ hành tinh thật đáng kinh ngạc và điều này chưa từng được dự đoán trước khi phát hiện ra các ngoại hành tinh đầu tiên. Điều thú vị nữa là người ta chấp nhận rằng các hành tinh khổng lồ chỉ có thể có chu kỳ quỹ đạo lớn hơn 10 năm, do đó bán trục chính quỹ đạo đủ để các hạt băng tồn tại. Những khám phá về 51 Pegasi b và vô số hệ hành tinh khác đã làm nổi bật hiện tượng di chuyển quỹ đạo, đây là nguyên nhân tạo nên phần lớn sự đa dạng được quan sát thấy của các hệ hành tinh.
Sự di chuyển quỹ đạo là kết quả của sự tương tác giữa hành tinh đang hình thành với đĩa tiền hành tinh – một hiện tượng trước đây chưa được xem xét trong các kịch bản hình thành hành tinh. Đây là một thay đổi lớn trong hiểu biết của chúng ta về sự hình thành hành tinh.
Xem thêm: Einstein đúng đến mức nào?
Thế giới có thể sinh sống: Liệu có sự sống ở nơi nào khác, trên các hành tinh đá khác trong vũ trụ không?
Chúng ta biết rằng sự sống tồn tại trên Trái Đất cần có nước, vì vậy cách đầu tiên để trả lời câu hỏi này là tìm kiếm nước trên các hành tinh đá khác. Độ lớn về số lượng các hành tinh đá ở khoảng cách xa ngôi sao của chúng, sao cho nhiệt độ bề mặt tương thích với sự hiện diện của nước lỏng trên bề mặt của chúng là bao nhiêu?
Ngày nay, ước tính về tần suất các hành tinh đá trong các hệ hành tinh vẫn còn rất không chính xác (chỉ vài % trong tổng số các hệ hành tinh). Nếu theo ước tính bi quan, chỉ có 1% hệ thống có hành tinh đá nằm trong vùng nhiệt độ mà phản ứng hóa học phức tạp tại nguồn gốc của sự sống có thể diễn ra, chúng ta có thể suy ra rằng có khoảng một tỷ hành tinh đá ôn đới hiện diện trong Ngân Hà – chưa kể đến toàn bộ Vũ trụ, nơi chứa hàng trăm tỷ thiên hà.
Hãy cùng xem xét sự đa dạng của các môi trường hiện diện trên Trái Đất, sự khác biệt về nhiệt độ, độ pH, thành phần hóa học, nguồn núi lửa dưới nước, ‘giao diện’ với các chất rắn khác nhau. Liệu chúng ta có thể tưởng tượng được phản ứng hóa học diễn ra trong những môi trường đa dạng này, trong hàng trăm triệu năm, trên diện tích 510 triệu km2 bề mặt Trái Đất và hàng trăm triệu hành tinh tương tự như Trái Đất của chúng ta … và khẳng định rằng “sự sống chỉ tồn tại trên Trái Đất của chúng ta”?
Tôi không chỉ không có câu trả lời cho câu hỏi này mà còn cho rằng ngày nay, quan điểm mà chúng ta có được từ riêng Hệ mặt trời chắc chắn không thể giải quyết được câu hỏi: “Liệu có sự sống ở nơi nào khác trong Vũ trụ không”?
Cho đến nay, xét đến tính phức tạp to lớn của vấn đề này, tôi chỉ có một câu trả lời khoa học khả thi:
“Hãy nhìn lại xem liệu sự sống có tồn tại bên ngoài Trái đất của chúng ta hay không, ví dụ như trong đại dương sâu thẳm của Europa, hay trong bầu khí quyển của các ngoại hành tinh đá được gọi là “ấm”.
Liệu sự sống có tồn tại ở những “thế giới” khác không?
Đây là một câu hỏi tuyệt vời mà hàng ngàn nhà nghiên cứu hiện nay đang tìm hiểu tại các viện nghiên cứu đa ngành về sinh học ngoài trái đất. Phải mất bao nhiêu năm nữa thì khoa học mới có thể đưa ra câu trả lời cho câu hỏi được đặt ra cách đây hơn hai thiên niên kỷ này?
Bài viết này được xuất bản trong khuôn khổ Hội nghị thượng đỉnh Paris-Saclay 2025, được tổ chức từ ngày 12 đến ngày 13 tháng 2 năm 2025 tại Phòng thí nghiệm EDF Paris-Saclay.
Hình minh họa: Vũ trụ. Ảnh AZ Quantum
Tác giả:
1. Jean-Pierre Bibring, cựu giáo sư vật lý và vật lý thiên văn, Viện vật lý thiên văn vũ trụ, Đại học Paris-Saclay
2. Michel Mayor, cựu giáo sư vật lý thiên văn, Đại học Geneva
Nguồn: Jean-Pierre Bibring và Michel Mayor – theconversation.com – Úc
