Phần lớn hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời được tìm ra mà không ai nhìn thấy chúng: các nhà thiên văn chỉ đo được ngôi sao mẹ bị lắc nhẹ do hành tinh kéo, hoặc mờ đi một chút khi hành tinh đi ngang qua phía trước. Hai cách này — vận tốc xuyên tâm và quá cảnh — đã giúp xác nhận hơn 6.000 ngoại hành tinh (tính tới 2025, theo Kho lưu trữ Ngoại hành tinh của NASA). Lý do rất đơn giản: hành tinh tự nó không phát sáng, lại nằm sát một ngôi sao sáng hơn nó hàng triệu đến hàng tỉ lần.
Vì sao hành tinh gần như vô hình
Hãy tưởng tượng đứng ở Hà Nội cố nhìn một con đom đóm bay sát ngọn đèn pha đặt ở TP.HCM. Đó gần đúng với việc nhìn một hành tinh cỡ Trái Đất quanh một ngôi sao cách vài chục năm ánh sáng. Hành tinh chỉ phản chiếu một phần cực nhỏ ánh sáng của sao; nhìn từ xa, ánh sáng sao hoàn toàn nuốt chửng nó. Hơn nữa, khoảng cách giữa hành tinh và sao, nhìn từ Trái Đất, nhỏ hơn rất nhiều so với độ phân giải của hầu hết kính thiên văn.
Vì vậy suốt nhiều thế kỷ, câu hỏi "có hành tinh nào quanh những ngôi sao khác không" chỉ là suy đoán của triết gia. Phải đến thập niên 1990 mới có câu trả lời chắc chắn.
Những phát hiện mở đường
- 1992 — Aleksander Wolszczan và Dale Frail phát hiện các hành tinh quay quanh sao xung PSR B1257+12, qua những thay đổi cực nhỏ trong nhịp xung vô tuyến của sao. Đây là những ngoại hành tinh đầu tiên được xác nhận, dù quanh một xác sao chết chứ không phải sao bình thường.
- 1995 — Michel Mayor và Didier Queloz (Đại học Genève) công bố 51 Pegasi b, hành tinh đầu tiên quanh một ngôi sao giống Mặt Trời. Nó là một "Mộc tinh nóng": to cỡ Sao Mộc nhưng quay sát sao, một năm chỉ hơn bốn ngày — điều không ai nghĩ có thể tồn tại. Hai ông nhận giải Nobel Vật lý năm 2019.
- 2009–2018 — Kính Kepler của NASA nhìn chằm chằm vào một mảnh trời, theo dõi độ sáng của khoảng 150.000 ngôi sao cùng lúc, tìm ra hàng nghìn hành tinh.
- 2018 tới nay — Vệ tinh TESS quét gần toàn bộ bầu trời, tìm hành tinh quanh các ngôi sao gần và sáng.
Năm cách "thấy" thứ không thấy
Vận tốc xuyên tâm: ngôi sao bị lắc
Hành tinh không quay quanh tâm ngôi sao, mà cả hai cùng quay quanh khối tâm chung. Sao nặng hơn nhiều nên chỉ lắc một vòng nhỏ. Khi sao tiến về phía ta, ánh sáng của nó dịch nhẹ về phía xanh; khi lùi ra xa, dịch về phía đỏ (hiệu ứng Doppler). Máy quang phổ cực chính xác đo được những dịch chuyển tương ứng vận tốc chỉ vài mét mỗi giây — chậm bằng người đi bộ — từ một ngôi sao cách hàng chục năm ánh sáng. Sao Mộc làm Mặt Trời lắc khoảng 12 m/giây; Trái Đất chỉ khoảng 9 cm/giây, nên tìm "Trái Đất thứ hai" bằng cách này cực khó.
Quá cảnh: ngôi sao mờ đi trong chốc lát
Nếu quỹ đạo hành tinh nằm gần đúng mặt phẳng nhìn của ta, mỗi vòng quay nó đi ngang qua trước sao, che bớt một chút ánh sáng. Sao Mộc đi qua trước Mặt Trời sẽ làm nó mờ khoảng 1%; Trái Đất chỉ chừng 0,008%. Đo độ mờ cho biết kích thước hành tinh; khoảng cách giữa các lần mờ cho biết chu kỳ quỹ đạo. Kết hợp với vận tốc xuyên tâm (cho khối lượng), ta tính được mật độ — biết hành tinh là đá hay khí.
Thấu kính hấp dẫn vi mô
Khi một ngôi sao có hành tinh đi ngang trước một ngôi sao xa hơn, lực hấp dẫn của nó hội tụ ánh sáng, làm sao phía sau sáng lên trong vài ngày đến vài tuần. Nếu có hành tinh, đường cong độ sáng sẽ có thêm một "gai" ngắn. Cách này tìm được cả hành tinh rất xa, thậm chí hành tinh trôi dạt không có sao mẹ, nhưng mỗi sự kiện chỉ xảy ra một lần.
Chụp ảnh trực tiếp
Với hành tinh trẻ, to, còn nóng và ở xa sao mẹ, người ta có thể che ánh sáng sao bằng dụng cụ gọi là coronagraph rồi chụp hành tinh bằng hồng ngoại. Năm 2008, các nhóm công bố ảnh bốn hành tinh khí khổng lồ quanh sao HR 8799 (ban đầu là ba, thêm một năm 2010). Kính James Webb cũng đã chụp trực tiếp một số hành tinh. Đây là phương pháp duy nhất cho ta "thấy" hành tinh dưới dạng một chấm sáng.
Đo vị trí sao (trắc lượng)
Thay vì đo vận tốc, ta đo chính vị trí của sao trên bầu trời dịch qua dịch lại. Vệ tinh Gaia của ESA đo vị trí hơn một tỉ ngôi sao với độ chính xác cực cao, và dữ liệu của nó đang giúp tìm thêm các hành tinh lớn.
| Phương pháp | Đo cái gì | Cho biết | Thiên vị về |
|---|---|---|---|
| Vận tốc xuyên tâm | Dịch Doppler của ánh sáng sao | Khối lượng tối thiểu, chu kỳ | Hành tinh nặng, quay gần |
| Quá cảnh | Độ sáng sao giảm định kỳ | Kích thước, chu kỳ, khí quyển | Hành tinh to, quay gần |
| Thấu kính vi mô | Sao nền sáng lên bất thường | Khối lượng, khoảng cách | Hành tinh ở xa sao mẹ |
| Chụp trực tiếp | Ánh sáng hồng ngoại của hành tinh | Quỹ đạo, nhiệt độ | Hành tinh trẻ, to, ở xa sao |
| Trắc lượng | Vị trí sao lắc trên bầu trời | Khối lượng thật | Hành tinh nặng, quỹ đạo rộng |
Cột cuối quan trọng: mỗi phương pháp dễ tìm một kiểu hành tinh, nên danh sách hiện có không phản ánh đúng vũ trụ thật. Việc có rất nhiều "Mộc tinh nóng" trong danh sách đầu không có nghĩa chúng phổ biến, mà vì chúng dễ thấy nhất.
Đọc khí quyển của một thế giới chưa ai nhìn thấy
Khi hành tinh đi qua trước sao, một phần ánh sáng sao xuyên qua lớp khí quyển mỏng của hành tinh. Các phân tử trong khí quyển hấp thụ những bước sóng riêng, để lại "dấu vân" trong quang phổ. Năm 2022, kính James Webb phát hiện rõ khí CO2 trong khí quyển hành tinh WASP-39b — thứ chưa từng đo được rõ như vậy ở một ngoại hành tinh.
Đây cũng là nơi cần tỉnh táo. Năm 2025, một nhóm công bố tín hiệu có thể là phân tử DMS — trên Trái Đất chủ yếu do sinh vật biển tạo ra — trên hành tinh K2-18b, kéo theo những dòng tít "tìm thấy dấu hiệu sự sống". Nhiều nhóm khác phân tích lại cùng dữ liệu và cho rằng tín hiệu chưa đủ mạnh. Tới nay chưa có bằng chứng được chấp nhận rộng rãi về sự sống ngoài Trái Đất.
Những hệ hành tinh đáng nhớ
- Proxima Centauri b (công bố 2016): hành tinh quanh ngôi sao gần Mặt Trời nhất, cách khoảng 4,2 năm ánh sáng, nằm trong "vùng có thể ở được" — tuy sao mẹ là sao lùn đỏ hay bùng phát dữ dội.
- TRAPPIST-1 (công bố 2016–2017): bảy hành tinh cỡ Trái Đất quanh một sao lùn đỏ nhỏ, cách khoảng 40 năm ánh sáng, vài hành tinh nằm trong vùng có thể có nước lỏng.
- Kepler-16b (2011): hành tinh quay quanh hai ngôi sao cùng lúc, gợi nhớ hai mặt trời ở hành tinh Tatooine trong phim Chiến tranh giữa các vì sao.
Góc nhìn hôm nay: bạn cũng góp tay được
Từ chỗ không biết có hành tinh nào ngoài Hệ Mặt Trời, chỉ trong khoảng ba mươi năm ta đã có danh sách hàng nghìn hành tinh, và thống kê cho thấy hầu hết ngôi sao trong Dải Ngân Hà có ít nhất một hành tinh. Những thứ có thể làm tiếp:
- Vào trang Kho lưu trữ Ngoại hành tinh của NASA (NASA Exoplanet Archive) và trang Exoplanets của NASA để xem số liệu cập nhật và mô phỏng 3D các hệ hành tinh.
- Tham gia dự án khoa học công dân Planet Hunters TESS trên nền tảng Zooniverse: người tình nguyện xem đường cong độ sáng để tìm dấu hiệu quá cảnh mà thuật toán bỏ sót — đã có hành tinh được tìm ra theo cách này.
- Câu lạc bộ thiên văn nghiệp dư có kính và máy ảnh tốt có thể tự đo quá cảnh của những Mộc tinh nóng sáng, vì độ mờ khoảng 1% là đủ để thiết bị nghiệp dư bắt được.
Câu hỏi thường gặp
Ngoại hành tinh là gì?
Ngoại hành tinh là hành tinh quay quanh một ngôi sao khác ngoài Mặt Trời. Ngoại hành tinh đầu tiên được xác nhận năm 1992 quanh một sao xung, và năm 1995 quanh một ngôi sao giống Mặt Trời. Tính tới 2025 đã có hơn 6.000 ngoại hành tinh được xác nhận.
Làm sao tìm hành tinh khi không nhìn thấy nó?
Cách phổ biến nhất là đo ngôi sao: sao bị lắc nhẹ do hành tinh kéo (phương pháp vận tốc xuyên tâm) hoặc sao mờ đi một chút khi hành tinh đi qua phía trước (phương pháp quá cảnh). Ngoài ra còn thấu kính hấp dẫn vi mô, chụp ảnh trực tiếp và đo vị trí sao.
Ai phát hiện ngoại hành tinh đầu tiên?
Aleksander Wolszczan và Dale Frail công bố các hành tinh quanh sao xung PSR B1257+12 năm 1992. Michel Mayor và Didier Queloz phát hiện 51 Pegasi b quanh một ngôi sao giống Mặt Trời năm 1995 và nhận giải Nobel năm 2019.
Đã tìm thấy hành tinh giống Trái Đất chưa?
Đã tìm thấy nhiều hành tinh cỡ Trái Đất nằm trong vùng có thể có nước lỏng, như vài hành tinh của TRAPPIST-1 hay Proxima Centauri b. Nhưng chưa xác định được hành tinh nào thật sự giống Trái Đất về khí quyển và điều kiện bề mặt, và chưa có bằng chứng chắc chắn về sự sống.
Ngoại hành tinh gần nhất cách bao xa?
Ngoại hành tinh gần nhất được biết là Proxima Centauri b, quay quanh ngôi sao gần Mặt Trời nhất, cách khoảng 4,2 năm ánh sáng. Với công nghệ tàu vũ trụ hiện nay, đi tới đó vẫn mất hàng chục nghìn năm.
