TRAPPIST-1 là một sao lùn đỏ rất nhỏ cách Trái Đất khoảng 40 năm ánh sáng, có bảy hành tinh cỡ Trái Đất quay quanh, được công bố đủ bảy hành tinh vào tháng 2/2017. Cả bảy đều nằm gần sao hơn sao Thuỷ gần Mặt Trời, và ba trong số đó (e, f, g) nằm trong vùng có thể sống. Đây là hệ hành tinh đá được nghiên cứu kỹ nhất ngoài hệ Mặt Trời, và là phép thử quan trọng nhất cho câu hỏi: hành tinh quanh sao lùn đỏ có giữ được khí quyển không.
Ngôi sao TRAPPIST-1
TRAPPIST-1 thuộc loại sao lùn đỏ "siêu lạnh" (loại phổ M8), nằm trong chòm Bảo Bình. Khối lượng chỉ khoảng 9% Mặt Trời, bán kính chỉ lớn hơn sao Mộc một chút, nhiệt độ bề mặt khoảng 2.500 K so với gần 5.800 K của Mặt Trời. Nó mờ đến mức không thể nhìn bằng mắt thường hay ống nhòm nhỏ.
Tên hệ lấy từ kính TRAPPIST (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), kính 60 cm của Bỉ đặt tại đài La Silla, Chile. Chữ "Trappist" còn là cái gật đầu đầy hài hước với dòng bia của các tu viện Trappist nổi tiếng ở Bỉ.
Từ ba lên bảy hành tinh
- 5/2016: nhóm của Michaël Gillon (Đại học Liège) công bố trên Nature ba hành tinh cỡ Trái Đất quanh sao này, phát hiện bằng phương pháp đi qua.
- Cuối 2016: nhóm dùng kính không gian Spitzer theo dõi gần như liên tục khoảng 20 ngày, cùng nhiều kính mặt đất.
- 22/2/2017: công bố trên Nature và họp báo của NASA: tổng cộng bảy hành tinh, đặt tên từ b tới h.
- 2017–2021: các quan sát thời gian đi qua giúp ước lượng khối lượng; phân tích năm 2021 (Agol và cộng sự) cho thấy cả bảy có mật độ tương tự nhau, phù hợp với hành tinh đá.
- 2023 trở đi: kính James Webb đo nhiệt và phổ của các hành tinh trong cùng, bắt đầu với b và c.
Bảy hành tinh trong một "hệ thu nhỏ"
| Hành tinh | Chu kỳ quỹ đạo (ngày) | Bán kính (Trái Đất = 1) | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| b | khoảng 1,5 | khoảng 1,12 | Nóng nhất; Webb đo mặt ngày khoảng 500 K |
| c | khoảng 2,4 | khoảng 1,10 | Không có khí quyển CO₂ dày kiểu sao Kim |
| d | khoảng 4,0 | khoảng 0,79 | Sát mép trong vùng có thể sống |
| e | khoảng 6,1 | khoảng 0,92 | Trong vùng có thể sống, nhận khoảng hai phần ba năng lượng Trái Đất nhận từ Mặt Trời |
| f | khoảng 9,2 | khoảng 1,05 | Trong vùng có thể sống |
| g | khoảng 12,4 | khoảng 1,13 | Trong vùng có thể sống, gần mép ngoài |
| h | khoảng 18,8 | khoảng 0,76 | Xa nhất, lạnh |
Bán kính theo Agol và cộng sự (2021), làm tròn. Hành tinh xa nhất cũng chỉ cách sao khoảng 0,06 đơn vị thiên văn. Toàn bộ hệ nhét vừa trong quỹ đạo sao Thuỷ nhiều lần.
Chuỗi cộng hưởng
Chu kỳ của các hành tinh liền kề có tỷ lệ gần với các số nguyên đơn giản (8:5, 5:3, 3:2, 3:2, 4:3, 3:2). Đây là một chuỗi cộng hưởng dài: các hành tinh kéo nhau đều đặn mỗi lần đi ngang. Nhờ đó, thời điểm đi qua của chúng lệch đi chút ít so với lịch, và từ những độ lệch này người ta tính được khối lượng. Chuỗi cộng hưởng mong manh như vậy cũng gợi ý hệ đã không bị va chạm lớn nào phá vỡ sau khi hình thành, các hành tinh có lẽ đã di chuyển vào trong từ từ khi còn đĩa khí.
Đứng trên một hành tinh TRAPPIST-1 sẽ thấy gì
Đây là phần suy luận từ hình học, không phải quan sát. Từ hành tinh e, ngôi sao trông lớn hơn Mặt Trời trên bầu trời ta nhiều lần nhưng mờ và đỏ cam. Các hành tinh lân cận có lúc hiện to cỡ hoặc hơn Mặt Trăng nhìn từ Trái Đất. Vì quá gần sao, các hành tinh gần như chắc chắn bị khoá thuỷ triều: một mặt ngày vĩnh viễn, một mặt đêm vĩnh viễn, nếu không có khí quyển chia nhiệt thì chênh lệch sẽ rất lớn.
Câu hỏi lớn: có khí quyển không
Những gì Webb đã thấy
Năm 2023, Webb đo nhiệt mặt ngày của TRAPPIST-1 b bằng thiết bị MIRI. Kết quả khoảng 500 K khớp với một khối đá trần hấp thụ ánh sáng mà không có khí quyển chuyển nhiệt đi. Cùng năm, đo hành tinh c loại trừ được khí quyển CO₂ dày như sao Kim. Một nghiên cứu năm 2024 quan sát b ở hai bước sóng cho thấy dữ liệu vẫn có thể khớp với một khí quyển giàu CO₂ có khói mù, nên câu hỏi với b chưa đóng hẳn.
Vì sao lo ngại
Sao lùn đỏ trẻ sáng hơn và hoạt động mạnh hơn trong hàng trăm triệu năm đầu, phát nhiều tia X, cực tím và lửa sao. TRAPPIST-1 vẫn bùng lửa thường xuyên, Webb phải xử lý nhiều đợt bùng sáng trong dữ liệu. Các hành tinh trong cùng có thể đã bị thổi mất khí và nước từ sớm. Câu hỏi là các hành tinh xa hơn, nhận ít bức xạ hơn, có thoát được không.
Những gì còn chờ
Các hành tinh e, f, g mới là mục tiêu quan trọng nhất cho chuyện sống được, nhưng chúng lạnh hơn và tín hiệu khó đo hơn. Webb đang tích luỹ nhiều lần quan sát hành tinh e. Kết quả có thể mất nhiều năm, và vết đốm trên bề mặt sao làm việc tách tín hiệu càng phức tạp.
Mật độ nói gì về nước
Phân tích năm 2021 cho thấy bảy hành tinh có mật độ gần nhau và thấp hơn một chút so với một Trái Đất thu nhỏ hay phóng to. Có hai cách hiểu. Một là chúng chứa ít sắt hơn Trái Đất, lõi nhỏ hơn hoặc sắt nằm lẫn trong đá dưới dạng ôxít. Hai là chúng có thêm một lượng nước đáng kể, có thể vài phần trăm khối lượng, đủ để đại dương sâu hơn biển Trái Đất nhiều lần. Dữ liệu hiện tại chưa phân biệt được hai khả năng. Với các hành tinh trong cùng nóng như b và c, nếu từng có nước thì phần lớn có lẽ đã mất.
Phân biệt khoa học và trí tưởng tượng
- Đã xác nhận: bảy hành tinh, kích thước và khối lượng cỡ Trái Đất, mật độ phù hợp với đá; b và c không có khí quyển CO₂ dày.
- Có khả năng: các hành tinh bị khoá thuỷ triều; hành tinh xa có thể chứa nhiều nước hoặc băng hơn.
- Chưa biết: e, f, g có khí quyển không, có nước lỏng không.
- Tưởng tượng: các tranh minh hoạ có đại dương, mây, rừng cây. Đẹp, nhưng chưa có dữ liệu nào cho thấy như vậy.
Góc nhìn hôm nay
Sao lùn đỏ chiếm đa số các ngôi sao trong Ngân Hà. Nếu hành tinh đá quanh chúng thường mất khí quyển, số nơi có thể sống trong thiên hà giảm đi rất nhiều. Nếu chúng giữ được, cơ hội tăng vọt. TRAPPIST-1 là nơi câu trả lời đang được đo. Trang trappist.one của nhóm phát hiện và trang hành tinh của NASA Exoplanet Exploration có bộ ảnh minh hoạ, số liệu cập nhật, cả các tấm áp phích "du lịch" vui mắt do NASA vẽ.
Câu hỏi thường gặp
Hệ TRAPPIST-1 có mấy hành tinh?
Bảy hành tinh đã xác nhận, đặt tên từ b tới h, công bố đủ bảy vào tháng 2/2017. Tất cả đều có kích thước gần Trái Đất và nhiều khả năng là hành tinh đá.
TRAPPIST-1 cách Trái Đất bao xa?
Khoảng 40 năm ánh sáng, trong chòm sao Bảo Bình. Ngôi sao quá mờ để thấy bằng mắt thường.
Hành tinh nào của TRAPPIST-1 có thể sống được?
Ba hành tinh e, f, g nằm trong vùng có thể sống, nhận lượng năng lượng phù hợp với nước lỏng nếu có khí quyển thích hợp. Hiện chưa biết chúng có khí quyển hay không. Hành tinh d nằm sát mép trong vùng.
Kính James Webb thấy gì ở TRAPPIST-1?
Năm 2023, Webb cho thấy hành tinh b có mặt ngày khoảng 500 K, khớp với đá trần, và hành tinh c không có khí quyển CO₂ dày kiểu sao Kim. Các hành tinh trong vùng có thể sống vẫn đang được quan sát.
Tên TRAPPIST có nghĩa gì?
Đó là tên viết tắt của kính thiên văn nhỏ 60 cm của Bỉ đặt ở La Silla, Chile, nơi phát hiện ba hành tinh đầu tiên. Tên kính cũng là lời chơi chữ với dòng bia tu viện Trappist của Bỉ.
