Hệ hành tinh ngoài Trái Đất ‘hoàn hảo về mặt toán học’ đang được tìm kiếm tín hiệu công nghệ ngoài hành tinh

• HD 110067, cách Trái Đất khoảng 100 năm ánh sáng, đang được chú ý như một mục tiêu tìm kiếm dấu hiệu công nghệ vì 6 hành tinh cỡ dưới Sao Hải Vương của nó quay trên các quỹ đạo thẳng hàng, rất gần ngôi sao chủ
• Trong lần quan sát này, không phát hiện tín hiệu công nghệ ngoài hành tinh, nhưng điều đó gần với việc tại thời điểm quan sát không có tín hiệu hướng về phía Trái Đất hơn là kết luận HD 110067 không có dấu hiệu công nghệ
• Hệ hành tinh này được nhìn từ Trái Đất theo cạnh bên (edge-on) nên có thể quan sát mặt phẳng quá cảnh của các hành tinh, một cấu trúc thuận lợi để tìm tín hiệu trùng với thời điểm quá cảnh như sóng vô tuyến từ vệ tinh và kính thiên văn của Trái Đất
• Nhóm nghiên cứu Breakthrough Listen đã dùng Green Bank Telescope để tìm các tín hiệu chỉ liên tục khi hướng về HD 110067, nhưng sóng vô tuyến tự nhiên và tín hiệu công nghệ của con người tạo ra rất nhiều nhiễu
• Các quan sát từ CHEOPS, HARPS-N và CARMENES sẽ được dùng để thu hẹp chính xác hơn bán kính và khối lượng của các hành tinh, nhằm hiểu thành phần hóa học và quá trình hình thành của chúng

---

Vì sao HD 110067 được chú ý

• HD 110067 là một hệ sao được phát hiện vào cuối năm ngoái, cách Trái Đất khoảng 100 năm ánh sáng
• Hệ này có 6 hành tinh cỡ dưới Sao Hải Vương, tất cả đều quay trên những quỹ đạo rất gần ngôi sao chủ
• Quỹ đạo của các hành tinh được cho là sắp xếp thẳng hàng theo dạng toán học, thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học đang tìm kiếm công nghệ ngoài hành tinh hoặc dấu hiệu công nghệ (technosignature)
• Dấu hiệu công nghệ được xem là những tín hiệu có sức thuyết phục cho thấy sự tồn tại của sự sống tiên tiến ngoài Trái Đất
• Dù chưa tìm thấy bằng chứng như vậy, HD 110067 vẫn là một mục tiêu hấp dẫn cho các quan sát tương tự trong tương lai

Lợi thế quan sát của một hệ hành tinh nhìn nghiêng

• Ngay cả quanh Trái Đất, sóng vô tuyến từ vệ tinh và kính thiên văn cũng được phát ra dọc theo mặt phẳng của Hệ Mặt Trời
• Nếu một người quan sát bên ngoài Hệ Mặt Trời thấy Trái Đất đi qua trước Mặt Trời, họ cũng có thể bắt được tín hiệu trùng với thời điểm hành tinh quá cảnh
• HD 110067 được nhìn từ Trái Đất theo góc edge-on, nghĩa là người quan sát trên Trái Đất đang nhìn dọc theo mặt phẳng nơi 6 hành tinh nằm
• Steve Croft của Breakthrough Listen cho rằng góc nhìn này làm tăng khả năng bắt được tín hiệu nếu thực sự có tín hiệu tồn tại
• Cũng như công nghệ của Trái Đất đã lan ra ngoài vùng có thể sinh sống của Hệ Mặt Trời, nếu HD 110067 có một nền văn minh ưa chuộng công nghệ thì họ cũng có thể đặt các thiết bị chuyển tiếp liên lạc trên nhiều hành tinh

Tìm kiếm bằng Green Bank Telescope

• Sau khi công bố phát hiện HD 110067, nhóm của Croft đã dùng Green Bank Telescope (GBT) ở West Virginia để tìm kiếm tín hiệu công nghệ ngoài hành tinh
• Tiêu chí quan sát là tín hiệu phải tiếp tục tồn tại khi kính thiên văn hướng về HD 110067 và biến mất khi nhìn sang hướng khác
• Mẫu tín hiệu như vậy có thể là một manh mối mạnh cho thấy một dấu hiệu công nghệ cục bộ tồn tại tại HD 110067
• Tuy vậy, các tín hiệu ứng viên rất khó phân biệt với nguồn vô tuyến tự nhiên và tín hiệu công nghệ của con người
  • Một ví dụ là sóng phát ra từ điện thoại di động kết nối Wi‑Fi
  • Mạng vệ tinh quỹ đạo thấp Starlink của SpaceX cũng nằm trong nhóm tín hiệu công nghệ của con người gây nhiễu
• Croft cho rằng tình huống này giống như tìm một “cây kim” là tín hiệu ngoài hành tinh tiềm năng trong “đống cỏ khô” của tín hiệu, trong khi thậm chí còn không biết có cây kim thật hay không, hay nó trông như thế nào

Tiêu chí để sàng lọc tín hiệu công nghệ

• Dù các nhà nghiên cứu chưa biết rõ công nghệ ngoài hành tinh sẽ có dạng gì, họ vẫn dùng các kỹ thuật để xác nhận tín hiệu phát hiện được không phải là nhiễu cục bộ
• Nếu là một máy phát được tạo ra với kỳ vọng sẽ được các nền văn minh khác nhận thấy, nó có thể tập trung nhiều năng lượng vào một dải tần số hẹp
• Ngược lại, các hiện tượng vật lý thiên văn tự nhiên phát sóng trên dải tần rộng hơn rất nhiều
• Nếu có một máy phát trên một hành tinh quay quanh ngôi sao ngoài Hệ Mặt Trời, tần số tín hiệu nhìn từ Trái Đất có thể trôi theo thời gian
• Carmen Choza ví hiện tượng này với hiệu ứng khi xe cứu thương chạy ngang qua, âm thanh chuyển từ cao xuống thấp

Kết quả hiện tại và các quan sát tiếp theo

• Trong lần tìm kiếm này, không phát hiện tín hiệu công nghệ
• Croft cho rằng kết quả này không có nghĩa là HD 110067 không có dấu hiệu công nghệ, mà chỉ cho biết vào thời điểm quan sát không có tín hiệu nào được phát theo hướng Trái Đất
• Nhóm phát hiện đang dùng kính thiên văn không gian CHEOPS của ESA để tinh chỉnh bán kính của 6 hành tinh
• Khối lượng các hành tinh cũng đang được đo chính xác hơn bằng các thiết bị HARPS-N và CARMENES tại Tây Ban Nha
• Khi dữ liệu về kích thước và khối lượng hành tinh trở nên chính xác hơn, các nhà nghiên cứu sẽ hiểu rõ hơn thành phần hóa học của hệ
• Thông tin này có thể được dùng để phần nào đảo ngược suy luận về sự tiến hóa của HD 110067 và các hành tinh của nó, từ đó tìm hiểu cơ chế hình thành
• Croft nói rằng chưa thể biết cơ hội thành công trong 10 năm tới là bao nhiêu, nhưng năng lực tìm kiếm vẫn đang tiếp tục mạnh lên và tốt hơn 10 năm trước
• Nghiên cứu này được đưa vào bài báo đăng tháng trước trên Research Notes of the AAS

[GN⁺]

Ý kiến Hacker News

• Nhớ đến định luật Titius-Bode[1]. Một phương trình đơn giản đã khớp quỹ đạo của mọi hành tinh được biết đến vào thời điểm đó, đồng thời dự đoán rằng phải có thêm một vật thể ở vành đai tiểu hành tinh và cả khoảng cách đến Sao Thiên Vương, nhưng lại không đúng với Sao Hải Vương nên được xem là đã bị bác bỏ.
  Cũng khó mà tin rằng kiểu quan hệ này thực sự tồn tại chứ không chỉ là ngẫu nhiên thuần túy, và lại càng khó cho rằng đằng sau nó có thiết kế thông minh
  [1]https://en.wikipedia.org/wiki/Titius%E2%80%93Bode_law
  • Nếu không có nhiễu loạn, người ta từng nghĩ rằng vòng bồi tụ và các hành tinh sẽ hình thành theo các khoảng cách mang tính toán học do hiệu ứng cộng hưởng quỹ đạo. Điều đó có nghĩa là trạng thái năng lượng rất thấp, và khá giống với xu hướng các mode dao động đi theo các họa âm nguyên.
    Nói theo cách cổ điển, đây là lập luận rằng sự hài hòa vốn có trong toán học cũng bộc lộ thành sự hài hòa trong vũ trụ vật lý [1]. Điều lạ hơn là tại sao ta không thấy nhiều hài hòa vật lý hơn nữa, và có vẻ nguyên nhân là do độ phức tạp khổng lồ của các tương tác phi tuyến
    [1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S240587262200003X
  • Ngay cả khi loại trừ thiết kế thông minh, xác suất ít nhất một hệ như thế tồn tại là rất cao, đồng thời xác suất chỉ có đúng một hệ như vậy cũng khá cao. Có thể chúng ta may mắn quan sát được đúng hệ đó
  • Định luật đó có vẻ phù hợp như một điểm khởi đầu để giải thích sự tiến hóa dài hạn của vật chất quanh sao, nhưng quá đơn giản để bao quát mọi trường hợp có thể xảy ra. Có vẻ không thích hợp để dùng làm bằng chứng bác bỏ giả thuyết
  • Các nhà thiên văn thực hiện nghiên cứu này chắc hẳn cũng biết “định luật” đó và đã loại trừ nó. Cá nhân tôi thấy đây không phải ý tưởng quá vô lý
  • “Khoảng cách chính xác” đến Sao Thiên Vương nghĩa là gì?
• The Planets Are Weirdly In Sync - Steve Mould - https://www.youtube.com/watch?v=Qyn64b4LNJ0
  “Hãy nghĩ về ba vệ tinh lớn nhất của Sao Mộc. Europa quay quanh Sao Mộc trong thời gian dài gấp đúng hai lần Io, còn Ganymede lại mất gấp đôi Europa. Làm sao chuyện này có thể xảy ra? Đây là một ví dụ về đồng bộ hóa, vậy cơ chế của nó là gì? Video này giải thích khái niệm cộng hưởng quỹ đạo”
  • Nhưng đó cũng là nguyên nhân tạo ra các khe hở trong vành đai Sao Thổ. Vậy có phải mảnh vỡ không thể tồn tại trên những quỹ đạo đó, còn hành tinh thì có thể bị khóa vào đó không?
• Tôi không rõ phần nào trong hệ này là “hoàn hảo về mặt toán học”. Trong bài báo không thấy thể hiện rõ
  • Như bài liên quan [1] giải thích chi tiết, trong khi hành tinh số 1 hoàn thành 54 vòng quỹ đạo, các hành tinh số 2 đến 6 lần lượt hoàn thành 36, 24, 16, 12, 8 vòng. Các tỷ lệ liên tiếp là 2/3, 2/3, 2/3, 3/4, 3/4, và sau khi hành tinh số 1 hoàn thành 54 vòng thì tất cả các hành tinh trở lại cùng vị trí tương đối
    [1] https://www.space.com/six-sub-neptunes-found-100-light-years-from-earth
  • Cả sáu hành tinh đều ở trên quỹ đạo cộng hưởng, với tỷ lệ là 54:36:24:16:12:9. Tức là 3:2 lặp lại ba lần và 4:3 lặp lại hai lần
    https://en.wikipedia.org/wiki/HD_110067#Planetary_system
  • Chú thích ảnh viết như sau: “Sáu hành tinh quay quanh ngôi sao trung tâm HD 110067 theo một nhịp điệu hài hòa, và sau mỗi vài vòng quỹ đạo các hành tinh lại thẳng hàng”
• Tôi thường nghĩ rằng TrES-2b [0], hành tinh tối nhất từng được phát hiện cho đến nay quay quanh một ngôi sao, có thể là ứng viên hàng đầu cho sự sống ngoài Trái Đất. Giả thuyết của tôi là độ tối đó là vì nền văn minh ở đó đã tìm ra cách tận dụng gần như 100% năng lượng mặt trời bằng kiểu quả cầu Dyson [1]
  [0] https://exoplanets.nasa.gov/exoplanet-catalog/1716/tres-2-b
  [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Dyson_sphere
  • Công cụ trực quan hóa ngoại hành tinh của NASA rất tuyệt. Trước giờ tôi không biết có thứ này. Có vẻ khi hiểu biết của chúng ta về dữ liệu ngoại hành tinh tốt hơn thì những hình dung trực quan kiểu này cũng sẽ ngày càng tốt hơn. Thật đáng kinh ngạc khi có thể rút ra nhiều thông tin đến vậy chỉ từ một pixel ánh sáng
  • Xét đến việc “khí quyển của hành tinh này nóng như dung nham”, giả thuyết đó có vẻ rất khó xảy ra
  • Nếu chịu nổi trọng lực gấp 1,5 lần Sao Mộc thì hẳn là người ngoài hành tinh rất lực :)
  • Nó không hoạt động theo cách đó. Nếu tận dụng toàn bộ năng lượng, trước tiên hành tinh sẽ phát sáng màu đỏ, rồi sau đó là màu trắng. Cuối cùng nó sẽ nóng ngang với một ngôi sao, và từ thời điểm đó trở đi sẽ không thể thu thêm năng lượng nữa.
    Trừ khi somehow biến năng lượng đó thành vật chất, còn theo các định luật nhiệt động lực học thì mọi năng lượng cuối cùng đều trở thành nhiệt
  • Đây đúng là một ngoại hành tinh thú vị, nhưng tôi không biết ai hay bằng cách nào có thể sống trên một hành tinh khí
• Có vẻ các tác giả bài báo chưa thực sự hiểu rõ cộng hưởng hành tinh hoạt động như thế nào, cũng như quỹ đạo phải chính xác đến mức nào để duy trì được cộng hưởng
  Cộng hưởng là hiện tượng rất phổ biến. Ngay trong Hệ Mặt Trời cũng có nhiều kiểu cộng hưởng khác nhau giữa nhiều thiên thể.
  Để cộng hưởng ổn định, quỹ đạo của hai thiên thể không cần phải khớp nhau chính xác về mặt toán học. Biên độ sai số chấp nhận được khá rộng. Chỉ cần hai hành tinh tiến đủ gần đến trạng thái cộng hưởng thì nhờ cơ chế hồi tiếp, cộng hưởng có thể trở nên ổn định. Ở mỗi vòng quỹ đạo, các hành tinh trao đổi năng lượng để bảo toàn cộng hưởng, và muốn phá vỡ nó thì cần một tác động bên ngoài đáng kể.
  Điều thực sự thú vị trong hệ này là chuỗi cộng hưởng dài. Nhưng ngay cả điều đó cũng không hẳn quá đặc biệt. Nếu hiểu cách cộng hưởng hình thành, có thể thấy rằng khi mọi hành tinh đều tiến đủ gần trạng thái cộng hưởng, chúng sẽ truyền năng lượng cho nhau để tự điều chỉnh vào trạng thái đó rồi sau đó duy trì quỹ đạo cộng hưởng

Không có lý do gì để cho rằng kiểu cộng hưởng này phải có nguồn gốc phi tự nhiên. Điều đó cũng giống như nói rằng vì chu kỳ tự quay của Mặt Trăng đúng bằng chu kỳ quỹ đạo nên nó luôn chỉ hướng một mặt về phía Trái Đất, vậy hẳn ai đó đã đặt Mặt Trăng vào quỹ đạo đó. Điều đó rõ ràng là sai, và kiểu cộng hưởng này hình thành một cách dễ dàng và tự nhiên

• Các tác giả là những nhà khoa học thuộc SETI, Berkeley, Oxford, NASA. Có lẽ khả năng cao là họ biết về chủ đề này nhiều hơn chúng ta rất nhiều
  Giống như các bình luận HN tương tự, tôi nghĩ ở đây có những câu hỏi hợp lệ. Nhưng chỉ vì điều gì đó trông có vẻ mâu thuẫn mà lập tức kết luận đối phương sai hoặc vô lý thì là một sai lầm. Sự bất đồng giữa suy nghĩ của tôi và của họ cũng có thể là vấn đề ở phía tôi, và trong vật lý quỹ đạo thì khả năng đó còn lớn hơn nhiều
  Trong ví dụ này, tốt hơn nên nghĩ như sau: “Với tôi thì cộng hưởng hành tinh có vẻ giải thích được hiện tượng quan sát được. Hẳn các tác giả cũng đã nghĩ tới điều đó, vậy trong bài báo họ xử lý vấn đề này như thế nào?” Khiêm tốn sẽ đưa ta gần sự thật hơn, trừ khi bạn là thần thánh
• Bài báo không đưa ra tuyên bố đó. Chỉ là tiêu đề có thể khiến người ta đọc ra như vậy, và có lẽ điều đó cũng không hoàn toàn là ngẫu nhiên
  Lý do các nhà khoa học khảo sát hệ đó là vì nó có những đặc tính có thể khiến việc phát hiện tín hiệu dễ hơn
• Không ai nói rằng cộng hưởng là phi tự nhiên. Việc hệ này được nhìn theo góc nghiêng cạnh (edge-on) mới là điều có lợi cho việc tìm kiếm theo cách khác
  HD 110067 là mục tiêu của chương trình quan sát tiếp theo của TESS, và vì từ Trái Đất chúng ta nhìn hệ này theo phương ngang nên khả năng phát hiện cả máy phát có chủ đích lẫn rò rỉ từ liên lạc giữa các hành tinh đều cao hơn. Ngoài ra, càng có nhiều hành tinh thì cũng càng có khả năng một nền văn minh tiên tiến đã lan truyền công nghệ sang các hành tinh lân cận, bất kể vị trí của vùng có thể ở được
  https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2515-5172/ad235f
• Có vẻ đó không phải là hàm ý thực sự. Sự sống trên Trái Đất có lẽ đã không như hiện nay nếu không có quỹ đạo của Mặt Trăng tạo ra các dòng hải lưu ổn định. Nếu thiếu những điều kiện như vậy, có vẻ độ phức tạp sẽ tăng lên trong việc thiết lập sự phát triển dài hạn của “sự sống”
• Thực ra lý do người ta quan sát hệ đó là vì chúng ta gần như đang nhìn thẳng từ phía trên xuống, nên có thể thấy quỹ đạo của tất cả các hành tinh cùng lúc. Không phải vì cho rằng các quỹ đạo đó là phi tự nhiên
• Trang wiki của hệ sao này: https://en.wikipedia.org/wiki/HD_110067
• Về phía nói rằng cộng hưởng giải thích hiện tượng, bài báo dường như không nói rằng “các quỹ đạo hoàn hảo về mặt toán học” là dấu hiệu của trí tuệ
  HD 110067 có sáu hành tinh mini-Neptune, tất cả đều quay quanh sao chủ trong một chuỗi cộng hưởng ổn định. Đây là ngôi sao sáng nhất được biết đến có ít nhất bốn hành tinh, và vì các hành tinh cho thấy cấu hình quỹ đạo rất trật tự nên nó mang lại cơ hội chưa từng có để nghiên cứu sự tiến hóa quỹ đạo của các hệ hành tinh và thành phần khí quyển của mini-Neptune. Ba trong số các hành tinh này cho thấy mật độ thấp, gợi ý những bầu khí quyển lớn và giàu hydro. Mini-Neptune là một trong những loại ngoại hành tinh phổ biến nhất từng được phát hiện cho đến nay, vì vậy việc chúng có thể duy trì nước lỏng hay không là điều quan trọng trong ưu tiên mục tiêu của SETI
  Ngoài ra, HD 110067 cũng có giá trị như một mục tiêu tìm kiếm dấu hiệu công nghệ. Vì từ Trái Đất chúng ta nhìn hệ này theo góc nghiêng cạnh, nên khả năng phát hiện máy phát có chủ đích hoặc bức xạ rò rỉ từ liên lạc giữa các hành tinh tăng lên, và số lượng hành tinh nhiều hơn cũng làm tăng khả năng một nền văn minh tiên tiến đã lan truyền công nghệ sang các hành tinh lân cận
  https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2515-5172/ad235f
• Cụm “sóng vô tuyến phát ra từ vệ tinh và kính thiên văn theo hướng mặt phẳng Hệ Mặt Trời” nghe rất lạ
  Kính thiên văn vô tuyến chẳng phải là thiết bị để nhận chứ không phải “bắn” sóng vô tuyến sao? Ngay cả khi được cấu hình để phát như Deep Space Array thì chúng cũng không bắn về mặt phẳng Hệ Mặt Trời mà hướng tới tàu vũ trụ cần liên lạc
  Vệ tinh thì lại càng không như vậy. Chúng phải tiết kiệm điện nên không phát sóng vô tuyến ra ngoài vũ trụ, và ăng-ten của chúng hướng về Trái Đất
  Hơn nữa, câu chứa cụm đó còn không có động từ chính, nên tôi phải đọc đi đọc lại mấy lần mới hiểu được nó muốn nói gì
  • Một số kính thiên văn vô tuyến được dùng cho thiên văn radar
    https://en.wikipedia.org/wiki/Radar_astronomy
  • Ngay cả khi thực sự bắt được tín hiệu ngoài hành tinh, thì tín hiệu đó cũng gần như chắc chắn đã được gửi đi từ rất, rất lâu trước đây
• Thực ra, việc tìm thấy bằng chứng mạnh về công nghệ ngoài hành tinh là sự kiện lớn đến mức tôi nghe nói hầu như mọi hệ sao mà các nhà vật lý thiên văn quan sát đều được xem xét về các dấu hiệu bất thường tiềm tàng
• Điều này làm tôi nhớ tới một cuốn tiểu thuyết tôi từng đọc. Tôi sẽ không nói tên để tránh spoil, nhưng một trong những cú lật nhỏ là cấu trúc vĩ mô của các thiên hà mà chúng ta quan sát trong vũ trụ — cấu trúc thuận lợi cho sự hình thành sao và sự sống — thực ra là một dự án nghệ thuật của các loài có trí tuệ đã sống từ thời gần Big Bang
  Không phải Xeelee Sequence đâu :P