Nhân loại đã tiến những bước dài trong nỗ lực “chinh phục vũ trụ”, từ việc đổ bộ lên Mặt Trăng cách đây hơn 60 năm cho đến việc khám phá sao Hỏa, sao Mộc thời gian gần đây và việc gởi các phi thuyền Voyager 1 và Voyager 2 từ năm 1977 nhằm nghiên cứu vùng ngoài Hệ Mặt Trời và không gian liên sao bên ngoài vùng nhật quyển của Mặt Trời. Riêng Voyager 1 cho đến nay đã bay cách xa trái đất đến 25 tỷ km, tương đương với gần 24 giờ của vận tốc ánh sáng.

Thế nhưng, cụm từ “chinh phục vũ trụ” là một cách nói phóng đại, và dù con người có thể gửi phi thuyền đi vào những vùng không gian sâu cách Trái Đất hàng tỷ km, thì khoảng cách đó thật sự không nói lên được điều gì khi đề cập đến sự mênh mông vô cùng tận của vũ trụ. Khi đề cập đến vũ trụ, các nhà khoa học không gian không dùng đơn vị tỷ km để đo lường, mà dùng năm ánh sáng (light-year).

Năm ánh sáng là gì?

Năm ánh sáng là khoảng cách mà ánh sáng di chuyển trong một năm. Ánh sáng di chuyển cực kỳ nhanh — khoảng 300.000 km mỗi giây, tương đương 9.460 tỷ km mỗi năm.

Để đo lường sự rộng lớn của không gian, chúng ta sử dụng “thời gian ánh sáng” — khoảng cách ánh sáng di chuyển trong một khoảng thời gian nhất định. Vì không có gì trong vũ trụ di chuyển nhanh hơn ánh sáng, đây là tiêu chuẩn hữu ích để đo khoảng cách thiên văn (astronomical distances).

Ánh sáng từ Mặt Trời mất khoảng 43,2 phút để đến Sao Mộc, nằm cách chúng ta khoảng 775 triệu km. Trong một giờ, ánh sáng di chuyển được hơn 1 tỷ km. Mặc dù tốc độ của ánh sáng rất đáng kinh ngạc, nhưng quy mô rộng lớn của vũ trụ khiến những khoảng cách đo khổng lồ này dường như khó dò thấu (unfathomable) được.

Trái Đất nằm cách Mặt Trời khoảng 8 phút ánh sáng. Nhưng để đến rìa của Hệ Mặt Trời, nơi có Đám Mây Oort xa xôi, ánh sáng cần khoảng 1,87 năm. Hành trình đến Proxima Centauri, ngôi sao gần nhất với chúng ta, sẽ mất khoảng 4,25 năm ánh sáng.

Khi xem xét sự rộng lớn của vũ trụ, dễ dàng nhắc đến những con số khổng lồ — nhưng rất khó để thực sự hình dung được sự bao la, xa xôi, và số lượng lớn các vật thể thiên văn.

Để hiểu rõ hơn về khoảng cách thực sự tới các ngoại hành tinh (exoplanets) — những hành tinh quay quanh các ngôi sao khác — chúng ta có thể bắt đầu với “sân khấu” mà chúng ta khám phá chúng, đó là Dải Ngân Hà (Milky Way).

Dải Ngân Hà và xa hơn nữa

Dải Ngân Hà của chúng ta là một tập hợp các ngôi sao được liên kết với nhau bởi lực hấp dẫn, xoáy trong không gian theo hình xoắn ốc. Dựa trên những hình ảnh sâu nhất thu được cho đến nay, dải Thiên Hà chỉ là một trong khoảng 2 nghìn tỷ thiên hà trong vũ trụ quan sát được. Các thiên hà này liên kết thành các cụm thiên hà, rồi các siêu cụm thiên hà; những siêu cụm này sắp xếp thành các tấm khổng lồ trải dài qua vũ trụ, xen kẽ với các khoảng trống tối, tạo ra một cấu trúc giống như mạng nhện.

Dải Ngân Hà của chúng ta chứa khoảng 100 đến 400 tỷ ngôi sao, với chiều rộng khoảng 100.000 năm ánh sáng. Điều này nghe có vẻ khổng lồ, và đúng là như vậy, ít nhất là cho đến khi chúng ta so sánh nó với các thiên hà khác. Ví dụ, thiên hà láng giềng Andromeda rộng khoảng 220.000 năm ánh sáng. Một thiên hà khác, IC 1101, có chiều rộng lên đến 4 triệu năm ánh sáng.

Dựa trên các quan sát của Kính viễn vọng Không gian Kepler của NASA, chúng ta có thể tự tin dự đoán rằng mỗi ngôi sao mà bạn nhìn thấy trên bầu trời có lẽ đều có ít nhất một hành tinh. Thực tế, chúng ta có khả năng đang nói đến các hệ hành tinh đa hành tinh hơn là chỉ một hành tinh duy nhất. Với hàng trăm tỷ ngôi sao trong thiên hà của chúng ta, điều này đẩy số lượng hành tinh tiềm năng lên hàng nghìn tỷ. Các ngoại hành tinh đã được xác nhận (do Kepler và các kính viễn vọng khác phát hiện, cả trên mặt đất và trong không gian) hiện đã vượt qua con số 4.000 — và đó chỉ là từ việc quan sát một phần rất nhỏ của Dải Ngân Hà. Nhiều trong số này là những hành tinh nhỏ cấu tạo bằng đá, có thể có nhiệt độ phù hợp để nước lỏng tồn tại trên bề mặt.

Ngoại hành tinh gần nhất

Ngoại hành tinh gần nhất được biết đến là một hành tinh nhỏ, có thể là hành tinh đá, quay quanh Proxima Centauri — ngôi sao gần Trái Đất nhất. Nó cách chúng ta hơn 4 năm ánh sáng, tương đương khoảng 38,500 tỷ km. Nếu một hãng hàng không cung cấp chuyến bay bằng máy bay phản lực đến đó, hành trình sẽ mất 5 triệu năm. Thông tin về hành tinh này còn hạn chế; quỹ đạo gần và các đợt bùng nổ định kỳ của ngôi sao chủ làm giảm khả năng hành tinh này có thể ở được (habitable).

Hệ TRAPPIST-1 bao gồm bảy hành tinh, tất cả đều có kích thước xấp xỉ Trái Đất, quay quanh một sao lùn đỏ cách chúng ta khoảng 40 năm ánh sáng. Những hành tinh này rất có khả năng là đá, với bốn trong số đó nằm trong “vùng ở được” — khoảng cách quỹ đạo cho phép nước lỏng tồn tại trên bề mặt. Các mô hình máy tính cho thấy một số hành tinh có khả năng là thế giới đầy nước — hoặc băng. Trong vài năm tới, chúng ta có thể biết liệu chúng có bầu khí quyển hoặc đại dương, hoặc thậm chí dấu hiệu của sự sống hay không.

One of the most distant exoplanets known to us in the Milky Way is Kepler-443 b. Traveling at light speed, it would take 3,000 years to get there. Or 28 billion years, going 60 mph.

Một trong những ngoại hành tinh xa nhất được biết đến trong Dải Ngân Hà là Kepler-443 b. Với tốc độ ánh sáng, sẽ mất 3.000 năm để đến được đó. Hoặc 28 tỷ năm nếu di chuyển với tốc độ 100 km/giờ.

Ánh sáng di chuyển với tốc độ 300.000 km mỗi giây, tương đương 9,4 nghìn tỷ km trong một năm. Đơn vị đo lường này, được gọi là năm ánh sáng, giúp mô tả sự bao la của không gian. Nguồn: SciTechDaily.com