Đ I  T Ì M  V Ư Ờ N Đ Ị A  Đ À N G

Câu chuyện bắt đầu do chính quyền Tổng Thống Obama chuẩn

chi ngân sách cho cơ quan NASA tiền, trong chương trình đưa người lên Sao Hỏa (Mars) vào năm 2030. Muốn thực hiện chuyện này phải thúc đẩy các kỹ thuật cao tân tiến là bước đầu tiên, sau đó là tìm và huấn luyện các phi hành gia để có thể “đổ bộ” một thiên thạch (asteroid) trước, thiên thạch này có quỹ đạo gần giống quỹ đạo Mặt Trăng, và từ đó phóng phi thuyền chạy bằng năng lượng Mặt Trời (solar-powered) do thời gian phi hành quá lâu, mà không một phi thuyền nào mang bình chứa đủ lượng nhiên liệu cần thiết cho đi tiếp. Hy vọng các quy trình này được mang tên là Dự Án Trung Gian Thiên Thạch (the Asteroid Redirect Mission: ARM) có thể thực hiện được kể từ năm 2021. Người đứng đầu dư án là Michele Gates nói là các kinh nghiệm (cùng thực nghiệm) sẽ cho chúng ta một ngày nào đó tới Hỏa Tinh, mà các phi hành gia sẽ được bảo đảm an toàn, du hành rồi về nhà cũng như khỏi phải qua một tình huống cấp cứu nào khác trên Trái Đất.

Với dự án ở trên làm dấy nên một ước nguyện mà nhân loại đã mơ mộng từ lâu lắm rồi: làm sao để đi tìm ra Vườn Địa Đàng của ông Adam và bà Eve như trong Kinh Thánh Cựu Ước đã mô tả, xin lần lượt kiểm kê theo chuỗi lịch sử thời gian. Suốt từ năm 1710 nhà toán học Đức lừng danh Gottfried Leibniz đã viết: tại sao chúng ta lại chịu đựng sống trên một hành tinh (Trái Đất) đầy những điều thiếu sót mà không đi tìm một nơi khác (hành tinh) phù hợp với lý tưởng hơn vậy. Sau Leibniz một văn hào Pháp cũng lừng danh khác là Voltaire lấy cảm hứng viết cuốn Candide, cũng vậy nhiều khoa học gia và rất đông thiên văn gia đã phải coi là lấy Trái Đất như một “khuôn vàng thước ngọc” (a golden standards) để đi tìm các Vườn Địa Đàng khác nữa ngoài Hệ Mặt Trời.

Bởi vì Trái Đất đã được mọi người công nhận là nơi có các điều kiện “Cần và Đủ” cho cuộc sống có thể phát triển trên khắp bề mặt, cũng như ở trên Sao Hỏa (Mars) hoặc Trăng tên Europa của Mộc Tinh (Jupiter). Tới thời điểm này, biết bao khám phá đã tìm ra các hành tinh khác, có tiềm năng “ở được” (habitable) chạy chung quanh các Sao (stars) y như chúng ta chạy quanh Mặt Trời vậy.       

  Từ hai thập niên trở lại đây thiên văn gia đã tìm ra ngoài vũ trụ khoảng 1.800 hành tinh, còn nếu tính theo thống kê hay xác xuất thì chỉ nguyên giải Ngân Hà (hay nhà của Mặt Trời chúng ta) thôi, cũng có ít nhất 100 tỉ hành tinh giống Trái Đất hay Vườn Địa Đàng của ông Adam và bà Eve rồi.

   Nhưng tất cả các Vườn Địa Đàng mới tìm thấy này, cho tới nay chỉ hơi giống Trái Đất thôi do quá phức tạp: từ kích cỡ, cho đến cấu tạo (đất đá) hay quỹ đạo quá xa sao của nó, không kể là các sao (tương đương Mặt Trời) của các hành tinh này đã nhỏ hoặc mờ hơn Mặt Trời của chúng ta.

   Những Vườn Địa Đàng này không nơi nào có điều kiện tối ưu cho các đòi hỏi có thể ở được (pinnacle of habitability) giống như Trái Đất hết, tức là mang các khuynh hướng thực may mắn cho việc bảo toàn bầu sinh quyển (biosphere) vững chắc. Những thế giới “siêu Địa Đàng ở được” (superhabitable worlds) này có thể được coi là những mục tiêu phù hợp nhất cho công cuộc đi tìm kiếm ngoài Hệ Mặt Trời.

    Tuy nhiên những hành tinh này mang các đặc tính mà lúc khởi đầu tưởng là lý tưởng cho đời sống. Thí dụ như Trái Đất chạy quanh Mặt Trời là một sao có tuổi trung bình (middle-aged) đã chiếu sáng nhiều tỉ năm rồi, là thời gian cần thiết cho sự sống xuất hiện và phát triển. Trái Đất cũng có các đại dương nước mênh mông vì quỹ đạo của nó nằm đúng vùng ở được (habitable zone), chỉ là một vùng hẹp mà trong đó sao của chúng ta (ánh sáng Mặt Trời) không quá gay gắt mà cũng không quá mờ nhạt: nếu quỹ đạo Trái Đất nằm trong một chút thì bao nhiêu nước của đại dương đã bay hơi hết, còn nếu quỹ đạo nằm ngoài xa một chút nữa, bao nhiêu nước đã đóng thành băng hết.

     Bây giờ xin nói về kích cỡ Trái Đất hay Vườn Địa Đàng của chúng ta rất vừa phải: nó vừa đủ để giữ cho hiện diện bầu khí quyển (do lực hấp dẫn vạn vật: tức gravity) không quá lớn, mà cũng không quá nhỏ, vì nếu lực hấp dẫn yếu quá thì bao nhiêu khí sẽ bay hết ra ngoài vũ trụ. Ngoài ra cái kích cỡ này cũng đúng là đã tăng thêm tính ở được (habitability) do nó điều chỉnh luôn các tầng địa chất (plate tectonics), ngoài ra nó còn làm nên địa từ trường (magnetic field) Bắc Nam nên bảo vệ luôn cả tầng sinh thái (biosphere) thoát khỏi các phóng xạ vũ trụ (cosmic radiation) và phóng xạ Mặt Trời.

      Tuy nhiên xét về mặt thời gian nhiều khoa học gia đã nghiên cứu để thấy rằng Trái Đất càng ngày càng từ từ mất tính “lý tưởng” (ideal) cho sự sống phát triển. Vì nhiều vùng đã biến thành sa mạc không thể sống nổi, hoặc các khu vực rất nghèo hệ sinh thái (nutrient-poor) hoặc thiếu thức ăn và các cực Bắc Nam thì băng giá. Ta chỉ xét như thời Carboniferous (tức cách nay khoảng 350 đến 300 triệu năm), lúc đó bầu khí quyển ấm hơn, ẩm hơn và nhiều dưỡng khí (oxygen-rich) hơn bây giờ rất nhiều.

       Rồi thời Crustaceans dưới biển tôm cá dầy đặc, rong tảo cấu kết từng tầng tầng lớp lớp rất cao lớn (reef-building) nở rộ trên đại dương. Vì vậy lúc đó chúng ta thấy trên toàn Trái Đất hiện diện các sinh vật khổng lồ (terrestrial creatures) như khủng long, điều này chứng tỏ xưa kia đúng như Kinh Thánh Cựu Ước đã biên, thời của vườn Địa Đàng với ông Adam và bà Eve đúng là Thiên Đàng hạ giới.

       Càng về sau chúng ta càng thấy là Trái Đất càng mất dần đi tính “thân thiện” (life-friendly) với sự sống. Khoảng năm tỉ năm nữa thôi Mặt Trời của chúng ta sẽ dùng hết lượng khinh khí (hydrogen fuel) dự trữ, tâm sẽ biến thành lõi helium để rồi trở thành một “sao khổng lồ đỏ” (red-geant), lúc đó Trái Đất của chúng ta sẽ biến thành một cục than cháy đỏ: chắc chắn khi này sự sống biến mất trên Trái Đất. Vào thời điểm này Mặt Trời hừng hực và nhiệt độ tăng dần lên, nhưng rồi sau đó độ sáng của Mặt Trời giảm dần, độ sáng sẽ giảm mỗi 10% cho mỗi tỉ năm.

       Điều này có nghĩa là vùng ở được (habitable zone) không còn vững vàng như bây giờ mà biến đổi. Trái Đất sẽ thiếu ánh sáng dần, tính toán cho biết là hiện nay hành tinh của chúng ta không còn nằm ở trung tâm vùng ở được (habitable) nữa, nó đã tiến đến biên giới trong của “điểm lùi” (cusp) rồi, hoặc có thể nói là nó đến biên giới đụng mức cho sự loạng choạng để giữ gìn sự sống vì đã quá nóng.

         Kết cục là chỉ còn khoảng nửa tỉ năm nữa thôi Mặt Trời của chúng ta vẫn có thể là “khả dĩ” cho các sinh vật đa bào (multicellulair-life) như Loài Người sinh sống, sau đó khí hậu sẽ biến đổi theo hướng bất lợi. Nói dản dị là khoảng 1, 75 tỉ năm nữa ánh sáng Mặt Trời sẽ bắt đầu làm nước các đại dương bốc hơi, những sinh vật nào trên mặt đất kể như chết trước, rồi đến sinh vật ngoài đại dương. Sau đó thì bầu sinh quyển (biosphere) sẽ mau chóng bị hủy hoại. Điều này có nghĩa là Trái Đất của chúng ta đã qua thời kỳ “tối ưu cho sự ở được”, rồi bầu sinh quyển (biosphere) sẽ nhanh chóng bị hủy hoại, tất cả mọi chuyện nếu nói đúng lý luận (hay sự có lý) thì hiện tại là thời điểm ở biên giới cuối cùng cho sự sống thoải mái đó.

          Vậy chúng ta phải đi tìm các thế giới ở được khác hay các Vườn Địa Đàng ngoài vũ trụ mênh mông, tức là các Trăng khổng lồ của các “siêu hành tinh khí” (gas-geant planets) đầy rẫy ngoài rất xa. Còn như trong Hệ Mặt Trời chúng ta thì có lẽ chỉ có Trăng tên Ganymede của Mộc Tinh (Jupiter), Trăng này lớn gấp hai lần rưỡi Trái Đất mà nó vẫn còn có mang bầu khí quyển. Đây cũng là một trong các Trăng của rất nhiều hành tinh khổng lồ, chạy quanh các sao nằm tại vùng ở được (habitable zones) có bầu khí quyển rất giống với Trái Đất của chúng ta.

          Những “siêu Trăng” (exomoons) này thuộc vùng tối ưu cho ở được tức superhabitable zone do: tất cả mang rất nhiều nguồn năng lượng đa dạng cho bầu sinh quyển (biosphere). Khác với Trái Đất là năng lượng mang đến từ ánh sáng Mặt Trời, còn ở các “siêu Trăng” thì năng lượng được mang đến từ ánh sáng phản chiếu hoặc chỉ từ sức nóng của các hành tinh khổng lồ bên cạnh. Tuy nhiên sự khác nhau này làm cho chuyện thủy triều (tidal) sẽ không giống trên Trái Đất mà chính là lực làm nóng Trăng (ở được). Đây cũng là lực thủy triều mà ta thấy làm nóng bề mặt của Trăng Europa của Mộc Tinh (Jupiter) hoặc Trăng Enceladus của Thổ Tinh (Saturn). Tất cả chuyện đa dạng của năng lượng (energetic diversity) này lại là con giao hai lưỡi cho các siêu Trăng, vì chỉ một sự mất căn bằng nhỏ cũng có thể làm Trăng không thể ở được nữa (an uninhabilitable state).

            Tất cả các siêu Trăng ở được phải chắc chắn được phát hiện tìm thấy trong các ghi nhận của vệ tinh mang tên viễn vọng kính Kepler của cơ quan NASA, tuy nhiên vì kiểm kê chưa hết (quá nhiều tài liệu) cho nên có thể nói sự hiện diện những Trăng này vẫn còn là trong tính toán hay là trong vòng suy đoán.

            Những siêu hành tinh hay siêu vườn địa đàng đầu tiên được các thiên văn gia tìm thấy từ khoảng giữa thập niên 1990 của thế kỷ 20, tất cả đều là các hành tinh khí khổng lồ (gas geants) lớn ngang Mộc Tinh (Jupiter), nhưng có quỹ đạo chạy quá gần quanh các sao của nó, cho nên chắc chắn không thể có sinh vật. Với kỹ thuật tân tiến, các thiên văn gia đi tìm các hành tinh nhỏ hơn và có quỹ đạo trong vùng ở được, tức là chỉ lớn nhiều lắm là khoảng mười lần Trái Đất là cùng hoặc có bán kính chỉ khoảng giữa Trái Đất và Hải Vương Tinh thôi.

            Những hành tinh theo đúng tiêu chuẩn này có rất nhiều, tuy nhiên các sao của nó lại không giống Mặt Trời của chúng ta, bởi vậy nên một hệ thống giống y như Hệ Mặt Trời là rất hiếm trong vũ trụ bao la. Nhiều Siêu-Trái-Đất không có được bầu khí quyển tốt giống như của chúng ta, vì vậy các thiên văn gia nói gọi chúng là các “Tiểu-Hải-Vương-Tinh” (mini-Neptune) đúng hơn là “Siêu-Trái-Đất”, vì chúng chỉ có kích cỡ nhiều lắm bằng hai lần Trái Đất thôi, như vậy chúng có cấu tạo giống Trái Đất hơn, tức là có nhiều chất sắt (iron) và nhất là trên bề mặt có thể có rất nhiều nước (water) hoặc hiện diện các đại dương như trên bề mặt Trái Đất vậy. Còn sao của chúng (tương đương Mặt Trời) là các sao lùn M (M dwarfs) hoặc các sao lùn K (K dwarfs), tức là chúng nhỏ hơn và mờ hơn Mặt Trời. Với các điều kiện (cần và đủ này) chúng ta sẽ có các hành tinh siêu-ở-được (superhabitable) điều này được thiên văn gia John Amstrong và tất cả các vật lý gia tại trường Đại Học Weber xác nhận (Weber State University).

               Bây giờ chúng ta xét về cuộc đời hay tuổi thọ (longevity) của các sao có Vườn Địa Đàng chạy chung quanh, vì đó là điều kiện căn bản cho chuyện đi tìm các “hành tinh ở được” này, vì rõ ràng là chúng phải có bầu sinh quyển (biosphere). Riêng Mặt Trời của chúng ta đã có bốn tỉ rưỡi tuổi rồi, tức là đã vào tuổi trung niên (halfway), vì theo ước tính thì Mặt Trời chỉ thọ mười (10) tỉ năm thôi. Nếu chúng ta tìm ra các Vườn Địa Đàng khác tại các sao khác (tương đương Mặt Trời) thì chúng phải là các sao lùn loại K (K dwarfs), chúng cũng đốt cháy nhờ phản ứng nguyên tử (nuclear fuel), nhưng chúng có khối lượng lớn nên dùng nhiên liệu hữu hiệu hơn và cũng vì vậy mà chúng có tuổi thọ (sống) lâu hơn Mặt Trời.

                Tuổi thọ trung bình của một sao lùn K (K dwarfs) mà thiên văn gia phát hiện thường có tuổi thọ rất nhiều tỉ năm (thọ hơn Mặt Trời rất nhiều), cũng như còn chiếu sáng rất nhiều tỉ năm nữa, khi mà sao của chúng ta (Mặt Trời) đã chết. Do vậy mà các hành tinh chạy chung quanh (Vườn Địa Đàng) có bầu sinh quyển (biospheres) rất tốt cũng như có đầy đủ thời gian cho đời sống phát triển cùng lan tỏa.

                Tuy nhiên còn một điều lo ngại là các sao lùn K (K dwarfs) này phát ra loại ánh sáng gay gắt hơn, tức là trên quang phổ ánh sáng hồng ngoại (infrared) có nhiều, thì không giúp cho hiện tượng quang hợp (photosynthesis) cần cho hệ thực vật trên bề mặt của các Vườn Địa Đàng. Còn các sao lùn loại M (M dwarfs) lại nhỏ hơn loại K, chúng chỉ chiếu sáng khoảng vài trăm tỉ năm thôi, cũng như chúng mờ hơn Mặt Trời, khi đó các hành tinh (Vườn Địa Đàng) phải nằm ở quỹ đạo gần hơn (như giữa Mặt Trời và Trái Đất) vì thế cho nên có thể khi sao có các vụ nổ (giống flares ở Mặt Trời) sẽ gây nguy hiểm cho các sinh vật đang sống ở trên Vườn Địa Đàng. Nhưng dù sao thì các sao này luôn có tuổi thọ lâu hơn Mặt Trời của chúng ta nhiều, nên rất nhiều hứa hẹn là có các Siêu Vườn Địa Đàng hay superhabitability.

                Ngày nay thiên văn gia đã tìm thấy nhiều sao có cuộc sống rất thọ (long-living) mà chung quanh lại có các siêu-Trái Đất (super-Earths) hay siêu Vườn Địa Đàng, tồn tại nhiều tỉ năm hay già hơn hệ Mặt Trời của chúng ta rất nhiều. Như vậy trên các Siêu Vườn Địa Đàng này thời Chúa Sáng Tạo (genesis) đã bắt đầu từ rất lâu rồi (so với thời của Mặt Trời và Trái Đất chúng ta), các sinh vật đã nở rộ và phát triển nhiều tỉ năm rồi, trước khi có các phân tử sống (first bio-molecule) xuất hiện trên Trái Đất nữa. Tôi thực sự kinh ngạc khi thấy bầu sinh quyển (biosphere) các thế giới “cổ lỗ” này cũng đã theo quy trình biến đổi để hoàn thiện “sự ở được” (habitability) cho Sự Sống (tức lúc ông Adam và bà Eve được Chúa hà hơi làm phép lạ). Điều này cho chúng ta hiểu ra câu Kinh Kính Mừng: Chúa Hằng ở cùng anh chị em, tức các Siêu Địa Đàng hiện diện trong thời gian vĩnh cửu (có thể lâu hơn đời sống của Mặt Trời rất nhiều nữa, nhiều tỉ tỉ năm).

                 Một thí dụ chính xác là thời Dưỡng Khí Hóa Toàn Diện (the Great Oxygenation) cách nay gần hai tỉ rưỡi năm, khi lượng Dưỡng Khí (oxygen) được hình thành và tích tụ trong bầu khí quyển (atmosphere) của Trái Đất. Lượng Dưỡng Khí này do các rong tảo (algue) ngoài biển khơi, từ một chuyển hóa năng lượng mạnh mẽ (energy-intensive metabolism) khởi đầu xuất hiện sinh sống các sinh vật hay tạo vật (creatures) “vĩ đại” như khủng long trên cạn hoặc cá voi dưới nước. Điều xác định cho chúng ta rõ ràng chữ Hằng (mãi mãi không bao giờ kết thúc của câu Kinh Thánh).

                 Chuyện bầu khí quyển mang nhiều dưỡng khí (oxygen) tức bầu sinh quyển (biosphere) đã cho phép sinh vật từ biển lên chiếm cứ các đại lục (continents). Nếu ở các Siêu Vườn Địa Đàng ngoài vũ trụ (ngoài Hệ Mặt Trời) có các điều kiện giống như Trái Đất, chúng ta có thể suy được ra là các hành tinh này ở các vùng có thể ở được (habitable) sẽ tồn tại với tuổi thọ rất lâu dài (long-lived) chung quanh các sao của nó.

                  Lại nhắc về kích cỡ: các Siêu Vườn Địa Đàng này phải có kích cỡ ít nhất lớn hơn Trái Đất, bởi vì chúng phải chịu đựng được các thảm họa khủng khiếp (diasters) cùng với các hành tinh cấu tạo chính là bởi đất đá tồn tại theo thời gian tuổi tác. Nếu các siêu hành tinh này lại chạy quanh một Sao Lùn K (K dwarfs) thì nó phải được thành lập rồi sẽ chịu được cả sự băng giá dần sau khi sao lùn chết (hết nhiên liệu do hết hydrogen như Mặt Trời) vẫn duy trì vùng ở được (habitability). Thí dụ như có chuyển động của các tầng địa chất (plate tectonics) gây nên các núi lửa phun trào, sẽ cho năng lượng làm sưởi nóng bầu khí quyển, cũng như sẽ cho khí oxide cacbon (carbon dioxide) giúp cho hiệu ứng nhà kính (greenhouse) xẩy ra.

                   Nếu không có các cơ chế như kể trên, thì chắc chắn lượng khí carbonic (CO2) trong bầu khí quyển sẽ từ từ bị các cơn mưa tẩy rửa (washed) khỏi bầu khí quyển, sau đó Siêu Vườn Địa Đàng sẽ lạnh dần rồi biến hẳn thành một cục tuyết (snowball) lạnh giá, bởi vì trên bề mặt bao nhiêu nước đóng thành băng hết.

                    Cũng nên nhắc là khi Vườn Địa Đàng bị nóng dần lên, hết tác dụng của hiện tượng ngôi nhà xanh (green house effect) hay diệp lục tố, phía trong tâm (lõi bị của Vườn Địa Đàng giống Trái Đất) không còn có thể quay để cho địa từ trường (magnetic field) như một dynamo, sức nóng sẽ làm giảm thiểu các chất đồng vị phóng xạ (isotopes), đồng thời không được tấm khiên từ trường (the magnetic shield) bảo vệ đối với các tia vũ trụ, lúc đó bầu khí quyển sẽ bị phá hủy ở các tầng cao trước, dần dần lan xuống phần đáy. Kết quả là một phần bầu khí quyển coi như tan ra ngoài không gian, rồi các tia phóng xạ (radiation) sẽ làm sự sống trên bề mặt Trái Đất khó khăn tổn hại.

                     Một siêu-Vườn Địa Đàng (super-Earth) chỉ lớn khoảng gấp hai lần Trái Đất thôi, sẽ có tuổi thọ cao gấp rất nhiều lần Trái Đất của chúng ta nên rất tốt. Còn nếu siêu Vườn Địa Đàng lại lớn gấp ba hay gấp năm lần Trái Đất, sẽ có vấn đề là các tầng địa chất (plate tectonics) sẽ đội lên rất nhiều, cấu tạo nên những vùng núi non hiểm trở cùng vấn đề có sức nóng (heat: hay năng lượng) do núi lửa phun trào. Người ta tính ra là khi Vườn Địa Đàng chỉ gấp hai lần Trái Đất thôi là tốt nhất, vì vỏ phía ngoài là đất đá, lõi vẫn là sắt lỏng quay tít nên có lực từ trường (magnetic flied). Còn nếu khi Vườn Địa Đàng chỉ lớn khoảng 25% Trái Đất thôi thì đúng là ưu việt (tối ưu) và có thể cho chúng ta đến 56% diện tích bề mặt ở được thoải mái.

                      Siêu Vườn-Địa-Đàng ngoài chuyện có bầu khí quyển y như Trái Đất và cũng có biển khơi nhưng vì bề mặt Siêu Địa Đàng phẳng hơn Trái Đất, nên nước cũng phủ lấp tất cả các hồ (có nhiều hồ hơn Trái Đất rất nhiều), để nổi trên mặt đại dương nhiều bình nguyên hoặc cho nhiều đại lục, cũng không có nhiều ngọn núi cao như Trái Đất do các tầng địa chất tự điều chỉnh. Rồi sự đa dạng của sinh quyển (biodiversity) mà Thiên Đàng này có hiện diện đầy rẫy các quần đảo hay còn gọi là thế giới quần đảo (archipelago world) nó sẽ cho sự sống bùng nổ phát triển đa dạng.

                      Tóm lại, không cần nhiều lục địa rộng lớn, mà chỉ cần các quần đảo (một thế giới quần đảo) sẽ tốt cho sự sống phát triển dễ dàng hơn với các vùng ở được (habitability) vì lục địa rộng lớn chỉ cho các sa mạc (desert), giống như Trái Đất mà chúng ta chứng kiến do nhiệt độ cũng như độ ẩm (humid) của bầu khí quyển là quan trọng. Sau nữa, chúng ta phải để ý tới độ nghiêng của trục quay Vườn Địa Đàng nữa (hay hành tinh) đối với mặt phẳng quỹ đạo (mà ở Trái Đất là mặt phẳng Hoàng Đạo tạo ra bởi quỹ đạo Trái Đất quanh Mặt Trời, độ nghiêng này là 23, 4 độ) đã làm nên bốn mùa cũng như giúp điều chỉnh nhiệt độ giữa xích đạo và các cực (Bắc Nam).

                       Khi so sánh với Trái Đất ta thấy siêu-Vườn-Địa-Đàng còn ưu việt hơn do khí hậu một vùng xích đạo chỉ ấm thôi (không nóng), và các cực thì không có băng vĩnh cửu (ice-free poles). Cũng vậy khi Vườn Địa Đàng chỉ nhỉnh hơn Trái Đất một chút và không có các lục địa rộng lớn sẽ kể như rất phù hợp cho Sự Sống. Nếu các siêu-Vườn-Địa-Đàng này lại chạy quanh một Sao mờ hơn và nhỏ hơn Mặt Trời thì còn thú vị hơn. Các thiên văn gia cũng mừng rỡ hơn vì cho rằng hành tinh (tương đương Trái Đất) như vậy có rất nhiều (khác đối với hệ thống Mặt Trời-Trái Đất), họ cũng cho rằng nguyên trong Giải Ngân Hà (Milky-Way) cũng có thể đi tìm các Người Ngoài Hành Tinh dễ dàng hơn là từ trước chúng ta đã nghĩ tưởng tượng.

                        Tháng Tư (April) năm 2014 lúc tìm thấy hành tinh mang tên Kepler-186f , nó chỉ có đường kính 11% lớn hơn đường kính Trái Đất, cũng là một hành tinh cấu tạo bởi đất đá, chạy quanh một Sao Lùn M (M dwarf), và siêu Vườn Địa Đàng này đã có tuổi thọ từ rất nhiều tỉ năm hơn Trái Đất. Các thiên văn gia rất mừng rỡ, họ cho rằng đây chính là một thế giới quần đảo (archipelago world) hay còn có thể coi là một siêu-Vườn-Địa-Đàng thực thụ đúng nghĩa, nằm ở cách xa Hệ Mặt Trời của chúng ta lên tới 500 (năm trăm) năm ánh sáng.

                        Còn đi tìm một Siêu-Vườn-Địa-Đàng gần hơn, chạy quanh một sao (tương đương Mặt Trời) mờ và nhỏ hơn thì hiện đang có nhiều dự án của Trung Tâm Không Gian Âu Châu (European Space Agency’s) tên PLATO sẽ phóng lên không gian vào năm 2024. Cũng như gần đây có mục tiêu ưu tiên là Viễn Vọng Kính Không Gian James Webb (the James Webb Space Telescope) sẽ phóng lên không gian năm 2018. Các dự án này còn tham vọng là sẽ tìm ra các dấu hiệu của Cuộc Sống (hay hiện diện sinh vật) trong các bầu khí quyển tại các Siêu-Vườn-Địa-Đàng. Chúng ta có rất nhiều hy vọng là may mắn tìm ra được các Siêu-Vườn-Địa-Đàng thực sự.

                         Bây giờ xin kể tiếp câu chuyện những thế giới ngoài vũ trụ mênh mông mà chúng ta không biết nên gọi là Thiên Đàng (Vườn-Địa-Đàng) hay là Địa Ngục do mang những bí mật của Ông Trời muốn thách đố loài người. Nguyên do cách nay hơn nửa thế kỷ thiên văn gia nhìn lên trời, mới tính tóan là Vũ Trụ chỉ Khởi Đầu bùng nổ cách nay hơn 13 tỉ năm thật chinh xác là 13 tỉ 820 triệu năm, từ một Cục Nhất Nguyên mà kỳ lạ là cục này chỉ nhỏ bằng một nguyên tử. Đấy là nói về quan sát vũ trụ bằng ánh sáng, còn nếu lại tính là Vụ Nổ gây nên tiếng vang hay “siêu âm vũ trụ nền” (cosmic background microwaves) để tính tuổi vũ trụ thì theo các sóng này (sẽ chính xác hơn dùng ánh sáng) tuổi của Vũ Trụ mới chỉ là 13 tỉ 378 triệu năm thôi. Tại sao có sự khác biệt: do các vũ trụ gia có cái nhìn khác nhau trong việc tính toán sự hình thành hay cấu tạo nên các sao cùng các thiên hà (cái bí mật là ở chỗ này).

                          Câu chuyện bắt đầu chính xác là từ năm 1930 khi một thiên văn gia người Thụy Sĩ tên là Fritz Zwicky được tới làm việc ở thiên văn đài Núi Wilson (the Mount Wilson Observatory) phía nam bang California, Zwicky chuyên chú vào chuyện đo tốc độ của cụm thiên hà Coma, cách Trái Đất là 321 triệu năm ánh sáng. Ông tính là với tốc độ này thiên hà phải có chứa nhiều vật chất hơn “những gì” chúng ta nhìn thấy, hoặc là nó đã phả ra ngoài không gian. Thế mà thiên hà Coma đã có cuộc sống thọ nhiều tỉ năm rồi, điều này làm ông hết sức kinh ngạc. Ông tuyên bố là “phải có nhiều vật chất tối (dark matter: tức ta không nhìn thấy) hiện có mặt (present) trong vũ trụ mênh mông, và cái “loại vật chất” này lại có nhiều hơn vật chất thường mà chúng ta nhìn thấy. Với cuộc khám phá đã cho Zwicky kết luận là các thiên hà không phải được thành lập ngay lúc “khai thiên lập địa” hay khi khởi đầu vũ trụ, mà chính Vật Chất Tối được hình thành trước tiên, rồi bằng lực hấp dẫn vạn vật (the gravity) mới làm ra những gì chúng ta nhìn thấy suốt từ thời vũ trụ hãy còn rất trẻ (young).

                             Các thiên văn gia cũng đồng ý là tất cả các thiên hà các sao nhìn thấy chỉ gồm 5% vật chất của vũ trụ. Còn 27% phần còn lại là vật chất tối cùng 68% là năng lượng tối (dark energy). Vật chất tối và năng lượng tối là gì: xin trả lời là không biết vì đó là những bí mật của Thượng Đế. Thiên văn gia cũng nghĩ vật chất tối đã làm thành các sợi hay các vệt lập thành những cấu trúc (structures) rộng lớn trên nền trời mà mọi nhà nghiên cứu đều không biết là cái gì (what it is). Người ta chỉ biết là chính năng lượng tối này đã làm cho vũ trụ trương nở: người ta phải công nhận sự “không biết của chúng ta” mới là Tính Chất Đặc Biệt của vũ trụ. Các thiên văn gia Mỹ nhìn nhau nói: đây là chuyện giống hệt chuyện Thomas Jefferson năm 1804 khi nhận ra hãng Lewis & Clark biết dùng lông voi (mammoths) dệt sản phẩm hay cũng như chuyện Jefferson nẩy ra ý tưởng Bắc Mỹ với bình nguyên sông Mississippi sẽ là cái nôi của nước Mỹ sau này.

                              Vật chất tối không phải là dễ nhận biết như vật chất thường, bởi nó không đủ điều kiện như vật chất thường. Cả tỉ thiên thể bằng vật chất thường tuy mờ nhưng vẫn thấy hợp lý vì nhận ra rõ ràng, khác với vật chất tối (tuy nhiều gấp năm lần) nhưng lại hợp thành những lỗ đen (black holes), sao lùn (dwarf stars), hoặc các đám mây khí lạnh (cold gas clouds), hoặc chỉ là những hành tinh khác thường (rogue planets) được hình thành xong là bắn ra khỏi nơi nó được sinh ra (birthplaces). Bởi vậy khoa học gia đã phải nhìn nhận là vất chất tối bao gồm các phần vật chất rất bất thường cùng lạ lùng khác lạ (exotic materials).

                              Các lý thuyết gia (theorists) nghĩ là trong vấn đề siêu-đối-xứng (supersymetric) trong Vật Lý Lượng Tử (quantum physics) sẽ là mấu chốt cho việc đi tìm kiếm nhiều thứ nhiều loại vật chất trong vũ trụ, mà một trong các thứ loại (varieties) không thể nhìn thấy cho phép chúng ta xếp gọi là Vật Chất Tối (dark matter). Hiện nay có rất nhiều xét nghiệm tìm kiếm bởi CERN hay Máy Phóng Hadron (Large Hadron Collider): còn hadron là một loại hạt trong nhân nguyên tử, nhưng thiếu số siêu hạt quarks) tại Geneve Thụy Sĩ muốn phát hiện sự siêu-đối-xứng trong hạt. Nhưng rồi các ông lý thuyết gia này cũng lại chỉ nhìn nhau lắc đầu buồn rầu bảo: “chẳng thấy hợp lý gì cả”, như vậy làm sao biết để nhận dạng ra “lý lịch” (identity) Vật Chất Tối đây. Thôi các ông ấy cuối cùng đồng ý là cứ gọi là các hạt WIMPS (weakly interacting massive particles: các hạt khổng lồ tương tác yếu).

                               Rất rõ ràng là loại Vật Chất Tối này không chỉ tương tác “yếu” với vật chất thường không thôi, mà chúng cũng tương tác “yếu” với chính chúng nữa. Các thiên văn gia hiện tập trung vào nghiên cứu một nhóm thiên hà tên Bullet (the Buffet cluster) cách Trái Đất ba tỉ năm ánh sáng, trong đó thấy rõ hai thiên hà đang đụng độ hay va chạm nhau rất dữ dội. Họ đang cố chụp để có hình ảnh cuộc đụng độ này từ Thiên Văn Đài của NASA tên Chandra bằng dùng tia X (NASA’ s Chandra X-ray Observatory): nhiều cụm khổng lồ (massive clumps) với tâm dường như khí nóng (hot gas) đang húc vào các đám mây cấu tạo bởi vật chất thường.

                                Nhưng khi các thiên văn gia cố lập các biểu đồ của các trọng tâm (gravitional field) cho nhóm thiên hà Bullet, thì họ mới phát hiện ra từ mỗi gốc thiên hà chính, có một trọng tâm khác nữa đã gây ra cuộc đụng độ (collision) này. Họ kết luận là hai nhóm vật chất thường của thiên hà chính đã bị các vật chất tối bên trong, nặng hơn điều khiển lèo lái (sailing), để như hai con tầu (trains) húc ào càn vào (carnage) nhau rồi hủy hoại nhau một cách không thương tiếc.

                                 Nhiều khoa học gia cố gắng tìm cách tách rời các hạt vật chất tối để tìm hiểu, đã lại tuyên bố là có cả tỉ những hạt này chạy qua cơ thể chúng ta mỗi giây đồng hồ. Chúng tôi phải xử dụng các máy dò tìm (detectors) vật chất tối trong một kỹ thuật lạ lùng ví như những quả trứng Faberge (Fiberge eggs) sẽ được xử dụng trong tương lai để giải nghĩa các phát hiện của các nhà khảo cổ vậy. Hoặc có thể kể nữa là giống như máy Quang Phổ Kế Từ Alpha (Alpha Magnetic Spectrometer) trị giá hai tỉ USD gắn trên Trạm Không Gian Quốc Tế (International Space Station). Phần lớn các máy phát hiện là để dò tìm phản ứng tương tác xẩy ra giữa các hạt vật chất tối và các hạt vật chất thường ở ngay trên Trái Đất này của chúng ta.

                                  Họ đã phải xuống các hầm đào sâu dưới đất để tránh bị các hạt vật chất thường, nhưng có tốc độ cao (high-velocity) bay lung tung trong không gian sẽ làm sai kết quả. Nhiều khoa học gia khác lại còn tìm cách che trở các máy dò tìm (detectors) bởi một lớp các dung dịch khí xenon và argon siêu lạnh (supercooled) trong các thùng chứa làm giống như từng lớp vỏ củ hành (onionskin layers: tức có nhiều lớp) tạo ra bằng các vật liệu gồm polyethylene đồng (copper) và chì (lead). Mới đây trong các mỏ chì họ đã làm hai xét nghiệm: một ở tại Soudan thuộc bang Minesota, và một tại Aquila thuộc nước Ý Đại Lợi (Italy) vì nơi đây là mỏ từ thời Đế Quốc La Mã (Roman) chế tầu chiến, tức mỏ đã có cả từ ngàn năm rồi, nên chắc chắn là không có chất phóng xạ (radioactivity) làm sai lạc cuộc tìm kiếm vật chất tối.

                                   Người ta cũng dùng máy dò tìm (detector) tên là Máy Mỹ Khổng Lồ Dùng Dò Tìm Xenon Dưới Mặt Đất (America’s Large Underground Xenon) kể như máy nhậy cảm bậc nhất hiện nay đặt tại mỏ chì (Lead) tại bang South Dakota, ngay bên phải Main Street ở sâu cả 4.850 feet, phải xuống hầm bằng thang máy. Máy này đã được khởi động kể từ năm 2013 rồi, nhưng cuối cùng “chẳng được gì” (came up empty-handed), các chuyên viên đang hy vọng rồi sẽ chế ra được bộ nhậy cảm tốt hơn nhiều (a higher sensibility). Nhiều nghiên cứu khác trong việc này cũng cố gắng đi tìm ra manh mối của con ma (ghostly) vật chất tối, tuy nhiên tất cả đều vẫn chưa thể đi đến kết luận chính xác để làm thế nào nhận ra rõ ràng vật chất tối được.

                                    Từ máy Phóng Hạt Hadron Khổng Lồ (the Large Hadron Collider) đã cho nhiều dữ liệu suốt năm 2015 sau khi đã từng phải ngưng để bảo trì, người ta hy vọng là sẽ được phát lại với năng lượng đủ mạnh để chúng ta có được một ít hạt vật chất tối (a few dark matter particles). Thế nhưng người ta vẫn nghĩ là khó mà đánh giá hay ước lượng đúng, bởi vì khối lượng (masses) của hạt vẫn chưa được hiểu biết (understood). Đi kiếm một hạt WIMP chứ không phải các hạt wimps.

                                    Câu chuyện còn rắc rối hơn nữa là vật chất tối luôn đồng hành với các hiện tượng bí mật (mysterious phenomenon) của năng lượng tối (dark energy) mà vật lý gia Steven Weiberg bảo đó là “vấn đề trung tâm quan trọng nhất của vật lý” (central problems for physics) cũng như nhà vật lý thiên văn Michael Turner cũng phát biểu “đây là bí mật của tất cả khoa học” (most mystery in all of science). Vì chính Turner là người đã nghĩ phải dùng từ “năng lượng tối” (dark energy) từ năm 1998 khi nhận thấy tốc độ lan tỏa của vũ trụ cứ tăng dần lên (accelerating). Các thiên văn gia đi đến kết luận này do họ đo độ xa (căn cứ vào độ sáng) của các sao trong các thiên hà tùy vào mức sáng của chúng, khi mang ra so sánh với các bản đồ sao được lập ra từ trước. Người ta thường suy đoán là lực hấp dẫn vạn vật (gravity) phải như cái thắng (brake), tức làm cho tốc độ lan tỏa vũ trụ phải giảm dần đi thì mới hữu lý, nhưng ngược lại tốc độ này cứ tăng nhanh dần, tức là họ chỉ thấy điều ngược lại (found just the opposite). Nhất là vũ trụ đã lan tỏa nhanh rõ rệt từ khoảng năm hay sáu tỉ năm gần đây.

                                      Các thiên văn gia ngày nay đang rất bận rộn để lập các bản đồ (về vật chất tối) cho thực chính xác rõ ràng, cũng như chứng minh một cách hiển nhiên là có sự hiện diện của năng lượng tối và cái năng lượng tối này luôn được giữ ở một mức độ đủ mạnh (như một hằng số) hoặc là nó có thể còn cứ càng ngày càng mạnh dần thêm lên (growing even stronger) nữa chăng. Điều quan trọng nữa là năng lượng tối đã giúp lợi thế cho (bằng việc đồng hành) vật chất tối ở cách xa hàng nhiều tỉ năm ánh sáng, suốt từ nhiều tỉ năm nay rồi. Tiếp theo các thiên văn gia cũng nghĩ là kính thiên văn và các máy phát hiện (detectors) cho đến nay vẫn chưa có khả năng tiếp thụ đủ, hoặc là những khả năng nhận thức này vẫn còn ở mức rất giới hạn. Vì vậy ngày nay mọi người phải nghĩ là suốt từ thời dĩ vãng xa xôi, lịch sử thiên văn đã không được viết chính xác đến nỗi bây giờ chúng ta sẽ phải cố gắng viết hoàn chỉnh lại nữa chăng.

                                      Liệu chúng ta có thể có các câu trả lời với nhiều dự án như là với Công Trình Theo Dõi Quang Phổ Giao Động Hạt Baryon (the Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) đã xử dụng thiên văn đài khẩu độ 2. 5 metres ngay ở Apache Point tiểu bangNew Mexico, lập nên bản đồ vũ trụ ở các khoảng cách thực xa xôi nhưng lại có độ chính xác chỉ với sai số khoảng 1% thôi. Rồi dự án tiếp Theo Dõi Năng Lượng Tối (the Dark Energy Survey) dùng thiên văn đài Blanco với khẩu độ bốn (4) metres trên dãy núi Andes nước Chí Lợi (Chili) đã thu thập được những hình ảnh của ba trăm (ba trăm) triệu thiên hà (galaxies).

                                     Cơ Quan Không Gian Châu Âu (the European Space Agency) thì dùng viễn vọng kính không gian Euclid, sẽ được phóng lên không gian vào năm 2020, cũng muốn ghi nhận cùng độ đo thật chính xác vận hành của vũ trụ trong khoảng mười triệu (ten millions) năm trở lại đây. Ngoài ra còn sự đánh giá với tỷ lệ rất cao và giá trị thực tốt của Viễn Vọng Kính Khổng Lồ Đồng Vị Quang Học (the Large Synoptic Survey Telescope (tên viết tắt là LSST) hiện còn đang trong thời gian xây dựng ở miền trung-bắc (north-central) của nước Chí Lợi, chỉ cách thiên văn đài Blanco vài miles thôi. Cũng tại đây LSST sẽ ghi lại những hình ảnh “nhanh” (fast) bằng máy digital camera khẩu độ hơn tám (8, 4) metres, liên tục cho cả chiều sâu hay xa thẳm của vũ trụ bao la (thấy được bằng ánh sáng quang học), và cả nam bán cầu mười lần mỗi tháng.

                                    Với các dụng cụ (cùng máy phát hiện) như kể trên, khoa học gia hy vọng là sẽ viết lại lịch sử của vật chất tối, cùng đo được ảnh hưởng của nó trong sự trương nở của vũ trụ suốt từ dĩ vãng. Tuy rằng họ nghĩ là chưa chắc những dữ kiện này cho phép giải nghĩa về tương lai vũ trụ mà chúng ta đang muốn nghiên cứu. Vì dầu sao thì chúng ta đang sống trong một “quá trình của vũ trụ” (runaway universe) bị chi phối thống trị từ năng lượng tối (dark energy), để rồi sẽ cho các vũ trụ gia một cái nhìn về tương-lai-xa (far-futue) trong vực đen thẳm không gian (the blackness of space).

                                    Trong tương lai gần muốn cảm nhận được năng lượng tối, đòi hỏi chúng ta phải có sự cải tiến thay đổi hẳn cách nhìn xúc tích ngắn gọn về không gian. Thí dụ như “khoảng trống” (voids) giữa các định tinh (stars) và hành tinh (planets) từ lâu cứ tưởng là rỗng không (nothingness), nhưng chính Issac Newton bảo như vậy thì chúng ta không thể tưởng tượng được là tại sao lực hấp dẫn vạn vật (gravity) lại được chuyển tải, để cho Trái Đất cứ phải chạy chung quanh Mặt Trời hoài, như vậy giữa hai thiên thể này không thể là trống rỗng (vacuous) được. Sang tới thế kỷ 20, lý thuyết về trường lượng tử (quantum field) đã chứng tỏ là không gian không bao giờ thực sự là “trống không” (empty), nhưng có trường lượng tử (quantum field) phủ kín ở mọi nơi mọi chỗ (everywhere). Chính protons, electrons và các hạt khác đã là các viên gạch (blocks) cấu tạo nên vật chất, cũng đã kích thích tạo nên trường lượng tử này, không gian chỉ được coi là “trống rỗng”, khi cái trường (field) này nằm ở mức năng lượng nhỏ nhất (minimum energy levels). Rồi khi cái trường này bị kích thích, thì không gian như sống lại (alive) và chúng ta sẽ nhận thấy đủ cả vật chất (matter) và năng lượng (energy).

                                    Nhà toán học Luciano Boi so sánh không gian cũng giống như là nước trong một cái hồ ở dẫy núi Alpine: thường thì lặng yên bằng phẳng như tờ, nhưng khi có ngọn gió nhẹ thổi qua, chúng ta sẽ thấy các gợn sóng lăn tăn trên mặt. Còn nhà vật lý người Mỹ tên là John Archibald Wheeler lại tuyên bố rằng: “Đó là một nơi gây rắc rối cùng ngạc nhiên rất nhiều cho khoa vật lý.”

                                    Năng lượng tối chứng tỏ là một cái gì đó không thể nào tiên đoán hay ước lượng được, nhất là ở một hệ thống rộng lớn như vũ trụ. Muốn hiểu được các khối cầu (ballons) không gian vũ trụ - và tại sao các khối cầu này lại cứ trương nở lớn ra mãi – nhiều vật lý gia đã liên kết với lý thuyết tương đối tổng quát của Einstein từ cả thế kỷ nay. Tuy nhiên cái lý thuyết (tương đối tổng quát) này có vẻ chỉ áp dụng được ở trong lãnh vực rộng lớn, nhưng còn trong lãnh vực siêu nhỏ hay vi lượng (microscopic) thì nó cũng phải chịu hàng phục (bows), bởi vì do ở đó lý thuyết lượng tử (quantum theory) ngự trị toàn phần nên đã làm cho vũ trụ trương nở. Muốn giải nghĩa về năng lượng tối có lẽ chúng ta phải có hẳn một lý thuyết lượng tử riêng cho không gian (space) và lực hấp dẫn vạn vật (gravity).

                                    Các khoa học gia đã rất bối rối khi đụng đến chuyện năng lượng tối, vì không biết là vũ trụ chứa đựng bao nhiêu năng lượng này. Rồi khi các lý thuyết gia cố gắng tính xem có bao nhiêu năng lượng tối trong không gian vũ trụ trống không thì họ đã thấy một con số quá khổng lồ. Trong khi đó các thiên văn gia cũng tính toan lại cho một con số quá nhỏ. Sự khác biệt giữa hai con số: thí dụ như họ tính là có tới 10 lũy thừa 121 (tức là 10 kèm theo 121 con số zero nữa) các vì sao có thể nhìn thấy trên trời, hoặc là con số thiên thể và hành tinh bằng tương đương con số các hạt cát trên một bãi biển. Chíng sự khác biệt giữa tính toan và những gì quan sát được bằng mắt thường đã gây nên lịch sử cho khoa thiên văn (và khoa học).

                                    Rõ ràng là chúng ta phải học về mọi thứ: từ thiên hà, sao (định tinh), hành tinh cho đến con người trong không gian, và chúng ta phải cố gắng mở cánh cửa cho mọi phát minh. Rồi lý thuyết tương đối của Albert Einstein phát minh ra khi phải cố gắng tính quỹ đạo của Sao Thủy (Mercury), cũng như cơ học lượng tử được phát sinh là do muốn biết nhiệt lượng (heat) phát ra từ các chất phóng xạ. Ngày nay chúng ta đã biết được sâu hơn rất nhiều về vật lý thiên văn nhưng vật chất tối cùng năng lượng tối là cái gì? Đúng như bác học Niels Bohr phát biểu: “Không có những điều nghịch lý (paradox) thì không có tiến bộ (progress)”.  

 

Bùi Trọng Căn

                        

Tác Giả Bài Văn
Bùi Trọng Căn