Các nhà thiên văn học đã phát triển một phương pháp cải tiến để xác định các dấu hiệu có thể có của công nghệ ngoài Trái đất trong Hệ Mặt trời. Thử nghiệm Loeb-Turner, được nhà vật lý thiên văn Avi Loeb và đồng nghiệp Ed Turner nghĩ ra cách đây hơn một thập kỷ, đưa ra một cách để phân biệt giữa các vật thể tự nhiên phản chiếu ánh sáng mặt trời và các cấu trúc nhân tạo tạo ra độ sáng của riêng chúng. Phương pháp này thể hiện một bước tiến đáng kể trong việc tìm kiếm trí tuệ vũ trụ trong môi trường hành tinh của chúng ta.
Nguồn gốc của khái niệm này bắt nguồn từ năm 2010, khi Loeb và Turner đến thăm Abu Dhabi trong một hội nghị khai trương khuôn viên trường Đại học New York. Một hướng dẫn viên du lịch đề cập rằng ánh đèn thành phố Dubai sẽ được nhìn thấy từ Mặt trăng. Quan sát tình cờ này đã đặt ra một câu hỏi khoa học cơ bản: các kính viễn vọng không gian như Hubble có thể phát hiện được ánh sáng của một thành phố trên Trái đất ở khoảng cách bao xa trong Hệ Mặt trời? Các nhà nghiên cứu tính toán rằng độ sáng của Tokyo có thể được phát hiện ở khoảng cách xa tới Sao Diêm Vương khi quan sát bằng kính viễn vọng sâu.
Vật lý đằng sau việc phát hiện
Thách thức khoa học vượt xa việc phát hiện ánh sáng đơn giản. Một vật thể tự tạo ra độ sáng, chẳng hạn như đèn hoặc công trình công nghiệp, sẽ làm giảm độ sáng tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Ngược lại, một vật thể được chiếu sáng bởi một nguồn bên ngoài, chẳng hạn như ánh sáng mặt trời phản chiếu, sẽ giảm độ sáng tỷ lệ nghịch với lũy thừa bốn của khoảng cách. Sự khác biệt cơ bản về tỷ lệ suy giảm này đưa ra một thử nghiệm quan sát trực tiếp và tinh tế.
Để áp dụng phương pháp này, các nhà nghiên cứu đo độ sáng của vật thể thay đổi như thế nào khi khoảng cách của nó với Mặt trời tăng lên. Nếu độ sáng tuân theo kiểu ánh sáng phản chiếu thì vật thể đó là tự nhiên. Nếu nó tuân theo mô hình phát thải tự sinh, nó có thể chỉ ra nguồn nhân tạo. Quang phổ truyền thống, phương pháp phân tích thành phần ánh sáng trên các bước sóng khác nhau, sẽ cần thiết để xác nhận thêm, nhưng kỹ thuật này là thách thức đối với các nguồn mờ, ở xa.
Ứng dụng cho các vật thể xuyên sao Hải Vương
Sau khi xây dựng lý thuyết, một câu hỏi thực tế nảy sinh: có phải tất cả các vật thể đã biết ngoài Sao Hải Vương thực sự chỉ phản chiếu ánh sáng mặt trời? Những vật thể này, được gọi là những vật thể xuyên sao Hải Vương, đại diện cho một quần thể khổng lồ trong Hệ Mặt trời. Khi Mike Brown, nhà thiên văn học của Viện Công nghệ California, người đi tiên phong trong việc phát hiện ra những vật thể này, đến thăm Loeb tại Harvard, câu trả lời rất đơn giản: “Tại sao tôi nên kiểm tra? Chúng rõ ràng phản chiếu ánh sáng mặt trời.”
Giả định này minh họa một mô hình lặp đi lặp lại trong lịch sử khoa học. Năm 1952, nhà thiên văn học Otto Struve đề xuất các phương pháp thực tế để khám phá các hành tinh có kích thước sao Mộc gần các ngôi sao giống Mặt trời. Ý tưởng của ông đã bị bỏ qua trong 43 năm cho đến khi phát hiện đầu tiên được xác nhận vào năm 1995, khi Michel Mayor và Didier Queloz được trao giải Nobel. Không trích dẫn tác phẩm gốc của Struve.
Phân tích dữ liệu hiện tại và kết quả sơ bộ
Gần đây, Omer Eldadi, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của Loeb, đã hoàn thành một nghiên cứu chi tiết áp dụng thử nghiệm Loeb-Turner cho tất cả dữ liệu có sẵn về sự thay đổi độ sáng của các vật thể ngoài Sao Hải Vương liên quan đến khoảng cách của chúng với Mặt trời. Dữ liệu được trích xuất từ kho lưu trữ của Trung tâm Hành tinh Nhỏ, cơ sở dữ liệu quốc tế về các vật thể nhỏ trong Hệ Mặt trời.
Kết quả bước đầu bộc lộ những hạn chế quan trọng:
- 53 dữ liệu phù hợp với ánh sáng mặt trời phản chiếu
- 24 dữ liệu phù hợp với phát thải tự sinh
- 109 dữ liệu bất thường với những hành vi không mong muốn
Các phép đo bất thường cho thấy độ sáng giảm ngoài phạm vi dự kiến. Các nhà nghiên cứu cho rằng những mẫu này là do lỗi hiệu chỉnh thiết bị không được sửa chữa hơn là do cơ chế vật lý thực tế. Chất lượng dữ liệu hiện có đã được chứng minh là không đủ để tiến hành thử nghiệm với độ chính xác thống kê đáng kể.
Viễn cảnh tương lai với đài thiên văn Rubin
Tình hình dự kiến sẽ thay đổi đáng kể trong thập kỷ tới. Đài quan sát Rubin NSF-DOE, một dự án nghiên cứu có tác động cao, sẽ tiến hành một cuộc khảo sát hiệu chuẩn thống nhất bằng một thiết bị duy nhất kéo dài 10 năm đối với mẫu vật thể xuyên sao Hải Vương lớn hơn mười lần. Các nhà nghiên cứu dự đoán rằng quan sát này sẽ có thể giải được bài kiểm tra Loeb-Turner với độ tin cậy thống kê lớn hơn mười độ lệch chuẩn trên hàng trăm thiên thể.
Sự cải thiện đáng kể về số lượng và chất lượng dữ liệu này sẽ mở đường cho những câu trả lời dứt khoát về sự hiện diện hay vắng mặt của các cấu trúc nhân tạo gần hành tinh của chúng ta. Nếu bất kỳ nguồn ánh sáng nhân tạo quy mô thành phố nào tồn tại trong Hệ Mặt trời, đài quan sát Rubin sẽ có thể xác định được nó một cách gần như chắc chắn.
Mở rộng đến các ngoại hành tinh
Loeb cũng đã phát triển các ứng dụng của khái niệm này ngoài Hệ Mặt trời. Năm 2001, ông và sinh viên Elisa Tabor đã tính toán khả năng phát hiện ánh sáng ở phía đêm của ngoại hành tinh gần chúng ta nhất, Proxima b, quay quanh vùng có thể ở được của Proxima Centauri. Các tính toán chỉ ra rằng việc phát hiện như vậy sẽ có thể thực hiện được nếu một nền văn minh công nghệ tiên tiến tồn tại trên thế giới đó.
Ý nghĩa rộng hơn
Phương pháp này đại diện cho một sự thay đổi mô hình trong việc tìm kiếm trí thông minh ngoài Trái đất. Thay vì tập trung hoàn toàn vào tín hiệu vô tuyến hoặc dấu hiệu sinh học quang phổ, thử nghiệm Loeb-Turner đưa ra một lộ trình quan sát trực tiếp để phát hiện công nghệ. Cách tiếp cận này dựa trên cơ sở vật lý rắn và không yêu cầu giả định về bản chất của công nghệ ngoài hành tinh, khiến nó trở thành sự bổ sung có giá trị cho các chiến lược SETI truyền thống.
Lịch sử khoa học, như Loeb thường chỉ ra, chứa đầy những ý tưởng đổi mới bị thành kiến khoa học phớt lờ. Những khám phá vẫn còn là “những đứa trẻ chưa chào đời” khi những người quan sát cho rằng mình đã hiểu đầy đủ các hiện tượng và từ chối dành thời gian quan sát để thử nghiệm các giả thuyết thay thế. Bài kiểm tra Loeb-Turner cung cấp cho lĩnh vực này một công cụ có hệ thống để đặt câu hỏi về các giả định và tìm kiếm bằng chứng theo cách có phương pháp luận.