Από το Διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler κυκλοφόρησε στο διάστημα, ο αριθμός των γνωστών πλανητών πέρα από το ηλιακό μας σύστημα (εξωπλανήτες) έχει αυξηθεί εκθετικά. Προς το παρόν, 3.917 πλανήτες έχουν επιβεβαιωθεί σε 2.918 αστέρια συστήματα, ενώ 3.368 περιμένουν επιβεβαίωση. Από αυτά, περίπου 50 τροχιά εντός της υπό διαμετακόμισης ζώνης του αστεριού τους (γνωστή και ως "Goldilocks Zone"), η απόσταση στην οποία μπορεί να υπάρχει υγρό νερό στην επιφάνεια ενός πλανήτη.
Ωστόσο, πρόσφατες έρευνες έχουν αυξήσει την πιθανότητα ότι θεωρούμε κατοικήσιμη ζώνη είναι πολύ αισιόδοξη. Σύμφωνα με μια νέα μελέτη που κυκλοφόρησε πρόσφατα στο διαδίκτυο, με τίτλο «Μια περιορισμένη ζώνη κατοίκησης για πολύπλοκη ζωή», οι κατοικήσιμες ζώνες θα μπορούσαν να είναι πολύ πιο στενές από ό, τι πιστεύεται αρχικά. Αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν να έχουν δραστικό αντίκτυπο στον αριθμό των πλανητών που οι επιστήμονες θεωρούν «δυνητικά κατοικήσιμο».
Η μελέτη διεξήχθη από τον Edward W. Schwieterman, μέλος του μεταδιδακτορικού προγράμματος της NASA στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Riverside, και περιελάμβανε ερευνητές από την ομάδα Alternative Earths (μέρος του Ινστιτούτου Αστροβιολογίας της NASA), το Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), και το Ινστιτούτο NASA Goddard για Διαστημικές Μελέτες.
Σύμφωνα με προηγούμενες εκτιμήσεις με βάση Κέπλερ Σύμφωνα με δεδομένα, οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι υπάρχουν μόνο 40 δισεκατομμύρια πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη στον Γαλαξία μας, 11 δισεκατομμύρια από τους οποίους είναι πιθανό να περιστρέφονται σαν τα άστρα του Ήλιου μας (δηλαδή, κίτρινοι νάνοι τύπου G). Άλλες έρευνες έχουν δείξει ότι αυτός ο αριθμός μπορεί να φτάσει τα 60 δισεκατομμύρια ή ακόμα και τα 100 δισεκατομμύρια, ανάλογα με τις παραμέτρους που χρησιμοποιούμε για να καθορίσουμε κατοικήσιμες ζώνες.
Αυτά τα αποτελέσματα είναι σίγουρα ενθαρρυντικά, καθώς υποδηλώνουν ότι ο Γαλαξίας μας θα μπορούσε να είναι γεμάτος ζωή. Δυστυχώς, πιο πρόσφατη έρευνα για τους εξωηλιακούς πλανήτες έχει προκαλέσει αμφιβολίες σε αυτές τις προηγούμενες εκτιμήσεις. Αυτό συμβαίνει ιδιαίτερα στην περίπτωση πλανητών που είναι κλειδωμένοι με παλίρροια που αφορούν τροχιά τύπου Μ (κόκκινος νάνος).
Επιπλέον, η έρευνα για το πώς εξελίχθηκε η ζωή στη Γη έχει δείξει ότι το νερό και μόνο δεν εγγυάται τη ζωή - ούτε, εν προκειμένω, η παρουσία αερίου οξυγόνου. Εκτός από αυτό, ο Schwieterman και οι συνάδελφοί του εξέτασαν δύο άλλες σημαντικές βιογραφίες που είναι απαραίτητες για τη ζωή όπως το γνωρίζουμε - το διοξείδιο του άνθρακα και το μονοξείδιο του άνθρακα.
Πάρα πολλές από αυτές τις ενώσεις θα ήταν τοξικές για την πολύπλοκη ζωή, ενώ πολύ λίγα θα σήμαινε ότι δεν θα εμφανίζονταν πρώτοι προκαρυωτικοί. Εάν η ζωή στη Γη είναι οποιαδήποτε ένδειξη, οι βασικές μορφές ζωής είναι απαραίτητες για να εξελιχθούν πιο πολύπλοκες μορφές ζωής που καταναλώνουν οξυγόνο. Για το λόγο αυτό, ο Schwieterman και οι συνάδελφοί του προσπάθησαν να αναθεωρήσουν τον ορισμό της κατοικήσιμης ζώνης για να το λάβουν υπόψη.
Για να είμαστε δίκαιοι, ο υπολογισμός της έκτασης μιας κατοικήσιμης ζώνης δεν είναι ποτέ εύκολος. Εκτός από την απόσταση τους από το αστέρι τους, η θερμοκρασία της επιφάνειας ενός πλανήτη εξαρτάται από διάφορους μηχανισμούς ανάδρασης στην ατμόσφαιρα - όπως το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Επιπλέον, ο συμβατικός ορισμός μιας κατοικήσιμης ζώνης προϋποθέτει την ύπαρξη «γήινων» συνθηκών.
Αυτό συνεπάγεται μια ατμόσφαιρα πλούσια σε άζωτο, οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα και νερό, και σταθεροποιείται με την ίδια διαδικασία γεωχημικού κύκλου ανθρακικού-πυριτικού που υπάρχει στη Γη. Σε αυτήν τη διαδικασία, η καθίζηση και ο καιρός προκαλούν τα πυριτικά πετρώματα να γίνουν ανθρακούχα ενώ η γεωλογική δραστηριότητα αναγκάζει τα πετρώματα άνθρακα να βασίζονται ξανά σε πυριτικά.
Αυτό οδηγεί σε έναν βρόχο ανατροφοδότησης που διασφαλίζει ότι τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα παραμένουν σχετικά σταθερά, επιτρέποντας έτσι αύξηση των επιφανειακών θερμοκρασιών (γνωστός και ως φαινόμενο του θερμοκηπίου). Όσο πιο κοντά ο πλανήτης στο εσωτερικό άκρο της κατοικήσιμης ζώνης, τόσο λιγότερο χρειάζεται διοξείδιο του άνθρακα για να συμβεί αυτό. Όπως εξήγησε ο Schwieterman σε πρόσφατο άρθρο του MIT Technology Review:
«Αλλά για τις μεσαίες και εξωτερικές περιοχές της κατοικήσιμης ζώνης, οι ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα πρέπει να είναι πολύ υψηλότερες για να διατηρηθούν οι θερμοκρασίες που ευνοούν το επιφανειακό υγρό νερό.»
Για παράδειγμα, η ομάδα χρησιμοποίησε το Kepler-62f ως παράδειγμα, μια υπερ-Γη που περιστρέφεται γύρω από ένα αστέρι τύπου Κ (ελαφρώς μικρότερο και πιο αμυδρό από τον Ήλιο μας) που βρίσκεται περίπου 990 έτη φωτός από τη Γη. Αυτός ο πλανήτης περιστρέφεται γύρω από το αστέρι του στην ίδια απόσταση με την Αφροδίτη με τον Ήλιο, αλλά η χαμηλότερη μάζα του αστεριού σημαίνει ότι βρίσκεται στην εξωτερική άκρη της κατοικήσιμης ζώνης.
Όταν ανακαλύφθηκε το 2013, αυτός ο πλανήτης θεωρήθηκε καλός υποψήφιος για την εξωγήινη ζωή, υποθέτοντας την παρουσία ενός επαρκούς φαινομένου θερμοκηπίου. Ωστόσο, ο Schwieterman και οι συνάδελφοί του υπολόγισαν ότι θα χρειαζόταν 1.000 φορές περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα (300 έως 500 kilopascals) από αυτό που υπήρχε στη Γη όταν εξελίχθηκαν για πρώτη φορά πολύπλοκες μορφές ζωής (περίπου 1,85 δισεκατομμύρια χρόνια πριν).
Ωστόσο, αυτή η ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα θα ήταν τοξική για τις περισσότερες σύνθετες μορφές ζωής εδώ στη Γη. Ως αποτέλεσμα, το Kepler-62f δεν θα ήταν ο κατάλληλος υποψήφιος για τη ζωή ακόμα και αν ήταν αρκετά ζεστό για να έχει υγρό νερό. Μόλις συνυπολόγισαν αυτούς τους φυσιολογικούς περιορισμούς, ο Schwieterman και η ομάδα του κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η κατοικήσιμη ζώνη για πολύπλοκη ζωή πρέπει να είναι σημαντικά στενότερη - το ένα τέταρτο αυτού που είχε προηγουμένως εκτιμηθεί.
Ο Schwieterman και οι συνεργάτες του υπολόγισαν επίσης ότι ορισμένοι εξωπλανήτες είναι πιθανό να έχουν υψηλότερα επίπεδα μονοξειδίου του άνθρακα επειδή περιστρέφονται σε δροσερά αστέρια. Αυτό θέτει ένα σημαντικό περιορισμό στις κατοικήσιμες ζώνες των κόκκινων αστέρι νάνων, οι οποίες αντιστοιχούν στο 75% των αστεριών στο Σύμπαν - και που θεωρείται ότι είναι το πιο πιθανό μέρος για να βρείτε πλανήτες που είναι επίγειοι (δηλαδή βραχώδεις) στη φύση.
Αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν να έχουν δραστικές επιπτώσεις σε αυτό που οι επιστήμονες θεωρούν «δυνητικά κατοικήσιμο», για να μην αναφέρουμε τα όρια της κατοικήσιμης ζώνης ενός αστεριού. Όπως εξήγησε ο Schwieterman:
«Μία επίπτωση είναι ότι ενδέχεται να μην περιμένουμε να βρούμε σημάδια ευφυούς ζωής ή τεχνογραφικές υπογραφές σε πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από νάνοι Μ ή σε δυνητικά κατοικήσιμους πλανήτες κοντά στο εξωτερικό άκρο των κατοικήσιμων ζωνών τους».
Για να περιπλέξει περαιτέρω τα πράγματα, αυτή η μελέτη είναι ένας από τους πολλούς για να θέσει πρόσθετους περιορισμούς σε αυτό που θα μπορούσε να θεωρηθεί κατοικήσιμος πλανήτης της ύστερης εποχής. Μόνο το 2019, έχει διεξαχθεί έρευνα που δείχνει πώς τα συστήματα των κόκκινων νάνων νάνων μπορεί να μην έχουν τις απαραίτητες πρώτες ύλες για να σχηματιστεί η ζωή και ότι τα κόκκινα αστέρια νάνων ενδέχεται να μην παρέχουν αρκετά φωτόνια για να εμφανιστεί η φωτοσύνθεση.
Όλα αυτά προσθέτουν στη διακριτή πιθανότητα ότι η ζωή στον γαλαξία μας μπορεί να είναι πιο σπάνια από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως. Αλλά φυσικά, γνωρίζοντας με βεβαιότητα ποια είναι τα όρια της βιωσιμότητας θα απαιτηθούν περισσότερες μελέτες. Ευτυχώς, δεν θα χρειαστεί να περιμένουμε πολύ καιρό για να το μάθουμε, καθώς πολλά τηλεσκόπια επόμενης γενιάς θα τεθούν σε λειτουργία την επόμενη δεκαετία.
Αυτά περιλαμβάνουν το Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), το Εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο (ELT) και το Τηλεσκόπιο Giant Magellan (GMT). Αυτά και άλλα όργανα αιχμής αναμένεται να επιτρέψουν πολύ πιο λεπτομερείς μελέτες και χαρακτηρισμούς των εξωπλανητών. Και όταν το κάνουν, θα έχουμε μια καλύτερη ιδέα για το πόσο πιθανή είναι η ζωή εκεί έξω.
