ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมามีการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะหลายพันดวงภายในกาแลคซีของเรา เมื่อวันที่ 28 กรกฎาคม 2018 ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะทั้งหมด 3,374 ดวงได้รับการยืนยันในระบบดาวเคราะห์ 2,814 ระบบ ในขณะที่ดาวเคราะห์เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นดาวเคราะห์ก๊าซ แต่จำนวนที่เพิ่มขึ้นนั้นเป็นพื้นโลก (เช่นหิน) ในธรรมชาติและพบว่ากำลังโคจรอยู่ภายในเขตเอื้ออาศัย (HZ) ของดาวฤกษ์
อย่างไรก็ตามตามกรณีของระบบสุริยะที่แสดง HZs ไม่จำเป็นต้องหมายความว่าดาวเคราะห์สามารถช่วยชีวิต แม้ว่าวีนัสและดาวอังคารจะอยู่ที่ด้านในและด้านนอกของ HZ ของดวงอาทิตย์ (ตามลำดับ) แต่ก็ไม่สามารถช่วยชีวิตบนพื้นผิวของมัน และด้วยการค้นพบดาวเคราะห์ที่น่าอยู่มากขึ้นตลอดเวลาการศึกษาใหม่ชี้ให้เห็นว่าอาจถึงเวลาแล้วที่จะกำหนดนิยามโซนที่เอื้ออาศัยได้
การศึกษาเรื่อง“ เขตเอื้ออาศัยได้ครอบคลุมมากขึ้นสำหรับการค้นหาสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่น” เมื่อไม่นานมานี้ปรากฏตัวทางออนไลน์ การศึกษาครั้งนี้ดำเนินการโดยดร. แรมซีสเอ็มรามิเรซนักวิทยาศาสตร์การวิจัยกับสถาบันวิทยาศาสตร์โลกแห่งชีวิตที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียว เป็นเวลาหลายปีแล้วที่ดร. รามิเรซมีส่วนร่วมในการศึกษาโลกที่อาจอาศัยอยู่ได้และสร้างแบบจำลองสภาพภูมิอากาศเพื่อประเมินกระบวนการที่ทำให้ดาวเคราะห์อยู่ได้
ดังที่ดร. รามิเรซระบุไว้ในการศึกษาของเขาคำจำกัดความทั่วไปที่สุดของเขตเอื้ออาศัยได้คือบริเวณวงกลมรอบดาวฤกษ์ที่อุณหภูมิพื้นผิวของวัตถุที่โคจรอยู่นั้นเพียงพอที่จะรักษาน้ำในสถานะของเหลว อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่ได้หมายความว่าดาวเคราะห์จะเป็นที่อยู่อาศัยและต้องพิจารณาข้อพิจารณาเพิ่มเติมเพื่อพิจารณาว่าชีวิตมีอยู่จริงหรือไม่ ดังที่ดร. รามิเรซบอกกับนิตยสาร Space ผ่านอีเมล:
“ ชาติที่ได้รับความนิยมมากที่สุดของ HZ คือ HZ แบบคลาสสิก คำจำกัดความดั้งเดิมนี้สันนิษฐานว่าก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญที่สุดในดาวเคราะห์ที่น่าอยู่คือคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ นอกจากนี้ยังถือว่าความสามารถในการอาศัยอยู่บนดาวเคราะห์ดังกล่าวได้รับการสนับสนุนโดยวงจรคาร์บอเนต - ซิลิเกตเช่นเดียวกับกรณีของโลก บนโลกของเราวัฏจักรคาร์บอเนต - ซิลิเกตถูกขับเคลื่อนโดยแผ่นเปลือกโลก
“ วงจรคาร์บอเนต - ซิลิเกตควบคุมการถ่ายโอนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ระหว่างชั้นบรรยากาศพื้นผิวและการตกแต่งภายในของโลก มันทำหน้าที่เป็นเทอร์โมสตัทดาวเคราะห์ในช่วงเวลาที่ยาวนานและทำให้แน่ใจว่าไม่มี CO2 มากเกินไปในชั้นบรรยากาศ (ดาวเคราะห์ร้อนเกินไป) หรือน้อยเกินไป (ดาวเคราะห์เย็นเกินไป) HZ แบบคลาสสิกยัง (โดยทั่วไป) สันนิษฐานว่าดาวเคราะห์ที่เอื้ออาศัยได้นั้นมีสินค้าน้ำรวม (เช่นน้ำทั้งหมดในมหาสมุทรและทะเล) มีขนาดใกล้เคียงกับที่อยู่บนโลก”
นี่คือสิ่งที่เรียกได้ว่าเป็น“ ผลไม้แขวนลอยต่ำ” ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้มองหาสัญญาณของความเป็นอยู่อาศัยตามสิ่งที่เราเป็นมนุษย์คุ้นเคยมากที่สุด เนื่องจากตัวอย่างเดียวที่เราอาศัยอยู่ได้คือดาวเคราะห์โลกการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบได้มุ่งเน้นไปที่การค้นหาดาวเคราะห์ที่มีลักษณะคล้ายโลกในองค์ประกอบ (เช่นหิน) วงโคจรและขนาด
อย่างไรก็ตามในปีที่ผ่านมาคำจำกัดความนี้ได้ถูกท้าทายโดยการศึกษาใหม่ เมื่อการวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบขยับออกห่างจากการตรวจจับและยืนยันการมีอยู่ของวัตถุรอบดาวฤกษ์อื่น ๆ และย้ายไปสู่การกำหนดลักษณะเฉพาะสูตรใหม่ของ HZs ได้เกิดขึ้นแล้วซึ่งพยายามจับความหลากหลายของโลกที่เอื้ออาศัยได้
ดังที่ดร. รามิเรซอธิบายสูตรใหม่เหล่านี้ได้กล่าวถึงแนวคิดดั้งเดิมของ HZs โดยพิจารณาว่าดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ได้อาจมีองค์ประกอบที่แตกต่างกันในชั้นบรรยากาศ:
“ ตัวอย่างเช่นพวกเขาพิจารณาถึงอิทธิพลของก๊าซเรือนกระจกเพิ่มเติมเช่น CH4 และ H2 ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ได้รับการพิจารณาว่ามีความสำคัญสำหรับสภาวะเริ่มต้นทั้งบนโลกและดาวอังคาร การเพิ่มก๊าซเหล่านี้ทำให้โซนที่อยู่อาศัยกว้างกว่าที่คาดการณ์ไว้โดยคำจำกัดความ HZ แบบดั้งเดิม นี่เป็นสิ่งที่ดีมากเพราะดาวเคราะห์ที่คิดว่าอยู่นอก HZ เช่น TRAPPIST-1h อาจอยู่ในนั้น มันยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าดาวเคราะห์ที่มีชั้นบรรยากาศ CO2-CH4 หนาแน่นใกล้กับขอบด้านนอกของ HZ ของดาวฤกษ์ร้อนๆอาจอาศัยอยู่เพราะมันยากที่จะรักษาสภาพบรรยากาศดังกล่าวโดยไม่มีการปรากฏตัวของสิ่งมีชีวิต”
หนึ่งการศึกษาดังกล่าวดำเนินการโดยดร. รามิเรซและลิซ่าคาลเทเนกเกอร์รองศาสตราจารย์สถาบันคาร์ลเซแกนที่มหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ ตามที่พวกเขาผลิตกระดาษในปี 2017 ซึ่งปรากฏใน จดหมายวารสารฟิสิกส์ดาวเคราะห์นอกระบบ - นักล่าสามารถค้นหาดาวเคราะห์ที่วันหนึ่งจะกลายเป็นที่อยู่อาศัยตามการปรากฏตัวของกิจกรรมภูเขาไฟ - ซึ่งจะมองเห็นได้ผ่านการปรากฏตัวของก๊าซไฮโดรเจน (H2) ในชั้นบรรยากาศของพวกเขา
ทฤษฎีนี้เป็นส่วนขยายตามธรรมชาติของการค้นหาเงื่อนไข“ คล้ายโลก” ซึ่งถือว่าบรรยากาศของโลกไม่ได้เป็นอย่างที่เป็นอยู่ทุกวันนี้ โดยพื้นฐานแล้วนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ตั้งทฤษฎีว่าพันล้านปีที่แล้วบรรยากาศเริ่มแรกของโลกมีก๊าซไฮโดรเจนมากมาย (H)2) เนื่องจากการระเบิดของภูเขาไฟและปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลไฮโดรเจนและไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศนี้เป็นสิ่งที่ทำให้โลกอบอุ่นนานพอสำหรับชีวิตในการพัฒนา
ในกรณีของโลกไฮโดรเจนในที่สุดก็หนีไปในอวกาศซึ่งเชื่อกันว่าเป็นกรณีของดาวเคราะห์ภาคพื้นดินทั้งหมด อย่างไรก็ตามบนโลกที่มีกิจกรรมภูเขาไฟในระดับที่เพียงพอการดำรงอยู่ของก๊าซไฮโดรเจนในชั้นบรรยากาศสามารถรักษาได้ดังนั้นจึงทำให้เกิดภาวะเรือนกระจกที่จะทำให้พื้นผิวของพวกเขาอบอุ่น ในแง่นี้การมีก๊าซไฮโดรเจนในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์สามารถขยาย HZ ของดาวฤกษ์ได้
ตาม Ramirez ยังมีปัจจัยของเวลาซึ่งโดยทั่วไปจะไม่นำมาพิจารณาเมื่อประเมิน HZs ในระยะสั้นดวงดาววิวัฒนาการเมื่อเวลาผ่านไปและแยกแยะระดับการแผ่รังสีที่แตกต่างกันตามอายุของพวกมัน สิ่งนี้มีผลในการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งที่ HZ ของดาวเอื้อมถึงซึ่งอาจไม่รวมดาวเคราะห์ที่กำลังศึกษาอยู่ ดังที่รามิเรซอธิบาย:
“ [I] t แสดงให้เห็นว่าดาวแคระ M (ดาวที่น่าสนใจจริงๆ) นั้นสว่างและร้อนมากเมื่อพวกมันก่อตัวเป็นครั้งแรกว่าพวกมันสามารถดูดซับดาวเคราะห์วัยเยาว์ใด ๆ ที่ถูกกำหนดให้อยู่ใน HZ คลาสสิค สิ่งนี้ชี้ให้เห็นจุดที่เพียงเพราะดาวเคราะห์อยู่ในเขตที่อยู่อาศัยได้ในขณะนี้มันไม่ได้หมายความว่ามันเป็นที่อยู่อาศัยจริง ๆ (ให้อยู่คนเดียว) เราควรที่จะระวังกรณีเหล่านี้
ในที่สุดก็มีประเด็นว่านักดาราศาสตร์ระบบดาวประเภทใดที่กำลังเฝ้าสังเกตการณ์เพื่อการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบ ในขณะที่การสำรวจจำนวนมากได้ตรวจสอบดาวแคระเหลือง G-type (ซึ่งก็คือดวงอาทิตย์ของเรา) การวิจัยจำนวนมากได้มุ่งเน้นไปที่ดาว M-type (ดาวแคระแดง) ช่วงปลายปีเนื่องจากอายุยืนและความจริงที่พวกเขาเชื่อว่าเป็นที่สุด มีโอกาสมากที่จะพบดาวเคราะห์หินที่โคจรอยู่ภายใน HZs ของดาวฤกษ์
“ ในขณะที่การศึกษาก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ระบบดาวเดี่ยวงานล่าสุดแสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ได้นั้นอาจพบได้ในระบบดาวคู่หรือแม้กระทั่งระบบดาวแคระแดงยักษ์หรือดาวแคระขาวดาวเคราะห์ที่เอื้ออาศัยได้อาจจะอยู่ในรูปแบบของโลกทะเลทราย เปียกกว่าโลกมาก” รามิเรซกล่าว “ สูตรดังกล่าวไม่เพียง แต่ขยายพื้นที่พารามิเตอร์ของดาวเคราะห์ที่น่าจะเป็นไปได้อย่างมากในการค้นหา แต่มันยังช่วยให้เราสามารถกรองโลกที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุด (และอย่างน้อยที่สุด)”
ในท้ายที่สุดการศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่า HZ แบบคลาสสิกไม่ใช่เครื่องมือเดียวที่สามารถใช้ประเมินความเป็นไปได้ของชีวิตนอกโลก รามิเรซแนะนำว่าในอนาคตนักดาราศาสตร์และนักสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบควรเสริม HZ คลาสสิกด้วยข้อควรพิจารณาเพิ่มเติมที่เกิดขึ้นจากสูตรใหม่เหล่านี้ ในการทำเช่นนั้นพวกเขาอาจจะสามารถเพิ่มโอกาสในการค้นหาชีวิตสักวันหนึ่ง
“ ฉันขอแนะนำให้นักวิทยาศาสตร์ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับช่วงแรก ๆ ของระบบดาวเคราะห์เพราะมันจะช่วยกำหนดความเป็นไปได้ที่ดาวเคราะห์ที่อยู่ในเขตเอื้ออาศัยในปัจจุบันนี้น่าจะคุ้มค่าที่จะศึกษาหลักฐานเพิ่มเติมเกี่ยวกับชีวิต” เขากล่าว “ ฉันขอแนะนำให้ใช้คำจำกัดความ HZ ต่างๆเพื่อใช้ร่วมกันเพื่อให้เราสามารถกำหนดได้ว่าดาวเคราะห์ใดน่าจะมีชีวิตมากที่สุด ด้วยวิธีนี้เราสามารถจัดอันดับดาวเคราะห์เหล่านี้และกำหนดว่าจะใช้เวลาส่วนใหญ่ของกล้องโทรทรรศน์และพลังงานของเราหรือไม่ ระหว่างทางเราจะทำการทดสอบว่าแนวคิด HZ นั้นถูกต้องหรือไม่รวมถึงการพิจารณาว่าวงจรคาร์บอเนต - ซิลิเกตสากลนั้นอยู่ในระดับใดในจักรวาล”
