ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาจำนวนของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่ค้นพบรอบดาวฤกษ์ประเภท M (ดาวแคระแดง) ที่อยู่ใกล้เคียงนั้นเติบโตขึ้นอย่างมาก ในหลายกรณีดาวเคราะห์ที่ได้รับการยืนยันเหล่านี้มีลักษณะคล้ายโลกหมายความว่าพวกมันเป็นดาวเคราะห์ (หรือหิน) และมีขนาดใกล้เคียงกับโลก การค้นพบเหล่านี้น่าตื่นเต้นเป็นพิเศษเนื่องจากดาวแคระแดงเป็นดาวที่พบมากที่สุดในจักรวาลคิดเป็น 85% ของดาวในทางช้างเผือก
น่าเสียดายที่การศึกษาจำนวนมากได้ดำเนินการในช่วงปลายที่บ่งชี้ว่าดาวเคราะห์เหล่านี้อาจไม่มีเงื่อนไขที่จำเป็นในการช่วยชีวิต ล่าสุดมาจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดที่นักวิจัยหลังปริญญาเอก Manasvi Lingam และศาสตราจารย์ Abraham Loeb แสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ประเภท M อาจไม่ได้รับรังสีมากพอจากดาวฤกษ์ของพวกเขาเพื่อให้การสังเคราะห์แสงเกิดขึ้น
กล่าวอย่างง่าย ๆ ว่าชีวิตบนโลกคิดว่าจะเกิดขึ้นระหว่าง 3.7 และ 4.1 พันล้านปีก่อน (ในช่วงปลาย Hadean หรือ Archean Eon ตอนต้น) ในช่วงเวลาที่ชั้นบรรยากาศของโลกจะเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตในปัจจุบัน ระหว่าง 2.9 ถึง 3 พันล้านปีก่อนแบคทีเรียสังเคราะห์แสงเริ่มปรากฏขึ้นและเริ่มเสริมสร้างบรรยากาศด้วยก๊าซออกซิเจน
ด้วยเหตุนี้โลกจึงประสบกับเหตุการณ์ที่เรียกว่า "เหตุการณ์มหาออกซิเดชั่นอันยิ่งใหญ่" เมื่อประมาณ 2.3 พันล้านปีก่อน ในช่วงเวลานี้สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงจะค่อยๆเปลี่ยนชั้นบรรยากาศของโลกจากองค์ประกอบที่ประกอบด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และมีเธนเป็นส่วนใหญ่ประกอบด้วยไนโตรเจนและก๊าซออกซิเจน (ประมาณ 78% และ 21% ตามลำดับ)
ที่น่าสนใจก็คือการสังเคราะห์ด้วยแสงในรูปแบบอื่นนั้นเชื่อว่าจะเกิดขึ้นเร็วกว่าการสังเคราะห์ด้วยคลอโรฟิลล์ ซึ่งรวมถึงการสังเคราะห์ด้วยแสงจอประสาทตาซึ่งเกิดขึ้นในแคลิฟอร์เนีย 2.5 ถึง 3.7 พันล้านปีก่อนและยังคงมีอยู่ในสภาพแวดล้อมแบบ จำกัด เฉพาะวันนี้ ตามชื่อที่แนะนำกระบวนการนี้อาศัยเรตินา (เม็ดสีม่วงชนิดหนึ่ง) เพื่อดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ในส่วนสีเหลือง - เขียวของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ (400 ถึง 500 nm)
นอกจากนี้ยังมีการสังเคราะห์ด้วยแสง anoxygenic (ที่ซึ่งคาร์บอนไดออกไซด์และโมเลกุลน้ำสองตัวถูกประมวลผลเพื่อสร้างฟอร์มาลดีไฮด์น้ำและก๊าซออกซิเจน) ซึ่งเชื่อกันว่าการสังเคราะห์แสงด้วยออกซิเจนจะลงวันที่ก่อนวันจริงทั้งหมด วิธีการและการสังเคราะห์ด้วยแสงแบบต่างๆนั้นเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจเมื่อชีวิตบนโลกเริ่มต้นขึ้น ตามที่ศาสตราจารย์โลเบบอธิบายให้นิตยสารอวกาศผ่านอีเมล:
“ ‘การสังเคราะห์ด้วยแสง” หมายถึง‘ การรวมตัวกัน ’(การสังเคราะห์) ด้วยแสง (ภาพถ่าย) มันเป็นกระบวนการที่ใช้โดยพืชสาหร่ายหรือแบคทีเรียในการแปลงแสงแดดให้เป็นพลังงานเคมีซึ่งเป็นเชื้อเพลิงในกิจกรรมของพวกเขา พลังงานเคมีจะถูกเก็บไว้ในโมเลกุลของคาร์บอนซึ่งถูกสังเคราะห์จากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ กระบวนการนี้มักจะปล่อยออกซิเจนเป็นผลพลอยได้ซึ่งจำเป็นสำหรับการดำรงอยู่ของเรา โดยรวมแล้วการสังเคราะห์ด้วยแสงให้สารประกอบอินทรีย์ทั้งหมดและพลังงานส่วนใหญ่ที่จำเป็นต่อชีวิตตามที่เรารู้จักบนโลก การสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นเร็วในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของโลก”
การศึกษาเช่นนี้ซึ่งตรวจสอบบทบาทที่ได้รับจากการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นไม่เพียงมีความสำคัญเพราะช่วยให้เราเข้าใจว่าชีวิตเกิดขึ้นบนโลกได้อย่างไร นอกจากนี้พวกเขายังสามารถช่วยแจ้งให้เราเข้าใจว่าชีวิตจะเกิดขึ้นบนดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะหรือไม่และภายใต้เงื่อนไขใดที่สิ่งนี้อาจเกิดขึ้น
การศึกษาเรื่องการสังเคราะห์ด้วยแสงของพวกเขาเกี่ยวกับดาวเคราะห์ที่น่าอยู่รอบดาวฤกษ์มวลน้อยเมื่อไม่นานมานี้ปรากฏตัวทางออนไลน์และถูกส่งไปยัง ประกาศรายเดือนของสมาคมดาราศาสตร์ เพื่อประโยชน์ในการศึกษาของพวกเขา Lingam และ Loeb พยายาม จำกัด การไหลโฟตอนของดาวประเภท M เพื่อตรวจสอบว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นไปได้บนดาวเคราะห์โลกที่โคจรรอบดาวแคระแดง ตามที่ Loeb ระบุไว้:
“ ในกระดาษของเราเราตรวจสอบว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถเกิดขึ้นได้บนดาวเคราะห์ในเขตเอื้ออาศัยได้รอบดาวมวลต่ำหรือไม่ โซนนี้ถูกกำหนดให้เป็นระยะทางจากดาวฤกษ์ซึ่งอุณหภูมิพื้นผิวของดาวเคราะห์อนุญาตให้มีน้ำของเหลวและเคมีของสิ่งมีชีวิตตามที่เรารู้ สำหรับดาวเคราะห์ในโซนนั้นเราคำนวณฟลักซ์รังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ที่ส่องพื้นผิวของมันเป็นหน้าที่ของมวลของดาวฤกษ์แม่ของมัน ดาวมวลต่ำนั้นเย็นกว่าและผลิตโฟตอนยูวีได้น้อยกว่าต่อปริมาณรังสีทั้งหมด
สอดคล้องกับการค้นพบเมื่อเร็ว ๆ นี้ที่เกี่ยวข้องกับดาวแคระแดงการศึกษาของพวกเขามุ่งเน้นไปที่“ แอนะล็อกโลก” ดาวเคราะห์ที่มีพารามิเตอร์ทางกายภาพพื้นฐานเช่นเดียวกับโลกเช่นรัศมีมวลมวลองค์ประกอบอุณหภูมิที่มีประสิทธิภาพอัลเบโด้เป็นต้นเนื่องจากข้อ จำกัด ทางทฤษฎีของการสังเคราะห์แสง รอบดาวฤกษ์อื่นนั้นยังไม่เข้าใจนักพวกมันยังทำงานกับขีด จำกัด เดียวกับที่อยู่บนโลก - ระหว่าง 400 ถึง 750 นาโนเมตร
จากสิ่งนี้ Lingam และ Loeb คำนวณว่าดาวมวลต่ำประเภท M จะไม่สามารถเกินฟลักซ์ UV ขั้นต่ำที่จำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่ามีชีวภาคคล้ายกับโลก ตามที่ Loeb แสดง:
“ นี่ก็หมายความว่าดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ได้ค้นพบในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมารอบดาวแคระที่อยู่ใกล้เคียง Proxima Centauri (ดาวที่ใกล้ที่สุดไปยังดวงอาทิตย์ 4 ปีแสงห่างออกไป 0.12 เท่าของมวลดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ได้หนึ่งตัว Proxima b) 40 ปีแสงห่างจากดวงอาทิตย์ 0.09 เท่ากับดาวเคราะห์สามดวงที่น่าอยู่ TRAPPIST-1e, f, g) น่าจะไม่มีชีวมณฑลคล้ายโลก โดยทั่วไปการศึกษาสเปคโทรสโคปขององค์ประกอบของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ที่ส่งผ่านดาวฤกษ์ของพวกเขา (เช่น TRAPPIST-1) นั้นไม่น่าจะพบนักสำรวจทางชีวภาพเช่นออกซิเจนหรือโอโซนในระดับที่ตรวจพบได้ หากพบออกซิเจนแหล่งกำเนิดของมันน่าจะไม่ใช่ชีวภาพ”
โดยธรรมชาติมีข้อ จำกัด ในการวิเคราะห์ประเภทนี้ ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ Lingam และ Loeb ระบุว่าข้อ จำกัด เชิงทฤษฎีของการสังเคราะห์ด้วยแสงรอบดาวฤกษ์อื่นไม่เป็นที่รู้จักกันดี จนกว่าเราจะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเงื่อนไขดาวเคราะห์และสภาพแวดล้อมการแผ่รังสีรอบดาวฤกษ์ประเภท M นักวิทยาศาสตร์จะถูกบังคับให้ใช้ตัวชี้วัดตามดาวเคราะห์ของเราเอง
ประการที่สองยังมีความจริงที่ว่าดาวประเภท M นั้นแปรผันและไม่เสถียรเมื่อเปรียบเทียบกับดวงอาทิตย์ของเราและพบกับแสงวาบเป็นระยะ การอ้างถึงงานวิจัยอื่น ๆ Lingam และ Loeb ระบุว่าสิ่งเหล่านี้สามารถมีผลกระทบทั้งทางบวกและทางลบต่อชีวมณฑลของโลก ในระยะสั้นเปลวดาวฤกษ์สามารถให้รังสียูวีเพิ่มเติมซึ่งจะช่วยให้เกิดเคมีพรีไบโอติก แต่อาจเป็นอันตรายต่อชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์
อย่างไรก็ตามการ จำกัด การศึกษาอย่างเข้มข้นของดาวเคราะห์นอกระบบที่โคจรรอบดาวแคระแดงนักวิทยาศาสตร์ถูกบังคับให้ต้องพึ่งพาการประเมินทางทฤษฎีว่าสิ่งมีชีวิตน่าจะเป็นอย่างไรบนดาวเคราะห์เหล่านี้ สำหรับการค้นพบที่นำเสนอในการศึกษานี้พวกเขายังเป็นข้อบ่งชี้อีกอย่างหนึ่งว่าระบบดาวแคระแดงอาจไม่ใช่สถานที่ที่น่าอยู่ที่สุดในการค้นหาโลกที่น่าอยู่
หากเป็นจริงการค้นพบเหล่านี้อาจมีผลกระทบอย่างรุนแรงในการค้นหาข่าวกรองนอกพื้นที่ (SETI) “ เนื่องจากออกซิเจนที่ผลิตโดยการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับชีวิตที่มีความซับซ้อนเช่นมนุษย์บนโลกมันจะต้องมีความฉลาดทางเทคโนโลยีเพื่อที่จะวิวัฒนาการ” Loeb กล่าว “ ในทางกลับกันการเกิดขึ้นของยุคหลังเปิดโอกาสในการค้นหาชีวิตผ่านลายเซ็นเทคโนโลยีเช่นสัญญาณวิทยุหรือสิ่งประดิษฐ์ยักษ์”
สำหรับตอนนี้การค้นหาดาวเคราะห์และชีวิตที่น่าอยู่ยังคงได้รับการแจ้งต่อจากแบบจำลองเชิงทฤษฎีที่บอกเราว่าต้องระวังอะไร ในเวลาเดียวกันแบบจำลองเหล่านี้ยังคงอยู่บน“ ชีวิตที่เรารู้จัก” - กล่าวคือใช้ตัวอย่างอะนาล็อกเอิร์ ธ และสปีชีส์บก โชคดีที่นักดาราศาสตร์คาดหวังว่าจะได้เรียนรู้อย่างมากมายในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าด้วยการพัฒนาเครื่องมือรุ่นต่อไป
ยิ่งเราเรียนรู้เกี่ยวกับระบบดาวเคราะห์นอกระบบมากเท่าไหร่เราก็ยิ่งมีแนวโน้มมากขึ้นในการพิจารณาว่าพวกมันอาศัยอยู่ได้หรือไม่ แต่ในที่สุดเราก็ไม่รู้ว่าเราควรหาอะไรอีกจนกว่าเราจะพบมันจริง นั่นคือความขัดแย้งที่ยิ่งใหญ่เมื่อมันมาถึงการค้นหาข่าวกรองนอกโลกไม่ต้องพูดถึงความขัดแย้งที่ยิ่งใหญ่อื่น ๆ (เงยหน้าขึ้นมอง!)
