เมื่อมองถึงอนาคตองค์การนาซ่าและหน่วยงานอวกาศอื่น ๆ มีความหวังอย่างสูงในด้านการวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ในทศวรรษที่ผ่านมาจำนวนของดาวเคราะห์นอกระบบที่รู้จักกันนั้นมีจำนวนเพียงแค่ขี้อายถึง 4,000 คนและคาดว่าจะมีอีกมากที่จะพบเมื่อมีการให้บริการกล้องรุ่นต่อไป และด้วยดาวเคราะห์นอกระบบจำนวนมากในการศึกษาเป้าหมายการวิจัยได้เปลี่ยนไปอย่างช้าๆจากกระบวนการค้นพบและมุ่งสู่ลักษณะเฉพาะ
น่าเสียดายที่นักวิทยาศาสตร์ยังคงถูกรบกวนด้วยความจริงที่ว่าสิ่งที่เราคิดว่าเป็น“ เขตที่อยู่อาศัย” นั้นอยู่ภายใต้ข้อสันนิษฐานมากมาย เมื่อพูดถึงเรื่องนี้ทีมนักวิจัยนานาชาติได้ตีพิมพ์รายงานที่พวกเขาระบุว่าการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบในอนาคตสามารถมองไกลกว่าตัวอย่างแบบอะนาล็อกโลกเป็นตัวบ่งชี้ความเป็นอยู่อาศัยและนำวิธีการที่ครอบคลุมมากขึ้นมาใช้
กระดาษที่ชื่อว่า“ การคาดคะเนโซน Habitable Zone และวิธีการทดสอบพวกเขา” เมื่อเร็ว ๆ นี้ปรากฏตัวทางออนไลน์และถูกส่งเป็นกระดาษสีขาวเพื่อการสำรวจ Astro 2020 Decadal เกี่ยวกับดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ทีมที่อยู่เบื้องหลังนั้นนำโดย Ramses M. Ramirez นักวิจัยกับ Earth-Life Science Institute (ELSI) และสถาบันวิทยาศาสตร์อวกาศ (SSI) ซึ่งเข้าร่วมโดยผู้เขียนร่วมและผู้ลงนามร่วมจากมหาวิทยาลัยและสถาบัน 23 แห่ง
จุดประสงค์ของการสำรวจ decadal คือเพื่อพิจารณาความก้าวหน้าที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้ในด้านการวิจัยต่าง ๆ และเพื่อกำหนดลำดับความสำคัญสำหรับทศวรรษหน้า ดังนั้นการสำรวจดังกล่าวจึงให้คำแนะนำที่สำคัญต่อองค์การนาซ่ามูลนิธิอวกาศแห่งชาติ (NSF) และกระทรวงพลังงานในขณะที่พวกเขาวางแผนการวิจัยด้านดาราศาสตร์และดาราศาสตร์ในอนาคต
ในปัจจุบันเป้าหมายเหล่านี้จำนวนมากมุ่งเน้นไปที่การศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบซึ่งจะได้รับประโยชน์ในปีต่อ ๆ ไปจากการติดตั้งกล้องรุ่นต่อไปเช่น กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ (JWST) และ กล้องโทรทรรศน์อวกาศอินฟราเรด Wide-Field (WFIRST) รวมถึงหอดูดาวตามพื้นดินเช่นกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่พิเศษ (ELT), กล้องโทรทรรศน์สามสิบเมตรและกล้องโทรทรรศน์เจลลันยักษ์ (GMT)
หนึ่งในความสำคัญเหนือกว่าของการวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบคือการมองหาดาวเคราะห์ที่มีชีวิตนอกโลก ในแง่นี้นักวิทยาศาสตร์กำหนดให้ดาวเคราะห์เป็น“ ที่อยู่อาศัยที่อาจเกิดขึ้นได้” (และดังนั้นจึงสมควรที่จะมีการสำรวจติดตาม) โดยพิจารณาจากว่าพวกมันโคจรรอบภายในโซนที่เอื้ออาศัยได้ของดาว (HZ) หรือไม่ ด้วยเหตุนี้จึงเป็นเรื่องที่รอบคอบที่จะพิจารณาสิ่งที่จะกำหนด HZ
รามิเรซและเพื่อนร่วมงานของเขาระบุไว้ในเอกสารของพวกเขาหนึ่งในประเด็นสำคัญที่มีการอยู่อาศัยของดาวเคราะห์นอกระบบคือระดับของข้อสมมติที่เกิดขึ้น ในการทำลายมันคำจำกัดความส่วนใหญ่ของ HZs ถือว่าการปรากฏตัวของน้ำบนพื้นผิวเนื่องจากนี่เป็นตัวทำละลายเดียวที่รู้จักกันในปัจจุบันเพื่อเป็นเจ้าภาพชีวิต คำจำกัดความเดียวกันนี้สมมติว่าชีวิตต้องการดาวเคราะห์หินที่มีกิจกรรมการแปรสัณฐานโคจรรอบดาวฤกษ์ที่สว่างและอบอุ่นอย่างเหมาะสม
อย่างไรก็ตามการวิจัยเมื่อเร็ว ๆ นี้มีข้อสงสัยเกี่ยวกับสมมติฐานเหล่านี้จำนวนมาก ซึ่งรวมถึงการศึกษาที่ระบุว่าออกซิเจนในชั้นบรรยากาศไม่ได้หมายถึงการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตโดยอัตโนมัติ - โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าออกซิเจนนั้นเป็นผลมาจากการแยกตัวทางเคมีและไม่ใช่การสังเคราะห์ด้วยแสง การวิจัยอื่น ๆ แสดงให้เห็นว่าการมีอยู่ของก๊าซออกซิเจนในช่วงแรก ๆ ของการวิวัฒนาการของดาวเคราะห์สามารถป้องกันการเพิ่มขึ้นของสิ่งมีชีวิตขั้นพื้นฐานได้อย่างไร
นอกจากนี้ยังมีการศึกษาล่าสุดที่แสดงให้เห็นว่าการแปรสัณฐานแผ่นเปลือกโลกอาจไม่จำเป็นสำหรับชีวิตที่จะเกิดขึ้นและที่เรียกว่า "โลกน้ำ" อาจไม่สามารถช่วยชีวิตได้ (แต่ก็ยังสามารถ) เหนือสิ่งอื่นใดคุณมีงานทางทฤษฎีที่แสดงให้เห็นว่าชีวิตสามารถวิวัฒนาการในท้องทะเลมีเธนหรือแอมโมเนียบนวัตถุท้องฟ้าอื่น ๆ
ตัวอย่างสำคัญที่นี่คือ Moon Titan ของดาวเสาร์ซึ่งมีสภาพแวดล้อมที่อุดมไปด้วยสภาพพรีไบโอติกและเคมีอินทรีย์ซึ่งนักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่าสามารถรองรับรูปทรงแปลกใหม่ ในท้ายที่สุดนักวิทยาศาสตร์ค้นหานักชีวภาพที่รู้จักกันดีเช่นน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์เพราะมันเกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตบนโลกซึ่งเป็นเพียงตัวอย่างเดียวที่รู้จักของดาวเคราะห์ที่มีชีวิต
แต่ดังที่รามิเรซอธิบายให้นิตยสารอวกาศผ่านทางอีเมลความคิดนี้ (ซึ่งการพิจารณาตามโลกถือว่าเหมาะสมกับชีวิต) ยังคงเต็มไปด้วยปัญหา:
“ คำจำกัดความของโซนที่อาศัยอยู่ได้ในแบบดั้งเดิมนั้นมีข้อบกพร่องเนื่องจากการก่อสร้างส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการถกเถียงทางภูมิอากาศที่เป็นศูนย์กลางของโลกซึ่งอาจจะใช่หรืออาจไม่สามารถใช้ได้กับดาวเคราะห์ที่น่าอยู่อื่น ๆ ยกตัวอย่างเช่นสมมติว่ามีการสนับสนุนบรรยากาศคาร์บอนไดออกไซด์แบบหลายบาร์บนดาวเคราะห์ที่เอื้ออาศัยได้ใกล้กับขอบนอกของโซนเอื้ออาศัย อย่างไรก็ตามระดับ CO2 สูงดังกล่าวเป็นพิษต่อพืชและสัตว์บนโลกและดังนั้นโดยไม่มีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับข้อ จำกัด ของชีวิตเราไม่ทราบว่าสมมติฐานนี้สมเหตุสมผล
“ คลาสสิก HZ ยังสันนิษฐานว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และ H2O เป็นก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญซึ่งสนับสนุนดาวเคราะห์ที่น่าจะเป็นไปได้ แต่การศึกษาหลายครั้งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้พัฒนาคำจำกัดความ HZ ทางเลือกโดยใช้ก๊าซเรือนกระจกที่หลากหลาย สำคัญสำหรับดาวเคราะห์ที่น่าอยู่อื่น ๆ ”
ในการศึกษาก่อนหน้านี้โดยดร. รามิเรซแสดงให้เห็นว่าการปรากฏตัวของมีเธนและก๊าซไฮโดรเจนอาจทำให้เกิด
โชคดีที่คำจำกัดความเหล่านี้จะมีโอกาสได้รับการทดสอบต้องขอบคุณการปรับใช้กล้องโทรทรรศน์รุ่นต่อไป ไม่เพียง แต่นักวิทยาศาสตร์จะสามารถทดสอบสมมติฐานที่มีมายาวนานซึ่งเป็นพื้นฐานของ HZs ได้
“ กล้องโทรทรรศน์รุ่นต่อไปสามารถทดสอบโซนที่อาศัยอยู่ได้โดยค้นหาการเพิ่มขึ้นของความดันคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศที่คาดการณ์ไว้ซึ่งอยู่ไกลออกไปซึ่งดาวเคราะห์ที่เอื้ออาศัยได้อาจมาจากดาวฤกษ์ของพวกมัน สิ่งนี้จะทดสอบว่าวัฏจักรคาร์บอเนต - ซิลิเกตซึ่งเป็นสิ่งที่หลายคนเชื่อว่าทำให้โลกของเราเป็นที่อยู่อาศัยสำหรับประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่นั้นเป็นกระบวนการสากลหรือไม่”
ในกระบวนการนี้หินซิลิเกตจะถูกแปลงเป็นหินคาร์บอนผ่านการผุกร่อนและการกัดเซาะในขณะที่หินคาร์บอนจะถูกเปลี่ยนเป็นหินซิลิเกตผ่านกิจกรรมภูเขาไฟและธรณีวิทยา วงจรนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงความมั่นคงในระยะยาวของชั้นบรรยากาศโลกโดยรักษาระดับ CO2 ให้คงที่ตลอดเวลา นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าน้ำและแผ่นเปลือกโลกสำคัญต่อชีวิตอย่างไรเมื่อเรารู้
อย่างไรก็ตามวัฏจักรประเภทนี้มีอยู่เฉพาะบนดาวเคราะห์ที่มีพื้นดินซึ่งมีผลบังคับใช้กับ“ โลกน้ำ” ดาวเคราะห์นอกระบบเหล่านี้ซึ่งอาจพบได้ทั่วไปรอบดาวฤกษ์ประเภท M (ดาวแคระแดง) เชื่อว่ามีน้ำมากถึง 50% โดยมวล ด้วยปริมาณน้ำบนพื้นผิวนี้“ โลกแห่งน้ำ” มีแนวโน้มที่จะมีชั้นน้ำแข็งที่หนาแน่นในเขตแกนกลางปกคลุมดังนั้นจึงป้องกันไม่ให้ความร้อน
แต่ดังที่ระบุไว้แล้วมีงานวิจัยบางอย่างที่บ่งชี้ว่าดาวเคราะห์เหล่านี้ยังคงน่าอยู่ ในขณะที่ความอุดมสมบูรณ์ของน้ำจะป้องกันการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยหินและระงับการระเบิดของภูเขาไฟการจำลองแสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์เหล่านี้ยังคงสามารถหมุนเวียนคาร์บอนระหว่างชั้นบรรยากาศและมหาสมุทรได้
หากโลกมหาสมุทรเหล่านี้มีอยู่ดร. รามิเรซกล่าวว่านักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจจับพวกมันผ่านความหนาแน่นของดาวเคราะห์ที่ต่ำกว่าและบรรยากาศความดันสูง แล้วก็มีเรื่องของก๊าซเรือนกระจกหลายชนิดซึ่งไม่ได้บ่งบอกถึงบรรยากาศของดาวเคราะห์ที่อุ่นกว่าเสมอไปขึ้นอยู่กับประเภทของดาว
“ แม้ว่ามีเทนจะทำให้โลกของเราอุ่นขึ้น แต่เราพบว่ามีเธนจะทำให้พื้นผิวของดาวเคราะห์ในโซนที่อยู่อาศัยโคจรรอบดาวแคระแดงได้จริง ๆ ” เขาพูดว่า. “ ถ้าเป็นเช่นนั้นปริมาณมีเธนในบรรยากาศสูงบนดาวเคราะห์ดังกล่าวอาจหมายถึงสภาวะน้ำแข็งที่อาจไม่เหมาะสมสำหรับการดำรงชีวิต เราจะสามารถสังเกตสิ่งนี้ในสเปกตรัมของดาวเคราะห์”
เมื่อพูดถึงดาวแคระแดงการถกเถียงกันว่าดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์เหล่านี้จะสามารถรักษาบรรยากาศได้หรือไม่ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการค้นพบหลายครั้งซึ่งบ่งชี้ว่าดาวเคราะห์หินที่ถูกล็อคไว้เป็นแนวขวางนั้นเป็นดาวฤกษ์ทั่วไปรอบดาวแคระแดงและพวกมันโคจรรอบภายใน HZ ของดาวฤกษ์เหล่านั้น
อย่างไรก็ตามการวิจัยที่ตามมาได้เสริมทฤษฎีว่าความไม่แน่นอนของดาวแคระแดงน่าจะส่งผลให้เกิดเปลวสุริยะซึ่งจะดึงดาวเคราะห์ใด ๆ ที่โคจรรอบบรรยากาศของพวกมัน สุดท้ายรามิเรซและเพื่อนร่วมงานยกระดับความเป็นไปได้ที่ดาวเคราะห์ที่น่าอยู่สามารถพบกับสิ่งที่มีอยู่ (จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้) ได้รับการพิจารณาว่าเป็นผู้สมัครที่ไม่น่าเป็นไปได้
สิ่งเหล่านี้จะเป็นดาวประเภท A ลำดับหลัก - เช่น Sirius A, Altair และ Vega - ซึ่งคิดว่าสว่างเกินไปและร้อนเกินกว่าจะเหมาะสมกับการอยู่อาศัย ดร. รามิเรซกล่าวถึงความเป็นไปได้นี้:
“ ฉันยังสนใจที่จะค้นหาว่าชีวิตมีอยู่บนดาวเคราะห์ในเขตเอื้ออาศัยได้หรือไม่โคจรรอบดาว A ยังไม่มีการประเมินการตีพิมพ์จำนวนมากเกี่ยวกับความเป็นอยู่ของดาวเคราะห์ระดับ A-star แต่มีสถาปัตยกรรมแบบยุคหน้าบางแห่งที่วางแผนจะสังเกตพวกมัน ในไม่ช้าเราจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความเหมาะสมของ A-stars เพื่อชีวิต”
ในท้ายที่สุดการศึกษาเช่นนี้ซึ่งตั้งคำถามกับคำจำกัดความของ "โซนที่อยู่อาศัย" จะมีประโยชน์เมื่อภารกิจรุ่นต่อไปเริ่มปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ ด้วยเครื่องมือที่มีความละเอียดสูงและมีความละเอียดอ่อนมากขึ้นพวกเขาจะสามารถทดสอบและตรวจสอบความถูกต้องของการทำนายที่ทำโดยนักวิทยาศาสตร์
การทดสอบเหล่านี้จะยืนยันว่าชีวิตมีอยู่จริงหรือไม่ที่เรารู้หรือนอกเหนือจากพารามิเตอร์ที่เราพิจารณาว่าเป็น "เหมือนโลก" แต่ดังที่รามิเรซกล่าวเสริมการศึกษาที่เขาและเพื่อนร่วมงานของเขาได้ทำก็เน้นว่ามันสำคัญแค่ไหนที่เราจะลงทุนเทคโนโลยีกล้องโทรทรรศน์ขั้นสูงต่อไป:
“ กระดาษของเรายังเน้นถึงความสำคัญของการลงทุนอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีกล้องโทรทรรศน์ขั้นสูง เราจำเป็นต้องสามารถค้นหาและระบุลักษณะดาวเคราะห์ดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ได้มากที่สุดหากเราต้องการเพิ่มโอกาสในการค้นหาชีวิต อย่างไรก็ตามฉันหวังว่าบทความของเราจะเป็นแรงบันดาลใจให้ผู้คนใฝ่ฝันเกินกว่า 10 ปีข้างหน้า ฉันเชื่อจริง ๆ ว่าในที่สุดจะมีภารกิจที่จะมีความสามารถมากกว่าสิ่งที่เรากำลังออกแบบ ความพยายามในปัจจุบันของเราเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของความพยายามที่มุ่งมั่นมากขึ้นสำหรับสายพันธุ์ของเรา”
การประชุม Decadal Survey ปี 2020 จัดขึ้นโดยคณะฟิสิกส์และดาราศาสตร์และคณะกรรมการการศึกษาอวกาศของ National Academy of Sciences และจะตามมาด้วยรายงานที่จะเผยแพร่ประมาณสองปีนับจากนี้
