การค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลกนอกระบบสุริยะของเรากำลังมุ่งเน้นไปที่ดาวเคราะห์นอกระบบใน 'โซนที่อยู่อาศัย' ของระบบดาวเคราะห์นอกระบบรอบดาวฤกษ์ที่คล้ายกับดวงอาทิตย์ การค้นหาดาวเคราะห์คล้ายโลกรอบดาวฤกษ์อื่นเป็นเป้าหมายหลักของ Kepler Mission ของนาซ่า
โซนที่อยู่อาศัย (HZ) รอบดาวฤกษ์นั้นถูกกำหนดให้เป็นช่วงระยะทางที่น้ำของเหลวสามารถดำรงอยู่บนพื้นผิวของดาวเคราะห์โลกได้เนื่องจากมีบรรยากาศที่หนาแน่นเพียงพอ โดยทั่วไปแล้วดาวเคราะห์ภาคพื้นดินจะมีลักษณะเป็นหินและคล้ายกับโลกทั้งขนาดและมวล การแสดงภาพของโซนเอื้ออาศัยรอบดาวฤกษ์ที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางต่างกันและความสว่างและอุณหภูมิจะแสดงไว้ที่นี่ พื้นที่สีแดงร้อนเกินไปพื้นที่สีฟ้าเย็นเกินไป แต่พื้นที่สีเขียวเหมาะสำหรับน้ำของเหลว เนื่องจากสามารถอธิบายได้ด้วยวิธีนี้ HZ จึงถูกเรียกว่า “ โซนทองคำ”.
โดยปกติเราคิดว่าดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์อื่นคล้ายกับระบบสุริยะของเราซึ่งมีดาวเคราะห์ดวงหนึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์ดวงเดียว แม้ว่าจะเป็นไปได้ในทางทฤษฎีนักวิทยาศาสตร์ถกเถียงกันว่าจะพบดาวเคราะห์หรือไม่รอบดาวฤกษ์หรือระบบดาวหลายดวง จากนั้นในเดือนกันยายน 2011 นักวิจัยที่ภารกิจของเคปเลอร์ของนาซ่าได้ประกาศการค้นพบเคปเลอร์ -16b ดาวเคราะห์ขนาดเท่าดาวเสาร์ที่เย็นยะเยือกก๊าซที่โคจรรอบดาวคู่หนึ่งเช่นสตาร์วอร์สของทาร์โออีน
สัปดาห์นี้ฉันมีโอกาสสัมภาษณ์หนึ่งในปืนรุ่นเยาว์ที่กำลังศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบชื่อ Billy Quarles วันจันทร์ที่บิลลี่และผู้ร่วมเขียนศาสตราจารย์ Zdzislaw Musielak และรองศาสตราจารย์ Manfred Cuntz นำเสนอสิ่งที่พวกเขาค้นพบเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของดาวเคราะห์คล้ายโลกในเขตที่อยู่อาศัยของ Kepler 16 และระบบดาววงโคจรอื่น ๆ ที่การประชุม AAS ในออสติน .
“ เพื่อกำหนดเขตที่อยู่อาศัยเราคำนวณปริมาณของฟลักซ์ที่เกิดขึ้นบนวัตถุในระยะที่กำหนด” บิลลี่อธิบาย “ เรายังคำนึงถึงว่าดาวเคราะห์ต่าง ๆ ที่มีชั้นบรรยากาศต่างกันจะรักษาความร้อนต่างกัน ดาวเคราะห์ที่มีภาวะเรือนกระจกที่อ่อนแอจริงๆสามารถเข้าใกล้ดาวฤกษ์ได้มากขึ้น สำหรับดาวเคราะห์ที่มีภาวะเรือนกระจกที่แข็งแกร่งมากขึ้นเขตที่อยู่อาศัยจะอยู่ไกลออกไป”
“ ในการศึกษาโดยเฉพาะของเราเรามีดาวเคราะห์โคจรรอบสองดาว ดาวดวงหนึ่งสว่างกว่าดาวดวงอื่นมาก สว่างกว่านั้นมากจนเราไม่สนใจฟลักซ์ที่มาจากดาวข้างเคียงที่เล็กกว่าโดยสิ้นเชิง ดังนั้นคำจำกัดความของเราเกี่ยวกับเขตที่อยู่อาศัยในกรณีนี้คือการประมาณการแบบอนุรักษ์นิยม”
Quarles และเพื่อนร่วมงานของเขาทำการศึกษาเชิงตัวเลขอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับความมั่นคงในระยะยาวของวงโคจรดาวเคราะห์ภายใน Kepler 16 HZ “ ความเสถียรของวงโคจรของดาวเคราะห์ขึ้นอยู่กับระยะทางจากดาวคู่” Quarles กล่าว พวกเขามีแนวโน้มที่จะมีเสถียรภาพมากขึ้นเนื่องจากมีการรบกวนจากดาวฤกษ์รองน้อยกว่า
สำหรับระบบ Kepler 16 วงโคจรของดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์หลักนั้นคงที่เพียง 0.0675 AU (หน่วยดาราศาสตร์) “ มันอยู่ในขีด จำกัด ของความอยู่อาศัยภายในที่ซึ่งภาวะเรือนกระจกที่เกิดจากการพลัดถิ่นเกิดขึ้น” บิลลี่อธิบาย ทั้งหมดนี้ยกเว้นกฎความเป็นไปได้ของดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ในวงโคจรรอบดาวฤกษ์หลักของทั้งคู่ สิ่งที่พวกเขาพบคือวงโคจรในเขต Goldilocks ไกลออกไปรอบ ๆ ดาวฤกษ์มวลต่ำของเคปเลอร์ 16 มีความเสถียรในระยะเวลาหนึ่งล้านปีหรือมากกว่านั้นโดยให้ความเป็นไปได้ที่ชีวิตจะวิวัฒนาการบนดาวเคราะห์ใน HZ นั้น
วงโคจรทรงกลมของ Kepler 16b ซึ่งอยู่ห่างจากดาวฤกษ์ประมาณ 65 ล้านไมล์อยู่บนขอบด้านนอกของเขตเอื้ออาศัย การเป็นยักษ์แก๊ส 16b ไม่ใช่ดาวเคราะห์บนโลกที่อยู่อาศัยได้ อย่างไรก็ตามดวงจันทร์คล้ายโลก ดวงจันทร์สีทองในวงโคจรรอบโลกนี้สามารถดำรงชีวิตหากมีขนาดใหญ่พอที่จะรักษาบรรยากาศเหมือนโลก “ เราพิจารณาแล้วว่ามีดวงจันทร์นอกวงโคจรอยู่รอบ ๆ Kepler-16b” Quarles กล่าว
ฉันถาม Quarles ว่าวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ส่งผลกระทบต่อโซน Goldilocks เหล่านี้อย่างไร เขาบอกฉันว่า“ มีหลายสิ่งที่ต้องคำนึงตลอดช่วงชีวิตของระบบ หนึ่งในนั้นคือวิวัฒนาการของดาวเมื่อเวลาผ่านไป ในกรณีส่วนใหญ่โซนที่อาศัยอยู่ได้เริ่มใกล้แล้วค่อย ๆ ลอยออกไป”
ในช่วงอายุการใช้งานที่ยาวนานของดาวฤกษ์การเผาไหม้ของไฮโดรเจนจะสร้างฮีเลียมในแกนกลางทำให้เกิดแรงดันและอุณหภูมิเพิ่มขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วในดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่และต่ำกว่าในความเป็นโลหะ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่งผลต่อพื้นที่รอบนอกของดาวฤกษ์ซึ่งส่งผลให้ความส่องสว่างและอุณหภูมิมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ดาวฤกษ์ส่องสว่างมากขึ้นทำให้ HZ เคลื่อนออกไปด้านนอก การเคลื่อนที่นี้อาจส่งผลให้เกิดดาวเคราะห์ภายใน HZ ในช่วงเริ่มต้นของอายุการใช้งานหลักของดาวฤกษ์ที่จะร้อนเกินไปและในที่สุดก็อาศัยอยู่ไม่ได้ ในทำนองเดียวกันดาวเคราะห์ที่ไม่เอื้ออำนวย แต่เดิมอยู่นอก HZ อาจทำให้ละลายและทำให้ชีวิตสามารถเริ่มต้นได้
“ สำหรับการศึกษาของเราเราไม่สนใจส่วนวิวัฒนาการของดาวฤกษ์” Quarles ผู้เขียนนำกล่าว “ เราวิ่งแบบจำลองของเราเป็นเวลาหลายล้านปีเพื่อดูว่าโซนที่เอื้ออาศัยได้สำหรับส่วนใดส่วนหนึ่งของวงจรชีวิตของดาว”
การอยู่ในระยะที่ถูกต้องจากดาวฤกษ์ของมันเป็นเพียงหนึ่งในเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับดาวเคราะห์ที่จะอาศัยอยู่ได้ เงื่อนไขที่อาศัยอยู่บนดาวเคราะห์ต้องการเงื่อนไขทางธรณีฟิสิกส์และธรณีเคมีหลายอย่าง มีหลายปัจจัยที่สามารถป้องกันหรือขัดขวางการอยู่อาศัย ตัวอย่างเช่นดาวเคราะห์อาจขาดน้ำแรงโน้มถ่วงอาจอ่อนแอเกินไปที่จะรักษาบรรยากาศที่หนาแน่นอัตราการเกิดผลกระทบขนาดใหญ่อาจสูงเกินไปหรือส่วนผสมขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับชีวิต (ยังไม่พร้อมสำหรับการถกเถียง) อาจไม่มี
สิ่งหนึ่งที่ชัดเจน แม้ว่าจะมีข้อกำหนดทั้งหมดสำหรับชีวิตอย่างที่เรารู้ แต่ก็มีดาวเคราะห์จำนวนมากรอบดาวฤกษ์อื่นและมีแนวโน้มมาก ดวงจันทร์ของ Goldilocks รอบดาวเคราะห์ที่โคจรอยู่ภายในเขตเอื้ออาศัยของดาวฤกษ์ในกาแลคซีของเราซึ่งตรวจจับลายเซ็นของสิ่งมีชีวิตในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์หรือดวงจันทร์รอบดวงอาทิตย์อื่นดูเหมือนว่าจะเป็นเพียงเวลา
