Πλανητική κατοικησιμότητα ή κατοικησιμότητα πλανητών ονομάζεται ο βαθμός υποστήριξης ενός πλανήτη ή φυσικού δορυφόρου για την ανάπτυξη και διατήρηση της ζωής. Η ζωή μπορεί να αναπτυχθεί απευθείας στον πλανήτη ή στον δορυφόρο του, ή να μεταδοθεί εκεί από ένα άλλο ουράνιο σώμα, σύμφωνα με τη θεωρία της πανσπερμίας. Καθώς δεν είναι γνωστή μέχρι στιγμής η ύπαρξη ζωής εκτός του πλανήτη Γη, η πλανητική κατοικησιμότητα είναι κυρίως μια παρέκταση των συνθηκών της ζωής στη Γη και των χαρακτηριστικών του Ήλιου και του Ηλιακού συστήματος με τον τρόπο που ευνοούν την ανάπτυξη ζωής, και συγκεκριμένα των χαρακτηριστικών που ευνοούν την διατήρηση σύνθετης, πολυκύτταρης ζωής και όχι απλά την ανάπτυξη μονοκύτταρων οργανισμών. Η έρευνα και θεωρία σχετικά με το θέμα αυτό, αποτελεί συστατικό στοιχείο της πλανητικής επιστήμης και του αναδυόμενου κλάδου της αστροβιολογίας.
Η ύπαρξη μιας πηγής ενέργειας για την διατήρηση και τροφοδότηση της ζωής αποτελεί μια απόλυτη προϋπόθεση, και η έννοια της κατοικησιμότητας συνεπάγεται και την ύπαρξη των κατάλληλων γεωφυσικών, γεωχημικών, και αστροφυσικών συνθηκών έτσι ώστε ένα πλανητικό σώμα να μπορεί να υποστηρίξει τη ζωή. Σύμφωνα με τα κριτήρια που έχει ορίσει η ΝΑΣΑ, τα κύρια χαρακτηριστικά κατοικησιμότητας είναι, η παρουσία εκτεταμένων περιοχών με νερό σε υγρή μορφή, η ύπαρξη κατάλληλων συνθηκών για τον σχηματισμό σύνθετων οργανικών μορίων, και η διαθεσιμότητα πηγών ενέργειας οι οποίες θα συντηρούν τον μεταβολισμό των οργανισμών.
Για την εξακρίβωση της υποστήριξης ζωής σε ένα πλανητικό σώμα, οι μελέτες επικεντρώνονται στη συνολική σύνθεση του, τις ιδιότητες της τροχιάς του, την ατμόσφαιρα του, και πιθανές χημικές αλληλεπιδράσεις. Τα σημαντικά αστρικά χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν τη μάζα και τη φωτεινότητα, σταθερή μεταβλητότητα, και υψηλή μεταλλικότητα. Οι βραχώδεις πλανήτες με στερεό έδαφος και οι φυσικοί δορυφόροι με πιθανή υποστήριξη χημείας εφάμιλλης της γήινης, είναι το επίκεντρο της αστροβιολογικής έρευνας, αν και υπάρχουν και εναλλακτικές θεωρίες κατοικησιμότητας οι οποίες ασχολούνται με υποθέσεις που βασίζονται σε εναλλακτικές βιοχημείες και άλλους τύπους αστρονομικών σωμάτων.
Ιστορικό
Η ιδέα πως υπάρχει ζωή και σε πλανήτες εκτός της Γης, εμφανίζεται ήδη από τα αρχαία χρόνια, π.χ. το μυθιστόρημα Ἀληθῆ διηγήματα του Λουκιανού κατά τον 2ο αιώνα είναι ένα από τα πρώτα που διασώζονται και στηρίζονται σε μια τέτοια αφήγηση, και ιστορικά αποτελούσε μέρος τόσο της φιλοσοφίας όσο και των φυσικών επιστημών. Στα τέλη του 20ού αιώνα υπήρξαν δυο σημαντικές εξελίξεις στο πεδίο αυτό. Αρχικά, η παρατήρηση και εξερεύνηση άλλων πλανητών και φυσικών δορυφόρων του Ηλιακού συστήματος με ρομποτικές συσκευές, ανακάλυψε σημαντικές πληροφορίες σχετικά με τα κριτήρια κατοικησιμότητας και επέτρεψε να γίνουν ουσιαστικές γεωφυσικές συγκρίσεις μεταξύ της Γης και των άλλων ουράνιων σωμάτων. Επιπλέον, η ανακάλυψη εξωηλιακών πλανητών από τις αρχές του 1990 και έπειτα, έφερε ακόμη περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις μελέτες περί ύπαρξης εξωγήινης ζωής. Αυτά τα ευρήματα επιβεβαίωσαν πως ο Ήλιος δεν είναι το μόνο άστρο το οποίο διαθέτει πλανήτες, και επέκτεινε τον ορίζοντα της εξερεύνησης για κατοικήσιμους πλανήτες πέρα από το ηλιακό σύστημα όπου βρίσκεται η Γη.
Η χημεία της ζωής πιθανώς να ξεκίνησε σύντομα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, 13,8 δισεκατομμύρια έτη πριν, κατά τη διάρκεια μιας εποχής που ευνοούσε την κατοικησιμότητα και το Σύμπαν είχε ηλικία μονάχα 10-17 εκατομμύρια χρόνια. Σύμφωνα με την υπόθεση της πανσπερμίας, η μικροσκοπική ζωή -η οποία διανέμεται μέσω μετεωριτών, αστεροειδών, και άλλων μικρών σωμάτων του ηλιακού συστήματος- ενδέχεται να υπάρχει σε όλο το εύρος του σύμπαντος. Ωστόσο, η Γη είναι το μόνο μέρος στο σύμπαν το οποίο γνωρίζουμε με βεβαιότητα πως φιλοξενεί ζωή, όπως την κατανοούμε.
Οι εκτιμήσεις των κατοικήσιμων ζωνών γύρω από άλλα άστρα, μαζί με την ανακάλυψη εκατοντάδων εξωηλιακών πλανητών καθώς και τις νέες ανακαλύψεις σχετικά με τις μορφές ζωής σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες στην ίδια τη Γη, στηρίζουν την υπόθεση πως μπορεί να υπάρχουν πολλά περισσότερα κατοικήσιμα μέρη στο σύμπαν από ότι θεωρούνταν πιθανό παλαιότερα. Στις 4 Νοεμβρίου του 2013, οι αστρονόμοι που επεξεργάζονταν τα αποτελέσματα της αποστολής διαστημικής αποστολής Κέπλερ (Kepler space mission), ανέφεραν πως ενδέχεται να υπάρχουν έως και 40 δισεκατομμύρια πλανήτες παρομοίου μεγέθους με τη Γη των οποίων η τροχιά βρίσκεται εντός της κατοικήσιμης ζώνης των άστρων τους καθώς και κόκκινων νάνων μονάχα μέσα στον δικό μας Γαλαξία. Έντεκα δισεκατομμύρια από αυτούς, πιθανώς να περιστρέφονται γύρω από άστρα παρόμοια με τον Ήλιο, και ο πλησιέστερος από αυτούς τους πλανήτες απέχει 12 έτη φωτός από τη Γη.
Κατάλληλα αστρικά συστήματα
Η κατανόηση της πλανητικής κατοικησιμότητας ξεκινά με τα άστρα. Ενώ μπορεί να υπάρχει μεγάλο πλήθος πλανητών οι οποίοι έχουν παρόμοιο μέγεθος με τη Γη, είναι επίσης πολύ σημαντικό το ηλιακό σύστημα μέσα στο οποίο βρίσκονται να ευνοεί την ύπαρξη ζωής. Υπό την αιγίδα του προγράμματος Φοίνιξ του SETI , αναπτύχθηκε ο κατάλογος Χάμπκατ (HabCat, Κατάλογος Κατοικήσιμων Αστρικών Συστημάτων) το 2002. Ο κατάλογος δημιουργήθηκε ξεχωρίζοντας 17 χιλιάδες άστρα από το σύνολο των σχεδόν 120 χιλιάδων του καταλόγου Ίππαρχος (Hipparcos Catalogue), με την ομάδα αυτή να θεωρείται ένα καλό σημείο εκκίνησης για την κατανόηση των αναγκαίων αστροφυσικών παραγόντων ως προς τους κατοικήσιμους πλανήτες.
Φασματικοί τύποι
Ο φασματικός τύπος ενός άστρου υποδηλώνει τη φωτοσφαιρική θερμοκρασία του, η οποία -για τα άστρα κύριας ακολουθίας- συσχετίζεται με τη συνολική μάζα τους. Ο κατάλληλος φασματικός τύπος για ένα άστρο που ευνοεί την κατοικησιμότητα, θεωρείται πως κυμαίνεται -σε σχέση με την κλίμακα μέτρησης φάσματος- μεταξύ των αρχών του F και έως τα μέσα του Κ. Αυτό αντιστοιχεί σε θερμοκρασίες που είναι λίγο παραπάνω από 7.000 βαθμούς Κέλβιν (6726,85 Κελσίου) και λίγο παρακάτω από 4.000 βαθμούς Κέλβιν (3726,85 Κελσίου). Ο Ήλιος, ένα άστρο τύπου G2, είναι μέσα σε αυτά τα όρια. Τα άστρα της μεσαίας αυτής τάξης, έχουν ποικιλία από χαρακτηριστικά τα οποία θεωρούνται σημαντικά ως προς την πλανητική κατοικησιμότητα:
έχουν διάρκεια ζωής τουλάχιστον μερικά δισεκατομμύρια χρόνια, παρουσιάζοντας έτσι επαρκές χρονικό περιθώριο για την ανάπτυξη ζωής. Τα πιο λαμπρά άστρα κύριας ακολουθίας των τύπων O, B, και A συνήθως διαρκούν λιγότερο από ένα δισεκατομμύριο έτη, και σε σπάνιες περιπτώσεις μόλις κάτι λιγότερο από 10 εκατομμύρια.
Εκπέμπουν αρκετή υπεριώδη ακτινοβολία σε υψηλή συχνότητα για την δυνατότητα δημιουργίας των κατάλληλων ατμοσφαιρικών συνθηκών στους πλανήτες, όπως το όζον, αλλά όχι τόση ώστε ο ιονισμός να καταστρέψει τη ζωή που μόλις ξεκινάει.
Το νερό που υπάρχει σε υγρή μορφή στην επιφάνεια των πλανητών σε τροχιά γύρω από το άστρο, και σε απόσταση όπου δεν εμφανίζεται παλιρροϊκό κλείδωμα -η περιστροφή του πλανήτη γύρω από τον άξονα του διαρκεί όσο και η περιστροφή του γύρω από το άστρο-. Τα άστρα τύπου Κ ενδεχομένως να μπορούν να υποστηρίξουν ζωή για μακρές περιόδους, πολύ πιο μακρόχρονες από ότι ο Ήλιος (τύπος G).
Το παραπάνω εύρος φάσματος μεταξύ των μέσων του Κ έως το F, ενδεχομένως αντιστοιχεί στο 5% με 10% των αστέρων του Γαλαξία. Το κατά πόσο τα λιγότερα λαμπερά άστρα του δεύτερου μισού του Κ και του Μ -κόκκινων νάνων- είναι επίσης ικανά να υποστηρίξουν ζωή στους πλανήτες τους, είναι πιθανώς το πιο σημαντικό ανοικτό ερώτημα σήμερα στην έρευνα της πλανητικής κατοικησιμότητας, μια και τα άστρα αυτά αποτελούν την πλειονότητα. Για τον πλανήτη Gliese 581 c, μια υπεργαία, έχει βρεθεί πως η τροχιά του βρίσκεται εντός της κατοικήσιμης ζώνης ενός κόκκινου νάνου, και πως μπορεί να έχει νερό σε υγρή μορφή. Ωστόσο είναι επίσης πιθανό πως υπάρχει φαινόμενο θερμοκηπίου το οποίο κάνει την θερμοκρασία του πλανήτη πολύ θερμή για την υποστήριξη ζωής, ενώ ο γειτονικός πλανήτης, ο Gliese 581 d, μπορεί να είναι καταλληλότερος υποψήφιος για τους σκοπούς της κατοικησιμότητας. Τον Σεπτέμβριο του 2010, ανακοινώθηκε η ανακάλυψη ενός άλλου πλανήτη, του Gliese 581 g, ο οποίος βρίσκεται σε τροχιά ανάμεσα σε αυτούς τους δύο πλανήτες. Περαιτέρω έρευνες όμως, εξέφρασαν αμφιβολίες για την ύπαρξη του πλανήτη αυτού και τον χαρακτήρισαν ως μη επιβεβαιωμένο. Τον Σεπτέμβριο του 2012, ανακοινώθηκε η ανακάλυψη δυο πλανητών σε τροχιά γύρω από τον Gliese 163. Ένας από τους πλανήτες αυτούς, ο Gliese 163 c, διαθέτει περίπου 6,9 φορές τη μάζα της Γης και είναι λίγο θερμότερος, και θεωρείται πως είναι μέσα στα όρια της κατοικήσιμης ζώνης.
Μια άλλη έρευνα προτείνει πως τα λιγότερο θερμά άστρα τα οποία εκπέμπουν μεγαλύτερη ποσότητα υπεριώδους και σχεδόν υπεριώδους ακτινοβολίας, είναι πιθανό να φιλοξενούν θερμότερους πλανήτες με λιγότερους παγετώνες ή ολική κάλυψη από πάγο. Η υπεριώδης ακτινοβολία απορροφάται από τον πάγο των πλανητών αυτών καθώς και από τα αέρια του φαινομένου του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, και έτσι παραμένουν θερμοί.
Μια σταθερή κατοικήσιμη ζώνη
Η κατοικήσιμη ζώνη είναι μια σφαιροειδής περιοχή του διαστήματος γύρω από ένα άστρο, όπου οι πλανήτες εντός της μπορούν να διατηρούν νερό σε υγρή μορφή στην επιφάνεια τους. Πέρα από την παρουσία μιας πηγής ενέργειας, το νερό σε υγρή μορφή θεωρείται το πιο σημαντικό συστατικό για ύπαρξη ζωής, έχοντας υπ’όψιν πόσο σημαντικό είναι για όλες τις μορφές ζωής στη Γη. Παρόλα αυτά, αν ποτέ ανακαλυφθεί ζωή που δεν εξαρτάται από την ύπαρξη νερού, τότε ο ορισμός της κατοικήσιμης ζώνης θα επεκταθεί σε πολύ μεγάλο βαθμό.
Μια σταθερή ζώνη προϋποθέτει δύο παράγοντες. Πρώτα, το εύρος της ζώνης δε θα πρέπει να έχει μεγάλες αυξομειώσεις κατά διαστήματα. Όλα τα άστρα αυξάνουν τη φωτεινότητα τους με την πάροδο του χρόνου, έτσι η κατοικήσιμη ζώνη του διευρύνεται ακολούθως, αλλά εάν αυτό συμβεί πολύ γρήγορα (π.χ. με ένα υπερμεγέθη αστέρα) οι πλανήτες θα έχουν μόνο μια μικρή χρονική περίοδο μέσα στην κατοικήσιμη ζώνη με την αντίστοιχα μικρότερη πιθανότητα να αναπτυχθεί ζωή. Ο υπολογισμός του εύρους της ζώνης και η επέκταση της σε βάθος χρόνου δεν είναι ποτέ εύκολη υπόθεση, καθώς η επανάληψη της αρνητικής ανάδρασης όπως ο κύκλος του άνθρακα-αζώτου-οξυγόνου θα τείνει να αντισταθμίσει τις αυξήσεις στη φωτεινότητα. Οι υποθέσεις που γίνονται για τις ατμοσφαιρικές συνθήκες και τη γεωλογία ενός πλανήτη, έχουν επομένως τόσο μεγάλη επίδραση στο εύρος της θεωρούμενης κατοικήσιμης ζώνης, όσο και η αστρική εξέλιξη, π.χ. οι προτεινόμενες παράμετροι για την κατοικήσιμη ζώνη του Ήλιου, έχουν κυμανθεί σε μεγάλο βαθμό.
Δεύτερον, κανένα σώμα με μεγάλη μάζα -όπως ένας γίγαντας αερίων- δε θα πρέπει να υπάρχει μέσα ή σχετικά κοντά στην κατοικήσιμη ζώνη, μια και θα εμπόδιζε την δημιουργία πλανητών παρόμοιων με τη Γη. Τα υλικά στη ζώνη των αστεροειδών για παράδειγμα, φαίνεται πως δεν στάθηκε δυνατόν να συγκεντρωθούν και να αναμειχθούν μεταξύ τους ώστε να σχηματίσουν ένα πλανήτη, λόγω της τροχιακής επιρροής του Δία. Αν ο Δίας είχε εμφανιστεί στην περιοχή όπου σήμερα βρίσκεται ανάμεσα στις τροχιές της Αφροδίτης και του Άρη, είναι βέβαιο πως η Γη δε θα είχε αναπτυχθεί με τη σημερινή μορφή της. Ωστόσο ένας γίγαντας αερίων εντός της κατοικήσιμης ζώνης ενδέχεται να έχει κατοικήσιμους δορυφόρους υπό τις κατάλληλες συνθήκες.
Στο Ηλιακό Σύστημα, οι εσωτερικοί πλανήτες είναι βραχώδεις, και οι εξωτερικοί είναι γίγαντες αερίων, αλλά η ανακάλυψη εξωηλιακών πλανητών θέτει αμφίβολο το κατά πόσο κοινή είναι αυτή η διευθέτηση των τύπων πλανητών σε άλλα ηλιακά συστήματα, μια και έχουν ανακαλυφθεί πολλοί πλανήτες παρομοίου μεγέθους με το Δία οι οποίοι είναι κοντά στην κύρια κατοικήσιμη ζώνη την οποία επηρεάζουν. Όμως, τα τωρινά δεδομένα για εξωηλιακούς πλανήτες είναι πιθανό να ευνοούν την ερμηνεία ως προς το σενάριο αυτό, μια και οι μεγάλοι πλανήτες σε κοντινές τροχιές είναι πολύ πιο εύκολο να ταυτοποιηθούν.
Χαμηλή αστρική παραλλαγή
Οι αλλαγές στη φωτεινότητα είναι κοινές σε όλα τα άστρα, αλλά η ένταση των αυξομειώσεων αυτών ποικίλλει. Τα περισσότερα άστρα είναι σχετικά σταθερά, αλλά μια σημαντική μειονότητα μεταβλητών αστέρων εμφανίζει ξαφνικές και έντονες αυξήσεις στη φωτεινότητα τους και συνεπώς στο ποσό της ενέργειας που εκπέμπεται προς τα σώματα που βρίσκονται σε τροχιά γύρω τους. Τα άστρα αυτά δε θεωρούνται κατάλληλοι υποψήφιοι για τη φιλοξενία ζωής, καθώς είναι απρόβλεπτα και η εκπομπή ενέργειας τους θα επιδρούσε αρνητικά στους ζωντανούς οργανισμούς, οι οποίοι δε θα είχαν τον χρόνο να συνηθίσουν στις αλλαγές της θερμοκρασίας στην περίπτωση όπου αυτές συνέβαιναν ραγδαία. Επίσης, οι αυξήσεις της φωτεινότητας συνοδεύονται γενικά και από πολύ μεγάλες δόσεις ακτινοβολίας ακτίνων Γάμμα και ακτίνων Χ οι οποίες θα μπορούσαν να είναι θανάσιμες. Η παρουσία ατμόσφαιρας στους πλανήτες προστατεύει εν μέρει από αυτά τα φαινόμενα, αλλά δε θα μπορούσε να διατηρηθεί ατμόσφαιρα για πολύ καιρό σε ένα πλανήτη γύρω από ένα μεταβλητό άστρο, μια και η ένταση της ακτινοβολίας θα τη μείωνε σημαντικά.
Ο Ήλιος είναι σχετικά ήπιος, με τη διακύμανση μεταξύ του μέγιστου και ελάχιστου της εκπεμπόμενης ενέργειας του να είναι περίπου 0,1% στον 11ετή ηλιακό κύκλο του. Υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις (αν και δε θεωρείται οριστικό) πως ακόμη και μικρές αλλαγές στη φωτεινότητα του Ηλίου μπορούν να επηρεάζουν σημαντικά το περιβάλλον της Γης. Ιστορικά, ως τέτοια μπορεί να ερμηνευτεί η Μικρή Εποχή των Παγετώνων του 16ου αιώνα, η οποία προκλήθηκε από μια σχετικά μακρά μείωση της φωτεινότητας του Ηλίου. Έτσι, ένα αστέρι δε χρειάζεται να είναι πραγματικά μεταβλητό ώστε οι αλλαγές στη φωτεινότητά του να επηρεάσουν την κατοικησιμότητα. Από τους γνωστούς ηλιοειδείς αστέρες, ένας που παρουσιάζει μεγάλη ομοιότητα με τον Ήλιο είναι ο 18 Scorpii. Δυστυχώς όμως ως προς την πιθανότητα ύπαρξη ζωής στη ζώνη γύρω του, η μόνη σημαντική διαφορά μεταξύ των δύο άστρων είναι το πλάτος του ηλιακού κύκλου, το οποίο εμφανίζεται να είναι πολύ μεγαλύτερο για τον 18 Scorpii.
Υψηλή μεταλλικότητα
Ενώ τα κύρια υλικά όλων των άστρων είναι το υδρογόνο και το ήλιο, υπάρχει μεγάλη ποικιλία ως προς τα βαρύτερα στοιχεία (μέταλλα) τα οποία διαθέτουν τα άστρα. Ένα μεγάλο ποσοστό των μετάλλων ενός άστρου συσχετίζεται με το βαρύ υλικό που είναι αρχικά διαθέσιμο στον πρωτοπλανητικό δίσκο. Μια μικρή ποσότητα μετάλλου μικραίνει την πιθανότητα δημιουργίας πλανητών, σύμφωνα με τη θεωρία του ηλιακού νεφελώματος περί του σχηματισμού πλανητικού συστήματος. Όσοι πλανήτες σχηματίστηκαν γύρω από ένα άστρο φτωχό σε μέταλλα, θα διαθέτουν πιθανώς ελάχιστη μάζα και έτσι δε θα θεωρούνται ως καλοί υποψήφιοι για την ανάπτυξη ζωής. Οι φασματοσκοπικές μελέτες των συστημάτων όπου έχουν βρεθεί εξωηλιακοί πλανήτες ως σήμερα, επιβεβαιώνουν τη σχέση μεταξύ υψηλής μεταλλικότητας και σχηματισμού πλανητών. Τα άστρα με πλανήτες ή τουλάχιστον με παρόμοιους πλανήτες με αυτούς που ανακαλύπτονται σήμερα, είναι ξεκάθαρα πιο πλούσια σε μέταλλα παρά τα άστρα χωρίς πλανητικούς συντρόφους. Η σχέση μεταξύ υψηλής μεταλλικότητας και του σχηματισμού των πλανητών επίσης σημαίνει πως τα κατοικήσιμα συστήματα είναι πιο πιθανό να βρίσκονται γύρω από νεαρά άστρα, μια και τα άστρα που δημιουργήθηκαν νωρίς στην ιστορία του σύμπαντος έχουν χαμηλή συγκέντρωση μετάλλων.
Πλανητικά χαρακτηριστικά
Η κύρια υπόθεση σχετικά με τους κατοικήσιμους πλανήτες είναι πως είναι βραχώδεις. Τέτοιοι πλανήτες, οι οποίοι έχουν μέγεθος περίπου στην ίδια τάξη μεγέθους με τη Γη, αποτελούνται κυρίως από πετρώματα πυριτικού άλατος, και δεν διαθέτουν τις αεριώδεις συγκεντρώσεις του υδρογόνου και ηλίου οι οποίες συναντώνται στους γίγαντες αερίων. Το ότι η ζωή θα μπορούσε ενδεχομένως να αναπτυχθεί στις κορυφές των νεφών στους γίγαντες αερίων δεν έχει αποκλειστεί οριστικά, αν και δε θεωρείται πιθανό, καθώς δεν διαθέτουν επιφάνεια και η βαρύτητα τους είναι τεράστια. Ωστόσο οι φυσικοί δορυφόροι των γιγαντιαίων πλανητών παραμένουν καλοί υποψήφιοι για τη φιλοξενία ζωής.
Τον Φεβρουάριο του 2011 η ομάδα εποπτείας της διαστημικής αποστολής Κέπλερ κοινοποίησε λίστα με 1.235 πιθανούς εξωηλιακούς πλανήτες, ανάμεσα στους οποίους και 54 οι οποίοι ενδέχεται να είναι εντός της κατοικήσιμης ζώνης του άστρου τους, και 6 από τους πλανήτες αυτούς έχουν περίπου το ίδιο μέγεθος με τη Γη. Μεταγενέστερη μελέτη έδειξε πως ένας από τους πλανήτες αυτούς (ο KOI 326.01) είναι πολύ μεγαλύτερος και θερμότερος από ότι είχε αναφερθεί αρχικά. Με βάση τα ευρήματα αυτά, η ομάδα εποπτείας της αποστολής Κέπλερ εκτίμησε πως θα πρέπει να υπάρχουν τουλάχιστον 50 δισεκατομμύρια πλανήτες στον Γαλαξία από τους οποίους τουλάχιστον 500 εκατομμύρια βρίσκονται εντός κατοικήσιμης ζώνης.
Κατά την ανάλυση περιβαλλόντων που μπορούν να φιλοξενήσουν ζωή, συνήθως γίνεται μια διάκριση μεταξύ των απλών μονοκύτταρων οργανισμών όπως τα βακτήρια και τα αρχαία, και των σύνθετων πολυκύτταρων οργανισμών όπως τα ζώα. Η ύπαρξη πολυκύτταρων οργανισμών προϋποθέτει την πρότερη ύπαρξη μονοκύτταρων, ωστόσο η ύπαρξη μονοκύτταρων οργανισμών δεν εγγυάται πως η ζωή θα αποκτήσει μεγαλύτερη πολυπλοκότητα και θα εξελιχθεί σε πολυκύτταρη. Τα πλανητικά χαρακτηριστικά που παρατίθενται παρακάτω θεωρούνται κρίσιμα για κάθε είδους ζωή, και ιδιαίτερα τους πολυκύτταρους οργανισμούς να είναι πιο απαιτητικοί σε σχέση με τους μονοκύτταρους.
Όγκος
Οι πλανήτες με ελάχιστη μάζα είναι κακοί υποψήφιοι για την υποστήριξη ζωής για δύο κυρίως λόγους.
Πρώτα από όλα, η χαμηλή τους βαρύτητα κάνει την κατακράτηση της ατμόσφαιρας δύσκολη. Τα μόρια της ατμόσφαιρας είναι πιο πιθανό να αποκτήσουν την ταχύτητα διαφυγής με την οποία θα χαθούν στο διάστημα υπό την επίδραση του ηλιακού ανέμου ή κινούμενα από σύγκρουση. Οι πλανήτες χωρίς πυκνή ατμόσφαιρα δεν διαθέτουν την απαιτούμενη ύλη για τη στοιχειώδη βιοχημεία, έχουν ελάχιστη μόνωση και φτωχή μεταφορά θερμότητας στην επιφάνειά τους (για παράδειγμα, ο Άρης, με τη λεπτή ατμόσφαιρά του, είναι πιο ψυχρός από ότι η Γη θα ήταν αν βρισκόταν στην ίδια απόσταση από τον Ήλιο), και έχουν λιγότερη προστασία απέναντι στους μετεωροειδείς και την ακτινοβολία υψηλών συχνοτήτων. Επιπλέον, όταν η ατμόσφαιρα είναι λιγότερο πυκνή από 0,006 γήινες ατμόσφαιρες, το νερό δε μπορεί να υπάρξει σε υγρή μορφή καθώς δεν υπάρχει η απαιτούμενη ατμοσφαιρική πίεση -4.56 mm Hg / 608 Pa / 0.18 inch Hg. Το εύρος θερμοκρασίας στο οποίο το νερό είναι σε υγρή μορφή είναι γενικά μικρότερο υπό τις συνθήκες χαμηλής πίεσης.
Κατά δεύτερο λόγο, οι μικρότεροι πλανήτες έχουν μικρότερες διαμέτρους και επομένως υψηλότερη αναλογία μεταξύ επιφάνειας και όγκου από ότι οι μεγαλύτεροι πλανήτες. Αυτά τα σώματα τείνουν γρήγορα να χάνουν την ενέργεια η οποία έχει παραμείνει από τον αρχικό σχηματισμό τους και καταλήγουν να είναι γεωλογικά νεκροί, μια και δε διαθέτουν τα ηφαίστεια, σεισμούς και τεκτονική δραστηριότητα για την παροχή υλικών στην επιφάνεια τα οποία υποστηρίζουν τη ζωή, και στην ατμόσφαιρα με αέρια που ρυθμίζουν τη θερμοκρασία όπως το διοξείδιο του άνθρακα. Οι τεκτονικές πλάκες φαίνεται να είναι ιδιαίτερα σημαντικές, τουλάχιστον στη Γη όπου όχι μόνο η διαδικασία ανακυκλώνει σημαντικά χημικά στοιχεία και μέταλλα, αλλά επίσης αναπτύσσει τη βιοποικιλότητα μέσω της δημιουργίας των ηπείρων και της αύξησης της περιβαλλοντικής πολυπλοκότητας, καθώς και βοηθά στη δημιουργία των συστατικών τα οποία είναι απαραίτητα για την παραγωγή του γήινου μαγνητικού πεδίου.
Η ελάχιστη μάζα είναι εν μέρει υποκειμενικός όρος, η ίδια η Γη διαθέτει χαμηλή μάζα όταν συγκρίνεται με τους γίγαντες αερίων του ηλιακού συστήματος, αλλά είναι ο μεγαλύτερος από όλους τους βραχώδεις πλανήτες σε διάμετρο, μάζα και πυκνότητα. Είναι αρκετά μεγάλος ώστε να διατηρεί τη δική του ατμόσφαιρα μόνο μέσω της βαρύτητας, και αρκετά μεγάλος ώστε ο πυρήνας του να είναι θερμικά ενεργός, κάτι που βοηθά στην ποικιλία χαρακτηριστικών της επιφάνειας (η αποσύνθεση των ραδιενεργών στοιχεία μέσα στον πυρήνα του πλανήτη είναι το άλλο σημαντικό στοιχείο της θερμοκρασίας ενός πλανήτη). Σε αντίθεση, ο Άρης είναι σχεδόν γεωλογικά νεκρός και έχει χάσει μεγάλο μέρος της ατμόσφαιράς του. Έτσι διατυπώνεται η υπόθεση πως το κάτω όριο της μάζας την οποία πρέπει να έχει ένας πλανήτης ώστε να μπορεί να υποστηρίξει ζωή, βρίσκεται κάπου μεταξύ αυτής του Άρη και της Γης, ή ακόμη και της Αφροδίτης, με την αναλογία 0,3 της μάζας της Γης να είναι μια πρόχειρη εκτίμηση ως προς την απαίτηση της πυκνότητας για κατοικήσιμους πλανήτες. Όμως, το 2008, μελέτη του Κέντρου Αστροφυσικής Χάρβαρντ-Σμιθσόνιαν πρότεινε πως το κάτω όριο πρέπει να είναι υψηλότερο, και πως η ίδια η Γη μπορεί να βρίσκεται η ίδια στα άκρα του ορίου κατοικησιμότητας. μια και αν ήταν λίγο μικρότερη, δε θα ήταν δυνατή η τεκτονική δραστηριότητα. Η Αφροδίτη, η οποία έχει 85% της γήινης μάζας, δεν εμφανίζει σημάδια τεκτονικής δραστηριότητας. Αντίθετα, οι υπεργαίες, βραχώδεις πλανήτες με υψηλότερη μάζα από τη Γη, έχουν υψηλότερα επίπεδα σεισμικής δραστηριότητας και έτσι είναι σταθερά τοποθετημένες εντός της ζώνης κατοικησιμότητας.
Υπάρχουν και περιπτώσεις που αποτελούν εξαίρεση στον κανόνα, όπως ο φυσικός δορυφόρος του Δία, η Ιώ, η οποία ενώ είναι μικρότερη από όλους τους βραχώδεις πλανήτες παρ’όλα αυτά έχει ηφαιστειακή δραστηριότητα λόγω της βαρυτικής επίδρασης που ασκείται πάνω της από τον πλανήτη και τα χαρακτηριστικά της τροχιάς της που ευνοούν κάτι τέτοιο, καθώς και ο γειτονικός της δορυφόρος, η Ευρώπη, η οποία ενδέχεται να έχει έναν υγρό ωκεανό ή μείγμα πάγου/νερού κάτω από το παγωμένο κέλυφος της επιφάνειας της, επίσης μέσω της βαρυτικής επίδρασης που της ασκεί ο Δίας.
Εν τω μεταξύ στον δορυφόρο του Κρόνου, τον Τιτάνα, υπάρχει επίσης πιθανότητα πως μπορεί να αναπτυχθεί ζωή, καθώς διατηρεί πυκνή ατμόσφαιρα και έχει θάλασσες υγρού μεθανίου στην επιφάνεια του. Οι οργανικές και χημικές αντιδράσεις με χαμηλές ενεργειακές απαιτήσεις, είναι πιθανό να μπορούν να σχηματιστούν στις θάλασσες αυτές, αλλά είναι ασαφές το αν μπορεί να προκύψει έμβια ζωή με τόσο στοιχειώδεις χημικές αντιδράσεις, και μάλλον μη πιθανό. Οι δορυφόροι αυτοί αποτελούν εξαιρέσεις, αλλά αποδεικνύουν πως ενώ η μάζα ενός σώματος αποτελεί σημαντικό κριτήριο, δεν μπορεί να θεωρηθεί ως το βασικό κριτήριο κατοικησιμότητας.
Ένας μεγαλύτερος πλανήτης είναι πιθανό να έχει και αντίστοιχη μεγαλύτερη ατμόσφαιρα. Ο συνδυασμός που προκύπτει με την υψηλή ταχύτητα απόδρασης για τη διατήρηση των ελαφρύτερων ατόμων, και η εκτεταμένη διαφυγή αερίων μέσω της τεκτονικής δραστηριότητας μπορεί να αυξήσει σημαντικά την ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία της επιφάνειας σε σχέση με τη Γη. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου μια τόσο πυκνής ατμόσφαιρας κάνει πιθανό πως η κατοικήσιμη ζώνη θα πρέπει να βρίσκεται ακόμη πιο μακριά από το κεντρικό άστρο του ηλιακού συστήματος, όταν υπάρχουν τόσο μεγάλοι πλανήτες.
Επίσης, ένας μεγάλος πλανήτης είναι πιο πιθανό να διαθέτει και ένα μεγάλο πυρήνα από σίδηρο. Αυτό επιτρέπει την ύπαρξη μαγνητικού πεδίου για την προστασία του πλανήτη από τον αστρικό άνεμο και την κοσμική ακτινοβολία, στοιχεία τα οποία θα έτειναν να απογυμνώσουν τον πλανήτη από την ατμόσφαιρά του, και να βλάψουν τα έμβια όντα βομβαρδίζοντάς τα με ιονισμένα σωματίδια. Η μάζα δεν είναι το μόνο κριτήριο για την παραγωγή μαγνητικού πεδίου, καθώς ο πλανήτης πρέπει να περιστρέφεται αρκετά γρήγορα ώστε να εμφανιστεί το φαινόμενο του δυναμό εντός του πυρήνα του, αλλά είναι σημαντικό συστατικό στοιχείο της διαδικασίας.
Τροχιά και περιστροφή
Όπως και με τα υπόλοιπα κριτήρια, η σταθερότητα είναι σημαντικό κριτήριο για την αξιολόγηση της επίδρασης των χαρακτηριστικών της τροχιάς και περιστροφής ως προς την πλανητική κατοικησιμότητα. H εκκεντρότητα της τροχιάς είναι η διαφορά μεταξύ της μέγιστης και της ελάχιστης απόστασης ενός πλανήτη από το άστρο του ηλιακού συστήματος του, διαιρεμένη με το σύνολο των δύο αυτών αποστάσεων. Είναι η αναλογία η οποία περιγράφει το σχήμα της ελλειπτικής τροχιάς. Όσο μεγαλύτερη η εκκεντρότητα τόσο μεγαλύτερες είναι οι μεταβολές της θερμοκρασίας στην επιφάνεια ενός πλανήτη. Αν και μπορούν να προσαρμοστούν, οι ζωντανοί οργανισμοί έχουν ένα όριο έως το οποίο μπορούν να αντέξουν στις συνεχείς μεταβολές, ιδιαίτερα αν οι μεταβολές καλύπτουν το σημείο τήξης και το σημείο βρασμού του κύριου υλικού το οποίο αποτελεί τον διαλύτη στον πλανήτη (π.χ. το νερό στη Γη). Εάν για παράδειγμα οι ωκεανοί της Γης συνέβαινε να βράζουν και κατόπιν να παγώνουν και να τηρούν αυτή την ακολουθία συνεχώς, είναι πολύ δύσκολο να φανταστούμε τη ζωή να αναπτύσσεται όπως αναπτύχθηκε. Όσο πιο σύνθετοι οι οργανισμοί, τόσο πιο μεγάλη ευαισθησία έχουν στις μεταβολές της θερμοκρασίας. Η τροχιά της Γης είναι σχεδόν τελείως κυκλική, με την εκκεντρότητα της τροχιάς της να είναι λιγότερο από 0,02. Επίσης και οι υπόλοιποι πλανήτες στο ηλιακό σύστημα (με την εξαίρεση του Ερμή) έχουν εξίσου χαμηλές εκκεντρότητες.
Τα δεδομένα τα οποία έχουν συλλεχθεί ως προς τις εκκεντρότητες των εξωηλιακών πλανητών αποτελέσαν έκπληξη για τους περισσότερους ερευνητές, μιας και δείχνουν πως το 90% των πλανητών έχουν εκκεντρότητα η οποία είναι μεγαλύτερη από αυτή που υπάρχει στους πλανήτες του ηλιακού συστήματος στο οποίο βρίσκεται η Γη, με τον μέσο όρο της εκκεντρότητας να είναι 0,25. Αυτό σημαίνει πως η μεγάλη πλειονότητα των πλανητών έχουν τροχιές με υψηλή εκκεντρότητα, και ακόμη και αν η μέση απόσταση από το άστρο τους είναι εντός της κατοικήσιμης ζώνης, λόγω της τροχιάς τους παραμένουν μόνο για ένα μικρό χρονικό διάστημα εντός της ζώνης αυτής.
Η κίνηση ενός πλανήτη γύρω από τον άξονα περιστροφής του, πρέπει να τηρεί επίσης κάποια χαρακτηριστικά έτσι ώστε η ζωή να έχει την ευκαιρία να αναπτυχθεί. Μια αρχική υπόθεση είναι πως ο πλανήτης θα πρέπει να έχει ήπιες εποχές. Αν υπάρχει μικρή ή καθόλου αξονική κλίση ανάλογη με την κάθετο της εκλειπτικής, δεν πρόκειται να υπάρξουν εποχές και ένα από τα κύρια τονωτικά του δυναμισμού της βιόσφαιρας θα εξαφανιστεί. Επίσης ο πλανήτης θα γινόταν πιο κρύος σε σχέση με το αν διέθετε μια σημαντική κλίση, μιας και όταν η μέγιστη ένταση της ακτινοβολίας είναι πάντα εντός λίγων μοιρών εκατέρωθεν του ισημερινού, το θερμό κλίμα δεν μπορεί να επεκταθεί στους πόλους και οι πόλοι του πλανήτη έχουν χαμηλές θερμοκρασίες.
Εάν ένας πλανήτης έχει υπερβολική κλίση, συμβαίνει το ακριβώς αντίθετο, όπου η εναλλαγή των εποχών είναι ακραία κάτι που κάνει πολύ δύσκολη την απόκτηση ομοιόστασης από τη βιόσφαιρα. Η αξονική κλίση της Γης είναι υψηλότερη κατά την τρέχουσα γεωλογική περίοδο (Τεταρτογενής) από ότι ήταν στο παρελθόν, και συμπίπτει με μείωση των πάγων των πόλων, θερμότερες θερμοκρασίες και μικρότερες εναλλαγές στις εποχές. Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν το κατά πόσο αυτή η εξέλιξη θα συνεχιστεί αδιάκοπα με περαιτέρω αυξήσεις στην αξονική περιστροφή.
Οι συγκεκριμένες επιπτώσεις των αλλαγών αυτών μπορούν προς το παρόν μόνο να προσομοιωθούν μέσω ηλεκτρονικών υπολογιστών, και υπάρχουν μελέτες οι οποίες έχουν δείξει πως ακόμη και ακραίες κλίσεις έως και 85 μοίρες δεν αποκλείουν απαραίτητα την ύπαρξη ζωής, με την προϋπόθεση πως δεν καταλαμβάνουν ηπειρωτικές περιοχές στις οποίες εμφανίζονται πολύ υψηλές θερμοκρασίες κατά την εναλλαγή των εποχών. Πέρα από την μέση αξονική κλίση, πρέπει επίσης να εξεταστεί και η εναλλαγή της ανά χρονικά διαστήματα. Η κλίση της Γης ποικίλλει μεταξύ 21,5 και 24,5 μοίρες σε ένα διάστημα 41.000 ετών. Μια πιο δραστική μεταβολή, ή μια πολύ συντομότερη περιοδικότητα των μεταβολών, θα εισήγαγε κλιματικές επιπτώσεις όπου θα εμφανίζονται ακραίες εναλλαγές μεταξύ των εποχών.
Άλλες εκτιμήσεις σχετικά με την τροχιά είναι οι παρακάτω:
ο πλανήτης θα πρέπει να περιστρέφεται γρήγορα έτσι ώστε ο κύκλος της μέρας με τη νύχτα να μην είναι πολύ μεγάλος. Για παράδειγμα, αν η διάρκεια μιας ημέρας διαρκεί ολόκληρους μήνες ή και έτη (σε σύγκριση με τη Γη), η διαφορά της θερμοκρασίας μεταξύ του μέρους του πλανήτη όπου είναι μέρα και του μέρους όπου είναι νύχτα, θα είναι έντονη, με αποτέλεσμα την εμφάνιση ακραίων συνθηκών.
ο πλανήτης θα πρέπει επίσης να περιστρέφεται αρκετά γρήγορα ώστε το μαγνητικό δυναμό στον πυρήνα του από σίδηρο να μπορεί να ξεκινήσει και να δημιουργήσει το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη.
η αλλαγή στην κατεύθυνση της περιστροφής του άξονα (προπόρευση) δεν θα πρέπει να είναι έντονη. Από μόνη της, η προπόρευση δεν επηρεάζει την κατοικησιμότητα καθώς αλλάζει μόνο την κατεύθυνση της κλίσης, όχι τη γωνία της. Παρόλα αυτά, η προπόρευση τείνει να αυξάνει τις εναλλαγές που σημειώνονται από άλλες τροχιακές αποκλίσεις όπως τους κύκλους Μιλάνκοβιτς (Milankovitch cycles). Το φαινόμενο της προπόρευσης στη Γη εμφανίζεται κάθε 26.000 έτη.
Σε ότι αφορά τη Γη, η Σελήνη εμφανίζεται να διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στο κλίμα της Γης με το να βοηθά στη σταθεροποίηση της αξονικής κλίσης. Έχει προταθεί πως μια χαοτική κλίση θα απέκλειε κάθε πιθανότητα υποστήριξης κατοικησιμότητας, δηλαδή πως ένας φυσικός δορυφόρος μεγέθους ανάλογου με τη Σελήνη δεν είναι μόνο χρήσιμος για τη σταθεροποίηση αλλά αποτελεί προϋπόθεση, άποψη η οποία θεωρείται αμφιλεγόμενη.
Γεωχημεία
Θεωρείται γενικά πως η οποιαδήποτε εξωγήινη ζωή που μπορεί να υπάρξει θα βασίζεται στην ίδια στοιχειώδη βιοχημεία όπως αυτή που βρίσκεται στη Γη, καθώς τα τέσσερα στοιχεία τα οποία είναι τα πιο βασικά για τη ζωή, άνθρακας, υδρογόνο, οξυγόνο, και άζωτο, είναι τα πιο κοινά χημικώς αλληλεπιδραστικά στοιχεία στο σύμπαν. Απλές βιογενείς ενώσεις, πολύ απλά αμινοξέα όπως η γλυκίνη, έχουν βρεθεί σε μετεωρίτες και στο διαστρικό μέσο (interstellar medium). Τα τέσσερα αυτά στοιχεία μαζί, αποτελούν το 96% της γήινης βιομάζας.
Το στοιχείο του άνθρακα έχει την μοναδική ιδιότητα να μπορεί να υποστηρίξει χημικές ενώσεις οι οποίες ανήκουν σε ένα τεράστιου εύρος πιθανών διαφορετικών δομών, κάνοντας το ένα ιδανικό υλικό για σύνθετους μηχανισμούς οι οποίοι σχηματίζουν ζωντανά κύτταρα.
Το υδρογόνο και το οξυγόνο, με τη μορφή του νερού, αποτέλεσαν το διαλυτικό υλικό μέσα στο οποίο εξελίχθηκαν οι βιολογικές διαδικασίες και σχηματίστηκαν οι πρώτες αντιδράσεις που οδήγησαν στην εμφάνιση της ζωής.
Η ενέργεια που απελευθερώνεται με τον σχηματισμό των ισχυρών ομοιοπολικών δεσμών μεταξύ άνθρακα και οξυγόνου, και γίνεται διαθέσιμη μέσω της οξείδωσης των οργανικών ενώσεων, είναι το καύσιμο όλων των σύνθετων μορφών ζωής.
Αυτά τα τέσσερα χημικά στοιχεία μαζί αποτελούν τα αμινοξέα, τα οποία με τη σειρά τους είναι οι θεμέλιοι λίθοι των πρωτεϊνών, της ουσίας που απαρτίζει τους ζωντανούς ιστούς. Επιπρόσθετα, ούτε το θείο απαιτείται για την δημιουργία πρωτεϊνών, ούτε και ο φώσφορος για τον σχηματισμό του DNA και RNA, και οι φωσφορικές αδενοσίνες (adenosine phosphates) οι οποίες είναι χρήσιμες για το μεταβολισμό είναι σπάνιες.
Η σχετική αφθονία των υλικών αυτών στο διάστημα ωστόσο δεν αντανακλάται πάντα στη διαθεσιμότητά τους επί των διάφορων πλανητών. Για παράδειγμα από τα τέσσερα αυτά στοιχεία, μόνο το οξυγόνο είναι διαθέσιμο σε αφθονία στον γήινο φλοιό. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί εν μέρει από το γεγονός ότι πολλά από αυτά τα στοιχεία, όπως το υδρογόνο και το άζωτο, μαζί και με τις πιο συνήθεις ενώσεις τους όπως διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο, αμμωνία, και νερό, έχουν αέρια κατάσταση σε υψηλές θερμοκρασίες. Στην θερμή περιοχή κοντά στον Ήλιο, αυτές οι εύκολα εξατμιζόμενες ενώσεις δε μπορεί να έχουν διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην γεωλογική μορφοποίηση των πλανητών. Αντ’ αυτού, παγιδεύτηκαν σε αέρια μορφή κάτω από τους νεοσχηματισμένους φλοιούς, οι οποίοι αποτελούνταν κυρίως από βραχώδεις, μη πτητικές ενώσεις όπως το διοξείδιο του πυριτίου. Η διαφυγή των αερίων αυτών μέσα από τη Γη, μέσω των πρώτων ηφαιστείων, συνεισέφερε στον σχηματισμό της ατμόσφαιρας των πλανητών. Το πείραμα των Μίλερ-Ούρεϊ έδειξε πως με την εφαρμογή ενέργειας, είναι δυνατό να σχηματιστούν αμινοξέα μέσα από τη σύνθεση πολύ απλών ενώσεων μέσα σε μια υποτυπώδη ατμόσφαιρα.
Ακόμη και έτσι, οι ηφαιστειακές εξατμίσεις των στοιχείων αυτών δεν μπορούν να εξηγήσουν τον όγκο του νερού στους ωκεανούς της Γης. Η μεγάλη πλειονότητα του νερού —και ενδεχομένως και του άνθρακα— πιθανώς να προήλθε από το εξωτερικό μέρος του ηλιακού συστήματος, όπου μακριά από τη ζέστη του Ήλιου θα βρισκόταν σε στερεά μορφή. Οι κομήτες οι οποίοι προσέκρουσαν στη Γη κατά την πρώιμη περίοδο του ηλιακού συστήματος, απέθεσαν τεράστιους όγκους νερού, μαζί και με άλλα εξατμίσιμα υλικά απαραίτητα για τη ζωή (όπως τα αμινοξέα), και ξεκίνησαν έτσι την προέλευση της ζωής με την αβιογένεση.
Έτσι, ακόμη και αν υπάρχουν καλοί λόγοι να θεωρείται πως τα τέσσερα βασικά χημικά στοιχεία της ζωής θα πρέπει να είναι διαθέσιμα σε μεγάλο βαθμό σε άλλα σημεία του διαστήματος, ένα κατοικήσιμο σύστημα πιθανώς να απαιτεί και την παρουσία ουράνιων σωμάτων όπως κομήτες και αστεροειδείς οι οποίοι θα διανείμουν τα υλικά αυτά στο εσωτερικό των πλανητών. Χωρίς τα σώματα αυτά είναι πιθανό πως η ζωή στη Γη δε θα υπήρχε όπως τη γνωρίζουμε.
Μικροπεριβάλλοντα και ακραιόφιλοι οργανισμοί
Ένας σημαντικός όρος ως προς τα κριτήρια κατοικησιμότητας είναι πως μόνο ένα ελάχιστο μέρος του πλανήτη απαιτείται για την παρουσία ζωής. Οι αστροβιολόγοι συχνά μελετούν το ενδεχόμενο μικροπεριβάλλοντων, και την εξέταση των εξελικτικών δυνάμεων όπως η γενετική μετάλλαξη, φυσική επιλογή, και γενετική μετατόπιση (genetic drift), λειτουργούν στους μικροοργανισμούς οι οποίοι ζουν στα περιβάλλοντα αυτά. Οι ακραιόφιλοι οργανισμοί στη Γη επιζούν κάτω από εξαιρετικά ακραίες συνθήκες οι οποίες κανονικά θεωρούνται απαγορευτικές για την ανάπτυξη ζωής. Συνήθως, οι μονοκύτταροι, ακρόφιλοι οργανισμοί είναι αλκαλικόφιλοι (alkaliphilic) και οξειόφιλοι (acidophilic) και μπορούν να επιζούν σε θερμοκρασίες άνω των 100 °C στις υδροθερμικές αναβλύσεις εντός των ωκεανών.
Η ανακάλυψη ζωής σε ακραίες συνθήκες έχει περιπλέξει τους ορισμούς σχετικά με την κατοικησιμότητα, αλλά έχει επίσης διευρύνει τους πιθανούς συνδυασμούς συνθηκών για την υποστήριξη ζωής. Για παράδειγμα, ένας πλανήτης ο οποίος μπορεί να μην έχει δική του ατμόσφαιρα λόγω την ηλιακών συνθηκών της περιοχής όπου βρίσκεται, μπορεί ωστόσο να αναπτύξει ένα τέτοιο μικροπεριβάλλον μέσα σε ένα βαθύ και σκοτεινό ωκεάνειο ρήγμα ή μέσα σε ένα ηφαιστειακό κοίλωμα. Παρομοίως, το κρατηροειδές έδαφος επίσης μπορεί να αποτελέσει καταφύγιο για είδη πρωτόγονης ζωής. Οι μελέτες στον κρατήρα Λόουν Χιλ στην Αυστραλία, ο οποίος έχει μελετηθεί υπό την αστροβιολογική σκοπιά, φαίνεται να στηρίζει το ενδεχόμενο πως η ταχεία καθίζηση που σημειώθηκε με την πρόσκρουση του σώματος στην επιφάνεια της Γης, δημιούργησε ένα προστατευμένο μικροπεριβάλλον για μικροβιακούς οργανισμούς. Ενδέχεται παρόμοιες περιπτώσεις να συνέβησαν και στη γεωλογική ιστορία του Άρη.
Οι περιοχές του Γήινου περιβάλλοντος που δεν μπορούν να υποστηρίξουν ζωή είναι επίσης χρήσιμες για τους επιστήμονες ώστε να θέσουν κάποια όρια για το τι μπορούν να αντέξουν οι ακρόφιλοι οργανισμοί. Το κέντρο της ερήμου της Ατακάμα, το οποίο γενικά θεωρείται ως το πιο στεγνό μέρος της Γης, εμφανίζεται να μη μπορεί να υποστηρίξει ζωή, αλλά είναι για ακριβώς αυτό το λόγο αντικείμενο μελέτης από τη ΝΑΣΑ, μια και μελετάται ως περιβαλλοντικό ανάλογο του πλανήτη Άρη και οι μεταπτώσεις της υγρασίας είναι ιδανικές για την μελέτη των ορίων μεταξύ της στειρότητας και της κατοικησιμότητας. Η Ατακάμα ήταν το κέντρο μελετών το 2003 οι οποίες εν μέρει αναπαρήγαγαν τα πειράματα του διαστημικού προγράμματος Βίκινγκ (Viking program) στον Άρη κατά τη δεκαετία του 1970. Δεν βρέθηκαν ίχνη DNA από δύο δείγματα χωμάτων του εδάφους, και τα πειράματα επώασης ήταν επίσης αρνητικά ως προς την εμφάνιση βιοϋπογραφών (biosignatures).
Στις 26 Νοεμβρίου του 2011, η ΝΑΣΑ εκτόξευσε το ρομποτικό όχημα του Εργαστηρίου επιστήμης πλανήτη Άρη (Mars Science Laboratory) το οποίο είχε ως στόχο την αναζήτηση υπάρχουσας ή προϋπάρχουσας ζωής στον Άρη χρησιμοποιώντας διάφορα επιστημονικά όργανα μέτρησης, και τον Αύγουστο του 2012 προσγειώθηκε επιτυχώς στον κρατήρα Γκέιλ του πλανήτη.
Οικολογικοί παράγοντες
Οι οικολογικές προσεγγίσεις για την πρόβλεψη πιθανής κατοικησιμότητας χρησιμοποιούν 19 με 20 περιβαλλοντικές παραμέτρους, με έμφαση στη διαθεσιμότητα του νερού, θερμοκρασία, παρουσία θρεπτικών ουσιών, παρουσία πηγής ενέργειας, και προστασία από την ηλιακή υπέρυθρη ακτινοβολία και τις κοσμικές ακτίνες.
Κάποιοι από τους παράγοντες για κατοικησιμότητα:
Νερό
· Δραστηριοποίηση του υγρού νερού
· Αποθέματα νερού ή πάγου κατά το παρελθόν
· Αλμυρότητα, pH, και κανονικό δυναμικό οξειδοαναγωγής του διαθέσιμου νερού
Χημικό περιβάλλον – Θρεπτικά συστατικά:
· C, H, N, O, P, S, στοιχειώδη μέταλλα, στοιχειώδη μικροθρεπτικά συστατικά
· Αζωτοδέσμευση
· Διαθεσιμότητα και μεταλλολογία
Πληθώρα τοξίνων και θνησιμότητα:
· Βαρέα μέταλλα (π.χ., Zn, Ni, Cu, Cr, As, Cd, κτλ, κάποια είναι χρήσιμα αλλά τοξικά σε υψηλές συγκεντρώσεις)
· Ευρεία διασπορά οξειδωτικών εδαφών
Ενέργεια – Ηλιακή (επιφάνειας και πλησίον της επιφάνειας μόνο)
Γεωχημική (υπό την επιφάνεια)
· Οξειδοαναγωγικά σώματα
· Ηλεκτρονιομειωτικά σώματα (reducing agents)
· Kλίσεις οξειδοαναγωγής (redox gradients)
Ακτινοβολία
· Θερμοκρασία
· Ακραίες μεταβολές στην ημερήσια θερμοκρασία
· Ισχυρή μικροβιοκτόνα υπέρυθρη ακτινοβολία
· Κοσμικές ακτίνες και επιπτώσεις των ηλιακών καταιγίδων
· Εναλλαγές των εποχών
· Γεωλογική ανάλυση υποστρώματος
· Υψηλές συγκεντρώσεις CO2 στο σύνολο της ατμόσφαιρας
· Διακίνηση/μεταφορά των ανέμων, νερού, πάγων
Ακατοίκητα περιβάλλοντα
Μια σημαντική κατηγοριοποίηση, ως προς την κατοικησιμότητα, είναι μεταξύ των περιβαλλόντων τα οποία περιέχουν ήδη ζωή (κατοικημένα περιβάλλοντα) και τα περιβάλλοντα τα οποία μπορούν να αναπτύξουν ζωή αλλά δεν έχουν παρουσία ζωής (ακατοίκητα).
Τα ακατοίκητα περιβάλλοντα θα μπορούσαν να εμφανιστούν σε ένα πλανήτη όπου δεν έτυχε να αναπτυχθεί αυτόχθονη ζωή ούτε και μεταφέρθηκε εκεί από κάποιο άλλο ουράνιο σώμα, αλλά υπάρχουν οι κατάλληλες συνθήκες για ανάπτυξη. Θα μπορούσαν επίσης να εμφανιστούν σε ένα πλανήτη ο οποίος είναι κατοικημένος, αλλά η απουσία σύνδεσης μεταξύ των διάφορων περιβαλλόντων αφήνει περιοχές του πλανήτη ακατοίκητες. Τα μη κατοικημένα περιβάλλοντα υπογραμμίζουν την σημασία της μη σύνδεσης της έννοιας της κατοικησιμότητας και αυτής της παρουσίας ζωής, μια και ενώ η κατοικησιμότητα είναι απαραίτητη προϋπόθεση για ζωή, η ύπαρξη ζωής δεν συνεπάγεται αυτόματα ως αποτέλεσμα της κατοικησιμότητας. Ένας πλανήτης που εμπίπτει σε αυτή την περίπτωση, ενδέχεται να είναι ο Άρης.
Εναλλακτικά αστρικά συστήματα
Για να εξακριβώσουν το πόσο εφικτή είναι η εξωγήινη ζωή, οι αστρονόμοι εδώ και πολύ καιρό επικεντρώνουν την προσοχή τους σε άστρα όπως τον Ήλιο. Παρόλα αυτά, μια και τα πλανητικά συστήματα τα οποία μοιάζουν με το αντίστοιχο στο οποίο βρίσκεται η Γη είναι σπάνια, ξεκίνησαν να ερευνούν την πιθανότητα ότι η ζωή μπορεί επίσης να αναπτυχθεί σε αστρικά συστήματα τα οποία είναι πολύ διαφορετικά από αυτό της Γης.
Δυαδικά συστήματα
Οι τυπικές εκτιμήσεις συχνά θεωρούν πως το 50% ή περισσότερο όλων των αστρικών συστημάτων είναι διπλοί αστέρες. Αυτό μπορεί να οφείλεται σε σφάλμα της δειγματοληψίας της έρευνας εν μέρει, καθώς τα μεγαλύτερα και λαμπερότερα άστρα τείνουν να είναι σε συστήματα διπλών αστέρων, όπου είναι εύκολο να παρατηρηθούν λόγω του μεγέθους τους. Μια πιο λεπτομερής ανάλυση έχει προτείνει πως τα λιγότερο λαμπερά αστέρια είναι συνήθως μονά, και πως έως και τα 2/3 όλων των αστρικών συστημάτων είναι μονά.
Η απόσταση μεταξύ των άστρων ενός δυαδικού αστρικού συστήματος μπορεί να ποικίλλει από λιγότερο από μια αστρονομική μονάδα (AU, η μέση απόσταση μεταξύ Γης και Ήλιου), έως και αρκετές εκατοντάδες. Στη δεύτερη περίπτωση, η βαρυτική επίδραση είναι αμελητέα στους πλανήτες που διατηρούν τροχιά ένα κατά τα άλλα κατάλληλο άστρο, και η πιθανότητα κατοικησιμότητας δε θα επηρεαστεί εκτός και αν η τροχιά έχει υψηλή εκκεντρότητα. Ωστόσο, όταν η απόσταση μεταξύ των άστρων είναι σημαντικά μικρότερη, η επίτευξη μια σταθερής τροχιάς εμφανίζεται να μην είναι δυνατή. Αν η απόσταση ενός πλανήτη με το πρωτεύον άστρο του υπερβαίνει το περίπου 1/5 της κοντινότερης απόστασης από το άλλο άστρο, η επίτευξη τροχιακής σταθερότητας θα είναι αβέβαιη. Το κατά πόσο οι πλανήτες μπορούν επίσης να σχηματίσουν πλανητικά δυαδικά συστήματα δεν είναι ξεκάθαρο, μια και η επίδραση της βαρύτητας ενδεχομένως να εμποδίσει τον σχηματισμό των πλανητών. Οι γίγαντες αερίων, μπορούν να σχηματιστούν γύρω από άστρα δυαδικών συστημάτων, με τον ίδιο τρόπο που μπορούν και γύρω από τα μονά άστρα.
Μια μελέτη σχετικά με το Άλφα του Κενταύρου, το κοντινότερο αστρικό σύστημα στη Γη μετά τον Ήλιο, έδειξε πως οι διπλοί αστέρες δε χρειάζεται απαραίτητα να μη ληφθούν υπόψη στην αναζήτηση για κατοικήσιμους πλανήτες.[66] Ο Κένταυρος Α και Β έχουν ελάχιστη απόσταση 11 AU (23 AU μέση απόσταση), και είναι πιθανό να έχουν και οι δυο σταθερές κατοικήσιμες ζώνες. Η μακρόχρονη τροχιακή σταθερότητα για τους πλανήτες, στην εξομοίωση που έγινε για την μελέτη, έδειξε πως οι πλανήτες οι οποίοι βρίσκονται σε απόσταση περίπου 3 AU από οποιοδήποτε από τα άστρα έχουν τη δυνατότητα να παραμείνουν σταθεροί, δηλαδή ο ημιμεγάλος άξονας αποκλίνει λιγότερο από 5% κατά την διάρκεια 32.000 περιόδων του δυαδικού συστήματος. Η κατοικήσιμη ζώνη για τον Κενταύρου Α εκτιμάται συντηρητικά στις 1,2 με 1,3 AU, και αυτή του Κενταύρου Β στις 0,73 με 0,74—αρκετά μέσα στα όρια της σταθερής περιοχής και για τις δύο περιπτώσεις.
Συστήματα ερυθρών νάνων
Η εξακρίβωση της κατοικησιμότητας των ερυθρών νάνων θα μπορούσε να βοηθήσει στην εύρεση του πόσο κοινή είναι η ζωή στο σύμπαν, μια και τα άστρα αυτά αποτελούν το 70 με 90% όλων των άστρων στο Γαλαξία.
Μέγεθος
Οι αστρονόμοι για πολλά χρόνια απέκλειαν τους κόκκινους νάνους ως πιθανές εστίες για την ανάπτυξη ζωής. Το μικρό τους μέγεθος (από 0,1 έως 0,6 ηλιακές μάζες) σημαίνει πως οι πυρηνικές αντιδράσεις στο εσωτερικό τους συμβαίνουν με πολύ χαμηλό ρυθμό, και πως εκπέμπουν πολύ λίγο φως (από μόλις 3% του αντίστοιχου από αυτό που παράγει ο Ήλιος έως και ως μόνο 0,01%).
Έτσι, ο οποιοσδήποτε πλανήτης βρίσκεται σε τροχιά γύρω από ένα κόκκινο νάνο θα έπρεπε να βρίσκεται πάρα πολύ κοντά του ώστε να αναπτύξει θερμοκρασίες στην επιφάνεια του αντίστοιχες με αυτές της Γης, από 0,3 AU για ένα άστρο όπως το Lacaille 8760 (π.χ. περίπου όπως η τροχιά του Ερμή σε σχέση με τον Ήλιο), έως και 0,032 AU για ένα άστρο όπως τον Εγγύτατο του Κενταύρου, όπου σε ένα τέτοιο κόσμο το έτος θα διαρκούσε μόλις 6,3 ημέρες. Σε αυτές τις αποστάσεις η βαρύτητα του άστρου θα προκαλούσε παλιρροϊκό κλείδωμα, όπου η μια πλευρά του πλανήτη θα ήταν αιωνίως στραμμένη πως το άστρο, ενώ η άλλη θα βρισκόταν στη σκοτεινή πλευρά για πάντα. Ο μόνος τρόπος με τον οποίο θα μπορούσε πιθανώς να αναπτυχθεί η ζωή θα ήταν αν ο πλανήτης είχε αρκετά πυκνή ατμόσφαιρα ώστε να μεταφέρει τη θερμότητα του άστρου από τη φωτεινή στη σκοτεινή πλευρά. Ή εναλλακτικά, αν υπήρχε ένας γίγαντας αερίων στην κατοικήσιμη ζώνη του άστρου, με ένα κατοικήσιμο δορυφόρο, ο οποίος θα κλειδωνόταν στον πλανήτη αντί στο άστρο, επιτρέποντας έτσι μια πιο ενιαία διανομή της ηλιακής ακτινοβολίας στον πλανήτη. Ωστόσο μια τόσο πυκνή ατμόσφαιρα πιθανώς να δημιουργούσε άλλα προβλήματα, μιας και θα εμπόδιζε το ηλιακό φως από το να φτάσει στην επιφάνεια του πλανήτη, εμποδίζοντας έτσι τη φωτοσύνθεση.
Η απαισιοδοξία αυτή έχει ελαττωθεί με περαιτέρω αποτελέσματα που έχουν βρει οι έρευνες, και έχουν δείξει πως η ατμοσφαιρική πίεση ενός πλανήτη (υποθέτοντας πως περιέχει αέρια του θερμοκηπίου όπως CO2 και H2O) χρειάζεται να είναι μόλις 100 mbs, αριθμός που αντιστοιχεί στο 10% της ατμόσφαιρας της Γης, ώστε η θερμότητα του άστρου να είναι δυνατό να μεταφερθεί στη σκοτεινή πλευρά. Μια τέτοια περίπτωση εμπίπτει σαφώς εντός των ορίων τα οποία απαιτούνται για τη φωτοσύνθεση, αν και τα αποθέματα νερού θα παρέμεναν παγωμένα στην σκοτεινή πλευρά. Επίσης, το θαλασσινό νερό θα μπορούσε να κυκλοφορήσει αποτελεσματικά χωρίς να παγώνει, αν οι ωκεάνιες λεκάνες ήταν αρκετά βαθιές ώστε να επιτρέπουν την ύπαρξη υποθαλάσσιων ρευμάτων κάτω από τον παγωμένο φλοιό του ωκεανού. Επιπλέον έρευνες, οι οποίες παίρνουν υπόψιν τους και την ποσότητα της φωτοσυνθετικής ενεργής ακτινοβολίας, προτείνουν πως οι πλανήτες που βρίσκονται σε παλιρροϊκό κλείδωμα πιθανώς να είναι τουλάχιστο κατοικήσιμοι για ψηλά φυτά που θα μπορούσαν να αναπτυχθούν εκεί.
Άλλοι παράγοντες περιορισμού κατοικησιμότητας
Το μέγεθος δεν είναι ο μόνος παράγοντας ο οποίος αποτρέπει την ανάπτυξη ζωής γύρω από τους ερυθρούς νάνους. Σε ένα πλανήτη κοντά σε ένα τέτοιο άστρο, η φωτοσύνθεση στη σκοτεινή πλευρά θα ήταν αδύνατη μια και δε έβλεπε ποτέ τον ήλιο απευθείας. Στη φωτεινή πλευρά, μια και ο ήλιος ποτέ δεν θα έδυε ή θα ανέτειλε, οι πλευρές οι οποίες καλύπτονται από σκιές βουνών και άλλων υπερυψωμένων περιοχών θα παρέμεναν έτσι για πάντα. Η φωτοσύνθεση με τον τρόπο που γίνεται αντιληπτή σήμερα θα γινόταν ακόμη πιο περίπλοκη από το γεγονός ότι ένας κόκκινος νάνος παράγει το μεγαλύτερο μέρος της ακτινοβολίας ως υπέρυθρη, ενώ στη Γη η φωτοσύνθεση εξαρτάται από το ορατό φως.
Η δραστηριότητα του άστρου όπως ηλιακές κηλίδες ή οι ηλιακές εκλάμψεις αποτελούν ένα σημαντικό παράγοντα ως προς την ποσότητα και ένταση ακτινοβολίας που δέχονται οι πλανήτες του ηλιακού συστήματος. Στιγμιότυπο μαγνητοσκόπησης του Ήλιου, ΝΑΣΑ, 2015.
Υπάρχουν ωστόσο και θετικά ενδεχόμενα στο παραπάνω σενάριο. Πολλά οικοσυστήματα στη Γη στηρίζονται στη χημειοσύνθεση αντί στη φωτοσύνθεση, με την πρώτη να είναι δυνατή σε ένα ηλιακό σύστημα ενός κόκκινου νάνου. Μια στατική τοποθεσία του κύριου άστρου σε σχέση με τον πλανήτη, δε δημιουργεί ανάγκη για τα φυτά να στρέψουν τα φύλλα τους προς τον ήλιο, ούτε και να εναρμονιστούν με τις διάφορες εναλλαγές φωτεινότητας και σκιάς, ή να αλλάξουν την κατανάλωση ενέργειας τους από την απευθείας φωτοσύνθεση κατά τη διάρκεια της ημέρας στην κατανάλωση των αποθηκευμένων αποθεμάτων ενέργειας τους κατά τη διάρκεια της νύχτας. Λόγω της έλλειψης εναλλαγής μεταξύ ημέρας και νύχτας, συμπεριλαμβανομένου και του ασθενούς φωτός του πρωινού και του βραδιού, θα υπήρχε πολύ περισσότερη ενέργεια διαθέσιμη για τα επίπεδα ακτινοβολίας αυτά.
Οι ερυθροί νάνοι είναι πολύ πιο μεταβλητοί, ασταθείς και απρόβλεπτοι από ότι τα μεγαλύτερα άστρα. Συχνά είναι καλυμμένοι με ηλιακές κηλίδες οι οποίες μπορεί να ελαττώσουν τη φωτεινότητα έως και 40% για αρκετούς μήνες την κάθε φορά, ενώ σε άλλες περιπτώσεις εκπέμπουν γιγάντιες εκλάμψεις οι οποίες έχουν ως αποτέλεσμα η φωτεινότητα του άστρου να διπλασιαστεί μόλις μέσα σε λίγα λεπτά. Τέτοιες απότομες μεταβολές μπορούν να είναι πολύ επιζήμιες για τη ζωή, καθώς δε θα κατέστρεφαν μόνο τα σύνθετα οργανικά στοιχεία τα οποία θα μπορούσαν να αποτελέσουν τη βάση για πιο σύνθετους οργανισμούς, αλλά επίσης θα κατέστρεφαν σημαντικό ποσοστό της ατμόσφαιρας των πλανητών.
Για να είναι δυνατό ένας πλανήτης γύρω από ένα κόκκινο νάνο να αναπτύξει ζωή, απαιτείται να υπάρχει ένα ταχέως περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο ώστε να προστατευθεί από την ακτινοβολία των ηλιακών εκλάμψεων. Όμως οι πλανήτες που βρίσκονται σε παλιρροϊκό κλείδωμα περιστρέφονται πολύ αργά, και έτσι δε μπορούν να παράγουν το φαινόμενο του δυναμό στον πυρήνα τους.
Ωστόσο, η περίοδος των βίαιων εκλάμψεων ενός ερυθρού νάνου εκτιμάται πως διαρκεί μόνο κατά τα πρώτα 1,2 δισεκατομμύρια χρόνια της ύπαρξης του. Αν ένας πλανήτης σχηματιστεί αρκετά μακριά από ένα κόκκινο νάνο έτσι ώστε να αποφύγει το παλιρροϊκό κλείδωμα, και κατόπιν μετακινηθεί προς την κατοικήσιμη ζώνη του άστρου μετά το πέρας της αρχικής ταραχώδους περιόδου των εκλάμψεων, είναι πιθανό πως η ζωή μπορεί να έχει μια ευκαιρία να αναπτυχθεί.
Διάρκεια ύπαρξης
Πέρα από όλες τις δυσκολίες, υπάρχει ένα μεγάλο πλεονέκτημα το οποίο οι ερυθροί νάνοι έχουν έναντι των άλλων μεγαλύτερων άστρων για την ανάπτυξη ζωής, μια και έχουν πάρα πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής. Για παράδειγμα, πέρασαν 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν εμφανιστεί η ανθρωπότητα στη Γη, και οι συνθήκες για την υποστήριξη ζωής θα συνεχιστούν για ακόμη 1 με 2,3 δισεκατομμύρια έτη ακόμα. Όμως οι ερυθροί νάνοι, μπορούν να υπάρξουν για τρισεκατομμύρια χρόνια μια και οι πυρηνικές αντιδράσεις στο εσωτερικό τους συμβαίνουν πολύ πιο αργά σε σχέση με τα μεγαλύτερα άστρα, δίνοντας έτσι πολύ περισσότερο χρόνο έτσι στην ευκαιρία για εμφάνιση και ανάπτυξη ζωής.
Ενώ οι πιθανότητες εύρεσης ενός πλανήτη στην κατοικήσιμη ζώνη γύρω από κάποιον ερυθρό νάνο είναι ελάχιστες, το συνδυασμένο σύνολο των διαθέσιμων κατοικήσιμων ζωνών γύρω από όλους τους ερυθρούς νάνους ισούται με το σύνολο των διαθέσιμων κατοικήσιμων ζωνών γύρω από όλα τα άλλα άστρα, μιας και οι ερυθροί νάνοι είναι εξαιρετικά πολυάριθμοι. Επίσης, οι κατοικήσιμες ζώνες των ερυθρών νάνων διαρκούν περισσότερο λόγω της μεγάλης μακροβιότητας των άστρων αυτών.
Υπερμεγέθεις αστέρες
Τα πολύ μεγάλα άστρα, μεγαλύτερα από 100 ηλιακές μάζες, θα μπορούσαν να έχουν εκατοντάδες πλανήτες παρομοίου μεγέθους με τον Ερμή εντός της κατοικήσιμης ζώνης τους. Τέτοια συστήματα θα μπορούσαν επίσης να περιέχουν καφέ νάνους και άστρα χαμηλής μάζας (~0,1-0,3 ηλιακές μάζες). Όμως η πολύ χαμηλή διάρκεια ζωής άστρων που έχουν λίγες ηλιακές μάζες μετά βίας θα άφηνε χρόνο για ένα πλανήτη να ψυχρανθεί, πόσο μάλλον να υπάρξει ο χρόνος για να αναπτυχθεί μια σταθερή βιόσφαιρα. Τα υπερμεγέθη άστρα επομένως αποκλείονται ως πιθανές εστίες ζωής.
Ωστόσο, ένας υπερμεγέθης αστέρας θα μπορούσε να γίνει ο προπομπός της εμφάνισης ζωής, με την υπερκαινοφανή έκρηξη του στο κεντρικό μέρος του ηλιακού συστήματος. Η έκρηξη θα διασκόρπιζε τα βαρέα υλικά στις εγγύς περιοχές του, τα οποία είχαν δημιουργηθεί κατά τη φάση της δημιουργίας του άστρου, και τα ηλιακά συστήματα με τα άστρα χαμηλής μάζας θα ωφελούνταν από την άφθονη προμήθεια των υλικών αυτών. Η υπόθεση αυτή δεν εξασφαλίζει τίποτα όμως σχετικά με το τι είδους πλανήτες θα σχηματίζονταν ή ποια θα ήταν η καταλληλότητα τους για κατοικησιμότητα.
Η γαλαξιακή γειτονιά
Μαζί με τα χαρακτηριστικά των πλανητών και των αστρικών συστημάτων τους, το ευρύτερο γαλαξιακό περιβάλλον μπορεί επίσης να επηρεάσει την κατοικησιμότητα. Οι επιστήμονες σκέφτηκαν το ενδεχόμενο πως κάποιες περιοχές των γαλαξιών είναι περισσότερο κατάλληλες για ανάπτυξη ζωής από ότι κάποιες άλλες, με το ηλιακό σύστημα στο οποίο βρίσκεται η Γη, στο άκρο του Ωρίωνα (Orion Spur), στην άκρη του Γαλαξία να θεωρείται ως ένα ευνοϊκό σημείο για τη ζωή μια και:
δεν βρίσκεται μέσα σε ένα σφαιρωτό σμήνος όπου οι τεράστιες πυκνότητες των άστρων είναι εχθρικές προς τη ζωή, εκπέμπουν υπερβολική ακτινοβολία και έχουν βαρυτικές διαταράξεις. Τα σφαιρωτά σμήνη επίσης αποτελούνται κυρίως από παλαιότερα, ενδεχομένως φτωχά σε μέταλλα, άστρα. Επιπλέον, στα σμήνη αυτά, οι μεγάλες ηλικίες των άστρων θα σήμαινε πως θα υπήρχαν πολλές αλλαγές κατά τη διάρκεια της ζωής τους, όπου και λόγω της κοντινής απόστασης τους οι αλλαγές αυτές θα επιδρούσαν συνδυαστικά και θα προκαλούσαν σοβαρές ζημιές στη ζωή των πλανητών γύρω τους, αν οι πλανήτες είχαν καταφέρει να σχηματιστούν εξ αρχής.
δεν βρίσκεται κοντά σε ενεργή πηγή ακτίνων γ
δεν βρίσκεται κοντά σε κέντρο γαλαξιών, όπου οι πυκνότητες των άστρων αυξάνουν την πιθανότητα για ύπαρξη ιονισμένης ακτινοβολίας (π.χ. από μάγναστρα και υπερκαινοφανείς). Στο κέντρο του Γαλαξία θεωρείται πως υπάρχει μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα η οποία αποτελεί κίνδυνο για τα κοντινά σώματα.
η κυκλική τροχιά του Ήλιου, γύρω από το κέντρο του γαλαξία, τον κρατάει εκτός των άκρων του γαλαξία, όπου η έντονη ακτινοβολία και βαρυτικές δυνάμεις θα οδηγούσαν σε διαταραχές.
Επομένως, η σχετική απομόνωση είναι βασικό χαρακτηριστικό των συστημάτων που υποστηρίζουν ζωή. Αν ο Ήλιος ήταν συνωστισμένος ανάμεσα σε άλλα συστήματα, η πιθανότητα να βρίσκεται κοντά σε επικίνδυνες πηγές ακτινοβολίας θα ήταν πολύ μεγάλη. Επίσης, τα άλλα κοντινά αστρικά σώματα θα μπορούσαν να διαταράξουν την σταθερότητα άλλων σωμάτων που βρίσκονται σε τροχιά, όπως αντικείμενα από το νέφος του Όορτ και τη ζώνη του Κάιπερ, τα οποία θα έφερναν την καταστροφή αν χτυπούσαν το εσωτερικό Ηλιακό σύστημα.
Ενώ η συσσώρευση πολλών άστρων είναι μειονεκτική για τη ζωή, το ίδιο συμβαίνει και με την ακραία απομόνωση. Ένα άστρο με αφθονία μετάλλων όση και ο Ήλιος, δε θα είχε καταφέρει να σχηματιστεί στις εσχατιές του Γαλαξία όπου υπάρχει μείωση της διαθεσιμότητας των μετάλλων καθώς και γενική απουσία σχηματισμού άστρων. Έτσι μια τοποθεσία στα περίχωρα του Γαλαξία είναι προτιμότερη από το κέντρο ή τα έσχατα άκρα του, ως προς το ενδεχόμενο κατοικησιμότητας.
Άλλες εκτιμήσεις
Εναλλακτική βιοχημεία
Ενώ οι περισσότερες έρευνες για την εξωγήινη ζωή ξεκινούν με την υπόθεση πως οι ανεπτυγμένες μορφές ζωής πρέπει να έχουν παρόμοιες απαιτήσεις με τη ζωή στη Γη, η υπόθεση για άλλες μορφές βιοχημείας ανοίγουν την πιθανότητα να υπάρχει ζωή η οποία εξελίσσεται γύρω από ένα διαφορετικό τύπο μεταβολικού μηχανισμού. Βάσει της υπόθεσης της Σπάνιας Γης, οι πλανήτες σαν τη Γη μπορεί να είναι πολύ σπάνιοι, αλλά η ύπαρξη ζωής που δε στηρίζεται σε μορφές άνθρακα θα μπορούσε να εμφανιστεί σε άλλα περιβάλλοντα. Η πιο συχνά αναφερόμενη εναλλακτική βιοχημεία αναφέρεται στη ζωή με βάση το πυρίτιο αντί για άνθρακα, ενώ η αμμωνία μερικές φορές προτείνεται ως εναλλακτικό διάλυμα αντί για το νερό.
Υπάρχουν ακόμη διαφορετικές ιδέες οι οποίες επικεντρώνονται σε σώματα τα οποία είναι ολότελα διαφορετικά από πλανήτες σαν τη Γη. Ο αστρονόμος Φρανκ Ντρέικ, γνωστός για την εξίσωση του Ντρέικ και υποστηρικτής της έρευνας για την εξωγήινη ζωή, φαντάστηκε πως θα ήταν η ζωή σε ένα αστέρα νετρονίων, όπου μικροσκοπικά πυρηνικά μόρια θα συνδυάζονταν για να δημιουργήσουν πλάσματα τα οποία θα είχαν ένα κύκλο ζωής εκατομμύρια φορές συντομότερο από ότι η ζωή στη Γη, με την ιδέα αυτή να χαρακτηρίζεται ευφάνταστη και διασκεδαστική και να οδηγεί σε αναπαραστάσεις βγαλμένες από την επιστημονική φαντασία. Ο Καρλ Σάγκαν, ένας άλλος διάσημος επιστήμονας ο οποίος υποστήριζε σθεναρά την αναζήτηση για εξωγήινη ζωή, σε μια μελέτη του 1976 θεώρησε την πιθανότητα πως μπορεί να υπάρχουν οργανισμοί στον Δία οι οποίοι επιζούν στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιράς του.
Κατάλληλοι γίγαντες αερίων
Οι γίγαντες αερίων όπως ο Δίας, οι οποίοι διατηρούν τις κυκλικές τροχιές τους αρκετά μακριά από την κατοικήσιμη ζώνη έτσι ώστε να μη τη διαταράσσουν αλλά και αρκετά κοντά ώστε να προστατεύουν τους βραχώδεις πλανήτες οι οποίοι βρίσκονται πιο κοντά στο άστρο, είναι επίσης σημαντικοί. Πρώτα από όλα, βοηθούν στη σταθερότητα των τροχιών των πλανητών και επομένως και του κλίματός τους. Κατά δεύτερο λόγο, κρατούν το εσωτερικό ηλιακό σύστημα σχετικά καθαρό από κομήτες και αστεροειδείς οι οποίοι θα μπορούσαν να προκαλέσουν μεγάλες καταστροφές. Η τροχιά του Δία βρίσκεται σε απόσταση από τον Ήλιο 5 φορές μεγαλύτερη από ότι η απόσταση της Γης από τον Ήλιο. Αυτή είναι πρακτικώς και η κατάλληλη απόσταση στην οποία θα αναμενόταν να βρεθούν κατάλληλοι γίγαντες αερίων σε άλλα ηλιακά συστήματα. Η χρησιμότητα του Δια φάνηκε με εντυπωσιακό τρόπο το 1994 όταν ο κομήτης Σουμέηκερ-Λέβυ προσέκρουσε πάνω του. Αν η βαρύτητα του Δία δεν είχε τραβήξει τον κομήτη αυτός θα συνέχιζε την πορεία του προς το εσωτερικό ηλιακό σύστημα.
Ωστόσο τα πράγματα δεν είναι και τόσο απλά, μιας και περαιτέρω έρευνες έδειξαν πως ο ρόλος του Δία στον καθορισμό του ρυθμού με τον οποίο τα διάφορα ουράνια σώματα όπως κομήτες και αστεροειδείς προσκρούουν στη Γη, είναι πολύ πιο περίπλοκος από ότι αρχικά είχε υποτεθεί. Ενώ είναι αλήθεια πως λειτουργεί ως ασπίδα έναντι στους κομήτες οι οποίοι έχουν μακρά περίοδο επανεμφάνισης (και έχουν μικρή μόνο πιθανότητα πρόσκρουσης με τη Γη), αντίθετα φαίνεται να αυξάνει τον ρυθμό με τον οποίο αστεροειδείς και κομήτες με μικρή περίοδο επανεμφάνισης κατευθύνονται προς τη Γη. Αν η επίδραση του Δία απουσίαζε, είναι πιθανό πως η Γη θα είχε σημαντικά λιγότερες προσκρούσεις ουράνιων αντικειμένων. Βάσει αυτής της παρατήρησης, η παρουσία αερίων γιγάντων δεν αποτελεί προϋπόθεση για πλανητική κατοικησιμότητα, και έτσι ίσως είναι καλύτερα η αναζήτηση για ζωή εκτός του ηλιακού συστήματος της Γης να επικεντρώνεται σε συστήματα όπου δεν υπάρχουν γίγαντες αερίων μια και θα υπάρχουν λιγότερα ουράνια σώματα τα οποία πιθανώς να απειλήσουν τους πλανήτες όπου μπορεί να αναπτυχθεί ζωή.
Ο ρόλος του Δία στην πρώιμη ιστορία του Ηλιακού συστήματος είναι κάπως καλύτερα εξακριβωμένος, χωρίς πολλές διαφωνίες μεταξύ των ειδικών. Στις αρχές του Ηλιακού συστήματος, εκτιμάται πως ο Δίας διαδραμάτισε σημαντικό ρόλο στην ενυδάτωση της Γης, μια και αύξησε την εκκεντρότητα της τροχιάς της ζώνης αστεροειδών και έτσι έκανε πολλούς από τους αστεροειδείς να διασταυρωθούν με την τροχιά της Γης και να την προμηθεύσουν με σημαντικά στοιχεία όπως νερό σε μορφή πάγου. Πριν η Γη αποκτήσει τον μισό από τον τωρινό όγκο της, τα παγωμένα ουράνια σώματα από την περιοχή του Δία και του Κρόνου καθώς και μικρότερα σώματα από τη ζώνη των αστεροειδών προμήθευσαν τον πλανήτη με νερό. Έτσι οι αέριοι γίγαντες πέρα από τον ρόλο τους ως προστάτες, ήταν κάποτε οι ιθύνοντες για την προμήθεια των απαραίτητων συστατικών για την κατοικησιμότητα της Γης.
Σε αντίθεση, οι γίγαντες αερίων οι οποίοι διατηρούν τροχιά πολύ κοντά στην κατοικήσιμη ζώνη αλλά δε βρίσκονται εντός της (όπως ο 47 Ursae Majoris), ή έχουν μια υψηλή ελλειπτική τροχιά η οποία διασταυρώνεται με την κατοικήσιμη ζώνη (όπως ο 16 Cygni B), κάνουν πολύ δύσκολες τις συνθήκες για την ανάπτυξη ενός πλανήτη παρόμοιου με τη Γη εντός αυτού του υποθετικού ηλιακού συστήματος. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία της μετακίνησής του προς την κατοικήσιμη ζώνη, ένας γίγαντας αερίων με το μέγεθος του Δία ενδεχομένως να κλειδώσει ένα βραχώδη πλανήτη ως φυσικό δορυφόρο του. Ακόμη και αν ένας τέτοιος πλανήτης είναι αρχικά χαλαρά κλειδωμένος και ακολουθεί μια ισχυρή κεκλιμένη τροχιά, οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις με το άστρο του ηλιακού συστήματος μπορούν να τον σταθεροποιήσουν ως δορυφόρο σε μια κοντινή και κυκλική τροχιά με τον γίγαντα αερίων η οποία έχει κοινά χαρακτηριστικά με την τροχιά του πλανήτη γύρω από το άστρο.
Υπάρχει επίσης θεωρία σύμφωνα με την οποία κάποιοι γίγαντες αερίων μπορούν να μετατραπούν σε βραχώδεις πλανήτες, όπως ενδεχομένως να συμβεί στο μέλλον με τον Ποσειδώνα.
Ο αντίκτυπος της ζωής στην κατοικησιμότητα
Συμπληρωματική με τους παράγοντες που επηρεάζουν την εμφάνιση της ζωής, είναι η ιδέα πως η ίδια η ζωή, όταν εμφανιστεί, αποτελεί παράγοντα κατοικησιμότητας από μόνη της. Για παράδειγμα, στη Γη η παραγωγή του οξυγόνου ξεκίνησε από τα αρχαία κυανοβακτήρια, και κατόπιν από τα φυτά που κάνουν φωτοσύνθεση, οδηγώντας έτσι σε δραστική αλλαγή της σύνθεσης της γήινης ατμόσφαιρας. Το οξυγόνο αργότερα υπήρξε καταλυτικός παράγοντας για την ανάπτυξη των ειδών των ζώων. Η υπόθεση της Γαίας είναι μια ομάδα επιστημονικών θεωριών σχετικά με την γεωβιόσφαιρα, η οποία αναπτύχθηκε από τον Τζέιμς Λάβλοκ το 1975, και υποστηρίζει πως η ζωή ως συλλογική οντότητα καλλιεργεί και συντηρεί τις κατάλληλες συνθήκες στο περιβάλλον έτσι ώστε να οδηγεί στη δημιουργία ενός πλανητικού περιβάλλοντος το οποίο θα είναι κατάλληλο για την επιβίωση της. Παρομοίως, μετά τον Λάβλοκ υπήρξαν και άλλες θεωρείς οι οποίες υποστηρίζουν την υπόθεση περί ζωντανών κόσμων όπου η κατανόηση για το τι συνιστά κατοικησιμότητα δε μπορεί να διαχωριστεί από την ίδια τη ζωή σε ένα πλανήτη. Οι πλανήτες οι οποίοι είναι γεωλογικά και μετεωρολογικά ενεργοί είναι πολύ πιο πιθανό να είναι και βιολογικά ενεργοί έτσι ώστε ο πλανήτης και η ζωή πάνω του να εξελίσσονται παράλληλα.
Οι πιο κατοικήσιμοι πλανήτες
1) Kepler-186 f: Ήταν ο πρώτος εξωπλανήτης μεγέθους αντίστοιχου της Γης που βρέθηκε στην κατοικήσιμη ζώνη. Βρίσκεται στον αστερισμό του Κύκνου, 490 έτη φωτός μακριά.
2) Κ2-72 e: Ανακαλύφθηκε το 2016. Βρίσκεται σε τροχιά γύρω από το K2-72 στον αστερισμό του Υδροχόου και είναι σε απόσταση 217 ετών φωτός από τη Γη.
3) Teagarden’s Star b: Ανακαλύφθηκε το 2019 και είναι ένα είδους πλανήτη που αποκαλείται «σούπερ-Γη». Το σύστημα αυτό βρίσκεται σε απόσταση «μόλις» 12,5 ετών φωτός.
4) Teagarden’s Star c: Ανακαλύφθηκε μαζί με τον προηγούμενο το 2019 και είναι άλλη μια υποψήφια βραχώδης «σούπερ-Γη».
5) Εγγύτατος Κενταύρου b (Proxima Centauri b): Βρίσκεται ακόμα πιο κοντά, σε τροχιά γύρω από τον Εγγύτατο Κενταύρου, 4,22 έτη φωτός μακριά. Η ανακάλυψή του είχε ανακοινωθεί το 2016.
6) TRAPPIST-1 d: Η ανακάλυψη του άστρου TRAPPIST-1 έγινε το 1999, και ακολούθησαν τρεις ανακαλύψεις των εξωπλανητών σε τροχιά γύρω του το 2016. Το αστρικό αυτό σύστημα είναι σε απόσταση 40 ετών φωτός από τη Γη. Ο TRAPPIST-1 d ίσως να έχει έναν δακτύλιο νερού γύρω από τον ισημερινό του.
7) TRAPPIST-1 f: Άλλος ένας από τους πλανήτες σε τροχιά γύρω από το άστρο αυτό.
8) ΤRAPPIST-1 e: Θεωρείται πως ίσως να έχει πυρήνα σιδήρου, και ως εκ τούτου προστατευτική μαγνητόσφαιρα.
9) TRAPPIST-1 g: Ο μεγαλύτερος από τους εξωπλανήτες του άστρου, ο TRAPPIST-1 g θεωρείται ότι έχει ατμόσφαιρα που δεν είναι πλούσια σε υδρογόνο, που υποδεικνύει ότι εξελίχθηκε ανά το πέρασμα εκατομμυρίων ετών. Επίσης, θεωρείται ότι είναι βραχώδης.
10) GJ 1061 c: Ένας από τους τρεις εξωπλανήτες σε τροχιά γύρω από τον κόκκινο νάνο Gliese 1061, σε απόσταση περίπου 12 ετών φωτός από τη Γη.
11) GJ 1061 d: Άλλος ένας πλανήτης γύρω από το ίδιο άστρο, στον αστερισμό του Ωρολογίου.
12) GJ 667C e: Βρίσκεται γύρω από το άστρο GJ 667C, που δεν είναι ορατό από τη Γη και είναι σε απόσταση 22 ετών φωτός.
13) GJ 667C f: Έχει μάζα 2,7 φορές αυτή της Γης.
14) GJ 273 b: Είναι σε απόσταση 12 ετών φωτός και έχει μάζα 2,89 φορές αυτή της Γης.
15) Wolf 1061 c: Με μάζα 3,41 φορές αυτή της Γης, είναι σε απόσταση 14 ετών φωτός από εμάς, σε τροχιά γύρω από ένα άστρο τύπου Μ.
16) GJ 667C c: Είναι άλλος ένας από τους έξι εξωπλανήτες γύρω από τον G 667C, σε απόσταση 22 ετών φωτός, με μάζα 3,8 φορές αυτή της Γης. Ανακαλύφθηκε το 2011.
17) GJ 3323 b: Μια «σούπερ Γη» με μάζα 2,02 φορές αυτή της Γης, σε απόσταση 17 ετών φωτός.
18) Ταυ Κήτους f (Tau Ceti f): Ένας εξωπλανήτης- «σούπερ Γη» σε τροχιά γύρω από ένα άστρο τύπου G, σε απόσταση 12 ετών φωτός, με μάζα 3,93 φορές αυτή της Γης.
19) Ταυ Κήτους e: Μάζας επίσης 3,93 φορές αυτής της Γης.
20) Kepler- 62 f: Είναι σε τροχιά γύρω από τον Kepler 62, περίπου 1.200 έτη φωτός από τη Γη. Θεωρείται πως είναι ένας «υδάτινος κόσμος» σαν τη Γη, με μέγεθος 1,4 φορές αυτό του πλανήτη μας.
21) Kepler-442 b: Σε απόσταση 1.206 ετών φωτός, πρόκειται για έναν βραχώδη κόσμο με μάζα 2,36 φορές αυτή της Γης.
22) Kepler-1229 b: Σε τροχιά γύρω από ένα άστρο τύπου Κ, είναι σε απόσταση 770 ετών φωτός.
23) ΤΟΙ 700 d: O νεότερος της «παρέας», που ανακαλύφθηκε πρόσφατα από το TESS της NASA. Έχει μάζα 2,6 φορές αυτή της Γης και είναι σε απόσταση 101,5 ετών φωτός.
Πηγές: el.wikipedia.org
Ζωή στο Σύμπαν
Όταν το 1584 ο καθολικός ιερέας και στοχαστής Giordano Bruno (1548–1600) υποστήριζε ότι υπάρχουν αμέτρητοι ήλιοι και πλανήτες, δεν θα μπορούσε ποτέ να φανταστεί ότι 400 χρόνια αργότερα αυτή ακριβώς η σκέψη του θα αποδεικνυόταν αληθινή.
Αν και αυτή η αιρετική, για την εποχή της, άποψη ήταν ο ένας από τους λόγους που τον οδήγησε 16 χρόνια αργότερα στην πυρά, σήμερα την θεωρούμε αυτονόητη. Καθημερινά, εξάλλου, ανακαλύπτουμε διαρκώς νέους πλανήτες γύρω από άλλα άστρα.
Θα μπορούσαν κάποιοι απ’ αυτούς να φιλοξενούν μορφές ζωής; Ακόμη περισσότερο, υπάρχει και αλλού στο Σύμπαν ζωή με νοημοσύνη; Αυτό, διαχρονικά, είναι ένα από τα μεγαλύτερα φιλοσοφικά και επιστημονικά ερωτήματα που έθεσε ποτέ ο άνθρωπος, το οποίο ως τώρα παραμένει αναπάντητο. Για πρώτη, όμως, φορά στην ανθρώπινη ιστορία διαθέτουμε τις γνώσεις και την τεχνολογική δυνατότητα, που θα μας επιτρέψουν να το απαντήσουμε (φωτογρ. NASA/JPL-Caltech).
Πώς, όμως, μπορούμε να αποδείξουμε ότι υπάρχει ζωή και σε άλλους πλανήτες; Βασισμένοι στις έως τώρα επιστημονικές και τεχνολογικές μας γνώσεις, μπορούμε να αποφανθούμε για τις πιθανότητες ύπαρξης ζωής στην επιφάνεια ενός εξωπλανήτη, λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι η ζωή έχει την ιδιότητα να μεταβάλλει την χημεία της ατμόσφαιράς του, όπως ακριβώς η ζωή στην Γη συνεχίζει να μεταβάλλει την γήινη ατμόσφαιρα, εμπλουτίζοντάς την διαρκώς με οξυγόνο.
Αναλύοντας, λοιπόν, το φάσμα της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη, αναζητούμε «βιοϋπογραφές», δηλαδή συγκεκριμένες χημικές ενώσεις, οι οποίες θα είχαν μικρή πιθανότητα να οφείλονται σε μη βιολογικές διεργασίες. Υπ’ αυτήν την έννοια, όμως, δεν μπορούμε να μιλάμε για «αποδείξεις», αλλά μόνο για σοβαρές ενδείξεις.
Η ανάλυση, λοιπόν, της ακτινοβολίας του άστρου που διέρχεται από την ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη μπορεί να μας προσδιορίσει τα αέρια που εμπεριέχει. Με βάση τα όσα γνωρίζουμε για την ζωή στην Γη, η σπουδαιότερη ίσως «βιοϋπογραφή» είναι το οξυγόνο, ενώ άλλες πιθανές βιοϋπογραφές είναι το όζον (μόριο που εμπεριέχει 3 άτομα οξυγόνου), το άζωτο, το μεθάνιο, το οξείδιο του αζώτου και το διοξείδιο του άνθρακα.
Η ανακάλυψη, πάντως, ενός εξωπλανήτη που θα μπορούσε να φιλοξενεί ζωή, δεν ισοδυναμεί με την ανακάλυψη ενός εξωπλανήτη που όντως φιλοξενεί ζωή. Εκτός αυτού, η ανακάλυψη βιοϋπογραφών δεν απαντά στο ερώτημα της ύπαρξης πιο σύνθετων μορφών ζωής.
Σύμφωνα, ωστόσο, με τα όσα γνωρίζουμε για την ζωή στην Γη, οι πιο σύνθετοι οργανισμοί εξελίχθηκαν από απλούστερους. Μπορούμε, λοιπόν, να υποθέσουμε ότι η ζωή θα ακολουθούσε παρόμοια εξελικτική πορεία και σε άλλους πλανήτες που μοιάζουν με τον δικό μας.
Εάν, όμως, η ζωή έχει όντως εμφανιστεί και αλλού στο Σύμπαν, μπορούμε άραγε να ισχυριστούμε το ίδιο και για μορφές ζωής που έχουν αναπτύξει νοημοσύνη; Με άλλα λόγια υπάρχουν άλλοι εξωγήινοι πολιτισμοί στον Γαλαξία μας;
Ο πρώτος επιστήμονας που προσπάθησε να απαντήσει σ’ αυτό το ερώτημα ήταν ο αστρονόμος Frank Drake (1930–), ο οποίος επινόησε το 1961 μία εξίσωση, που έκτοτε φέρει το όνομά του, με την οποία μπορεί να εκτιμηθεί ο αριθμός των εξωγήινων πολιτισμών του Γαλαξία μας, που έχουν αναπτύξει τεχνολογία διαστρικής επικοινωνίας. Πρόκειται ουσιαστικά για μια άσκηση πιθανοτήτων, σύμφωνα με την οποία ο αριθμός των εξωγήινων πολιτισμών του Γαλαξία μας που θα μπορούσαν να επικοινωνήσουν μαζί μας, ισούται με το γινόμενο 7 παραγόντων:
i. τον μέσο ρυθμό σχηματισμού των άστρων του Γαλαξία μας ανά έτος,
ii. το ποσοστό των άστρων που διαθέτουν πλανήτες,
iii. τον μέσο αριθμό των πλανητών του κάθε αστρικού συστήματος, που έχουν συνθήκες ευνοϊκές για την ζωή,
iv. από τους πλανήτες του (iii) το ποσοστό εκείνων των πλανητών, στους οποίους θα αναπτυχθεί τελικά η ζωή,
v. το ποσοστό απ’ αυτούς, όπου η ζωή αναπτύσσει τελικά νοημοσύνη,
vi. από το ποσοστό των πλανητών (v), το ποσοστό εκείνων, στους οποίους η εξωγήινη νοημοσύνη αναπτύσσει πολιτισμό και τεχνολογία ικανή για διαστρική επικοινωνία,
vii. το χρονικό διάστημα στο οποίο αυτοί οι εξωγήινοι πολιτισμοί παραμένουν τεχνολογικά ενεργοί.
Η αλήθεια είναι ότι δεν γνωρίζουμε κανέναν από τους παράγοντες αυτής της εξίσωσης με ακρίβεια και προς το παρόν μόνο εκτιμήσεις μπορούμε να κάνουμε, ενώ όσο πηγαίνουμε από τον πρώτο προς τον τελευταίο παράγοντα, η ακρίβεια των εκτιμήσεών μας μειώνεται όλο και περισσότερο.
Πραγματικά, όσο προοδεύει η αστρονομική έρευνα, τόσο περισσότερο θα βελτιώνονται και οι εκτιμήσεις μας για τον αριθμό των πλανητών του Γαλαξία μας που είναι ικανοί να υποστηρίξουν την ζωή. Οι τελευταίοι τέσσερεις παράγοντες της εξίσωσης ωστόσο παραμένουν εν πολλοίς άγνωστοι.
Δεδομένης, όμως, της ανακάλυψης των ακραιόφιλων οργανισμών, οι οποίοι επιβιώνουν σε ορισμένες από τις πιο ακραίες συνθήκες του πλανήτη μας, η πιθανότητα να έχουν εμφανιστεί μορφές ζωής και σε άλλους εξωπλανήτες δεν μπορεί σε καμία περίπτωση να αποκλειστεί.
Πόσο πιθανό, όμως, είναι η ζωή που θα εμφανιστεί σ’ έναν εξωπλανήτη να εξελιχτεί σε ζωή με νοημοσύνη; Παρόλο που δεν γνωρίζουμε ακόμη την απάντηση, αρκετοί επιστήμονες θεωρούν ότι από την στιγμή που θα εμφανιστεί η ζωή, η εξέλιξή της σε ζωή με νοημοσύνη είναι σχεδόν αναπόφευκτη, υπό την προϋπόθεση φυσικά ότι δεν θα καταστραφεί εν τω μεταξύ από φυσικές ή άλλες καταστροφές.
Οι δύο τελευταίοι παράγοντες της Εξίσωσης Drake είναι και οι πιο δύσκολοι να υπολογιστούν, αφού τόσο η εξέλιξη ενός τεχνολογικού πολιτισμού, όσο και η διάρκεια της ζωής του εξαρτώνται από πολλούς διαφορετικούς παράγοντες, η εκτίμηση των οποίων είναι ιδιαίτερα δύσκολη.
Επιπλέον, εάν αναλογιστούμε πόσο δυσκολευόμαστε να κατανοήσουμε και να προβλέψουμε το πώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους οι ανθρώπινες κοινωνίες, μπορούμε να φανταστούμε πόσο πιο δύσκολο είναι να κάνουμε κάτι αντίστοιχο για έναν εξωγήινο πολιτισμό.
Για να το θέσουμε διαφορετικά, προσπαθούμε να απαντήσουμε σε ένα σύνθετο πρόβλημα (δηλαδή το πώς αναπτύσσεται ένας εξωγήινος πολιτισμός, τι πιθανότητες έχει να αναπτύξει τεχνολογία διαστρικής επικοινωνίας και για πόσο χρονικό διάστημα θα μπορεί να την χρησιμοποιεί), το οποίο όμως δεν έχει ουσιαστικά κανένα δεδομένο για επεξεργασία (αφού ο μοναδικός πολιτισμός που γνωρίζουμε είναι ο δικός μας).
Ενδεχομένως κάθε επιστήμονας θα σας δώσει και μια διαφορετική εκτίμηση για τον αριθμό των εξωγήινων πολιτισμών του Γαλαξία μας. Εάν, όμως, όντως υπάρχουν πολλοί εξωγήινοι πολιτισμοί, γιατί δεν μας έχουν επισκεφτεί μέχρι σήμερα; Δεδομένων των τεράστιων αποστάσεων μεταξύ των άστρων του Γαλαξία μας και δεδομένου ότι τα διαστρικά ταξίδια περιορίζονται από την ταχύτητα του φωτός, αυτό εκ πρώτης δεν είναι τόσο παράξενο.
Εάν όμως, λάβουμε υπόψη μας το μέγεθος και την ηλικία του Γαλαξία μας, μπορούμε να υποθέσουμε βάσιμα ότι ένας εξωγήινος πολιτισμός δεκάδων εκατομμυρίων ετών θα είχε άπλετο χρόνο, ώστε να ταξιδέψει παντού στον Γαλαξία μας, ακόμη και με τις πιο συμβατικές μεθόδους προώθησης, που περιορίζουν την ταχύτητα των διαστρικών ταξιδιών σε επίπεδα πολύ μικρότερα από την ταχύτητα του φωτός. Στην χειρότερη περίπτωση, θα έπρεπε να έχουμε ανιχνεύσει κάποια ραδιοσήματα αυτού του πολιτισμού.
Εάν, μάλιστα, κρίνουμε από την «ανάγκη» για εξερεύνηση που χαρακτηρίζει το ανθρώπινο είδος, για να μην αναφερθούμε στις επεκτατικές του διαθέσεις, είναι λογικό να υποθέσουμε ότι ένας τέτοιος πολιτισμός θα είχε επισκεφτεί και ενδεχομένως αποικήσει και άλλους πλανήτες, συμπεριλαμβανομένου ίσως και του πλανήτη μας. Επομένως, τίθεται το ερώτημα: εάν υπάρχουν εξωγήινοι πολιτισμοί, πού βρίσκονται και γιατί δεν έχουμε έρθει σε επαφή μαζί τους; Το ερώτημα αυτό τέθηκε για πρώτη φορά από τον Ιταλό φυσικό Enrico Fermi (1901–1954) και είναι γνωστό έκτοτε ως το Παράδοξο του Fermi.
Μία απάντηση είναι ότι, ενώ η ζωή σε άλλους εξωπλανήτες είναι πιθανή, η ζωή με νοημοσύνη είναι εξαιρετικά σπάνια. Άλλες πιθανές απαντήσεις εστιάζουν στις τεράστιες αποστάσεις μεταξύ διαφορετικών εξωγήινων πολιτισμών, στο γεγονός ότι η διασπορά ενός πολιτισμού είναι απαγορευτική, τόσο από πλευράς κόστους, όσο και από πλευράς τεχνολογίας και πρώτων υλών, ακόμη και στο ότι τέτοιοι πολιτισμοί συνειδητά αποφασίζουν να παραμείνουν απομονωμένοι, θεωρώντας ότι η πιθανή επαφή τους με άλλους ενέχει μεγάλους κινδύνους για την επιβίωσή τους.
Κάποιοι άλλοι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι δεν είμαστε ίσως αρκετά έξυπνοι ακόμα ώστε να αποκρυπτογραφήσουμε τα μηνύματα που μας έχουν ήδη στείλει, ενώ κάποιοι άλλοι θεωρούν ότι η «μοίρα» της ζωής με νοημοσύνη είναι να αυτοκαταστραφεί, ενδεχομένως εξαιτίας της ανεξέλεγκτης τεχνολογικής της προόδου. Αυτές είναι λίγες μόνο από τις πιθανές απαντήσεις που έχουν δοθεί στην προσπάθεια των επιστημόνων να επιλύσουν το Παράδοξο του Fermi.
Είπαμε νωρίτερα ότι η ανίχνευση βιοϋπογραφών θα αποτελούσε σοβαρή ένδειξη για την ύπαρξη ζωής και αλλού. Χειροπιαστή απόδειξη, ωστόσο για την ύπαρξη ζωής με νοημοσύνη θα αποτελούσε μόνο η ανίχνευση ηλεκτρομαγνητικών εκπομπών, είτε με την μορφή ραδιοσημάτων είτε σε άλλα μήκη κύματος. Μέχρι στιγμής, όμως, και με εξαίρεση τις προσπάθειες του Οργανισμού για την Αναζήτηση Εξωγήινης Νοημοσύνης SETI, δεν υπάρχει συστηματική παγκόσμια προσπάθεια ανίχνευσης τέτοιων σημάτων ή και μηνυμάτων, κρυμμένων στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.
Όμως, παρόλο που το φως ταξιδεύει με την τεράστια και ανυπέρβλητη ταχύτητα των 300.000 km/s, οι διαστρικές αποστάσεις είναι τόσο αδιανόητα μεγάλες, που ακόμα και αν υποθέσουμε ότι το μήνυμα που στέλνουμε, συλλαμβάνεται και αποκρυπτογραφείται από κάποιον εξωγήινο πολιτισμό, η πιθανή απάντησή του θα έρθει όταν ο αποστολέας και οι απόγονοί του έχουν πεθάνει προ πολλού.
Γι’ αυτό και μια τέτοια ανταλλαγή μηνυμάτων έχει νόημα μόνο για τα πλησιέστερα σε μας αστρικά συστήματα, για να μην αναφερθούμε στο γεγονός ότι πολλοί επιστήμονες θεωρούν ότι μια τέτοια προσπάθεια είναι επικίνδυνη, έτσι κι αλλιώς και ως εκ τούτου θα πρέπει να αποφευχθεί.
Σύμφωνα με τις τελευταίες θεωρητικές μελέτες, ο Γαλαξίας μας ίσως να εμπεριέχει περισσότερους από 11 δισ. βραχώδεις πλανήτες, που βρίσκονται στην Κατοικήσιμη Ζώνη άστρων σαν τον Ήλιο, ενώ ο πλησιέστερος σε μας μπορεί να βρίσκεται μόλις 12 έτη φωτός μακριά.
Επιπλέον, με τουλάχιστον 100 δισ. γαλαξίες στο Σύμπαν, θα ήταν εξαιρετικά εγωκεντρικό ή γεωκεντρικό από μέρους μας να υποθέσουμε ότι είμαστε τα μοναδικά όντα με νοημοσύνη. Η αναζήτηση πλανητών γύρω από άλλα άστρα βρίσκεται ακόμα στην αρχή της, αφού μέχρι σήμερα οι τεχνολογικές μας δυνατότητες μάς επέτρεψαν να διερευνήσουμε ελάχιστα μόνο απ’ τα πλησιέστερα σε μας άστρα του Γαλαξία μας.
Είναι, μήπως, η Γη μας ένας ξεχωριστός και ιδιαίτερος πλανήτης, ο μοναδικός στο Σύμπαν που ευνόησε την εμφάνιση και την εξέλιξη της ζωής με νοημοσύνη; Όπως είπαμε, θα ήταν εξαιρετικά εγωκεντρικό από μέρους μας να υποθέσουμε κάτι τέτοιο. Γι’ αυτό και η έρευνα συνεχίζεται. Τι θα μπορούσε άραγε να κρύβεται ανάμεσα στα αναρίθμητα άστρα των δισεκατομμυρίων γαλαξιών του Σύμπαντος;
Καθώς ο μεγάλος «ωκεανός» του Διαστήματος απλώνεται αχαρτογράφητος μπροστά μας, το ανήσυχο πνεύμα της εξερεύνησης, που μας ωθεί να ανακαλύψουμε τι βρίσκεται «εκεί έξω», παραμένει άσβεστο.
Δεν θα σταματήσει ποτέ να καθοδηγεί τα πρώτα μας βήματα στην προσπάθειά μας να απαντήσουμε στο κορυφαίο και αναπάντητο ακόμη ερώτημα: υπάρχει άραγε και κάπου αλλού στο Σύμπαν ζωή με νοημοσύνη;
Κείμενο: Αλέξης Δεληβοριάς – Αύγουστος 2016
Πηγές: www.eef.edu.gr – Ίδρυμα Ευγενίδου