เขตเอื้อชีวิต: ดาวเคราะห์แบบไหนที่อาจมีชีวิต

สิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลกต้องการน้ำที่เป็นของเหลว เมื่อนักดาราศาสตร์ค้นหาโลกที่อาจมีชีวิต จึงเริ่มจากการถามว่าดาวเคราะห์ดวงไหนมีอุณหภูมิที่น้ำจะเป็นของเหลวบนผิวได้ บริเวณรอบดาวฤกษ์ที่เป็นไปได้เรียกว่าเขตเอื้อชีวิต หรือเขตโกลดิล็อกส์ ตามนิทานที่หนูน้อยเลือกโจ๊กที่ไม่ร้อนและไม่เย็นเกินไป

ประมาณอย่างคร่าว ๆ

ถ้าดาวเคราะห์ดูดกลืนแสงจากดาวฤกษ์และแผ่ความร้อนกลับออกไปจนสมดุล อุณหภูมิสมดุลของมันคือ อุณหภูมิสมดุลของมันจะขึ้นกับความสว่างของดาวฤกษ์ ระยะห่าง และสัดส่วนแสงที่ดาวเคราะห์สะท้อนทิ้ง (อัลบีโด)

เมื่อ L คือกำลังส่องสว่างของดาวฤกษ์ A คืออัลบีโด และ d คือระยะทาง สำหรับโลกได้ราว 255 เคลวิน ซึ่งต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำ ผลเรือนกระจกของบรรยากาศทำให้ผิวโลกอุ่นขึ้นเป็นราว 288 เคลวิน แบบจำลองที่ละเอียดกว่าซึ่งรวมผลของบรรยากาศให้เขตเอื้อชีวิตของระบบสุริยะอยู่ราว 0.95 ถึง 1.7 หน่วยดาราศาสตร์ (ค่าที่ได้ต่างกันตามสมมติฐาน)

ขอบในและขอบนอก

• ขอบใน ถ้าใกล้ดาวเกินไป น้ำระเหยเป็นไอ ไอน้ำเป็นแก๊สเรือนกระจกที่ทำให้ร้อนขึ้นอีก จนน้ำระเหยหมดและสลายตัวหนีออกสู่อวกาศ เรียกว่าภาวะเรือนกระจกแบบควบคุมไม่ได้ ดาวศุกร์น่าจะเคยเกิดเหตุการณ์นี้
• ขอบนอก ถ้าไกลเกินไป แม้คาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมากก็กักความร้อนไม่พอ น้ำจะแข็งตัวทั้งหมด

เขตนี้ขยายตาม \sqrt{L}รากที่สองของกำลังส่องสว่างของดาวฤกษ์ รอบดาวแคระแดงที่จางมาก เขตเอื้อชีวิตอยู่ใกล้ดาวมาก เช่น ระบบ TRAPPIST-1 มีดาวเคราะห์ขนาดโลกเจ็ดดวง โดยสามถึงสี่ดวงอยู่ในเขตนี้ ทั้งที่วงโคจรทั้งหมดเล็กกว่าวงโคจรของดาวพุธ ส่วนดาวพร็อกซิมาเซนทอรีบี ดาวเคราะห์ที่ใกล้เราที่สุดนอกระบบสุริยะ ก็อยู่ในเขตเอื้อชีวิตของดาวแคระแดงดวงนั้น

อยู่ในเขตไม่ได้แปลว่ามีชีวิต

• ต้องมีบรรยากาศที่เหมาะสม ดาวอังคารอยู่ใกล้ขอบนอกของเขต แต่บรรยากาศบางเกินกว่าน้ำจะเป็นของเหลวบนผิวได้นาน
• ดาวแคระแดงมีปัญหาเฉพาะ ดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้มากมักหมุนพ้องคาบ ด้านหนึ่งเป็นกลางวันตลอด อีกด้านเป็นกลางคืนตลอด และดาวแคระแดงอายุน้อยมักลุกจ้ารุนแรงซึ่งอาจกัดกร่อนบรรยากาศของดาวเคราะห์
• ขนาดของดาวเคราะห์สำคัญ ดาวเคราะห์ที่เล็กเกินไปเย็นตัวเร็ว ไม่มีแผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่และสนามแม่เหล็ก ดาวเคราะห์ที่ใหญ่เกินไปอาจกลายเป็นดาวแก๊ส

ชีวิตนอกเขต

นิยามแบบดั้งเดิมสนใจเฉพาะน้ำบนผิว แต่ระบบสุริยะเองมีมหาสมุทรใต้ผิวที่อยู่นอกเขตเอื้อชีวิตไกลมาก เช่น ยูโรปาและเอนเซลาดัส ซึ่งได้รับความร้อนจากแรงไทดัล บริเวณแบบนี้อาจเป็นที่ที่มีโอกาสพบชีวิตไม่แพ้กัน

จะรู้ได้อย่างไรว่ามีชีวิต

นักดาราศาสตร์มองหาร่องรอยทางชีวภาพในบรรยากาศของดาวเคราะห์ เช่น ออกซิเจนและมีเทนที่อยู่ร่วมกัน ซึ่งปกติทำปฏิกิริยากันจนหมดไป ถ้าไม่มีสิ่งมีชีวิตคอยเติมตลอดเวลา กล้องเจมส์เวบบ์เริ่มวิเคราะห์บรรยากาศของดาวเคราะห์หินรอบดาวแคระแดงได้แล้ว และกล้องในอนาคตอย่าง Habitable Worlds Observatory ถูกออกแบบมาเพื่อศึกษาดาวเคราะห์คล้ายโลกรอบดาวคล้ายดวงอาทิตย์โดยเฉพาะ