1. Εισαγωγή
Φανταστείτε ότι ανήκετε στο πλήρωμα ενός αστρόπλοιου. Αποστολή σας: η αναζήτηση εξωγήινης ζωής και εξωγήινων πολιτισμών. Σε ποιες περιοχές του Γαλαξία θα ήταν πιο πιθανό να βρείτε σύνθετες μορφές ζωής;
2. Αναζήτηση βραχωδών πλανητών
Α. Η γειτονιά μας
Ας ξεκινήσουμε το ταξίδι μας από τη γειτονιά μας. Βρισκόμαστε πάνω στον λεπτό σπειροειδή δίσκο του Γαλαξία μας, μια περιοχή όπου βρίσκονται κυρίως άστρα νέας γενιάς. Τα άστρα νέας γενιάς σαν τον Ήλιο μας είναι εμπλουτισμένα με τα βαριά στοιχεία που δημιουργήθηκαν από παλιότερες γενιές άστρων στο μακρινό παρελθόν. Έτσι, εκτός από το υδρογόνο και το ήλιο, που είναι τα κύρια συστατικά του σύμπαντος, τα νέα άστρα σε ένα ποσοστό της τάξης του 2% της μάζας τους αποτελούνται από πιο σύνθετα στοιχεία όπως είναι ο άνθρακας, το οξυγόνο, το πυρίτιο αλλά και βαρύτερα στοιχεία όπως είναι ο σίδηρος.
Για τον σχηματισμό βραχωδών πλανητών σαν τη Γη, αυτά τα στοιχεία είναι απαραίτητα, διότι επιτρέπουν τον σχηματισμό ενός στερεού φλοιού. Επίσης, ένας πλανήτης που φιλοξενεί σύνθετες μορφές ζωής θα πρέπει να έχει έναν πυκνό πυρήνα από σίδηρο ώστε να δημιουργείται γύρω του μια ισχυρή μαγνητική ασπίδα. Για τον ίδιο λόγο, το εσωτερικό του πλανήτη θα πρέπει να περιέχει βαριά ραδιενεργά υλικά, όπως το θόριο και το ουράνιο, καθώς αποτελούν απαραίτητη πηγή ενέργειας για τον μηχανισμό που παράγει το μαγνητικό πεδίο.
Βέβαια, η ύπαρξη αυτών των στοιχείων δεν εγγυάται τον σχηματισμό ενός πλανήτη σαν τη Γη. Υπάρχουν πολλοί ακόμα σημαντικοί παράγοντες, όπως είναι η σύσταση της ατμόσφαιρας, η εμφάνιση τεκτονικής δραστηριότητας και η ύπαρξη νερού στην επιφάνεια του πλανήτη.
Σε κάθε περίπτωση, φαίνεται ότι ο λεπτός δίσκος του γαλαξία και οι περιοχές κοντά στις σπείρες του, αποτελούν καλούς στόχους για την αναζήτηση εξωγήινης ζωής, μιας και ευνοείται η ύπαρξη βραχωδών πλανητών.
Β. Εξωτερικές περιοχές του δίσκου και άλως
Ας ταξιδέψουμε τώρα προς τις εξωτερικές περιοχές του δίσκου του Γαλαξία. Εδώ η περιεκτικότητα σε βαριά στοιχεία αρχίζει και μειώνεται. Συναντούμε πολλά παλιά και γερασμένα άστρα, ενώ τα πλανητικά συστήματα σαν το δικό μας είναι αρκετά σπάνια. Όσο κινούμαστε προς τα έξω, η πυκνότητα των άστρων μειώνεται και ο ουρανός γίνεται αρκετά φτωχότερος από τον δικό μας.
Ας στρέψουμε τώρα το αστρόπλοιό μας προς την άλω του Γαλαξία, έξω από τον γαλαξιακό δίσκο. Εδώ βρίσκουμε μερικά από τα αρχαιότερα άστρα. Κάποια από αυτά έχουν ηλικίες συγκρίσιμες με την ηλικία του Γαλαξία, δηλαδή περίπου 12 δισεκατομμύρια χρόνια. Αποτελούνται σχεδόν αποκλειστικά από τις «πρώτες ύλες» του σύμπαντος, το υδρογόνο και το ήλιο. Σε κάποιες περιπτώσεις, η συγκέντρωση των βαρέων στοιχείων είναι 1.000 φορές μικρότερη από αυτή της δικής μας γειτονιάς. Δύσκολα θα βρούμε πλανήτες σαν τη Γη εδώ.
Καθώς συνεχίζουμε το ταξίδι μας μέσα στη γαλαξιακή άλω, συναντούμε κάποιες πολύ εντυπωσιακές συγκεντρώσεις αστέρων. Αυτά είναι τα σφαιρωτά σμήνη: παλιές αστρικές γειτονιές με εκατοντάδες χιλιάδες άστρα. Αυτοί οι πανάρχαιοι σχηματισμοί περιέχουν κυρίως γερασμένους αστέρες. Ο ουρανός στους λιγοστούς φιλόξενους πλανήτες τους θα είναι σίγουρα μαγευτικός, με χιλιάδες λαμπρά φώτα. Όμως, λόγω της φτωχής χημείας των σφαιρωτών σμηνών, δύσκολα θα βρεθούν μάτια να απολαύσουν το θέαμα.
Γ. Από την άλω μέχρι το κέντρο του Γαλαξία
Ας ταξιδέψουμε τώρα προς το κέντρο του Γαλαξία. Ο γαλαξιακός δίσκος σιγά σιγά φαρδαίνει, ενώ κεντρικά αποκαλύπτεται ο πυκνός και λαμπρός γαλαξιακός πυρήνας. Στις περιοχές γύρω από το επίπεδο του γαλαξιακού δίσκου συναντούμε και πάλι αρχαία άστρα. Όμως, όσο κατεβαίνουμε προς το γαλαξιακό επίπεδο, βλέπουμε όλο και πιο νέες γενιές άστρων. Φτάνοντας τελικά στο γαλαξιακό επίπεδο μέσα στον πυρήνα, συναντούμε αστέρες με 10 φορές μεγαλύτερη πυκνότητα βαρέων στοιχείων από τον Ήλιο μας. Άραγε είναι αυτή η ιδανική περιοχή για να αναζητήσουμε εξωγήινους πολιτισμούς;
3. Ισορροπημένο διαστρικό περιβάλλον
Εκτός από την κατάλληλη σύσταση των πλανητών, ένας πολύ σημαντικός παράγοντας για την ανάπτυξη σύνθετων μορφών ζωής είναι το ισορροπημένο διαστρικό περιβάλλον. Ένας πλανήτης που βρίσκεται στον πυρήνα του Γαλαξία, ή μέσα σε ένα σφαιρωτό σμήνος, αντιμετωπίζει σοβαρότατους κινδύνους από τις εκρήξεις και τις συγκρούσεις των γειτονικών άστρων. Οι αστρικές εκρήξεις νόβα και σουπερνόβα μπορούν να καταστρέψουν τις ατμόσφαιρες των πλανητών και να οδηγήσουν στον θάνατο τις σύνθετες μορφές ζωής.
Επίσης, η βαρυτική επιρροή των κοντινών αστέρων μπορεί να διαταράξει τις εξωτερικές περιοχές ενός πλανητικού συστήματος, οδηγώντας αστεροειδείς και κομήτες προς το εσωτερικό του. Έτσι, σε αυτές τις πυκνές περιοχές μπορεί να πραγματοποιείται ένας διαρκής βομβαρδισμός των κατοικήσιμων πλανητών, χωρίς να δίνεται στη ζωή η ευκαιρία να ευημερήσει.
Αυτού του είδους οι βομβαρδισμοί ήταν συχνοί κατά τα πρώτα 500 εκατομμύρια χρόνια της ύπαρξης της Γης. Η ζωή άρχισε να αναπτύσσεται όταν αυτοί καταλάγιασαν. Φυσικά, μεγάλες καταστροφές συνέβησαν και αργότερα στον πλανήτη μας. Όμως αυτές ήταν αρκετά αραιές μέσα στα 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια της ιστορίας της Γης και δεν αποτέλεσαν απειλή για τη γήινη ατμόσφαιρα. Μάλιστα, κάποιες από αυτές τις καταστροφές σμίλεψαν την εξελικτική πορεία των ειδών έτσι ώστε τελικά να αναπτυχθεί νοημοσύνη.
Όμως, όταν η πυκνότητα των αστέρων είναι πολύ μεγάλη, οι πλανήτες ενός πλανητικού συστήματος θα εκτίθενται πολύ συχνά σε αυτά τα βίαια φαινόμενα, με αποτέλεσμα είτε να ανακόπτεται η εξελικτική πορεία της ζωής είτε να αφανίζεται εντελώς.
4. Η Γαλαξιακή Κατοικήσιμη Ζώνη
Ακόμα και σε ένα ήρεμο διαστρικό περιβάλλον, η υπερβολική συγκέντρωση βαρέων στοιχείων μπορεί να μην είναι και τόσο ωφέλιμη. Διότι όπως έχουν δείξει οι έρευνες, αυτή μπορεί να οδηγήσει σε πλανητικά συστήματα με πολλούς αέριους γίγαντες πλανήτες.
Ένας μικρός αριθμός γιγάντων πλανητών δημιουργεί μια βαρυτική ασπίδα που προστατεύει τους μικρούς βραχώδεις πλανήτες από πτώσεις κομητών και μετεωριτών. Όμως, ένας μεγάλος αριθμός αερίων γιγάντων, μπορεί να επηρεάσει τις τροχιές των μικρών πλανητών ή ακόμα και να προκαλέσει πλανητικές μεταναστεύσεις. Κάτι τέτοιο μπορεί να έχει δραματικές συνέπειες για τους δυνητικά κατοικήσιμους πλανήτες. Για παράδειγμα, εάν ένας μεγάλος πλανήτης σαν τον Δία κινηθεί προς το εσωτερικό ενός πλανητικού συστήματος, μπορεί να αλλάξει δραματικά την τροχιά ενός κατοικήσιμου πλανήτη.
Αναζητούμε, λοιπόν, τις περιοχές του Γαλαξία όπου θα υπάρχουν μεν οι πρώτες ύλες για τον σχηματισμό βραχωδών πλανητών και ζωής, αλλά και ένα σχετικά σταθερό και ισορροπημένο περιβάλλον ώστε να μπορεί η ζωή να ανθίσει.
Αυτές οι σκέψεις οδήγησαν κάποιους ερευνητές στην ιδέα της «Γαλαξιακής Κατοικήσιμης Ζώνης», κατ’ αναλογία της «Αστρικής» Κατοικήσιμης Ζώνης. Η Αστρική Κατοικήσιμη Ζώνη είναι η περιοχή γύρω από έναν αστέρα όπου θα μπορούσαν θεωρητικά να υπάρχουν βραχώδεις πλανήτες με νερό σε υγρή μορφή. Αντίστοιχα, η Γαλαξιακή Κατοικήσιμη Ζώνη είναι εκείνη η περιοχή του Γαλαξία όπου θα μπορούσε να αναπτυχθεί και να ευδοκιμήσει η ζωή.
Αν αποκλείσουμε τις περιοχές όπου υπάρχει μεγάλη βιαιότητα και τις περιοχές που δεν υπάρχουν επαρκείς ποσότητες βαρέων στοιχείων, προκύπτει ένας παχύς δακτύλιος που αντιστοιχεί στην κατοικήσιμη ζώνη του Γαλαξία. Τα όρια της ζώνης δεν είναι σαφή, αλλά η εξωτερική περιοχή της φτάνει περίπου στα 30.000 έτη φωτός. Ο Ήλιος μας βρίσκεται μέσα στη γαλαξιακή κατοικήσιμη ζώνη καθώς βρίσκεται κοντά στο γαλαξιακό επίπεδο και απέχει 26.000 έτη φωτός φωτός από το κέντρο του Γαλαξία.
5. Περιορισμοί και κριτική
Φυσικά, για τον προσδιορισμό των δυνητικά κατοικήσιμων συστημάτων θα πρέπει να λάβουμε υπόψη έναν ακόμα πολύ σημαντικό παράγοντα: τον παράγοντα του χρόνου. Για να σχηματιστεί και να εξελιχθεί η ζωή χρειάζεται ένα αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα. Αν θεωρήσουμε ότι η Γη αποτελεί ένα αντιπροσωπευτικό παράδειγμα της εξέλιξης της ζωής, τότε τα 4 δισεκατομμύρια έτη είναι μια ενδεικτική χρονική κλίμακα. Εξάλλου, τα πρώτα φυτά, τα ζώα και τα έντομα της ξηράς εμφανίστηκαν πριν από 400-500 εκατομμύρια χρόνια, δηλαδή πάνω από 4 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τον σχηματισμό του πλανήτη μας.
Επίσης, τα πλανητικά συστήματα θα πρέπει να έχουν σχηματιστεί σε μια εποχή όπου θα υπήρχαν ήδη μεγάλες ποσότητες βαρύτερων στοιχείων. Έτσι, σύμφωνα με μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science (2004), η Γαλαξιακή Κατοικήσιμη Ζώνη αφορά αστέρες ηλικίας τεσσάρων μέχρι οκτώ δισεκατομμυρίων ετών.
Η ιδέα της Γαλαξιακής Κατοικήσιμης Ζώνης έχει δεχτεί κριτική από αρκετούς ερευνητές. Διότι οι αστέρες δεν κινούνται σε τέλειες κυκλικές τροχιές γύρω από το κέντρο του Γαλαξία, αλλά μεταβάλλουν την πορεία τους λόγω βαρυτικών αλληλεπιδράσεων. Έτσι, ένα άστρο που βρίσκεται αρχικά μέσα στην γαλαξιακή κατοικήσιμη ζώνη μπορεί στη συνέχεια να βρεθεί έξω από αυτή και αντίστροφα.
Επίσης, σε μια ενδιαφέρουσα μελέτη του 2011 αναφέρεται ότι η κεντρική περιοχή του Γαλαξία, είχε τόσο μεγάλο ρυθμό γέννησης νέων πλανητικών συστημάτων, που αναιρείται η αρνητική επίδραση των αστρικών εκρήξεων. Δηλαδή, παρά τις αντίξοες συνθήκες, μπορεί οι κεντρικές περιοχές να φιλοξενούν περισσότερους εν δυνάμει κατοικήσιμους πλανήτες απ’ τις άλλες περιοχές του Γαλαξία. Στην ίδια μελέτη αναφέρεται ότι πάνω στο επίπεδο του γαλαξιακού δίσκου η πιθανότητα εμφάνισης κατοικήσιμων συστημάτων είναι πολύ μεγαλύτερη απ’ ό,τι μακριά από αυτόν. Άρα δε θα πρέπει να επικεντρωνόμαστε μόνο στην απόσταση από το γαλαξιακό κέντρο, αλλά κυρίως στην απόσταση από το γαλαξιακό επίπεδο.
6. Επίλογος
Είναι σαφές, λοιπόν, ότι η Γαλαξιακή Κατοικήσιμη Ζώνη είναι απλώς ενδεικτική της πιθανότητας ύπαρξης ζωής και δεν μπορεί να οριστεί με την ίδια αυστηρότητα που ορίζονται οι κατοικήσιμες ζώνες των άστρων. Εξάλλου, κατοικήσιμα συστήματα μπορούν να υπάρχουν οπουδήποτε στον Γαλαξία. Όμως, η ζώνη αυτή μας δείχνει σε ποια άστρα θα μπορούσαμε να επικεντρώσουμε τις προσπάθειές μας για την αναζήτηση εξωγήινων πολιτισμών. Και ίσως, πολύ-πολύ αργότερα, να μπορέσουμε να επισκεφθούμε κάποια από αυτά με τα αστρόπλοιά μας.
Πρόσθετες πληροφορίες και πηγές
- Για περισσότερες πληροφορίες σε σχέση με τα σφαιρωτά σμήνη, δείτε το σχετικό επεισόδιο: https://www.youtube.com/watch?v=bOM1gQDIbZk
- Οι αστέρες “νέας γενιάς”, δηλαδή οι αστέρες που έχουν εμπλουτιστεί με βαρύτερα στοιχεία από το υδρογόνο και το ήλιο, λέμε ότι ανήκουν στον “Πληθυσμό Ι”, ενώ οι αστέρες που είναι φτωχοί στα βαριά στοιχεία ανήκουν στον “Πληθυσμό ΙΙ”. Επίσης, στην Αστροφυσική όλα τα στοιχεία πέρα του υδρογόνο και του ηλίου ονομάζονται “μέταλλα”, και η αντίστοιχη περιεκτικότητα των αστέρων ονομάζεται “μεταλλικότητα”. Πρέπει να επισημανθεί ότι εκτός από τη συνολική περιεκτικότητα των πλανητικών συστημάτων σε μέταλλα, μας ενδιαφέρει και η περιεκτικότητα συγκεκριμένων στοιχείων. Για παράδειγμα, μπορεί κάποιο σύστημα να είναι πλούσιο σε οξυγόνο και άνθρακα, αλλά να έχει μικρότερη περιεκτικότητα σε σίδηρο απ’ ό,τι το δικό μας σύστημα. Αυτό θα καθιστούσε δύσκολη τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου γύρω του.
- Βραχώδεις πλανήτες σε γενικές γραμμές ενδέχεται να υπάρχουν σχεδόν παντού στον Γαλαξία. Ωστόσο, είναι εντελώς άλλη συζήτηση η αναζήτηση βραχωδών πλανητών με την περιεκτικότητα και την αναλογία των στοιχείων που έχει η Γη. Τέτοιους πλανήτες μπορούμε να βρούμε στην Γαλαξιακή Κατοικήσιμη Ζώνη.
- Το βίντεο βασίστηκε στις παρακάτω μελέτες:
a. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103501966175
b. https://arxiv.org/abs/0712.1508
c. https://arxiv.org/abs/astro-ph/0401024
d. https://arxiv.org/abs/1107.1286 - Στοιχεία για την εμφάνιση, εξέλιξη και χρονολόγηση της ζωής στη Γη:
https://www.newscientist.com/article/dn17453-timeline-the-evolution-of-life/ - Σύμφωνα με τη μελέτη που αναφέρεται και στο βίντεο, η κατοικήσιμη ζώνη μεγαλώνει με το πέρασμα του χρόνου, ενώ το 75% των αστέρων της γαλαξιακής κατοικήσιμης ζώνης έχουν ηλικία μεγαλύτερη από τον Ήλιο μας.
- Γιατί η ύπαρξη ραδιενεργών στοιχείων είναι σημαντική για την ύπαρξη κατοικήσιμων πλανητών: https://www.sciencedaily.com/releases/2020/11/201110151156.htm
- Τι είναι ο λεπτός γαλαξιακός δίσκος;
Ο λεπτός δίσκος είναι ο έντονος δίσκος που βλέπουμε όταν κοιτάμε τον Γαλαξία μας από το πλάι στις προσομοιώσεις. Είναι αυτός που βλέπουμε να διασχίζει τον ουρανό όταν κοιτάμε με γυμνό μάτι μακριά από τα φώτα της πόλης. Λίγο έξω από τον λεπτό γαλαξιακό δίσκο (και λιγότερο έντονος) είναι ο “παχύς” γαλαξιακός δίσκος. - Σύμφωνα με τους αστροβιολόγους, οι πλανήτες-ωκεανοί, δηλαδή οι πλανήτες που η επιφάνειά τους καλύπτεται ολόκληρη από νερό χωρίς να υπάρχουν ίχνη ξηράς, δεν θεωρούνται ιδανικοί για την ανάπτυξη σύνθετων μορφών ζωής. Άλλωστε η ιστορία της ζωής στον πλανήτη μας δείχνει ότι η εναλλαγή μεταξύ ξηράς και θάλασσας ευνοεί τον σχηματισμό και την ανταλλαγή ουσιών μέσω διάφορων μηχανισμών και άρα ευνοεί και την εξέλιξη και την ποικιλομορφία των ειδών.
- Ο Ήλιος μας βρίσκεται μέσα στη γαλαξιακή κατοικήσιμη ζώνη καθώς βρίσκεται κοντά στο γαλαξιακό επίπεδο και απέχει 26.000 έτη φωτός φωτός από το κέντρο του Γαλαξία.
