Trái đất, hành tinh thứ ba trong hệ mặt trời. Hành tinh xanh, hành tinh duy nhất chứa đựng sự sống được tổ chức theo những cách phức tạp. Ít nhất, theo như chúng ta biết ngày nay. Điều gì làm cho hành tinh của chúng ta trở nên độc đáo và thích hợp cho sự phát triển của các dạng sống?
Khái niệm về khu dân cư (còn được gọi là vùng có thể ở được của các vì sao) được các nhà sinh vật học thiên văn phát triển vào nửa sau của thế kỷ trước để nghiên cứu cách các vị trí và tính chất tương hỗ của một hành tinh và ngôi sao của nó xác định xác suất tìm thấy sự sống ngoài trái đất trên các hành tinh và hệ thống khác.
Isaac Asimov
Chủ đề về cuộc sống ở những nơi khác, cùng với giấc mơ một ngày nào đó được sống ở những thế giới xa xôi và không bị ô nhiễm, luôn thu hút nhiều thế hệ. Ý tưởng về khu vực có thể ở được lần đầu tiên được giới thiệu với công chúng vào những năm 1960, nhờ nhà văn khoa học viễn tưởng nổi tiếng và viết nhiều Isaac Asimov và loạt sách của ông về việc chiếm lĩnh không gian.
Cụ thể hơn, thuật ngữ "vùng có thể ở được" đề cập đến vùng không gian xung quanh một ngôi sao trong đó có thể tìm thấy các hành tinh có nước lỏng. Vai trò của nước đối với sự phát triển của sự sống trên Trái đất rất quan trọng đối với các quá trình và phản ứng sinh học đầu tiên dẫn đến sự phát triển của sự sống, đến mức khó có thể tưởng tượng được những thế giới kỳ lạ nơi sự sống không cần đến yếu tố này.
Sự hiện diện của nước và giới hạn của vùng có thể ở được phụ thuộc vào các đặc tính vật lý của ngôi sao ở trung tâm hệ hành tinh, chẳng hạn như năng lượng mà nó tạo ra.. Hãy coi hệ mặt trời của chúng ta là một ví dụ: mặt trời, một ngôi sao cỡ trung bình bình thường, phát ra một lượng năng lượng khổng lồ. Trái đất, cách mặt trời khoảng 150 triệu km (tức là 1 đơn vị thiên văn, hay AU), nhận năng lượng này với lượng vừa đủ để cung cấp một môi trường thoải mái cho sự phát triển của sự sống.
Các hành tinh gần mặt trời nhất (sao Thủy và sao Kim) nhận được nhiều năng lượng hơn dưới dạng bức xạ mặt trời và do đó quá nóng và không thể ở được đối với các sinh vật trong sinh quyển trên mặt đất, vốn phụ thuộc nhiều vào sự hiện diện của nước. Ngược lại, một hành tinh như sao Hỏa nằm quá xa mặt trời để duy trì nước trên bề mặt ở trạng thái lỏng.
Có thể có cuộc sống ngoài không gian?
Cần phải xem xét rằng sự phát triển của cuộc sống (hoặc cuộc sống giống như trái đất, vì không thể biết chắc chắn sự tồn tại của các loại khác nhau của cuộc sống trong không gian không dựa trên carbon*) phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, ngoài sự hiện diện của nước. Trước hết, các sự hiện diện của một bầu không khí. Bầu khí quyển tạo đủ áp suất lên bề mặt hành tinh, trong không gian, để giữ nước ở trạng thái quý giá nhất, đồng thời cho phép nước (tái) quay vòng thông qua quá trình bay hơi và kết tủa.
Đặc tính của một hành tinh là tạo ra bầu khí quyển bảo vệ bề mặt của nó và bất kỳ sinh quyển nào khỏi tác động của thiên thạch, du ngoạn nhiệt và bức xạ gây hại phần lớn gắn liền với khối lượng của nó. Trong một số trường hợp, các hành tinh có khối lượng thấp không tạo ra lực hấp dẫn đủ để hỗ trợ các lớp khí quyển, bao gồm các nguyên tố nhẹ như nitơ, dễ dàng thoát khỏi lực hút do Trái đất tác dụng.
vận động cũng rất quan trọng
Ngoài khối lượng của hành tinh, thành phần hóa học của bầu khí quyển và lượng năng lượng mặt trời chiếu tới nó (hay nói cách khác là khoảng cách của nó với mặt trời), hình dạng quỹ đạo của nó đóng vai trò quan trọng không kém. Trạng thái của một "hành tinh có thể ở được" không thể được đảm bảo nếu quỹ đạo quanh ngôi sao đặc biệt lệch tâm, đến mức khiến nó thường xuyên rời khỏi vùng có thể ở được (ví dụ: trong trường hợp hành tinh đạt đến điểm viễn nhật hoặc điểm cận nhật, các điểm tương ứng xa hơn và gần hơn so với quỹ đạo của mặt trời).
Vùng có thể ở được trong hệ mặt trời của chúng ta rộng từ 0,5 đến 3 AU. Như được minh họa trong hình: trong trường hợp các ngôi sao nặng hơn và sáng hơn mặt trời, vùng có thể ở được nằm ở khoảng cách xa hơn so với chính ngôi sao đó vì một lượng năng lượng lớn hơn cung cấp cho các hành tinh (lượng năng lượng chính xác tỷ lệ với bình phương của khoảng cách). Đối với những ngôi sao nhỏ hơn, mờ hơn, chẳng hạn như sao lùn, vùng có thể ở được gần ngôi sao hơn.
Chúng ta sẽ ra sao nếu không có các vì sao trong không gian?
Các ngôi sao cũng tuân theo quá trình tiến hóa của chính chúng, giống như các hành tinh và sự sống trên Trái đất, đồng thời trải qua các giai đoạn mờ dần, tăng trưởng hoặc tuyệt chủng chậm, đặc biệt là vào đầu và cuối quá trình tồn tại của chúng. Trong các giai đoạn này, vùng có thể ở được thay đổi tương ứng. Mặt trời của chúng ta hiện đang trong giai đoạn tiến hóa ổn định, gần như đã đi được nửa vòng đời của nó.
Từ những năm 1950 đến nay, nhiều hành tinh nằm trong vùng có thể ở được của các ngôi sao xa xôi (ngoại hành tinh hay ngoại hành tinh) đã được xác định và nghiên cứu. Những hành tinh này thường lớn hơn và nặng hơn Trái đất, khiến chúng dễ dàng được phát hiện hơn bằng các thiết bị thiên văn của chúng ta. Với sự phát triển của các công cụ chính xác hơn và các kỹ thuật tìm kiếm mới, ngày càng có nhiều hành tinh có kích thước bằng Trái đất được phát hiện. Các nghiên cứu gần đây báo cáo rằng có thể có hơn 10 tỷ hành tinh có kích thước bằng Trái đất quay quanh các ngôi sao giống Mặt trời. chỉ trong thiên hà của chúng ta.
hành tinh sa mạc trong không gian
Một loại ngoại hành tinh thú vị là các hành tinh sa mạc. Những loại hành tinh này, nơi khan hiếm nước, có thể được tìm thấy ở khu vực bao quanh các vì sao lớn hơn các hành tinh khác vì hai lý do: 1) vì chúng không có băng và tuyết (bề mặt màu trắng) với số lượng lớn nên chúng phản xạ ít ánh sáng hơn và có thể duy trì nhiệt độ cao ngay cả ở khoảng cách lớn hơn từ mặt trời; 2) nhờ giảm sự bốc hơi của nước và do đó, hiệu ứng nhà kính thấp hơn, nó duy trì nhiệt độ phù hợp cho sự sống ngay cả ở khoảng cách ngắn hơn khoảng cách Trái đất-Mặt trời điển hình.
Tuy nhiên, khái niệm về vùng có thể ở được đã bị nghi ngờ, dựa trên giả thuyết rằng nước ở dạng lỏng có thể có mặt trên các hành tinh khác nhờ các quá trình tỏa nhiệt như đốt nóng thủy triều hoặc phân rã phóng xạ. Hơn nữa, nước có thể được tìm thấy trong dung dịch cùng với các nguyên tố khác, ở các điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau. Điều này có nghĩa là sẽ có một số thế giới phù hợp cho sự phát triển của sự sống bên ngoài các khu vực có thể ở được, nơi chúng ta không tìm kiếm chúng.